嚴寒地區某腫瘤醫院空調設計分析

陳小明，陳慧和，羅 英，熊 勇

(中國建筑五局建筑設計院,湖南 長沙 410004)

1 工程概況

阜新市某腫瘤診療中心,以腫瘤診療為特色,是集醫療、教育、科研、預防功能為一體的三級腫瘤區域型醫院,項目位于遼寧省阜新市,氣候分區屬于嚴寒C區。項目總建筑面積45 194.31 m2,設置病床位182張,主要使用功能為腫瘤篩查、急診、住院、停車等。其中,地上建筑面積32 248.44 m2,地上共7層,建筑高度35.50 m;地下建筑面積12 523.87 m2,地下建筑共2層,防火設計分類為一類高層。

2 空調采暖系統設計

2.1 空調設計參數

室內設計參數如表1所示。

表1 室內設計參數

2.2 冷熱源設計

空調冷負荷、采暖熱負荷計算如表2所示。

表2 空調冷負荷、采暖熱負荷

本項目總冷負荷2 980 kW,總熱負荷4 000 kW。本項目建筑功能復雜,空調負荷大,系統復雜,在配置冷熱源方案時需考慮滿負荷和部分負荷運行的節能要求,通過能耗及經濟性分析[1-3],選擇最優冷熱源方案,滿足系統穩定、高效、經濟運行的需求。項目附近有市政熱源,考慮熱源時優先采用市政熱源提供冬季熱負荷。夏季空調冷源方案比較分析如表3所示。

表3 夏季空調冷源方案比較

通過對比分析,相比方案一,方案二具有運行節能、能耗降低的優勢;相比方案三,方案二可節省地下室建設費用,管理維護方便。本項目采用方案二為大樓提供7 ℃/12 ℃冷水。冬季熱源接市政熱網經換熱站提供,換熱站設在地下1層,一次側熱媒供回水溫度85 ℃/40 ℃,工作壓力0.75 MPa,提供二次側熱媒為50 ℃/40 ℃的溫水,熱負荷為4 000 kW。空調水系統采用機械循環兩管制,通過主管道上的季節轉換閥進行切換,空調水系統流程圖如圖1所示。

對于直線加速器室,MRI室,DR,CT等特殊醫療設備間,設備發熱量大,在過渡季節甚至冬季仍需要繼續運行空調進行降溫。溫濕度控制和系統的可靠性要求高,因此考慮配置獨立的冷熱源。獨立空調冷熱源配置情況如表4所示。

表4 獨立空調冷熱源配置情況

2.3 空調風系統

一層門診大廳采用一次回風的全空氣系統,空調季新風比滿足人員新風要求,過渡季節最大新風比不小于70%。人員密集場所設置CO2傳感器,根據室內CO2濃度控制房間新風量。其他區域均采用風機盤+新風系統。空調風柜和新風機組過濾段采用初、中效兩級過濾器。初效過濾器采用板式G4級,中效過濾器采用靜電除塵不小于F7級。病房、診室及候診區風機盤管回風口設置微靜電殺菌消毒電子凈化設備,采用等離子技術及微靜電技術雙效殺菌。凈化設備一次通過殺菌效率不低于90%(在1.25 m/s時),PM2.5一次過濾效率要求不小于95%(在1.25 m/s時),阻力小于10 Pa(在1.25 m/s時)。

2.4 低溫熱水地面輻射供暖系統

一層門診大廳、急診大廳設低溫熱水地面輻射供暖系統輔助供暖,地面輻射供暖系統冬季由市政熱網經換熱站提供熱水,水溫50 ℃/40 ℃,工作壓力0.7 MPa。供暖系統形式為雙管上供上回異程式,水平干管敷設在一層。

3 防凍技術措施

本項目位于嚴寒C區,嚴寒地區機動車庫應設集中采暖系統[4],車庫內停車區域室內計算溫度為5 ℃～10 ℃。通過對嚴寒地區地下車庫研究分析[5-6],不能保證車庫溫度穩定在5 ℃以上,常發生車庫內消防供水干管及環管出現凍結的現象,影響消防安全可靠性。地下車庫采暖系統方案比較如表5所示。

