電蓄能技術在醫院空調、生活熱水系統中的應用案例

吳春　崔瑞　云貝貝

摘要：介紹了電蓄能技術在六安市東部新城醫院空調、生活熱水中的應用，包括夏季空調蓄冷制冷、冬季空調蓄熱采暖、全年蓄熱生活熱水、電蓄能自動監控管理平臺等。該技術的應用降低了醫院空調和生活熱水的用能成本，提高了清潔能源的使用率，減少了醫院能耗碳排放。

關鍵詞：電蓄能技術?? 醫院??? 空調?? 生活熱水

在無市政蒸汽管網的地區，醫院的空調、生活熱水系統的常見設計方案是采用燃氣鍋爐作為集中產熱源設備，消耗天然氣生產熱水或蒸汽，再經換熱設備換熱后供應空調采暖和生活熱水。目前，電能替代天然氣的空調采暖和生活熱水方案正在越來越多的被應用。國家發展改革委、國家能源局、財政部、環保部、住房城鄉建設部、工業和信息化部、交通運輸部、民航局聯合印發了《關于推進電能替代的指導意見》（發改能源[2016] 1054號）（以下簡稱《意見》）?！兑庖姟窂耐七M電能替代的重要意義、總體要求、重點任務和保障措施四個方面提出了指導性意見，為全面推進電能替代提供了政策依據。

1.1 項目介紹

六安市東部新城醫院位于風景秀麗的六安市金安經濟開發區，按三級醫院標準設計建設，總占地面積150.3畝，規劃建筑面積21.3萬平米，是集醫療、科研、預防、保健、急救、康復、養老為一體的現代化大型綜合醫院。一期工程建筑面積61000平米，設置床位600張，投資總額為3億元人民幣，將于2019年11月投入運營，已成為六安東部新城標志性名片。

1.2 電能替代應用

東部新城醫院打造為電蓄能技術示范項目，建設內容包含：三大系統+一個平臺的系統方案設計與系統工程建造。三大系統包括：夏季空調蓄冷制冷系統、冬季空調蓄熱采暖系統、蓄熱生活熱水系統。一個平臺是電蓄能自動監控管理平臺。電蓄能技術示范項目的建設為東部新城醫院提供電力、采暖、制冷、生活熱水等綜合數據監測與調控服務。

本項目的電蓄能空調面積約為19577㎡（不含凈化區、手術區和部分獨立空調區域等），其中門診醫技10小時（7：00-17：00）供冷/暖面積9525m2，住院部及急診24小時（00：00-24：00）供冷/暖面積10052m2，制冷期6個月，采暖期3個月。該醫院一期設置病床600張，設計滿足600張病床的生活熱水使用。

2.1 空調蓄冷供冷系統方案

2.1.1 空調冷負荷分析

制冷量需求分析：根據需求統計，制冷總面積為19577 m2。其中需10h制冷的面積有9525 m2，冷指標按130W/ m2計。其中需24h制冷的面積有10052 m2，冷指標按115W/ m2計。合計單位小時最大冷負荷為2426kW。

根據逐時負荷分析統計，最大需求日總冷量為32811kW，其中低谷時段為8141kW，非低谷時段為24670kW。

2.1.2蓄能裝置容積的計算

V=Q·K/Δt2·η·1.163

式中：Q 為蓄能裝置蓄冷量/kW、K 為冷損附加率（1.05～1.1）、Δt2 為二次冷凍水側設計溫差，一般Δt2= 13-4=9℃、η為水池的容積系數（與水池結構有關）一般為0.7～0.1。

本項目地下室現有2個消防水池，有效容積為1600m3，對消防水池進行蓄能改造，做到了一池兩用，減少初投資的費用和施工周期，另新增400m3鋼板蓄能裝置，共同形成2000m3的蓄能裝置用來空調蓄冷。

2.1.3蓄冷量的計算

由公式可得出：

Q 蓄冷量= VΔt2·η·1.163/K

經計算得出：Q 蓄冷量=19937.14kW

注：其中K 取值1.05;Δt2 取值9℃;η取值1;V取值2000m3。

2.1.4根據以上蓄冷量，則冷水機組晚上運行時間為

T= Q 蓄冷量/Q冷水機組制冷量。

式中：Q 冷水機組制冷量為冷水機組的單位制冷量，現有1臺800RT冷水機組和1臺600RT冷水機組，可在低谷時段開啟800RT冷水機組蓄冷水（單臺制冷量為2814kW）。

經計算得出：T 單臺機組運行= Q 蓄冷量/Q冷水機組制冷量=19937.14/2814=7.085 h。

2.1.5結論

本中央空調供冷系統方案，是利用800RT冷水機組在低谷時段進行7.085h的蓄冷，可蓄得冷量為19937.14kW，達到總需求冷量的60.76%，800RT冷水機組電容量為464kW，且供冷面積達到19577㎡。

