医院空调系统的节能措施

医院空调系统的节能措施 论文作者：王江标 涂光备 光俊杰 潘蓓蓓 发表时间：2007 年 4 月 10 日 摘 要： 分析了医院空调系统的特点和能耗，提出了适合我国医院空调系统的节能措施。 关键词： 医院空调系统； 能耗； 节能措施 Measures on Energy Saving of Air conditioning System for Hospitals WANG Jiang-biao， TU Guang-bei， GUANG Jun-jie， PAN Bei-bei (School of Environment Science & Technology，Tianjin University，Tianjin 300072，China) Abstract：The characteristics and energy consumption of air conditioning system for hospitals are analyzed，and the energy saving measures suitable for the air conditioning system in the Chinese hospitals are put forward. Key words：air Conditioning system of hospital； energy consumption； energy saving measures 医院空调系统能耗偏大是公认的普遍问题。有关资料表明，医院空调系统的年一次能耗一般是办 公建筑的 1.62.0 倍。本文对医院空调系统能耗进行了分析，并提出了相关节能措施。 1 医院空调系统的特点和能耗 医院空调系统和一般建筑物的空调系统相比，具有 3 个特点强调空气的净化与无菌，严格控 制建筑物内的气流流向和风速，确保医疗上必需的温度和湿度。医院普通病房最常见的空调形式是风 机盘管系统，主要是因为风机盘管系统能够经济地控制多种温度区域，节省空间，适合用于空间高度 受到限制以及使用低温水加热的地方。 医院由于其功能的特殊性，要求能源的供应必须具备高保障性和高品质，空调系统在设计时为保 证医院各个部门的正常使用，通常运行时间长、新风量和负荷量大。再加上医院空调负荷比较分散， 空调系统的管道较长，造成系统的水、空气驱动能耗较大。 美国供热制冷空调工程师协会(ASHRAE)的调查资料表明 1，与医院空调通风系统相关的能耗约占 医院总能耗的 67，而空调通风的风机能耗和混合再热能耗占全年能耗的 1/3。日本某家典型医院能 源消耗情况也表明，空调冷、热源和空调动力能耗占总能耗的 51.8，与美国 ASHRAE 的调查资料中空 调通风系统的能耗情况相近。国内也进行了相关调查 2。上海市卫生局对几所典型医院的调查结果表 明，各医院门诊的能耗指标为 2.805.57 元/(人次)，最高值与最低值相差近 1 倍，可见各医院能 耗水平差异较大。 2 医院空调系统的节能措施 2.1 选择空调能源的多元化 据有关资料，日本医院空调冷源以吸收式制冷为主。而国内多数医院空调以电制冷为主。我国的 电力主要是火电，煤发电量超过发电总量的 70，虽然我国供电煤耗量逐年有所下降，但仍在 400g/(kwh)左右，远高于世界先进水平 320 g/(kwh)。同时，煤电并不是一种清洁能源 3。因此， 对于大型建筑，空调能源的多元化比较合理。用直燃型溴化锂吸收式冷水机组满足基本负荷，用电动 冷水机组应付突发负荷，在夜间作蓄冰运行。这样不仅能够平衡昼夜供电峰谷差，充分利用昼夜电价 差，而且也平衡燃气供应的冬、夏季峰谷差。另外，从运行成本角度看，采用空调能源的多元化，其 中某种能源价格的波动都不会对整体运行费用造成太大的影响，因此选择空调能源的多元化既环保又 节能。 2.2 合理进行空调系统分区 医院空调系统分区的原则主要有以下 4 点 1： 按冷、热负荷的状态分。对于内、外区的空凋系统，内区常年供冷，外区则夏季供冷，冬季供 暖。 按使用时间和管理要求分。医院各部门功能不同，使用时间上也有差异。如护士站、监护室、 重症病房、感染病房、防止感染病房、无菌病房、婴儿室等需要 24 h 连续运行；手术室、分娩室、急 救室、紧急检查室、太平间等随时准备运行；检查室、x 光室、恢复室、解剖室、药房、办公室、厨房 等定时运行；值班室夜间运行。 