醫(yī)院建筑暖通空調(diào)節(jié)能改造設(shè)計(jì)方法

趙偉

（深圳市華陽國際工程設(shè)計(jì)股份有限公司，廣東深圳518000）

1 引言

建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量直接關(guān)乎室內(nèi)環(huán)境舒適度，但同時暖通空調(diào)運(yùn)行時的能源消耗量較大，加劇電力資源供應(yīng)短缺的局面， 切實(shí)解決建筑暖通空調(diào)能源消耗偏高的問題迫在眉睫。 基于此， 需要深入研究建筑暖通空調(diào)的節(jié)能策略，以保證暖通空調(diào)功能得以正常實(shí)現(xiàn)為基本前提，改善能源消耗結(jié)構(gòu)，最大限度減少能源消耗梁和污染物排放量，提高建筑綠色環(huán)保水平。

2 建筑暖通空調(diào)節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)原則

1）低碳原則。 老舊暖通空調(diào)的能耗高，運(yùn)行時的污染物排放量多，引起資源浪費(fèi)和環(huán)境污染問題。 在建筑暖通空調(diào)優(yōu)化設(shè)計(jì)中， 需要考慮資源利用最低化和污染物排放最小化的要求，確保設(shè)計(jì)的暖通空調(diào)達(dá)到國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，此舉是對建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)的約束， 也是順應(yīng)現(xiàn)代社會經(jīng)濟(jì)以及生態(tài)環(huán)境發(fā)展趨勢的必行之舉。 根據(jù)低碳原則設(shè)計(jì)暖通空調(diào)系統(tǒng)時，設(shè)計(jì)人員必須嚴(yán)格把控材料質(zhì)量、施工工藝，確保建造成型的暖通空調(diào)系統(tǒng)滿足低碳減排的要求。

2）協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)原則。 建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)集多類子系統(tǒng)于一體， 各子系統(tǒng)又由諸多零部件組成， 整體系統(tǒng)的組成錯綜復(fù)雜。 在設(shè)計(jì)暖通空調(diào)時，需要兼顧各子系統(tǒng)，保證子系統(tǒng)自身功能可正常實(shí)現(xiàn)的同時增強(qiáng)子系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)性， 共同構(gòu)成功能豐富、性能可靠的建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)。 除內(nèi)部協(xié)調(diào)外，還需要注重暖通空調(diào)系統(tǒng)與外部環(huán)境的協(xié)調(diào)， 盡可能通過設(shè)計(jì)手段減少外部環(huán)境受暖通空調(diào)系統(tǒng)的影響， 實(shí)現(xiàn)真正意義上的建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)和周邊生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。

3）可循環(huán)原則。 在資源緊缺的背景下，設(shè)計(jì)人員需要探索資源的可循環(huán)利用路徑，實(shí)現(xiàn)資源“變廢為寶”的效果。 在基于可循環(huán)原則的建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中， 設(shè)計(jì)人員需要考慮暖通空調(diào)的運(yùn)行特性以及資源供應(yīng)情況， 尋找可回收利用的資源點(diǎn)， 采用技術(shù)手段將空調(diào)運(yùn)行時產(chǎn)生的能源和廢料進(jìn)行轉(zhuǎn)換，保障資源利用價(jià)值最大化。 設(shè)計(jì)中，可在建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部形成多個自循環(huán)系統(tǒng)，共同提高節(jié)能水平。

3 醫(yī)院暖通空調(diào)系統(tǒng)特點(diǎn)

1）醫(yī)院建筑規(guī)模大，暖通空調(diào)系統(tǒng)的服務(wù)范圍廣，同時各功能區(qū)對暖通空調(diào)的功能提出特殊的要求。 隨著醫(yī)療事業(yè)的發(fā)展以及居民生活水平的提高， 居民對健康狀況給予更多的關(guān)注，對醫(yī)療機(jī)構(gòu)設(shè)施、醫(yī)療環(huán)境均有更高的要求。 醫(yī)院建筑除了為治療疾病提供空間外，還需集醫(yī)療、教學(xué)、科研等功能于一體，使得醫(yī)院建筑成為功能豐富的大型綜合建筑。 在此發(fā)展現(xiàn)狀下，醫(yī)院暖通空調(diào)的數(shù)量增加，用能結(jié)構(gòu)復(fù)雜，暖通空調(diào)的能耗顯著增加[1]。

