基于提高舒適度的醫院中央空調系統優化研究

劉相中 （合肥工業大學電子科學與應用物理學院，安徽 合肥 230000）

為了調節室內氣溫，優化人居環境，人們發明了空調并努力推動相關技術的發展，以制冷劑或制熱劑的相變與循環利用來達到室內氣體溫度改變的效果。后來，又研制出了中央空調系統，采用高制冷量的離心式壓縮技術，建立了水路系統、風路系統和盤管系統，各自發揮功能，協同作用，從而調節大型室內空間的氣溫。近年來，中央空調系統在醫院建筑的使用越來越普遍，極大改善了醫院診療環境。但醫院建筑和人群復雜，人們對室內公共環境的人居體驗要求也越來越高，從而還需不斷優化醫院空調系統建設。本文以安徽省某醫院（三甲醫院）為例，調查了中央空調系統在該醫院的應用現狀，并結合國內外中央空調的研究現狀，探尋并分析醫院中央空調系統存在的問題，提出改進優化建議。

1 醫院中央空調設置及其問題分析

1.1 醫院建筑及其功能對空調設置的影響

某院是位于中心城區的一所大型綜合性三級甲等醫院，包含新舊不一和大小不等的7幢大樓，總建筑面積268163m2。其中主體大樓樓高25層，總面積152300m2，技術設備層在頂樓和六樓；副樓高分別為9層和11層，樓層1～4層為門診，五層為手術室，六層為信息中心，七層以上為病房。地下3層，負一層為餐飲、辦公和庫房，負二、三層為地下車庫及空調機房。不同建筑發揮著不同的功能。

醫院的建筑及其功能分區具有復雜性，不僅不同建筑是不同結構，有不同功能，而且同一建筑的不同樓層具有不同功能，甚至同一樓層內分布著不同的功能區。如主體大樓低層為大廳與長廊相間式結構，多種診室圍繞，中、高層為手術室及病房。9號樓、科研樓建筑面積小，建成時間久，仍然使用分體式空調。其余6幢大樓均建筑面積大、樓內多大型空間，因而都安裝了中央空調系統。不同時期建筑所配備空調品牌類型不一，空調主機均位于相應樓宇的地下層，主體大樓空調制冷機組位于負三層，具體見下表。

醫院建筑及中央空調分布

不同建筑環境和不同功能區及其人群對空調效果有不同的要求，因此，不同的區域都有相應的溫度調控，風道網絡設計精細，盤管輸送口數目和大小也根據室內面積而設定。為保證手術室、潔凈病房、生殖中心等部門環境特殊要求，對其區域采用中、高效過濾器凈化。調研時間是7月中旬，正處于炎炎夏季，是中央空調高強度運轉期，制冷量需求大，但醫患人員都反映空調制冷效果很好，室內溫濕度適宜，空氣質量較好。對于醫院來說，良好的空氣環境對醫療環境改善和病人的康復都起到重要作用。由此可見，空調的平穩運行，空氣調節系統的優良性能成為關鍵要素。

1.2 醫院中央空調系統設置及其工作情況

中央空調系統是采用空氣調節和通風技術，對空氣進行處理、輸送、分配，并控制其參數的所有設備、管道及附件、儀器儀表的總和，也稱舒適性集中空調系統。以該院主體大樓為例：中央空調系統采用風機盤管加新風系統和全空氣空調系統及冷熱一管道的“兩管制”系統，夏季通過制冷機組供冷，冬季采用市政蒸汽通過汽熱交換器供暖[1]。中央空調的制冷主機和電力控制中心分布在地下負三層，而冷卻塔則位于擴展建筑頂部。液相集散轉換核心位于主要功能設備周邊，有專業的檢測和介質轉換閥門，關鍵節點也布置了濾網和數控壓力儀器，各項數據傳遞至監控中心，便于進行實時性數據監控和調控。空調采用了離心式制冷壓縮機，利用離心作用持續將泵入的氣體壓縮，壓縮效果可由具體制冷效果進行自發調節，冷凍水出口的溫度傳感器將數據傳遞到壓縮機，主機會在制冷量達到標準后適當降低離心機轉速。制冷工質以溴化鋰和氟利昂為主，氣態工質經過壓縮達到高壓態，通過良好的絕熱材料管道，進入冷凝器，與水進行熱交換，變為低溫高壓態，再經過膨脹閥門變為低溫低壓的液相工質，從而進入蒸發室汽化，汽化吸熱將外部媒介溫度降低，達成初步制冷，從而完成一次工作循環。在位于樓層底部的制冷室，有多臺壓縮設備，離散分布，有統一的配電室輸送電能，且已安裝備用供電線路。

1.3 醫院中央空調系統的優點

變頻技術的應用可以根據環境實際情況調控。該院中央空調系統電機采用變頻技術，可以根據冷凍水溫度實時監測，調節電機轉速，實現溫度控制。同時減少定頻帶來的空轉，提高運轉效率。制冷壓縮機多為離心式、螺桿式，環境適應好，能提高運行效率，提升中央空調整體效能。水泵采用變頻技術，可以根據實際熱負荷調節冷卻水和冷凍水循環系統，也起到積極節能作用。醫院設置空調班組，24小時值班，設置總控平臺，對各樓宇室內溫度進行實時監測、調控。病房等室內設有自控設施，室內人員可以根據室內溫度調節，從而基本滿足不同建筑、不同功能區、不同人群的需要。

