某醫(yī)院空調(diào)冷熱源方案比較

紀(jì)峰

（泰安市建筑設(shè)計院有限責(zé)任公司，山東泰安 271000）

一個工程的項目方案設(shè)計對空調(diào)冷熱源的選擇非常注重，冷熱源形式上的不同也會影響投資和能耗[1-2]。有關(guān)的設(shè)計人員會進(jìn)行多次的調(diào)研和討論，根據(jù)實際條件選擇合適的冷熱源[3-4]。醫(yī)院建筑的空調(diào)冷熱源系統(tǒng)一般是按照靈活并且具有余量的原則進(jìn)行配置。冷熱源系統(tǒng)的靈活性的主要體現(xiàn)在對醫(yī)療技術(shù)的變革和診療設(shè)備的更新速度以及適應(yīng)能力[5-6]。冷熱源系統(tǒng)具有靈活性并且有余量，適應(yīng)醫(yī)院建筑平面布置的變化，室內(nèi)負(fù)荷的變化，醫(yī)院建筑的改建或者擴(kuò)建的情況。

1 項目概述

某醫(yī)院是一所三級綜合性醫(yī)院，其是該區(qū)域的醫(yī)療服務(wù)中心之一，為周邊地區(qū)的日常診療提供服務(wù)，其是作為醫(yī)科大學(xué)的附屬醫(yī)院，該醫(yī)院也承擔(dān)著有關(guān)的科研和教學(xué)任務(wù)。預(yù)計規(guī)劃床位有850 張，日門診量大約5500 人次。總建筑面積大約19 萬m2，地上面積大約13 萬m2，地下 6 萬m2。

2 負(fù)荷估算

主要的部門有門急診、住院部、行政部、教學(xué)部，需要建設(shè)的總面積大約71200m2，其空調(diào)冷負(fù)荷在7930kW 左右，空調(diào)熱負(fù)荷在6030kW 左右；醫(yī)技部與科研部的建筑面積總和大約是33680m2，空調(diào)冷負(fù)荷在4040kW 左右，空調(diào)熱負(fù)荷在3030kW 左右。總計：總空調(diào)冷負(fù)荷在11970kW 左右，總空調(diào)熱負(fù)荷在9060kW 左右。

生活熱水需要供應(yīng)熱負(fù)荷在1350kW 左右，總空調(diào)熱負(fù)荷大約是9060kW。合計10410kW 左右，按0.8 計算同時使用的系數(shù)，需要配備熱水負(fù)荷5205kW。

蒸汽量耗量：中心供應(yīng)大約2t/h，食堂大約0.5t/h，合計大約2.5t/h。因為考慮到備用和管理的要求，打算配置兩臺1.5t/h 蒸汽鍋爐。

3 空調(diào)方案初選

手術(shù)部的空調(diào)：按照不同凈化等級手術(shù)室的具體要求，分別使用的是組合式凈化空調(diào)機(jī)組。風(fēng)冷熱泵機(jī)組應(yīng)用在冷熱源，其與醫(yī)院中央空調(diào)冷熱源之間進(jìn)行旁通連接，在過渡季節(jié)使用熱泵機(jī)組，夏季和冬季使用中央空調(diào)冷熱源。

急診、行政、病房：空調(diào)末端使用的是傳統(tǒng)的中央空調(diào)系統(tǒng)，風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)用在比較小的房間，空調(diào)箱應(yīng)用在較大的空間。新風(fēng)系統(tǒng)可以使用中效過濾的傳統(tǒng)新風(fēng)空調(diào)箱。

醫(yī)技、科研部空調(diào)：因為醫(yī)療的專用設(shè)備和部分實驗室對房間溫濕度有特別的要求，所以空調(diào)的方式是采用中央空調(diào)系統(tǒng)以及特殊房間使用的風(fēng)冷空調(diào)機(jī)組和小型多聯(lián)機(jī)中央空調(diào)系統(tǒng)。