按空气洁净度分。不同的空气洁净度需要不同的空调系统处理方式。根据医院洁净手术部建 筑技术规范GB 503332002，洁净手术室与辅助用房分开设置净化空调系统，I、II 级洁净手术室每 间采用独立的净化空调系统等。 按温、湿度要求分。温、湿度要求基本相同的房间归为同一系统。 医院空调系统一般依据各室的用途、负荷特性、运行的时间段、空气洁净度、室内配置与新风口、 排风口的相对位置、防火区等因素进行分区，此外还要考虑运行管理的方便及经济性。 2.3 有效利用二次回风 在医院空调系统的各项能耗中，由于不同房间对温、湿度要求不同，空调混合再热能耗占的比例 较大。而二次回风并不需要再热，它是将第一次回风处理后的空气与室内空气混合，相当于用室内空 气的余热来加热第一次混合处理后的空气。同时，制冷机组只需处理第一次回风混合后的空气量，其 风量远远小于普通的一次回风的总风量，故制冷量也远小于普通的一次回风的制冷量。所以在空调系 统设计时应尽可能采用二次回风，避免出现一次回风形式的“冷热抵消”现象，以节约能源 4。 以天津市面积为 40.5 m2，层高为 3.0 m 的某间 100 级洁净手术室为例，在下列参数情况下，比较 夏季工况一次回风与二次回风系统的能耗。 室内参数：温度为 24，相对湿度为 60%，干空气比焓为 52.8 kJ/kg，室内热负荷为 6 kw，室内 湿负荷为 448g/h，热湿比为 48 214 kJ/kg。室外参数：温度为 33.5，湿球温度为 27.7，干空气 比焓为 88.0 kJ/kg。房间的送风量为 10 008 m3/h。 计算得一次回风系统与二次回风系统的能耗对比见表 1。 表 1 一次回风系统与二次回风系统能耗对比 Tab.1 Comparison of energy consumption between primary and secondary retun air systems 方案 回风总量 /(m3h-1) 一次回风量 /(m3h-1) 二次回风量 /（m 3h-1） 系统制冷量 /kW 系统再热量/kW 一次回风 9502.8 9502.8 - 33.6 16.7 二次回风 9502.8 2864.4 6638.4 16.9 - 从表 1 可以看出，一次回风系统的制冷量是二次回风系统的制冷量与一次回风系统的再热量之和， 即通常所说的一次回风的“冷热抵消”现象。可见，一次回风系统的能耗远高于二次回风系统。如果 制冷机组的制冷系数为 3.0，制热系数为 1.0，采用电加热再热方式，空调系统每天运行 12h，则一次 回风系统机组的日耗电量为 334.8kwh，二次回风系统机组的日耗电量为 67.6kwh，一次回风系统 比二次回风系统每天多耗电 267.2kwh，若电价按 0.66 元/(kwh)计算，则二次回风系统比一次回风 系统每天节省 176.4 元。 2.4 采用变流量控制 空调系统流体的循环主要由 5 部分组成 5：室内空气循环、冷冻水循环、冷媒循环、冷却水循环 和室外空气循环。其中，室内空气循环负荷最小，其余依次变大，室外空气循环负荷最大。 空调系统的设计一般按最不利情况进行计算，而实际运行时所承担的负荷通常只是部分负荷， 并不是满负荷。在部分负荷时根据热负荷的变化，可通过变频调速技术及优化设备运行台数的变流量 控制来实现自动同步减少流体机械的流量和扬程，提高效率，节省大量的能量。经计算，当流体流量 减少 20时，相应流体机械的扬程减少约 36%，耗电量减少约 48.8；当流体流量减少 40时，相应 流体机械的扬程减少约 64，耗电最减少约 78.4。 变流量控制主要是针对变负荷系统设计，因此系统负荷变化较大时，采用变流量控制节能效果比 较明显。 2.5 合理利用室外新风 在正常情况下取最小新风量。医院空调系统新风最取下列 4 个因素的最大值：满足人员卫生要 求；维持室内正压所需 6；补充排风的需要；满足新风最小换气次数。减少新风最，新风负荷 相应减少，具有显著的节能效果。非工作班或患者较少时，如能相应减小门诊部等处的新风量，能耗 也将减少。在不影响医院合理压差及气流流向的前提下，通过 CO2浓度检测元件等可相应调节新风量。 因为室内 CO2浓度可以直接反映室内人员的密度，当室内 CO2浓度减少时，表明室内人员密度变小，可 通过自动控制相应调小新风量。 