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現代醫院冷熱源設計問題及對策

時間:2020-07-26 08:49:34    標簽:潔淨室知識    來源:丝瓜下载app



丝瓜下载app官方 現代醫院冷熱源設計問題及對策

  醫院有著自身的特點,也不能照搬一些常用的公共建築節能措施,醫院是一種存在著較大節能潛力的公共建築。首先應該從需求的基礎性數據出發,進行合理的能源布局。

現代醫院是一個較為複雜的建築群,按照醫療用途可分為門急診、醫技(運用專門的診療技術和設備,協同治療的醫療技術科室)和病房樓,這幾個區域可獨立成棟,也可以置於一棟綜合樓中,一般以醫技為核心串聯門急症和病房。還有與醫療區域相配套的行政、科研、實驗、食堂、浴室等後勤設施。醫院各個功能區域麵積分配比例一般也是固定的,以各種配套區域較齊全的大型綜合性醫院和專科醫院為例,通常認為麵積配比大致如圖1或圖2所示,效率較高。

         醫院暖通係統的關鍵性問題

    1.1現有係統存在的問題

前文介紹了了醫院自身的能耗特點、需求和其常規的能源係統形式。但具體到醫院的暖通係統時,一般的設計思路將醫院視為功能單一的商住型建築,內部嵌套了局部性的、有特定要求的關鍵科室。由這樣的觀點出發,在實際工程中自然會出現將關鍵科室分包給專業的工程公司,其餘的部分按照常規的空調係統進行設計的情況,其基本思路如圖 3 所示。沿著傳統的冷熱源設計思路和先入為主的“客觀”事實,最後會導致三種不同要求和狀態的相互耦合:

1)除濕和降溫這兩種要求被耦合到了一起,不能進行單獨的調控,新風機組和室內機組均要承擔潛熱負荷。

2 )不同環境控製要求的科室被耦合到了一起,以集中的冷熱源進行供給,冷熱源的輸送媒介不得不滿足要求最高的科室需求。因此常常選擇 7℃冷凍水和高壓蒸汽。

3)不同的能位的冷熱源被耦合到了一起,如消毒用的蒸汽、生活熱水、供熱熱水統一用高能位的礦物類燃料鍋爐替代,甚至直接用電加熱。

這造成了以下一係列連鎖的問題:

1)除濕與降溫不解耦,關鍵科室的室內循環機組仍然要承擔室內的潛熱負荷,這可能導致室內空調係統出現凝結水,提供了適宜微生物成長的環境,成為微生物滋生和傳播的誘因,空調本身成了汙染源。

2)滿足降溫要求的同時,為了達到關鍵科室醫療環境的全年控製的要求,除濕成為關鍵(濕度對微生物的滋生影響較大),關鍵科室要以濕度優先控製;與此同時,一般科室是季節性舒適性空調,主要溫度控製,或者說對濕度控製不敏感。但整個醫院的冷凍水係統供水溫度需要始終維持 7℃、甚至更低。

3 )隨著室外氣溫下降,顯熱負荷減小,但室內潛熱負荷基本不變,為了一般科室節能的需要,常常提高冷凍水的溫度,其結果也顯而易見— — 關鍵科室的濕度將超過要求。

4)關鍵科室為了達到控製要求(要求嚴格的控製濕度及小溫差大風量的送風等),不得不先用較低的冷凍水冷凍除濕,再采用一次回風再電加熱的形式,造成了不必要的能源浪費,或者說以最高的能位、較大的能源代價才實現醫療活動所需求的室內環境。圖3 框圖中的衍生配置,可以說是在既定的該設計框架內,給出的優化和解決辦法。例如回收廢熱用於手術室等關鍵科室的再熱和全院的生活熱水,過渡季節為滿足高要求的關鍵科室配置另一冷熱源。但以上這些問題都是相互聯係的、甚至有些似乎是矛盾的(安全性要求和節能、關鍵科室與一般科室的要求),在常規的係統形式和設計思路框架下,並不能完善的解決這些問題。以至於最後千方百計地提高設備和末端係統的效率、使用某種具體的節能手段,仍然是這種傳統思路的蝴蝶效應的衍生。