根據(jù)醫(yī)院所在地區(qū)的具體條件，傳統(tǒng)的中央空調(diào)系統(tǒng)的冷熱源可以采用水冷離心式冷水機(jī)組加鍋爐熱交換機(jī)組或者地理管地源熱泵系統(tǒng)。根據(jù)上述內(nèi)容，全院除手術(shù)部外，空調(diào)冷熱源設(shè)計有兩個方案進(jìn)行選擇。

方案一：醫(yī)技和科研部使用多聯(lián)機(jī)；其余部門的冷熱源采用地理管地源熱泵系統(tǒng)，風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)用在空調(diào)的末端。按照冬季取熱為依據(jù)確定地理管的數(shù)量，夏季的散熱量如果不足則用冷卻塔進(jìn)行輔助。

方案二：冷熱源采用水冷離心式冷水機(jī)組加鍋爐熱交換機(jī)組，風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)用在空調(diào)的末端。

4 系統(tǒng)配置

4.1 方案一：地理管地源熱泵系統(tǒng)加多聯(lián)機(jī)

夏季設(shè)計冷負(fù)荷要比冬季設(shè)計的熱負(fù)荷高出1908kW，夏季的排熱量要比冬季的取熱量大，為了使地溫場可以達(dá)到冬夏季熱平衡，還能夠節(jié)約初投資的成本，達(dá)到綠色環(huán)保的標(biāo)準(zhǔn)和要求[7]。使用地源熱泵和閉式冷卻塔的復(fù)合式系統(tǒng)，地源熱泵不僅提供空調(diào)所需的冷熱負(fù)荷，也為醫(yī)院隨時提供衛(wèi)生生活熱水。冷卻塔是為了平衡冬夏季地理管區(qū)域的地溫，使得不會出現(xiàn)熱堆從而積影響換熱。

初選的配置如下：擬配置四臺地源熱泵主機(jī)、一臺高效高溫全熱回收主機(jī)、一臺閉式冷卻塔、其他循環(huán)水泵等輔助的設(shè)備。

主機(jī)運(yùn)行模式：夏季：優(yōu)先選擇開啟熱回收熱泵機(jī)組，在制冷的同時可以免費取得生活熱水。按照具體的空調(diào)負(fù)荷的要求，空調(diào)的側(cè)回水溫度逐漸開啟地源熱泵機(jī)組。在地溫數(shù)字的采集系統(tǒng)可以監(jiān)測到地溫升至設(shè)定的溫度32℃時，聯(lián)動開啟冷卻塔來進(jìn)行輔助散熱，防止地溫升高導(dǎo)致熱堆積。

冬季：在低負(fù)荷時可以開啟熱回收熱泵機(jī)組，高溫制熱運(yùn)行，從而取得生活熱水，在生活熱水已經(jīng)制取完成后，可以放入空調(diào)制熱中。在變冷時慢慢增加開啟地源熱泵機(jī)組就可以得到生活用水以及空調(diào)的熱負(fù)荷需要。

過渡季節(jié)：開啟高溫全熱回收機(jī)組，機(jī)組高溫制熱運(yùn)行取得生活用水。

4.2 方案二：水冷式冷水機(jī)組加鍋爐熱交換機(jī)組

夏季使用冷水機(jī)組加開式冷卻塔用于制冷、冬季制熱使用燃?xì)忮仩t。全年的生活熱水可以由太陽能熱水器和燃?xì)鉄崴仩t提供。

具體的配置如下：預(yù)計配置6 臺離心式冷水機(jī)組、6 臺開式冷卻塔、6 臺承壓熱水鍋爐、太陽能熱水器、換熱機(jī)組、再加上循環(huán)水泵等其他配套輔助設(shè)備。運(yùn)行模式：夏季冷水機(jī)組空調(diào)制冷，空調(diào)熱水由冬季鍋爐提供。生活熱水要先使用太陽能熱水器，如果不足時用鍋爐提供。

