乙二醇热回收系统在医疗建筑中的应用探讨.docx

乙二醇热回收系统在医疗 建筑中的应用探讨 山东省建筑设计研究院 潘 学 良 李 向 东于 晓 明摘 要分 析 了 医 疗 建 筑 及 不 同热回收装置的特点 ，指出医疗建筑中设置空气热回收装置 的必要 性并宜采用 溶 液式热回收装置 ，阐 述 了此系统的工作原理 、组 成 及 组 合 形 式 。 以 某 医 疗 工 程 为 例 详 细 阐 述 了 乙 二 醇 溶 液 式 热 回收系统的设计过程 ，并进行了系统的节能性和经济性 分 析 ，指出了 此 系统的缺 点及在设计中应注意的问题 。关 键 词 乙 二 醇 热 回 收 空 调 设 计 能 耗医 疗 建 筑引 言医 疗 类 建 筑 是 为 人 们 提 供 医 治 疾 病 、疗 养 康 复 、卫 生 保 健 等 服务的 一类较为 特殊的公共建筑 ，医 疗 建 筑 的 发 展 体现了一个国家 或地区经济发展 与 人 民 生 活 的 水 平 ，历来受 到 各国政府的重视 。我国 目前正 处于医疗建筑 快速发展的一个时期 。医 疗 建 筑 具 有 以 下 特 点 ：功 能 复 杂 ；人 员 密 集 且 流 动 性 强 ；服 务 人 员 特 殊 （患者 及长时间暴露于 医 疗 环 境 的 医 护 人 员 ）；供暖空调系统的要求高于 一 般 的 舒 适 性 要 求 ，需 要 满 足 患 者 康 复 的 需 要 ，部 分 区 域（如 手 术 室 、 病 房 等 ）有 净 化 需 求 ；空 调 通 风系统 需充分考虑空 气交叉污染问题 。在 医 疗 建 筑 中 ，耗 能 设 备 要 远远多于普通办 公 、商业类公共建筑 ，主 要 包 括 医 疗 设 备 、生 活 热水 、蒸 汽 消 毒 、照 明 、供 暖 空 调 等 ，使 得 医 疗 建 筑 的总 能 耗 要 高 于 一 般 公 共 建 筑 ，而在医疗建筑能耗 中 ，供 暖 空 调 能 耗 又 占 到 左 右。 在 大 力 提 倡 节 能 环 保 的 今 天 ，降 低 医 疗 建 筑 的 能 耗 ，尤 其 是 降 低供暖 空调系统的能 耗具有极其重要的意义 。在 医 疗 建 筑 中 ，为了提 供 较为理想的医疗康复 环 境 ，空 调 通 风 系统需 提供更为 充足的新风供应 ， 根 据 民 用 建 筑 供 暖 通 风 与 空 气 调 节 设 计 规 范 的 规 定 ，医疗建筑中的新风量是按 换 气 次 数 计 算 的 ，门 诊 、病房等均不应低于换气次 数 ，为 保 证 合 理 的 气 流 组 织 ，卫 生 间 、内 区 房 间 集中排 风均是医疗建 筑设计不可缺少的 ，因 此 空调 供 暖 节 能 中 ，新 风 、排 风 空 气 热 回 收 的 设 置 就 显得 尤 为 重 要 。而在传统医疗建 筑 设 计时 ，由 于 担 心 空 气 交 叉 污 染 ，对 空 气 热 回 收 装 置 的 应 用 慎 之 又 慎 ，使得绝大部分的医疗 建 筑没 有设置空气热回 收装 置 。本 文 旨 在 探 讨 医 疗 建 筑 中 空 气 热 回 收 装 置 的 合 理 选 用 ，并 以 实 例 分 析 其 经 济 性 。空气热回收装置概述 空调系统常见的热 回 收方 式表 空调系统常见的热回收方式 板 式 热 回 收转 轮 式 热 回 收乙 二 醇 热 回 收最 高 回 收 效 率热 回 收 类 型 污 染安 装 其 他显 热 很 少不 方 便体 积 大 ，送 排 风 必 须 集 中 在 一 起全 热难 以 避 免 不 方 便体 积 小 ，送 排风 必 须 集 中 在 一 起显 热无 交 叉 污 染 方 便送 排 风 能 够完 全 分 开上述各种热回收方式各有 优 缺 点 ，设 计 时 需 针对 不 同 的 建 筑 物 类型和送排风形式选用相应的 热 回 收 方 式 。