醫院暖通空調系統特點及節能改造的案例分析

顧 暢

（北京國科天創建筑設計院有限責任公司，北京 100042）

隨著現代醫療技術水平的提升，我國醫療衛生事業得到快速發展，同時醫院等醫療機構的建筑規模也不斷擴大，但由于醫療機構，尤其是醫院醫護人員對醫療環境要求不斷升高，對暖通空調系統也提出了新的挑戰和要求，而且暖通空調系統已經成為了醫療機構建筑的標準配置，每年醫院建筑的能耗當中暖通空調系統的能耗占其中60%~70%。因此，集中空調系統是否能夠得到合理運行與醫院經濟效益有著直接的關系。另外，醫院綠化灌溉和照明用電等也屬于能耗較高的部分，而醫院當中對于照明系統和綠化也有著較高的要求，其直接關系到病患能夠在良好的環境中快速恢復健康，以及醫療人員是否能獲得更好的工作體驗。所以，在現代低碳環保、生態文明建設的理念下，開展醫院節能工作有著重要的意義。尤其醫院暖通空調系統的節能改造已經成為了各單位所重視的焦點，本文將結合北京某醫院暖通空調系統節能改造案例，討論如何實現醫院暖通空調系統節能降耗。

1 醫院暖通空調系統特點

首先，醫院建筑規模較大，這就要求暖通空調系統覆蓋范圍較廣，且功能要求較多。隨著社會和醫療衛生事業的高速發展，人們對自身健康水平的追求及醫療機構設施、醫療環境的需求也不斷變化。醫院建筑功能不再僅僅是進行疾病的治療，而是開始集醫療、教學、科研、保健為一體，這就決定了醫院建筑屬于現代大型綜合性建筑，醫院暖通空調的能耗較大，空調管網系統更為復雜，而且用能結構也更為繁復，包括患者和家屬、醫療醫護人員、醫院管理人員、后勤保障人員等[1]。另外，醫院建筑有著很多大型醫療設施設備，尤其設備運行當中熱負荷較大，用能的大部分設備都需要保持24 h 不間斷運行，以北京某醫院為例，其建筑面積超30 萬m2，每天用能人數達到近2 萬人。

其次，醫院屬于較為特殊的場所。因此，醫院建筑也屬于特殊性公共建筑，人員往往較為密集，而且不同人員對于環境的要求也不相同，例如重癥監護室、分娩室、手術室等，其室內環境的風速、潔凈度、風壓溫度和濕度等參數都有著明確的標準。而信息數據機房和一些大型醫療設備對于暖通空調系統運行的穩定性，有著很高的要求，如果系統發生故障，就會對設備造成損壞，從而影響醫療工作的順利開展。此外，醫院住院病房和行政辦公樓的空調系統要求則相對較為靈活，僅需要能夠滿足制冷和采暖的日常要求。北京某醫院中央空調系統主要分為舒適性空調系統、潔凈空調系統、機房空調系統。其中潔凈空調系統主要應用于潔凈手術室，Ⅰ，Ⅱ級潔凈手術室與負壓手術室每間采用獨立凈化空調系統，Ⅲ，Ⅳ級潔凈手術室每2 間合用一套凈化空調系統。手術室內氣流組織確保手術區處于潔凈氣流形成的主流區內。

最后，由于醫院是屬于特殊的醫療服務機構，其空調暖通系統需要不間斷運行，而且必須要保證其運行的安全性與穩定性。例如，北京某醫院門診和住院病房及行政辦公室在夏季需要運行4 個月~5 個月，冬季則需要運行6 個月。而手術室等潔凈區域則必須保證全年運行，其系統較大且分區多，運行時間較長，這也是醫院暖通空調系統的重要特征，因此，醫院建筑的能耗要遠遠高于其他公共基礎設施建筑，電力能源又是屬于醫院最主要的能耗類型，大部分醫院每年的電力能源費用超百萬元，甚至達到上千萬元。從電能結構分布角度來說，其主要的消耗來源是屬于各類空調設備設施，一些開設時間較長的醫院主要是使用各類分體式空調，而一些新的現代化醫院則主要是運用集中空調[2]。