2）醫(yī)院屬于特殊場所，人員密集且對建筑內(nèi)部環(huán)境有著特殊的要求，以室內(nèi)環(huán)境的溫度、濕度、風(fēng)速等參數(shù)為例，手術(shù)室、分娩室、病房等空間均對各項(xiàng)參數(shù)提出明確的要求，并且由于空間功能的不同，參數(shù)控制標(biāo)準(zhǔn)也有區(qū)別。 而大型醫(yī)療設(shè)備以及信息數(shù)據(jù)機(jī)房均是醫(yī)院的重要設(shè)施， 對暖通空調(diào)系統(tǒng)的功能穩(wěn)定性有較高的要求，一旦暖通空調(diào)發(fā)生異常，室內(nèi)環(huán)境難以滿足儀器設(shè)備的正常運(yùn)行需求， 從而影響醫(yī)療工作的正常開展。 此外，行政辦公樓和住院病房對暖通空調(diào)系統(tǒng)的要求較為靈活，僅需提供常規(guī)的制冷和制熱服務(wù)即可。 暖通空調(diào)的配置需要視功能要求而定， 暖通空調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及運(yùn)行機(jī)制均復(fù)雜多樣。

4 醫(yī)院暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造案例分析

某醫(yī)院建筑面積約30 萬m2，包含門急診、病房、綜合辦公、科研、教學(xué)、大型醫(yī)技、生活用房及保障用房。建筑墻體采用空心磚和預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)，外窗為雙層玻璃內(nèi)遮陽。建筑消耗的資源類型有兩類，一是暖通空調(diào)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、綜合服務(wù)系統(tǒng)等消耗的電力資源，二是餐飲服務(wù)系統(tǒng)、供暖系統(tǒng)及特殊用能系統(tǒng)消耗的天然氣。 醫(yī)院暖通空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行時間長，運(yùn)行負(fù)荷重，其中，制冷季節(jié)為5～9 月，制熱季節(jié)為11 月～次年4 月。 照明系統(tǒng)、 特殊用能系統(tǒng)全年運(yùn)行。 根據(jù)節(jié)能環(huán)保的現(xiàn)代建筑發(fā)展理念，剖析該醫(yī)院建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)的能源消耗現(xiàn)狀，進(jìn)行節(jié)能改造，提高供暖系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能水平。

5 醫(yī)院暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造設(shè)計(jì)

5.1 供暖系統(tǒng)的節(jié)能改造設(shè)計(jì)

燃?xì)忮仩t是重要的醫(yī)院內(nèi)部供暖熱源， 其中≥2 臺2 t 的燃?xì)庹羝仩t提供醫(yī)用蒸汽和生活熱水熱源，4 臺10 t 燃?xì)鉄崴仩t提供供暖熱源。冬季取暖期，供暖量攀升，10 t 鍋爐的運(yùn)行數(shù)量達(dá)到3～4 臺，嚴(yán)寒時期4 臺10 t 鍋爐同步運(yùn)行，初寒和末寒時期運(yùn)行數(shù)量為2～3 臺。 非供暖期，蒸汽鍋爐的運(yùn)行數(shù)量為1～2 臺，主要提供醫(yī)用蒸汽、生活熱水及洗衣房等熱服務(wù)。 從醫(yī)院鍋爐房硬件設(shè)施配置現(xiàn)狀來看，共設(shè)置12 臺循環(huán)水泵，但均未配置變頻控制裝置，導(dǎo)致水泵運(yùn)行時的資源消耗量增加。 因此，提出增設(shè)氣候補(bǔ)償器系統(tǒng)的節(jié)能改造方案，實(shí)施精準(zhǔn)調(diào)控策略，降低供暖系統(tǒng)的能源消耗量[2]。

供暖系統(tǒng)的供熱設(shè)備選型主要基于最大熱負(fù)荷進(jìn)行，而硬件設(shè)施實(shí)際運(yùn)行時出現(xiàn)最大熱負(fù)荷的時間短， 資源未被充分利用，在增設(shè)氣候補(bǔ)償器后，可以提升溫度調(diào)節(jié)的靈活性，在室外環(huán)境空氣的溫度發(fā)生改變后隨即進(jìn)行調(diào)節(jié)。 關(guān)鍵調(diào)節(jié)機(jī)理在于通過對電動調(diào)節(jié)閥開度的改變來維持合適的供回水混合比例，以此優(yōu)化換熱站的運(yùn)行狀態(tài)，避免因供水溫度調(diào)節(jié)不及時、不精準(zhǔn)而大量消耗資源。