合理的循環水系統對減低能耗有重要意義。該院中央空調水系統選用循環水泵具有自動調節功能，可隨室內溫度變化調整循環水量，從而達到節能效果。

1.4 醫院中央空調系統的局限和不足

中央空調系統污染問題不容忽視。有研究表明，中央空調系統中通風系統產生的主要污染物（可懸浮顆粒以及微生物）占室內空氣污染物的42%～53%[2]。醫院建筑多為封閉性和半封閉性，中央空調系統的水循環和通風系統，其溫度適宜有害微生物繁殖，且使用過程中可利用的消毒措施不多[3]，有造成污染引起交叉感染的隱患。

中央空調系統設計安裝對醫院建筑功能的復雜性滿足仍顯不夠。由于科室、功能區分布相通、交叉，隔離不夠充分明顯，有交叉污染的情況或可能。設備場所內噪音較大，影響周圍環境，周圍墻體可以安置吸音棉等。主體大樓冷卻塔位于9層副樓頂樓，噪聲大，易傳播（該院已經設置隔聲屏障，有一定效果）。由于管路排布較為復雜，存在不便于清潔的隱匿點，相關的清潔工作需運籌規劃，定期投入人力。在制冷工質的定期更換與消毒上，有很大改良空間。

能耗控制也顯得極為重要。我國已經成為世界第三大空調使用市場，占世界空調使用市場份額12%。調查結果顯示，中央空調能耗占建筑能耗50%[4]。安裝時應該對空調機組進行能耗分析，根據對室內功能的硬性需求和人員分布密度的統計，制定詳細的空調能耗參數指標，量入為出的控制能耗。同時，加大節能減排宣傳，減少人為浪費。

2 醫院中央空調系統的優化探討

2.1 優化空氣調節系統，提升室內空氣質量

主要從風路系統的升級和盤管系統的智能化控制入手改善空氣調節系統。風路系統包含濾塵裝置、調節風機、管道。現在大多空調采用置換式，不再使用非空調系統的內循環，室外的清新空氣會自動持續地進入室內，排風口將室內廢氣及時排出。同時，盤管系統通過鼓風機矩陣連結制冷源，有濕度調節設備，可以有效由終端控制室內溫、濕度。總體來說，盤管系統主要適用一些面積較小、輸出節點較多的場合。它的優點在于便于安置與耦合性調試，但是對溫度濕度的調節精確度存在不足，在部分大型空間場合產生較高能耗和自動調節屬性不佳的問題。通過對該醫院室內的分層次觀察，得出了中央空調系統整體布局合理、制冷效果較好的結論，但還可以對細節之處加以優化，諸如制冷工質的清潔化設計與室內空氣凈化效果改進。從改善建筑氣密性、中央空調通風條件、中央空調機組加裝靜電除塵裝置、中高級過濾器、濕度調節裝置，引入網絡化一體監控設施以及對中央空調通風系統定期清洗等，從多方面改善空氣質量。同時，合理布局科室，對一些特殊科室進行隔離分區，采取獨立化風路和盤管通道，避免交叉污染和感染。這些都將提升室內用戶的生態體驗和舒適度，讓室內健康的維護從凈化空氣做起。

2.2 優化水系統，對管路內水污染防治

設置水系統管路時，合理布局管路走向，盡量減少彎頭，減少局部阻力和沿程阻力，從而減少污染物沉淀、滋生。參照國家制定的健康安全標準，確保制冷工質的衛生狀況良好，設立更換周期以及動態檢測機制，對水管路系統進行清洗和消毒，確保循環水水質。

2.3 優化運行系統和儀器使用環境，對空調運行噪音防治和節能

中央空調產生噪音的設備為風機、冷卻塔、冷凍機組和水泵，噪聲通過空氣和固體傳播。風機噪聲可通過風管傳入室內，冷卻塔的機械運轉、氣流、水流及振動形成噪聲影響室外。對運行狀態下的噪聲來源和聲場進行分析并建立數據庫，結合用戶反饋逐步改良設備的降噪措施。注重中央空調系統的優化配置，合理配置機組和備用機組。對送風系統的風管尺寸合理設計，降低風壓，降低噪音，提高能源利用率，提高空調效果。安裝消聲器，室內鋪設吸聲海綿，建隔聲墻等[5]，設計多級降噪模式，可以控制噪聲污染。

2.4 優化醫院科室布局和中央空調系統的設計安裝，加強中央空調維護和管理

調整科室布局，合理分設功能區。中央空調系統設計和安裝設計時應盡可能考慮建筑內部結構及其功能，尤其是針對醫院各科室布局如門診藥房、檢驗科、呼吸科等，要綜合考慮其不同的室內環境及其要求，設置隔離墻等，避免相互影響和污染。維護和管理應從穩定電壓、空調機的選配、運行系統監測、機械維護等方面，按照國家衛生行業標準《醫院中央空調系統運行管理》，進行細致管理和維護[6]，保持運行系統各環節都處于最佳狀態。

3 結語

中央空調在改善醫院環境時，也帶有新的問題出現，文章通過對醫院建筑中央空調合理設計和優化配置，尤其是空氣凈化、噪聲控制建筑環境及能耗分配4個維度的優化，以及對中央空調系統的新風系統、水循環系統污染及運行噪音的管控，可有效提升醫院環境舒適度，避免交叉污染和感染，確保患者康復及工作人員健康。