根據相關數據顯示，醫院的暖通空調系統，整體電力能源消耗占醫院總電能消耗的50%左右，甚至部分現代化新建醫院已經達到60%~70%。因此，醫院需要在確保暖通空調系統運行穩定性的前提下，積極進行暖通空調系統能源管控模式和整體運行方案的優化，以達到節能降耗的效果，同時也能夠為醫院節省大量的運行成本。

2 醫院暖通空調系統節能改造案例分析

以北京某醫院為例，主要建筑概況：該醫院建筑面積30 余萬m2，建筑按照功能和劃分為門急診、科研、教學、病房、綜合辦公及大型醫技、保障用房，還包括其他院內生活用房。外墻主要使用預制混凝土和空心磚2 種材料，外窗則設計為雙層玻璃內遮陽，所消耗的主要能源包括電力能源和天然氣。

其中電力能源主要為暖通空調系統、通風系統、照明系統、特殊設備用電用能系統、綜合服務系統等覆蓋的所有建筑區域。

天然氣主要應用在供暖系統、餐飲服務系統和特殊用能系統，主要涉及建筑區域為燃氣鍋爐和餐廳。醫院建筑暖通空調系統當中，供暖系統主要運行時間為11 月—次年4 月，而制冷季節則主要為5月—9 月。照明系統、特殊用能系統、綜合服務系統運行時間則全年運行[3]。

本案例中，北京某醫院建筑暖通空調系統節能改造方案主要包括供暖系統的節能改造和空調系統的節能改造。

1）供暖系統節能改造

該醫院建筑供暖熱源主要是來自于醫院內部設置的燃氣鍋爐，鍋爐房內共安裝有4 臺10 t 燃氣熱水鍋爐和2 臺2 t 的燃氣蒸汽鍋爐。熱水鍋爐提供供暖熱源，蒸汽鍋爐提供醫用蒸汽和生活熱水熱源。冬季取暖期通常運行3 臺~4 臺10 t 鍋爐，初寒和末寒時期，則通常運行2 臺~ 3 臺，嚴寒時期運行4 臺。非供暖期鍋爐房通常只運行1 臺~2 臺2 t 蒸汽鍋爐，以提供洗衣房、全院醫用蒸汽和生活熱水等熱負荷。鍋爐房共設置循環水泵12 臺，采用每臺鍋爐配2 臺水泵方式予以配置，均未安裝變頻控制裝置[4]。因此，對于供暖系統的節能改造即進行氣候補償器系統增設。

出于供暖系統中供熱設備依據建筑最大熱負荷進行選型考慮，原有現實條件下，整個供暖期間建筑最大熱敷和出現時間較短，能夠實現最短時間內達到最大熱負荷。氣候補償器的安裝使用能夠隨著室外環境空氣溫度大小及時進行溫度調節，主要是運用電動調節閥開度的調整來實現供回水混合比例，以達到換熱站二次網供水溫度調整的目的，實現換熱站供熱量動態調節[5]。

2）空調系統節能改造

本案例當中，醫院門診樓與診斷樓空調系統主要包括2 套，1 套為舒適性空調系統，主要承擔樓內公共區域和各非手術房間空氣調節。而另外1 套則為手術室潔凈空調系統，主要承擔所有手術室空氣調節。舒適性空調系統主要運用風機盤管加新風送風方式，新風機組分布于各樓層新風機房，新風經過溫濕度處理及過濾后，送入各個房間。風機盤管布置則較為靈活，安裝于各房間內，可實現每個房間的單獨控制。潔凈空調則為定風量全空氣系統，能夠確保室內正壓與潔凈度，主要由分布在樓內設備夾層的潔凈空調機組負責。空調水系統則主要包括兩管制與四管制，樓內舒適性空調區域采用兩管制，配備2 臺離心式冷水機組，夏季冷凍水與冬季二次熱水均連接至空調水系統分水器，空調系統供冷工況的冷凍水和供熱工況的二次熱水，分別通過閥門切換予以實現。潔凈空調水系統形式為四管制，配備2 臺螺桿式冷水機組，專門為手術室提供冷源。冷水機組冷凍水與板式換熱器二次熱水分別連接至空調機組冷熱水供回水管道，以達到供冷工況與供暖工況獨立運行的效果[6]。