2.2.1空調采暖負荷分析

制熱量需求分析：根據需求統計，制熱總面積為19577 m2。其中需10h制熱的面積有9525 m2，熱指標按90W/ m2計。其中需24h制熱的面積有10052 m2，冷指標按85W/ m2計。合計單位小時最大熱負荷為1712kW。

根據逐時負荷分析統計，最大需求日總熱量為24192kW，其中低谷時段為8030kW，非低谷時段為16162kW。

2.2.2蓄能裝置容積計算

V=Q·K/Δt2·η·1.163

式中：Q 為蓄能裝置蓄熱量/kW、K 為冷損附加率（1.05～1.1）、Δt2 為設計溫差，Δt2= 90-45=45℃、η為水池的容積系數（與水池結構有關）一般為0.7～0.1。

本項目的400m3鋼板蓄能裝置作為蓄熱裝置，兼做空調供冷系統的蓄冷裝置。

2.2.3蓄熱量的計算

由公式可得出：

Q 蓄熱量= VΔt2·η·1.163/K

經計算得出：Q 蓄熱量=19937.14kW，根據最大需求日逐時熱負荷分析得到非低谷時段采暖熱量需求為16161kW。蓄能裝置的蓄熱量滿足要求。

注：其中K 取值1.05;Δt2 取值45℃;η取值1;V取值400m3。

2.2.4電鍋爐選型計算

根據最大需求日逐時熱負荷分析得到采暖總熱量需求為24191kW，其中非低谷時段采暖熱量需求為16161kW，低谷時段采暖熱量需求為8030kW。根據低谷時段電鍋爐全量蓄熱進行設計計算，電鍋爐功率P=Q總熱量/t低谷時長，即P=24191/8=3023kW，本次設計選擇兩臺電鍋爐分別為1800kW和1400kW各一臺，電鍋爐總電功率為3200kW，可在7.6小時完成全量蓄熱供熱要求，非低谷時段不需要開啟電鍋爐。

2.2.5結論

本中央空調采暖系統方案，是利用總計3200kW的電鍋爐在低谷時段進行7.6h的蓄熱和供熱，可蓄得全部熱量為19937.14kW，非低谷時段不需要開啟電鍋爐。

2.3.1生活熱水需求分析

根據原熱水系統設計要求，醫院生活熱水需求量為60℃熱水150m3/天，最低進水溫度按10℃計算，生活熱水需求總熱量Q=△T×△m（KcaL），即為7500000 KcaL，等同于8878kW。

2.3.2電鍋爐選型

根據低谷時段電鍋爐全量蓄熱進行設計計算，電鍋爐功率P=Q總熱量/t低谷時長，即P=8878/8=1110kW，本次設計選擇一臺1200kW電鍋爐，可在7.4小時完成全量蓄熱供熱要求，非低谷時段不需要開啟電鍋爐。

2.3.3系統設計

（1）夜間利用低谷時段一次性將放置在-1層生活水泵房的50m3蓄熱裝置儲水燒至60℃，供白天一整天使用，蓄熱水用于一區（-1層至2層）和二區（3層至5層）

（2）夜間利用低谷時段一次性將放置在屋頂生活水泵房的100m3蓄熱裝置儲水燒至60℃，供白天一整天使用，蓄熱水用于三區（6層至10層）和四區（11層至15層）

（3）采用分區控制，利用熱水恒壓供水泵組全日供應熱水。

2.3.4結論

本生活熱水系統方案，是利用1200kW的電鍋爐在低谷時段進行7.4h蓄熱150m360℃熱水供醫院使用，非低谷時段不需要開啟電鍋爐。

電蓄能自動監控管理平臺是一個工業控制集成系統，集中對空調蓄冷供冷、蓄熱采暖和生活熱水系統設備進行集中監測與控制，采用PLC實現每個系統的獨立自動控制，實現無人值守機房運行，管理員可以通過手機APP實現遠程實時監控系統的運行情況。

六安東部新城醫院項目，是國網安徽綜合能源服務有限公司六安分公司與院方積極探索、打造的一例“經濟效益好、推廣效果佳”的試點示范項目，繼續推動電氣化食堂、電蒸汽消毒供應室的實施。將作為全省首家“全電醫院”，為全省推廣電能替代，推動大氣污染防治具有突出的貢獻。

綜合能源服務作為六安市東部新城醫院項目的重要組成部分，為醫院提供供暖、制冷等一系列綜合能源服務項目，風險與機遇并存，建設內容豐富、施工技術復雜，需要各參與單位協調配合。面對市場潛力巨大的綜合能源服務業務，任何一個企業都不能全靠自身的技術和資源來滿足項目需求，協作共贏是未來綜合能源服務行業發展的必然趨勢。