   2 現有問題的對策

拋開上述種種問題,筆者試圖將對現有問題核心的三個耦合進行分析,並嚐試著對其進行解耦,以提出相應的對策。

1)除濕和降溫的解耦 — — 采用溫濕度獨立控製的係統。由於處理潛熱負荷的同時一定也會處理一部分顯熱負荷,溫度與濕度是無法分開獨立處理的。在溫濕度獨立控製的係統中,潛熱負荷全部由新風機組承擔,室內末端的循環機組則負責室內溫度的調控,當然該係統也會因醫療不同要求又會有所區別。

2)不同環境控製要求的科室的解耦 — — 采用兩個不同的水係統和風係統回路。空調設備就是為了實現各種醫療活動所需要的環境控製水平,既然關鍵科室與一般科室的要求迥異,就應該輔以不同的係統來實現各自的環境要求。

3)不同的能位的冷熱源的解耦 — — 采用不同能位冷熱源。按冷熱源輸送媒介溫度采用相應能位的冷熱源,如鍋爐產生高壓蒸汽,熱回收產生生活熱水,高溫冷凍水,低溫冷凍水以及利用自然能源的免費供冷與供熱。

4)這些解耦的前提要特別注意對不同醫療環境設定合理的控製參數,正確估計冷(熱)負荷以及確定合適的係統冗餘量。如室內溫度、濕度、換氣、無菌要求等,以及人員密度、設備容量等,常常因為負荷估計偏大,而造成冷凍空調設備過大,不利於節能。另外係統冗餘度與醫療科室風險控製相關。不同的醫療風險要求HVAC係統提供相應的環境控製能力,通常一般科室冗餘量偏低,關鍵科室冗餘量偏高。過高估計醫療風險、提高控製要求,更不利節能運行。這解決了以上提到的這些問題:

1)由於新風沒有致病菌,要求關鍵科室新風承擔全部濕負荷,或者說新風機組處於濕工況。

2)關鍵科室室內循環機組隻承擔顯熱負荷,保持在幹工況運行,解決了醫院最難以控製的空調汙染源,也避免了關鍵科室靠再熱量對環境控製。

3)除濕與降溫的解耦,一般科室的溫度優先和關鍵科室的濕度優先共存成為了可能。4)不同科室的解耦,關鍵科室的安全性保障不將與一般科室節能相矛盾,僅僅關鍵科室新風機組采用低溫冷凍水係統,關鍵科室循環機組和一般科室可采用高溫冷凍水係統,在保障醫療環境的前提下實現了節能。

5)利用冷水機組熱回收,供給大耗量的生活熱水,及醫技設備室恒溫恒濕空調的再熱。

    筆者認為,整個醫院的暖通係統需要成為保障醫療環節整體措施中的一部分。醫院HVAC係統是醫療與感染控製的一個環節,一種手段。本文從整體出發,提出保障醫療環境的冷熱源與暖通空調體係初步框架構建原則。

醫院建築與一般的辦公建築不同,需要在安全性(高冗餘量)和節能(低冗餘量)之間去尋找一個很好的平衡點,在保障醫療環境、達到該區域醫療環境要求的前提下,實現有序的節能。除了常規的節能措施外,如采用高效率冷熱源、發展地源與水源熱泵、提高係統輸配效率等等,本文提出了醫院節能三個關鍵問題與對策,降溫和除濕的解耦 — — 采用溫濕度獨立控製的係統;不同環境控製要求的科室的解耦— — 采用兩個不同的水係統和風係統回路;以及不同的能位的冷熱源的解耦 — — 采用不同能位冷熱源。前提就是合理設定不同醫療環境的控製參數,正確估計冷(熱)負荷以及確定合適的係統冗餘量。

可見,隻有改變傳統的冷熱源組合形式,綜合考慮、總體規劃醫院冷熱源,配置適合醫療環境控製的暖通空調係統,根據實時的負荷調整至合適的運行策略,才是開展醫院節能工作的正確方針。