5.2 空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能改造設(shè)計(jì)

醫(yī)院門診樓和診斷樓共配置2 套空調(diào)系統(tǒng)， 功能分配情況為：1 臺為舒適性空調(diào)系統(tǒng)， 用于調(diào)節(jié)非手術(shù)房間及樓內(nèi)公共區(qū)域的空氣；1 臺為手術(shù)室潔凈空調(diào)系統(tǒng)， 用于調(diào)節(jié)手術(shù)室的環(huán)境。 舒適性空調(diào)系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)施在于新風(fēng)機(jī)組，經(jīng)過溫濕度處理以及過濾處理后的新風(fēng)被送至各房間， 提供新風(fēng)送風(fēng)功能。 風(fēng)機(jī)盤管安裝在各房間，布置較為靈活，可單獨(dú)控制各房間。 潔凈空調(diào)系統(tǒng)主要分布在樓內(nèi)設(shè)備夾層，采用的是定風(fēng)量全空氣系統(tǒng)，在其調(diào)節(jié)作用下，使空間內(nèi)的正壓與潔凈度均達(dá)到要求。 空調(diào)水系統(tǒng)有兩管制和四管制兩種形式，本建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)采用的是如下配置方式： 樓內(nèi)舒適性空調(diào)區(qū)域?yàn)閮晒苤疲募纠鋬鏊投径螣崴B至分水器，通過閥門靈活切換供冷工況的冷凍水和供熱工況的二次熱水； 潔凈空調(diào)水系統(tǒng)采用四管制，根據(jù)手術(shù)室對冷源的需求，配置的是2 臺螺桿式冷水機(jī)組， 冷凍水與板式換熱器二次熱水連至供回水管道[3]。

根據(jù)本醫(yī)院建筑空調(diào)系統(tǒng)的配置現(xiàn)狀，進(jìn)行節(jié)能改造設(shè)計(jì)。

1）水泵變頻控制改造設(shè)計(jì)。 按照最大負(fù)荷設(shè)計(jì)中央空調(diào)系統(tǒng)并配置硬件設(shè)施， 而醫(yī)院建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行時的年平均負(fù)荷普遍低于設(shè)計(jì)負(fù)荷，根據(jù)既有運(yùn)行資料可知，最大負(fù)荷出現(xiàn)的時間不超過總運(yùn)行時長的10%， 常規(guī)方法是設(shè)置調(diào)節(jié)閥， 通過對此裝置開度的調(diào)節(jié)來達(dá)到提高管網(wǎng)阻力的效果，雖然此方法的流量控制效果良好，但存在能源消耗量偏高的問題，無法從根本上提高節(jié)能降耗水平。 因此，需以建筑實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷為準(zhǔn)，根據(jù)當(dāng)前的負(fù)荷變化動態(tài)調(diào)節(jié)空調(diào)系統(tǒng)。

2）水泵變頻控制改造設(shè)計(jì)。 （1）溫差控制方式。 關(guān)鍵控制參數(shù)為供回水鋼管溫差， 根據(jù)現(xiàn)有裝置的運(yùn)行狀況和醫(yī)院暖通空調(diào)系統(tǒng)對水泵的要求設(shè)計(jì)供回水溫差的控制標(biāo)準(zhǔn)， 通常以5 ℃為宜。 溫差控制的工作機(jī)理為：為供回水管安裝溫度傳感器，及時監(jiān)測溫度并對比分析供水管、回水管的測溫?cái)?shù)據(jù)，確定兩者的溫差，再向控制裝置回傳溫差數(shù)據(jù)，將其與溫差控制標(biāo)準(zhǔn)做對比分析，根據(jù)偏差靈活調(diào)節(jié)水泵流量，從而減少不必要的能源消耗。 （2）壓差控制方式。 控制器的輸入信號采用的是水氣筒中壓差值，采用自拌熱，盡可能減少熱量損失，設(shè)置厚度為20 mm 的石棉繩和玻璃纖維布（保護(hù)層），在防護(hù)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，涂刷防腐漆，通過多層結(jié)構(gòu)有效減少熱量損失。