乙 二 醇热回收空调系统虽然回收效 率较 低 ，但能保证空气无交 叉 污染 ，具 有 安 装 方 便 、受 空 间 限 制 小 （减小新风机房的面积 ）的 优 点 。 比 较 适 用 于 送 排 风 必 须完全隔离的远距离末端处理 的送 排 风 系 统 ，如 医 疗 建 筑 、无 菌 动 物 实 验 室 、高 级 酒 潘 学 良 ，男 ，年 月 生 ，硕 士 ，工 程 师 济南市经四路小纬四 号 楼（）：收 稿 日 期 ：空 调 制 冷暖 通 空 调 年 第 卷 增 刊 店 以 及 排 放 有 毒 、有 害 气 体 的 工 业 厂 房 等 。乙 二 醇 热 回 收 系 统 工 作 原 理以 换 热 器 和 乙 二 醇 溶 液 作 为 换 热 媒 介 在 排 风 侧 将 排 风 中 的 冷 量 （热 量 ）通过换 热器传递给乙二 醇 溶 液 ，降 低（提 高 ）乙 二 醇 溶 液 的 温 度 ，然 后 通 过 循 环 泵 将 被 冷 却 （加 热 ）的乙二醇溶液输送到新风 侧 的 换 热 器 中 ，降 低 （提 高 ）新 风 温 度 ，减 少 系 统 的 负 荷 和 整 个 空 调 系 统 的 运 行 成 本 ，实 现 能 量 回 收 。图 多对多能量回收系统 消 防水池及消防泵房 ；地 下 层 为 车 库 、生 活 泵 房 、强 弱 电 机 房 等 ； 层 为 共 享 大 厅 、急 诊 科 ； 层 为 急 诊 病 房 区 、急 诊 留 观 区 、急 诊 手 术 室 ； 层 为 康 复 中 心 、体 检 中 心 及 办 公 用 房 ； 层 为 配 餐 区 ； 层 为 办公 区 ； 层 为 诊 疗 中 心 ； 层 为 康 复 中 心 ； 层为 带 有 示 教 室 的 标 准 病 房 ； 层 为 带 有 多 媒 体 示 教 室 的 养 护 病 房 ； 层 为 带 有 多 媒 体 示教 室 的 标 准 病 房 ；层 为 培 训 教 室 。乙 二 醇 热 回 收 系 统 组 成 及 形 式分 体 式 热 回 收 系 统 的 乙 二 醇 水 溶 液 循 环 回 路 主 要 由 膨 胀 罐 、循 环 水 泵 、温 度 计 、闸 阀 、手 动 排 气 阀 、补 水 阀 （安 装 于 最 高 点 ）、止 回 阀 、泄 污 阀 （安 装 于 最 低 点 ）、压 力 表 、软 接 头 及 循 环 水 管 （循 环 水 管 不 能 采 用 镀 锌 钢 管 ）组 成 。分体式热回收系统按系统配套关系可分 为 一 对 一、一对多、多对一、多对多种形式，见图。热回收系统概况 ）系 统 简 介本 项 目 地 上 层 均 采 用 风 机 盘 管 加 新 风 空 调 系统 。送 风 、排 风 系 统 原 理 图 见 图 。建 筑 各 层 送 、排 风 量 见 表 。表 建 筑 各 层 送 、排 风 量楼 层送 风 量排 风 量是 否 并 入 热回 收 系 统否否 否排 风 并 入 排 风 并 入 排 风 并 入 排 风 并 入 是是 是图 一对一能量回收系统 图 一对多能量回收系统 因为液体循环系统的水 气 比 及 新风 、排 风 质 量流 量 比 影 响 系 统 的 显 热 效 率 。 显 热 效 率 随 水 气 比 增 大 而 降 低 ，随 新 风 、排 风 质 量 流 量 比 增 大 而 降 低 ，新 风 、排 风 质 量 流 量 比 取 ，建 议 取 值 范 围 为。故 根 据 风 量 平 衡 计 算 得 到 系 统 形图 多对一能量回收系统 式 为 ： 层 病 房 层 、办 公 层 采 用 热 回 收 新 风 机组 ，经 与 层病房卫生间排风 、 层 公 共 卫 生间排风通过乙二醇溶液式 热 回 收系 统换 热 ，回 收 排 风 中 热 量 后 再 经 冷 热 盘 管 处 理 送 入 室 内 。 