本項目空調系統節能改造首先針對水泵變頻控制改造。一般來講，中央空調系統在設計時需要依據最大負荷來進行設備選取，而全年實際運行過程當中，年平均負荷往往遠小于系統設計負荷，當最大負荷出現時，其時間通常不會超過總運行時間的10%，一般的做法是依靠調節閥門開度來增大管網阻力，從而達到流量控制的目的，但此做法會加大能量的消耗，需依據建筑實際運行負荷對空調系統作出調節[7]。

其次，水泵變頻控制方式改造。這一部分改造主要考慮的是溫差和壓差等兩種常見水泵變頻方式，溫差控制方式主要是運用供回水鋼管溫差作為控制參數，以此來進行設計供回水溫差的控制，通常為 5℃[8]。

供回水管均安裝溫度傳感器系統，運行時對溫差進行檢測，將計算的兩個管路溫差數據回傳至控制裝置，并與設定值進行對比，以負荷為依據，通過改變水泵流量來降低能耗。

壓差控制方式則主要是設計為水氣筒中壓差值作為控制器輸入信號，將壓差控制器控制在10 cm 以上，并采用自拌熱，盡最大程度降低熱量損失，并采用綁扎法來予以處理，使用厚度為20 mm 的石棉繩來進行訪問層處理，運用玻璃纖維布來作為保護層，同時進行防腐漆隔潮涂刷，確保能夠實現熱量損耗的控制[9]。

3 醫院暖通空調系統節能改造前后對比

以門診樓建筑空調系統為例，其節能改造前建筑概況見表1。

表1 改造前門診樓空調系統

經改造后，門診樓能源消耗對比見表2。

表2 改造后門診樓建筑空調能耗對比

經調研發現，門診樓每年5，6，8 月份冷水機組負荷在50%以下，由離心式制冷機組COP 與負荷率關系可見，負荷率在50%~80%之間范圍內，離心式制冷機組COP 最高，可到較高利用率，如長期保持負荷率低于50%，會降低機組COP，單位冷量耗電量則會相應增長，也容易發生喘振問題，影響運行穩定性。為此，節能改造將門診樓空調系統分水器、集水器通過DN250 管道連接，于5，6，8 月份使用門診樓1 臺冷寂，滿足門診樓供冷。

制冷系統節能改造后能耗節能量見表3。

表3 制冷系統改造后節能量

由表3 數據可見，本次醫院建筑暖通空調系統節能改造效果較為明顯。

4 結語

醫院建筑能耗管理是屬于一項具有明顯系統性的工程，需要通過長期的改進研究，并做好開源節流，進行科學合理的評價，選擇符合醫院自身發展的節能改造方案，同時也需要通過科學的管理和反復實踐，對每一個細節都做出仔細的分析，管理和技術改造同時開展，方能夠實現醫院建筑的節能降耗。

1） 供暖改造中，對非供暖季獨立設置小型燃氣鍋爐僅在夏季就節省了超5 萬m3的天然氣，降低超110 tCO2排放量，所以，選擇燃氣鍋爐型號要做到與其負荷相對應，以避免過多消耗天然氣的情況。

2） 實際工程中，增加單臺冷水機組供冷面積可解決冷水機組偏大問題，應選擇符合實際的系統形式和運行方案，使冷水機組盡量在高負荷率下運行，以達到提高COP 的目的，實現節能降耗。

3） 冷卻水水面當前設定為敞開式，容易造成雜質混入而引發冷機冷凝器水側結構堵塞，會致使COP 下降，且會影響冷機運行質量，增加能耗，需要引起相關運維人員重視。