大型綜合醫(yī)院空調(diào)設(shè)計與分析

丁學(xué)貴 賀德軍 尹誠剛

湖南省建筑設(shè)計院有限公司

隨著國家大力發(fā)展民生工程，綜合醫(yī)院建設(shè)較來越多。醫(yī)院通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)對病人健康恢復(fù)、防止感染與防止交叉感染起著重要的作用，因此醫(yī)院設(shè)計應(yīng)注重新風(fēng)、排風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計[1]；醫(yī)院全年空調(diào)、生活熱水能耗高，因此空調(diào)、生活熱水的節(jié)能設(shè)計也是設(shè)計的重要部分。

1 室內(nèi)設(shè)計計算參數(shù)及空調(diào)負荷

1）室內(nèi)設(shè)計參數(shù)宜加入房間壓力（+/-）。醫(yī)院功能用房多，各種疾病的門、急診用房、各種病室、醫(yī)技用房、治療用房、手術(shù)室及手術(shù)輔助用房、中心供應(yīng)、藥品發(fā)放以及餐廳等輔助用房、教學(xué)辦公用房等，醫(yī)院即是治病的地方，也容易交叉感染。醫(yī)院防止交叉感染有嚴格的醫(yī)療流程和平面布局，一般分為清潔區(qū)、半污染區(qū)、污染區(qū)，對各種房間也有正壓和負壓要求，因此室內(nèi)設(shè)計參數(shù)中，除列出溫度、相對濕度、新風(fēng)量指標(biāo)、噪聲標(biāo)準，還宜加入房間壓力（+/-）要求。不同的房間有不同的正壓或負壓要求，同一病室，有的房間是正壓，有的是負壓，即使是同一種用房，如同一名稱醫(yī)技用房，有的要求正壓，有的要求負壓。醫(yī)院新風(fēng)、排風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)置應(yīng)根據(jù)各房間正負壓要求及區(qū)域劃分設(shè)置。表1為某醫(yī)院主要功能用房室內(nèi)正負壓設(shè)計參數(shù)。

表1 某醫(yī)院主要功能用房室內(nèi)正負壓設(shè)計參數(shù)

2）統(tǒng)計負荷時，應(yīng)按負荷發(fā)生時間和不同形式的空調(diào)分別統(tǒng)計。醫(yī)院負荷發(fā)生時段一般分為10小時制與24小時制，不同形式空調(diào)一般分為舒適性空調(diào)、凈化空調(diào)、變頻多聯(lián)空調(diào)（醫(yī)技用房）、恒溫恒濕空調(diào)（醫(yī)技與治療用房）。分別統(tǒng)計負荷不僅利于冷熱源設(shè)備的分析與選擇，也利于制定經(jīng)濟節(jié)能的運行策略。表2為某醫(yī)院南院區(qū)負荷統(tǒng)計。

表2 某醫(yī)院南院區(qū)負荷統(tǒng)計

2 燃氣冷熱電聯(lián)供設(shè)計

燃氣冷熱電聯(lián)供，能量由高品位向低品位梯級利用，大大提高了能源利用率，能源綜合效率可達80%以上。

大型綜合醫(yī)院不同于一般辦公、商業(yè)等建筑，其空調(diào)全天運行時間長、全年運行時間也長，且有全年生活熱水負荷需求，耗電量也大，采用冷熱電聯(lián)產(chǎn)方案，投資回收期較短，環(huán)保性好，因此對于大型綜合醫(yī)院適合采用燃氣冷熱電聯(lián)供。

燃氣冷熱電三聯(lián)供設(shè)備選型按照“以熱定電，經(jīng)濟最優(yōu)”原則[2]，達到投資收益最大化。空調(diào)冷熱源主機選型與逐時峰值負荷有關(guān)，而發(fā)電機的裝機容量還取決于建筑的全年冷、熱負荷。因此有必要分析建筑的全年負荷分析結(jié)果指導(dǎo)燃氣發(fā)電機選型，并應(yīng)進行經(jīng)濟技術(shù)比較。

進行全年逐時負荷計算需建立建筑的三維熱區(qū)模型（圖1），輸入室外逐時氣象參數(shù)、建筑圍護結(jié)構(gòu)熱工參數(shù)、室內(nèi)設(shè)計溫濕度。三維熱區(qū)模型一般建筑圖為依據(jù)，根據(jù)不同功能分區(qū)，將建筑劃分為各個空調(diào)區(qū)域和非空調(diào)區(qū)域，逐間逐層搭建而成。

圖1 某醫(yī)院三維熱區(qū)模型

通過全年8760小時逐時負荷計算（圖2），可獲得負荷范圍出現(xiàn)小時數(shù)。利用選擇的運行時間對應(yīng)的負荷，可計算出發(fā)電機容量。計算煙氣與缸套水余熱計算煙氣熱水型吸收式冷（溫）水機夏季、冬季能效，然后計算出所需發(fā)電機容量。進行經(jīng)濟技術(shù)比較時，應(yīng)列出多個聯(lián)供運行時間（聯(lián)供運行時間全年取2000小時以上的數(shù)據(jù)）的多種組合形式，比較對象為多種常規(guī)冷熱源形式，如電制冷冷水機組、燃氣熱水鍋爐、燃氣直燃式冷溫水機、熱泵等。計算增量投資回收期時除考慮設(shè)備、系統(tǒng)、土建成本外，還需計入用氣開戶費、用電增容費及高低壓配電設(shè)備費、大修年提成費、運行人工費及國家有關(guān)政策等。

