醫(yī)院凈化空調(diào)系統(tǒng)中全熱交換器的應(yīng)用研究

沈衛(wèi)國(guó)

（湖州市第一人民醫(yī)院，浙江 湖州313000）

0 引言

目前醫(yī)用凈化空調(diào)系統(tǒng)已經(jīng)普及，用于在醫(yī)院建設(shè)凈化手術(shù)室和凈化病房來(lái)改善醫(yī)療環(huán)境。所有凈化系統(tǒng)都存在新風(fēng)量大的設(shè)計(jì)要求，工程在竣工投入使用后將產(chǎn)生巨大的運(yùn)行成本，其中60%以上是新風(fēng)冷熱預(yù)處理能耗。為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的要求，需要在工程建設(shè)中應(yīng)用熱回收技術(shù)，即在醫(yī)院凈化空調(diào)系統(tǒng)中設(shè)置空氣熱交換器，這對(duì)實(shí)現(xiàn)工程經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益具有重要意義。

1 全熱交換器概述

1.1 特點(diǎn)

（1）雙向交換。通過(guò)雙向通風(fēng)可以將經(jīng)過(guò)過(guò)濾的室外空氣輸送入室內(nèi)，并且也可以將室內(nèi)污濁的空氣排出室外，進(jìn)而徹底改變室內(nèi)空氣流通不暢以及污染嚴(yán)重的局面，從而創(chuàng)造出更為舒適的環(huán)境。

（2）降低能耗。利用室內(nèi)排出的空氣冷（熱）量對(duì)新風(fēng)進(jìn)行預(yù)處理，在提供舒適溫度空氣的同時(shí)完成能量的回收，進(jìn)而降低系統(tǒng)運(yùn)行中產(chǎn)生的能耗。

（3）提高空氣質(zhì)量。通過(guò)在建筑空調(diào)凈化系統(tǒng)中應(yīng)用全熱交換器，通過(guò)向室內(nèi)輸送過(guò)濾后的空氣，持續(xù)不斷地改變室內(nèi)空氣質(zhì)量，并且可以有效調(diào)節(jié)室內(nèi)空氣溫度，確保室內(nèi)人員的身心健康。

1.2 工作原理

如圖1所示，全熱交換器是一種具備高效節(jié)能特點(diǎn)的空調(diào)通風(fēng)裝置，主要是利用室內(nèi)、外空氣的溫差及濕差，通過(guò)能量回收機(jī)芯良好的換能特性，在雙向置換通風(fēng)時(shí)產(chǎn)生能量交換，以此種方式使新風(fēng)有效獲取排風(fēng)中所含有的能量，進(jìn)而節(jié)約新風(fēng)處理過(guò)程中所產(chǎn)生的能耗，達(dá)到節(jié)能換氣的效果。全熱交換器的機(jī)芯主要由兩組離心式風(fēng)機(jī)葉輪及與其相連接的換熱器組成，在設(shè)備運(yùn)行時(shí)換熱器處于高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力，外加兩端離心式風(fēng)機(jī)葉輪所產(chǎn)生的負(fù)壓引起的軸向力，兩種力相互作用使得空氣雙向流動(dòng)并強(qiáng)制換熱。全熱交換器通道內(nèi)氣流會(huì)多次與機(jī)壁產(chǎn)生碰撞，通過(guò)破壞機(jī)壁上的駐點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)熱交換率的提高。

圖1 全熱交換器工作原理示意圖

2 全熱交換器在醫(yī)院凈化空調(diào)系統(tǒng)中應(yīng)用的意義

目前，室內(nèi)新風(fēng)供應(yīng)量不足以及換氣次數(shù)不夠等是各類建筑最為常見(jiàn)的現(xiàn)象，在已經(jīng)投入運(yùn)營(yíng)的多功能建筑中，為了降低能耗使得新風(fēng)量達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求，就會(huì)造成建筑內(nèi)的空氣含有有害氣體以及多種污染物，凈化空調(diào)系統(tǒng)不能及時(shí)對(duì)其進(jìn)行合理的稀釋與置換。隨著室內(nèi)空氣內(nèi)有害污染物的顯著增加，室內(nèi)空氣品質(zhì)逐漸劣化，對(duì)室內(nèi)的人員等造成不良影響。尤其是醫(yī)院這種特殊場(chǎng)合，對(duì)凈化空調(diào)系統(tǒng)的要求更為嚴(yán)格，需要及時(shí)對(duì)空氣進(jìn)行置換，因此必須保證建筑內(nèi)新風(fēng)量。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，凈化空調(diào)系統(tǒng)被越來(lái)越多地應(yīng)用到醫(yī)療救治中，但是由于醫(yī)療建筑的特殊性，系統(tǒng)投入使用后需要常年運(yùn)行，并且凈化系統(tǒng)空間均為密閉性優(yōu)良的建筑結(jié)構(gòu)，受房間壓差、人員數(shù)量以及衛(wèi)生等要求所限，凈化系統(tǒng)的新風(fēng)量比普通空調(diào)系統(tǒng)要大很多，在新風(fēng)冷熱處理上將耗損更多能量。為了響應(yīng)國(guó)家的節(jié)能降耗政策，可在醫(yī)院凈化空調(diào)系統(tǒng)中應(yīng)用全熱交換器等設(shè)備來(lái)降低新風(fēng)預(yù)處理能耗，這對(duì)實(shí)現(xiàn)建筑的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益具有重要影響。