其他 楼 层 新 风 采 用 新风机组经冷热盘管处理直接 送入 室 内 。）热 回 收 型 新 风排风机组参数 （见 表 ）乙 二 醇 热 回 收 系 统 经 济 性 分 析工 程 实 例 介 绍临 沂 某 医 疗 病 房 楼 ，主 楼 层 ，裙 房 层 ，地 下 层 。总 建 筑 面 积 ，其中地下建筑面 积 ，地 上 建 筑 面 积 ，建 筑 高 度 。各 层 主 要 功 能 为 ：地 下 层 为 车 库 、 第 届全国建筑环境与设 备 技术交流大会文集 空 调 制 冷图 送排风系统原理图 表 热回收型新风排风机组参数 风 量（）台 数热 回 收 效率水 流 量（）热 回 收 水 阻力电 动 机 功 率安 放 位 置机 组 功 能夏 季 冬 季 夏 季 冬 季 夏 季 冬 季 夏 季 冬 季 夏 季 冬 季 夏 季 冬 季 夏 季 冬 季 夏 季 冬 季 夏 季 ： 冬 季 夏 季 ： 冬 季 夏 季 冬 季 夏 季 冬 季 各 层 空 调 机 房新 风 层 空 调 机 房新 风屋 顶 层排 风机 房 层排 风机 房 层排 风机 房 层排 风）乙 二 醇 热 回 收 系 统 原 理 图本项 目采用的是多 对多能量回收系统 ，原 理 图如 图 所 示 。阻取，循环水溶液平均流速取。摩 擦 阻 力 ； 局 部 阻 力 损 失 ；排 风 机 组 换 热 器 盘 管 的 压 力 损 失 ；新 风 机 组 换 热器盘管的压力损失 。）循 环 水 流 量 计 算热 回 收 环 路 设 计 及 水 泵 选 型）确 定 乙 二 醇 水 溶 液 质 量 百 分 比临 沂 地 区 冬 季 空 调 室 外 计 算 温 度 为 ，极 端 最 低 温 度 ，查乙二醇水溶液配比表 ， 溶 液 凝固点 低于当 地 冬季最低室外气温 为 宜 。选 用 凝 固 点 为 的乙二醇水溶液 ，其 质 量 百 分 比 为 ，容 积 百 分 比 为 。）确 定 各 循 环 管 路 管 道 阻 力因 为 本 系 统 新 风 量 为，排 风 量 为 ，新 排 风 比 为 。 新 风 量 略 大 于 排 风 量 ，故以新风 机 组冬季水 流 量来进行管路的水力 计 算 。系统的管路总长 度 ，比 摩 （），其 中 为 第 个 新 风 机 组 热 回 收 盘管 的 额 定 流 量 ，。）水 泵 扬 程 计 算 （ ） （），其中 为乙二醇水溶液循环管 路 阻力 修正系数，由溶液流速与质量百分比查表求得 。）水 泵 选 型空 调 制 冷暖 通 空 调 年 第 卷 增 刊 ， ，选 择 某 厂 家 单 级 离 心 泵 ，流 量 ，扬 程 ，转 速 ，功 率 。一 般 为 ， 为系统运行的 最 高 压 力 （绝 对 压力），一般为预充压力 水 泵 扬 程 。）膨 胀 罐 的 选 型由 上 述 计算确定膨胀罐的体积不得小于 。膨 胀 罐 及 其 选 型）膨 胀 罐 的 计 算上 述 计 算 得 到 热 回 收 循 环 环 路 总 水 流 量 ，循 环 液 平 均 流 速 。 由 热回收节能分析 夏 季 工 况 时 ，当 乙 二 醇 溶 液 经 过 排 风 机 盘 管 ， 排 风 温 度 上 升 ，乙二醇溶液温度降低 ；再 经 过 新 风 空 调 箱 盘 管 时 ，新 风 温 度 降 低 ，夏 季 工 况 以 排 风 温 升 的能量来计算热回收的能量 。同 理 ，冬 季 则 以 新 风 温升的能量来计算热回收的 能 量 。，得 ，故 可 选 取 管 径 。乙 二 醇 系 统 的 水 容 量 （） 。乙 二 醇 水 溶 液 的 膨 胀 系 数 ，其 中 为 （夏季空调室 外 计 算 干 球 温 度）时 的 膨 胀 系 数， 为 （循环水溶液预充时温度）时的膨胀系数。