5 系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)分析

5.1 系統(tǒng)初投資分析

方案一：地源熱泵機(jī)房機(jī)組、水泵等大約880 萬元，地理管工程大約1500 萬元，空調(diào)末端工程大約930 萬元，多聯(lián)機(jī)工程大約1050 萬元，稅費大約360 萬元，大約合計4720 萬元。

方案二：冷水機(jī)組、鍋爐、水泵等大約1230 萬元，空調(diào)末端工程大約1320 萬元，太陽能熱水器工程大約205 萬元，稅費大約240 萬元，合計大約2995 萬元。

5.2 系統(tǒng)運(yùn)行費用分析

運(yùn)行費用進(jìn)行大約的計算：供冷季為4 個月，供熱季為4 個月：急診加住院部全月全日供熱和供冷，供冷2880h，供熱2880h；其他每個月22 個工作日，每天空調(diào)10h，供冷880h，供熱880h。急診和住院樓按占總地源熱泵系統(tǒng)能耗的55%計算。急診和住院樓冬季按占鍋爐總能耗的36%計算，住院樓生活熱水按占鍋爐總能耗的10%計算。行政、教學(xué)樓冬季按占鍋爐總能耗的54%計算。

電費按照1 元/度計算，燃?xì)庠诙景?.30 元/m3計算，其他時間則按4.20 元/m3計算。鍋爐熱效率按93%計算，換熱機(jī)組效率按91%計算。運(yùn)行費用只是計算主機(jī)的部分，末端部分兩種系統(tǒng)能耗一樣，所以沒有計算室內(nèi)機(jī)部分。

空調(diào)使用的季節(jié)系數(shù)取0.55（不一樣的季節(jié)和時間段，系統(tǒng)運(yùn)行的負(fù)荷也就不一樣），在很少的時間里才能滿負(fù)荷運(yùn)行。通常10%的時間，其負(fù)荷在90%以上；30%的時間，負(fù)荷在60%以上；60%的時間，負(fù)荷在40%左右，依據(jù)中國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（JB/T 4329—97）。

生活熱水太陽能不保證率：夏季按照30%計算，過渡季按照50%計算，冬季按照30%計算。

方案一：地源熱泵系統(tǒng)全年總的運(yùn)行費是在398 萬左右，醫(yī)技、科研部多聯(lián)機(jī)空調(diào)全年運(yùn)行費用在95 萬元左右，全年運(yùn)行費用大約493 萬元。

方案二：冷水機(jī)組運(yùn)行費用大約330 萬元，鍋爐供空調(diào)費用大約430 萬元，鍋爐供生活熱水費用大約75 萬元，全年運(yùn)行費用835 萬元，具體分析見表1。

表1 經(jīng)濟(jì)分析對比 單位：萬元

6 總結(jié)

方案一的初投資費用比方案二多出1725 萬元，方案一與方案二的總運(yùn)行費用比較，方案一費用更少，能節(jié)省342 萬元，費用高出部分的靜態(tài)回收期約為6 年。

近幾年，地理管地源熱泵系統(tǒng)的發(fā)展速度較快，漸漸成熟起來，是比較綠色的節(jié)能建筑方案之一，經(jīng)濟(jì)效益和社會效益都比較高，與此同時，也節(jié)省了鍋爐房和換熱機(jī)房的面積，減少了裙樓屋面冷卻塔的數(shù)量，噪聲相對來說比較小。

全院冷熱源推薦采用的方案是：手術(shù)部采用風(fēng)冷熱泵，醫(yī)技和科研部可以采用多聯(lián)機(jī)空調(diào)，其余部分可以采用地理管地源熱泵系統(tǒng)。可以在手術(shù)部分冷熱泵系統(tǒng)和地理管地源熱泵系統(tǒng)之間增加旁通閥，過渡季節(jié)手術(shù)部可以采用風(fēng)冷熱泵系統(tǒng)，而在其他季節(jié)可以使用地理管地源熱泵系統(tǒng)，使地理管地源熱泵系統(tǒng)發(fā)揮其最大作用，從而節(jié)省醫(yī)院空調(diào)的年運(yùn)行費用。