表3 某醫(yī)院燃氣冷熱電聯(lián)供與常規(guī)冷熱源比較

表3為某醫(yī)院燃氣冷熱電聯(lián)供與常規(guī)冷熱源的比較結(jié)果。從表中可以看出，增量投資回報周期=3690÷978=3.77年，即三聯(lián)供系統(tǒng)增加的3690萬元投資，在3.77年時間內(nèi)就可以收回，具有較好的經(jīng)濟、節(jié)能效益。

圖2 某醫(yī)院全年8760小時動態(tài)負荷

3 分區(qū)一次泵系統(tǒng)

空調(diào)水系統(tǒng)一般可分為一級泵定流量、變流量系統(tǒng)和二級泵定流量、變流量系統(tǒng)。大型醫(yī)院空調(diào)水系統(tǒng)分區(qū)環(huán)路多，各環(huán)路阻力差別大，因此采用二級泵變流量系統(tǒng)的情況較多，如圖3所示，一級泵與主機對應(yīng)，二級泵與分區(qū)環(huán)路對應(yīng)。

圖3 二級泵系統(tǒng)示意圖

一級泵系統(tǒng)簡單，水泵揚程按克服最不利環(huán)路阻力選擇；二級泵系統(tǒng)水泵多，管路復(fù)雜，一級泵揚程按克服主機及機房管路阻力選擇，二級泵揚程按克服對應(yīng)環(huán)路阻力選擇。二者各有其優(yōu)缺點，為發(fā)揮二者優(yōu)點，克服二者缺點，筆者提出大型工程采用分區(qū)一級泵變流量系統(tǒng)，如圖4所示，即在原傳統(tǒng)二級泵系統(tǒng)上取消一級泵，只設(shè)置二級泵，水泵揚程按克服各分區(qū)環(huán)路阻力設(shè)置，這樣系統(tǒng)既簡單，又最大限度地節(jié)省了輸送能耗。

圖4 分區(qū)一級泵系統(tǒng)示意圖

分區(qū)一級泵系統(tǒng)相對二級泵系統(tǒng)有如下優(yōu)勢：水泵耗功率少；水泵、管件、管路減少，維護、管理簡便；一次性投資相應(yīng)減少。

分區(qū)一級泵系統(tǒng)的缺點是，由于水泵不與主機對應(yīng)，主機最小流量如何保證存在隱患。實際上現(xiàn)在的主機房群控水平較高，通過自控與保護，可以保證主機最小流量。主機一般都設(shè)有水流開關(guān)、進出口壓差等保證最小流量的保護措施，還可增加檢測流量加以保護，可通過檢測流量、壓差等反饋信號控制水泵頻率，保證最小流量。

4 內(nèi)區(qū)與外區(qū)

門診、急診通常設(shè)置在裙樓，單層面積較大，有許多內(nèi)部無窗用房，這些內(nèi)部房間許多為診室、治療用房；病房通常將治療、醫(yī)護辦公布置在內(nèi)部無窗房間內(nèi)。據(jù)多個醫(yī)院的回訪反饋，冬季內(nèi)部無窗房間一般都燥熱，醫(yī)護與病人都不滿意。主要原因是：1）人員密集，許多為醫(yī)療用房、辦公用房；2）有設(shè)備發(fā)熱量；3）即使關(guān)閉室內(nèi)風(fēng)機盤管，但冬季新風(fēng)總在送熱風(fēng)；4）無散熱量，周圍均為空調(diào)區(qū)域。為此，筆者建議醫(yī)院應(yīng)劃分內(nèi)區(qū)、外區(qū)，有外窗房間為外區(qū)，無窗功能用房為內(nèi)區(qū)，內(nèi)區(qū)外區(qū)分別設(shè)置新風(fēng)系統(tǒng)，冬季外區(qū)新風(fēng)系統(tǒng)送熱風(fēng)，冬季內(nèi)區(qū)新風(fēng)系統(tǒng)可直接送入室外空氣，即滿足使用要求，也達到了節(jié)能目的。內(nèi)區(qū)發(fā)熱量大的房間，還可采用四管制風(fēng)機盤管，冬季和過渡季根據(jù)需要可制冷降溫。

某醫(yī)院裙樓門急診與主樓病房均劃分內(nèi)外區(qū)，內(nèi)區(qū)與外區(qū)分別設(shè)置新風(fēng)系統(tǒng)，冬季內(nèi)區(qū)可送入室外冷風(fēng)，內(nèi)區(qū)治療及醫(yī)護辦公用房設(shè)置四管制風(fēng)機盤管，冷水盤管接四管制冷水，可常年制冷，熱水盤管接二管制，這樣即可滿足四管制接管要求，又可減少一組熱水管道布置（圖5）。

圖5 病房空調(diào)布置局部圖

5 結(jié)語

1）為防止交叉感染，便于設(shè)置新風(fēng)、排風(fēng)系統(tǒng)，醫(yī)院室內(nèi)設(shè)計參數(shù)建議加入正壓、負壓要求。

2）大型醫(yī)院空調(diào)冷熱負荷大，全年運行時間長，且有全年生活熱水需求，適合采用燃氣冷熱電聯(lián)供，可取得較好的節(jié)能、經(jīng)濟、環(huán)保效益。

3）分環(huán)路一次泵變流量系統(tǒng)，即在原傳統(tǒng)二級泵系統(tǒng)上取消一級泵，只設(shè)置二級泵，根據(jù)各環(huán)路阻力需求設(shè)置不同揚程的水泵，可簡化管路，維護、管理方便，并可節(jié)省輸送能耗。

4）醫(yī)院內(nèi)區(qū)外區(qū)新風(fēng)分別獨立設(shè)置，外區(qū)新風(fēng)冬季送熱風(fēng)，內(nèi)區(qū)冬季可直接送入室外新風(fēng)，即可達到節(jié)能目的，也滿足內(nèi)區(qū)舒適性要求。