式 中 为 热 量 回 收 值 ，；为 空 气 的 比 定 压 热容 ，（）； 夏 季为排风机组的风 量 ，冬 季 为 新风机组的风量 ，； 为 空 气 的 密 度 ，取 ；为 送 排 风 温 差 ， ， 其 中 为 夏 季 空 调 室 外 计 算 干 球 温 度 ， 为 室 内膨 胀 罐 的 体 积 温 度 也 为 排 风 温 度 ； 为 热 回 收 机 组 的 效 率 ； 为温度对效率平均影响修 正 系 数 ，一 般 为 ，取 。夏季及冬季设计工况下 热 回 收 值见 表 。 （） ，其 中 为膨胀罐的预充压力 （绝 对 压 力 ），表 夏季及冬季设计工况下热回收值 季 节热 回 收 效 率设 备 总 风 量（）室外空调计算温 度 室 内 设 计 温 度 温 差 总 热 回 收 量冬 季冬 季 夏 季 夏 季 夏 季 夏 季 根 据 临 沂 市 室 外 干 球 温 度 资 料 ，对 全 年 的 气 象 参 数 的 整 理 ，得 到 ：夏季 工况下室外干球 温 度 的 时 间 为 ；冬季工况下计 算 时 间 为。过渡季节不考虑热 回 收 机 组 热 回 收 的 电 量 。由 上 述 数 据 可 计 算 得 到 ：）夏季热回收节约的电量：（）；故 夏 季 能 量 回 收 节 电 量 ： （机 组 取 ）。）冬 季 热 回 收 节 约 的 电 量 ：（ ）；故 冬 季 能 量 回 收 节 电 量 ： （机 组 取 ）。）系 统 全 年 热 回 收 电 量 ：。空调系统能效比 （非 主 机 能 效 比 ），夏 季 一 般 为，冬 季 一 般 为 。投资回收期分析 本 例 只 对 采 用 热 回 收 机 组 的 系 统 进 行 相 关 比 较 ，不 涉 及 采 用 普通送排风机组的系统 ，投 资 回 收期 分 析 见 表 。通过上面的计算可以看出 ：本 项 目 采 用 乙 二 醇热 回 收 系 统 ，每 年系统节约的总费用约为 万 元 ，静 态投资回收期约为 。 可 节 约 标 准 煤 ，可减少多种空气 污 染物 的排放 。 第 届全国建筑环境与设 备 技术交流大会文集 空 调 制 冷表 投资回收期分析 风 量 数 量 传统新排风机 组数字化分体式能量回收机组 （）台电 动 机 功 率 初 投 资电 动 机 功 率 热 回 收 循 环 泵初 投 资 万 元 功 率 万 元新 风 机 组新 风 机 组 排 风 机 组 排 风 机 组 排 风 机 组 排 风 机 组 总 计机 组 年 耗 电 量（）机组年节约电 量（）系统年热回收电 量（）系统年热回收节约电 量（）系统年节约总电 量（）系统年节约总费 用万 元 系 统 初 投 资万 元增量静态投资回收 期年 节 能 减 排 量（电 动 机 ） （热 回 收 装 置 ）（执行居民用电电价 元 ）节 约 标 准 煤 ；减 少 排 放 二 氧 化 碳 、碳 粉 尘 、二 氧 化 硫 、氮 氧 化 物注 ：机组年运行时间为 。乙 二 醇 热 回 收 系 统 设 计 中 应 注 意 的 问 题投 资 ，但系统的运行费用 大 幅度 减少 ，在 年 即可 收回系统的初投资 。应 通 过 计 算 整 个 系 统 的 阻 力 ，选 择 合 适 的 乙二 醇 循 环 泵 ，避 免 水 泵 能 耗 的 增 加 。相 对 于 其 他 系 统 ，乙二醇热回收系统能节 省整 个 系 统 的定压 和补液应 选择闭式膨胀罐 ，大 量化石燃料的使用 ，减 少 氮氧 化物和碳氧化物 的排 放 ，有 利 于 环 境 保 护 ，与国家提倡的节能减排 政 策 也 是 一 致 的 。以 避免乙 二醇的挥发和 外界空气污染管路系统 。为了使送 排 风侧的空 气 与乙二醇溶液进行充 分 的 换 热 ，管 路 内 乙 二 醇 溶 液 的 流 速 宜 控 制 在 左 右 。相 对 于 转 轮式和板式热回收系统 ，乙 二 醇 热回 收 系 统 比 较 适 用于送排风必须完全隔离的远 距离 末端处理的送排风系统 。参 考