3 全熱交換器選型及安裝分析

3.1 設(shè)備選型

在選擇全熱交換器時(shí)，對(duì)于房間所需新風(fēng)量的確定應(yīng)該以房間空間大小以及房間內(nèi)人數(shù)為依據(jù)，即以每人所需新風(fēng)量和房間新風(fēng)換氣次數(shù)來(lái)計(jì)算所需新風(fēng)量數(shù)值，然后選取二者中較大值作為設(shè)備選型依據(jù)。例如一間病房面積S＝30 m2，凈高h(yuǎn)＝3 m，人員n＝3人，如果按照每人所需新風(fēng)量計(jì)算，確定每人所需新風(fēng)量q＝50 m3/h，則所需新風(fēng)量為Q1＝nq＝3×50＝150 m3/h。如果按照房間新風(fēng)換氣次數(shù)計(jì)算，將房間新風(fēng)換氣次數(shù)定為p＝2.03次/h，則新風(fēng)量Q2＝p Sh＝2.03×30×3＝182.7 m3/h，由于Q2＞Q1，因此在確定設(shè)備機(jī)型時(shí)以Q2為依據(jù)，即182.7 m3/h為設(shè)備選型參數(shù)。

3.2 設(shè)備安裝

在確定好設(shè)備型號(hào)后，需結(jié)合建筑實(shí)際要求選擇合理的安裝方式及位置，確保整個(gè)安裝過(guò)程簡(jiǎn)單化。其中要求尤為注意合理布置安排系統(tǒng)氣流組織，不斷提高新風(fēng)利用率與室內(nèi)換氣效率。在確定設(shè)備安裝方式以及位置時(shí)，還需要加強(qiáng)對(duì)各方面的綜合研究，如建筑物結(jié)構(gòu)對(duì)通風(fēng)方案設(shè)計(jì)的影響、建筑物內(nèi)部裝修對(duì)通風(fēng)方案設(shè)計(jì)的影響以及協(xié)調(diào)解決室內(nèi)消防、照明等各種功能性設(shè)備等因素影響。

4 全熱交換器應(yīng)用實(shí)例

4.1 工程概況

下面以江蘇省某醫(yī)院舊病房大樓凈化手術(shù)室改造工程為例進(jìn)行分析。對(duì)凈化手術(shù)室進(jìn)行改造施工時(shí)，必須依照國(guó)家規(guī)定來(lái)進(jìn)行。因?yàn)楦脑齑髽桥c醫(yī)院新建綜合大樓距離較近，并且新建大樓內(nèi)凈化空調(diào)系統(tǒng)排風(fēng)量相對(duì)較大，因此可以利用新樓凈化空調(diào)系統(tǒng)排風(fēng)作為改造大樓凈化手術(shù)室全熱交換器新風(fēng)的冷熱源。

4.2 實(shí)際應(yīng)用

根據(jù)實(shí)際確定需要改造的樓層手術(shù)室所需新風(fēng)量為5 500 m3/h，由此可以計(jì)算出夏季時(shí)手術(shù)室所需冷量為70 k W，冬季時(shí)所需熱量為23 k W。新建綜合樓的凈化空調(diào)系統(tǒng)排風(fēng)量為7 500 m3/h，夏季排風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)理論上為22℃/50%，冬季排風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)理論上為20℃/55%。如果選擇利用全熱交換器對(duì)這些空氣與改造樓手術(shù)室新風(fēng)進(jìn)行熱交換，則可在原基礎(chǔ)上降低很多能耗。計(jì)算如下：

（1）綜合樓凈化空調(diào)系統(tǒng)排風(fēng)量為7 500 m3/h，改造樓手術(shù)室新風(fēng)量為5 500 m3/h，根據(jù)實(shí)際新風(fēng)量確定采用AHE－800L空氣/空氣全熱交換器，此設(shè)備全熱交換效率為72%。

（2）夏季可回收冷量為：70 k W×72%＝50.4 k W；冬季經(jīng)過(guò)全熱交換器處理后新風(fēng)焓值為5.16 kJ/kg，新風(fēng)焓值與室外狀態(tài)點(diǎn)焓值相比提高了13.48 kJ/kg，因此冬季可以降低能耗35 k W。

5 結(jié)語(yǔ)

在國(guó)家號(hào)召節(jié)能降耗的大背景下，凈化空調(diào)系統(tǒng)需要針對(duì)其能耗大的特點(diǎn)進(jìn)行改造。醫(yī)院對(duì)室內(nèi)環(huán)境的空氣凈化程度要求嚴(yán)格，故可通過(guò)應(yīng)用全熱交換器，在滿足凈化空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)量要求的基礎(chǔ)上，減少新風(fēng)冷熱預(yù)處理的能耗，從而很好地實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益的共同提高。

［1］沈慰峰，陳岳天，張輝.醫(yī)院室內(nèi)熱濕環(huán)境與空氣品質(zhì)監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)及應(yīng)用［J］.能源研究與利用，2010（5）：32～33

［2］李志紅，李永勝.某醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院潔凈手術(shù)部空調(diào)設(shè)計(jì)［J］.潔凈與空調(diào)技術(shù)，2011（3）：45～46

［3］張桂榮，李敏霞，郝長(zhǎng)生.溫濕度獨(dú)立控制在醫(yī)院建筑中的應(yīng)用研究［J］.建筑熱能通風(fēng)空調(diào)，2012（4）：15～16

［4］王潔敏.淺談能量提升機(jī)在醫(yī)院節(jié)能設(shè)計(jì)中的應(yīng)用［J］.中國(guó)醫(yī)院建筑與裝備，2011（8）：49～50