6 醫(yī)院暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造前后的運(yùn)行效果分析

以門診樓建筑空調(diào)系統(tǒng)為例， 分析用電量、 折合標(biāo)準(zhǔn)煤量、減少CO2排放量及單位建筑面積節(jié)電量，改造后的能耗數(shù)據(jù)如表1 所示。

表1 門診樓建筑空調(diào)系統(tǒng)改造后的能耗

每年5～8 月，冷水機(jī)組負(fù)荷均在50%以內(nèi)，負(fù)荷率50%～80%， 離心式制冷劑COP 最高， 資源得到充分的利用。 機(jī)組COP 將由于長期保持負(fù)荷率低于50%的狀態(tài)而降低， 單位冷量耗電量增加，存在喘振現(xiàn)象，不利于機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行以及資源消耗量的控制[4]。 針對該問題，用DN250 管道連接門診樓空調(diào)系統(tǒng)分水器和集水器，5～8 月使用門診樓1 臺冷機(jī)， 以較少的能源消耗來滿足門診樓的供冷要求。 制冷系統(tǒng)經(jīng)過節(jié)能改造后的能耗情況，如表2 所示。

表2 制冷系統(tǒng)改造后的節(jié)能量

6 節(jié)能措施總結(jié)

醫(yī)院暖通空調(diào)系統(tǒng)的能耗較高， 實(shí)施節(jié)能改造策略是降低能耗的重要舉措。 在節(jié)能設(shè)計(jì)中，工作人員需評估現(xiàn)有暖通空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，重點(diǎn)分析能耗較高的裝置及運(yùn)行環(huán)節(jié)，再從硬件配置、軟件升級等方面尋找突破口，提升暖通空調(diào)的節(jié)能降耗效果。 經(jīng)過本文的分析，做如下總結(jié)。

1）非供暖季獨(dú)立設(shè)置小型燃?xì)忮仩t，裝置性能與此階段的負(fù)荷相適配，在正常實(shí)現(xiàn)功能的同時達(dá)到節(jié)能降耗的效果，僅以夏季為例，節(jié)能改造后可節(jié)省約5 萬m3的天然氣，減少約110 t 的CO2排放量。

2）冷水機(jī)組能耗偏高的問題可通過增加單臺冷水機(jī)組供冷面積的方式解決，但必須確保各設(shè)施均可協(xié)調(diào)運(yùn)行。 在增加單臺冷水機(jī)組供冷面積后，機(jī)組保持高負(fù)荷率運(yùn)行狀態(tài)，資源得到充分利用，較之于改造前，COP 大幅提高。

3）在原設(shè)計(jì)方案中，冷卻水水面采用敞開式的形式，隨著暖通空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行時間的延長， 冷機(jī)組冷凝器水側(cè)結(jié)構(gòu)堆積的雜質(zhì)含量逐步增加， 引起愈發(fā)嚴(yán)重的堵塞問題， 導(dǎo)致COP降低，能耗增加，冷機(jī)組的服務(wù)品質(zhì)降低，有關(guān)技術(shù)人員需予以高度的重視，調(diào)整結(jié)構(gòu)配置方式、攔截雜質(zhì)等，保證冷機(jī)冷凝器的正常運(yùn)行。

7 結(jié)語

綜上所述， 暖通空調(diào)系統(tǒng)在建筑工程中取得廣泛應(yīng)用，醫(yī)院建筑各空間的環(huán)境要求高， 設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)功能可靠、節(jié)能環(huán)保等要求設(shè)計(jì)醫(yī)院建筑暖通空調(diào)，引入前沿的節(jié)能環(huán)保技術(shù)，配置節(jié)能減排的暖通設(shè)備。 經(jīng)過本文的分析，闡述暖通空調(diào)節(jié)能設(shè)計(jì)的基本原則，并重點(diǎn)探討了醫(yī)院暖通空調(diào)節(jié)能改造設(shè)計(jì)策略，以期起到拋磚引玉的作用，為同仁的暖通空調(diào)節(jié)能改造設(shè)計(jì)工作提供參考。 同時，設(shè)計(jì)人員需持續(xù)深化設(shè)計(jì)理念，改進(jìn)設(shè)計(jì)方法，提高醫(yī)院建筑暖通空調(diào)的節(jié)能改造設(shè)計(jì)水平。