在过渡季节取最大新风量。过渡季节时，室外空气比焓小于室内空气比焓，采用全新风运行不仅 可缩短制冷机的运行时间，减小新风耗能量，同时可以改善室内环境的空气质量。 2.6 设定空调系统的最佳运行模式 医院空调系统能耗大的一个重要原因是空调系统运行时间较长。在间歇运行时，应根据围护结构 热工性能、气候变化、房间使用功能进行预测控制，确定最适合的启动和停机时间，住保证舒适的条 件下节约空调系统能耗。如果制冷机和锅炉容量已经确定，则应按其额定功率考虑预冷或预热时间， 提高冷、热源的运行效率 1。 2.7 选择适当的温、湿度 在允许情况下，提高夏季室内设定温度，或降低冬季室内设定温度，可以相应减少空调系统能耗。 一个设计良好的医院空调系统对患者的治疗和康复具有一定积极的作用，从而减少患者的住院时间， 在某些情况下甚至是该疾病的主要治疗条件。从另一个角度看，如果每个患者的平均住院时间减少， 等同于同一时间内医院可以接收更多的患者，提高了医院空调系统的利用率，从而起到节能的效果。 研究表明，病患者在适宜的温、湿度环境中比一般环境中更易康复，体质改善更快。不同病情对空调 系统的要求不同，因此，医院空调系统在功能设置、分区等方面，需要考虑这一点。 2.8 有效利用回收的能量 空调冷凝热的回收利用 医院空调系统在使用时，每个制冷循环通常都有大量的热量通过冷凝器或冷却塔排放到室外，对 周围环境造成热污染。而医院在制冷的同时，往往还要制备大量的热水。通过对现有的空调冷水机组 进行改造或直接选用具有同时供冷、供热水功能的机组，能够把制冷循环中工质冷凝放热过程放出的 热量利用起来制备热水，从而提高能源利用率，减少能源的消耗和对环境的污染，节省能源费用的开 支 7。 排风冷、热量的回收利用 在医院能耗中，空调系统的新风能耗超过建筑总能耗的 4，在进行了合理的空气风平衡、热平衡 后，新风的耗能被排风，排出室外 8。如果在系统中安装能量回收装置，用排风中的能量来处理新风， 就可减少处理新风所需的能量，降低机组负荷，提高空调系统的经济性。排风冷、热量回收装置有转 轮换热器、板翅式显热换热器、板翅式全热换热器、热管换热器和中间冷媒式换热器。当医院空调系 统采 用全热换热器时，为防止交叉感染，设备选用与设计时应注意选用细菌转移率低的设备，并将全热换 热器设置在最终过滤器的上游侧，保证排风不混入新风中。 医院内区热量的回收利用 某些大型医院建筑单层面积大，形成了内区、外区和周边区。内区无外墙和外窗，四季无围护结 构冷、热负荷，但有人员、灯光、发热设备等，因此全年均有余热，即有冷负荷。在北方地区，回收 内区热量可以采用水环热泵系统，将内区的热量转移到周边区。另外，还可以利用双管束冷凝器冷水 机组进行回收，见图 1。 系统中的蒸发器供出的冷冻水供内区盘管使用，对内区供冷。在冬季，双管束冷凝器中一部分管 束加热的水供给周边区的盘管，对周边区供暖。如果还有多余热量可以通过另一管束及冷却塔排到大 气中。在冷冻水系统中还可以接入排风系统的盘管，在冷凝器侧水系统中接入新风系统的盘管，这样 可以回收排风中的热量。整个系统在夏季按常规方式运行，即蒸发器的冷冻水向内区供冷，冷凝热量 全部通过冷却塔排入大气 1。 2.9 应用实例 采用合理的节能措施可大大降低医院空调系统能耗。日本某大型医院的能耗主要由空调热源、空 调通风及其动力系统、热水、照明和其他部分组成，其所占比例分别为 25、29、11、15和 20。当每一部分采取相应的节能措施时，可以取得良好的节能效果，其中与空调系统相关部分的节 能达到 13 1。 3 结语 在进行医院空调系统设计时，应充分考虑空调系统冷、热源的结构，优化空调系统形式，同时注 重设备的运行管理和调节能力，降低医院空调系统能耗。但值得注意的是，医院本身就是为患者提供 看病、治疗和康复的场所，同时又是防止疾病传播的重要场所，因此，在考虑医院空调系统节能时， 必须把防止医院交叉感染放在首位，任何违背或损害医院空调系统这方面功能的措施都是不可取的。 参考文献： 1 涂光备.医院建筑空调净化与设备M.北京：中国建筑工业出版社，2005. 2 王萍，诸葛立荣.医院建筑与能源消耗的研究J.中国卫生资源，2002，5(6)：252253. 3 龙惟定，王长庆，丁文婷.中国的能源结构与空调冷热源的选择取向J.中国建筑电气设备选型年 鉴，2002，(1)：4164