表5 地下車庫采暖系統方案比較

通過分析,本項目地下室采暖采用方案二,即熱風采暖與機械通風系統聯合使用。地下車庫及地下設備用房采用熱風供暖,冬季由市政熱網經換熱站提供熱水,水溫50 ℃/40 ℃,工作壓力0.7 MPa。嚴寒地區,低溫環境也經常凍裂新風系統加熱盤管,設備損壞,造成新風系統不能正常運轉以及經濟損失。新風系統防凍措施比較如表6所示。

表6 新風系統防凍措施比較

通過分析,本項目新風系統防凍方案采用方案一,新風機組及空調機組配多功能暖通空調控制器和防凍保護裝置,通過智能化控制,解決冬季新風空調機組在啟動、運行、停止等運行狀態下加熱盤管凍結的問題[7]。新風防凍調控機組接管示意圖如圖2所示。

其他防凍技術措施包括:地下車庫入口和地上主要出入口處設置電熱風幕,以阻隔室外冷風侵入;新風機組及組合式空調機組設置電動保溫密閉風閥,并與風機聯鎖啟閉;屋面空調水系統管道及閥門管件均采用防雨遮擋與防凍包裹措施,以防凍結影響系統功能;屋頂水箱間單獨設置電油汀。

4 空調自控系統設計

采用樓宇自動控制系統,可以合理地利用設備,節約能源,節省人力,確保設備的安全運行,加強大樓機電設備的現代化管理,實現綠色、節能、環保的建筑運營目標。樓宇自動控制系統由以下設備組成:BMS中央管理主機、中央管理軟件、網絡控制器、WEB網關控制器、第三方設備接口、現場DDC控制器、各類傳感器等。以第三方標準接口形式接入BAS系統;接口為標準開放MODBUS或BACnet通訊協議。通風空調自控設計方案如表7所示。

表7 通風空調自控設計方案

5 節能措施

通常醫院建筑比一般公共建筑的建筑能耗要高得多。醫院建筑通風空調運行能耗對醫院的運行管理、節能潛能具有重要影響。

本項目采用的節能措施包括:建筑的熱工設計與地區氣候相適應,保證室內熱環境要求,符合國家節能要求;一體化雙冷高效冷水機組COP=6.4,大于GB 50189—2015公共建筑節能設計標準中的規定值;用戶側水系統采用一次泵變流量系統,水泵的轉速根據空調負荷的變化而變化,減少運行費用;采用全空氣系統的大空間,過渡季節全空氣系統全新風或加大新風比例運行,利用室外空氣消除室內余熱余濕;變頻多聯機機組制冷綜合性能系數IPLV滿足節能規范要求;通風空調系統采用溫度自動控制,根據室內的負荷的變化自動調節空調負荷;空調系統設置計量裝置,實施按量收費,首先從管理上實現節能;集中供暖系統耗電輸熱比EHR、空調冷(熱)水系統耗電輸冷(熱)比EC(H)均符合GB 50189—2015公共建筑節能設計標準的要求;為保證系統穩定節能運行,各環路的阻力不平衡率控制在15%之內;空調風管的最小熱阻不小于0.81 m2·K/W;機械通風系統單位風量耗功率Ws值均小于0.27 W/(m3/h),新風系統Ws值小于0.24 W/(m3/h),空調系統Ws值小于0.27 W/(m3/h),滿足節能標準要求;新風系統入口處設置與風機聯鎖啟閉的電動密閉風閥;地下室車道入口及地上主要出入口設置電熱風幕,減少冷風侵入,節約能量;人員密集場所設置CO2濃度監測裝置,聯動啟動新風機組和排風機組動作,降低室內CO2濃度,改善室內空氣品質;地下車庫宜設置與排風設備聯動的CO濃度監測裝置;換熱站設置氣候補償器,根據室外空氣溫度變化自動改變用戶側的供回水溫度,對熱媒進行質調節。換熱站進行能量計量,包括耗電量、供熱量、補水量。

6 結語

醫院空調系統具有系統配置高、設備數量多、系統復雜、能耗高、運維成本大等特點。提升醫院建筑能耗管理水平,首先要對醫院冷熱源方案進行綜合論證比較;其次是采用先進的高效自控系統,提升醫院整體智慧化管理水平,產生節能效益;此外,對于嚴寒地區地下車庫采暖系統設計和空調新風系統的防凍設計是至關重要的。