北方地區(qū)醫(yī)院冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

◎楊洋

北方地區(qū)醫(yī)院冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

◎楊洋

分布式供能有助于構(gòu)建節(jié)能環(huán)保及可持續(xù)的能源系統(tǒng)。我國北方地區(qū)天然氣資源豐富，近年來，燃?xì)饫錈犭娙?lián)供發(fā)展迅速，其系統(tǒng)工程也在北方的醫(yī)院中廣泛應(yīng)用。本文以陜西省某三甲綜合醫(yī)院工程為依托，在分析該院綜合醫(yī)療樓不同季節(jié)典型日冷熱電需求的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出滿足醫(yī)院用能需求的燃?xì)饫錈犭娙?lián)供系統(tǒng)，使其產(chǎn)生的電力滿足用電需求，排出的廢熱通過余熱利用設(shè)備向該樓供熱、供冷，同時(shí)向該樓和醫(yī)院洗衣房供熱水。通過設(shè)計(jì)研究，實(shí)現(xiàn)了醫(yī)院節(jié)能和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的雙重目標(biāo)。

研究背景及意義。作為分布式供能中使用最廣泛的冷熱電三聯(lián)供，即CCHP（Combined Cooling,Heating and Power），是一種將發(fā)電、供熱（采暖和供熱水）以及供冷三種供能結(jié)合在一起的總能系統(tǒng)。CCHP系統(tǒng)技術(shù)成熟、建設(shè)簡單、投資相對較低且經(jīng)濟(jì)上有競爭力，已在醫(yī)院、學(xué)校、酒店賓館、商業(yè)中心、辦公寫字樓、城市綜合體、工業(yè)園區(qū)等建筑樓宇、樓群中推廣使用。隨著醫(yī)療建筑就醫(yī)環(huán)境的提升增大了醫(yī)院對能源的需求，在滿足醫(yī)院用能的前提下，采用CCHP設(shè)計(jì)不僅可以響應(yīng)國家節(jié)能減排的號召，而且可以有效減少醫(yī)院的費(fèi)用支出。

項(xiàng)目概況。本文研究的陜西省某三級甲等綜合醫(yī)院，開設(shè)病床1500張，其中綜合醫(yī)療樓建筑面積約82000m2，建筑層數(shù)：地下2層，地上18層；建筑總高度：88m。

傳統(tǒng)供能設(shè)計(jì)

供電設(shè)計(jì)。綜合醫(yī)療樓共投入使用3臺變壓器，其中1#變壓器容量為3150kVA，所帶負(fù)荷為該樓照明、動力和消防負(fù)荷；2#變壓器容量為3150kVA，所帶負(fù)荷除該樓照明、動力和消防負(fù)荷外，還有醫(yī)技負(fù)荷；3#變壓器容量為2500kVA，所帶負(fù)荷有照明、動力和消防以及醫(yī)技負(fù)荷。醫(yī)技負(fù)荷為一級負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷，消防負(fù)荷為一級負(fù)荷，其余照明、動力負(fù)荷從一級到三級負(fù)荷根據(jù)場所要求劃分不同。

供冷設(shè)計(jì)。根據(jù)醫(yī)院空調(diào)冷、熱負(fù)荷情況，考慮到同時(shí)使用系數(shù)，在動力中心制冷機(jī)房內(nèi)設(shè)置3臺19XR-5052372CPS52型離心式水冷高溫冷水機(jī)組，每臺制冷機(jī)組制冷量2220kW（600RT），用電負(fù)荷298kW。

供熱設(shè)計(jì)。根據(jù)醫(yī)院熱負(fù)荷情況，在動力中心燃?xì)忮仩t房內(nèi)設(shè)置4臺MF型ZZS2.8-0.7-98/70天然氣鑄鐵模塊熱水鍋爐，作為綜合醫(yī)療樓空調(diào)系統(tǒng)、衛(wèi)生熱水系統(tǒng)，動力中心洗衣房熱水系統(tǒng)及醫(yī)院其他醫(yī)療建筑采暖系統(tǒng)的熱源。天然氣熱值約為Q=7980kcal/Nm3，供氣壓力0.1～0.2MPa。每臺熱水鍋爐耗氣量為333.0Nm3/h 。

燃?xì)饫錈犭娙?lián)供系統(tǒng)設(shè)計(jì)

負(fù)荷分析。綜合醫(yī)療樓常用電最大負(fù)荷為5000kW（不包括消防負(fù)荷和備用負(fù)荷），空調(diào)制冷最大負(fù)荷為7000kW（內(nèi)含預(yù)留手術(shù)凈化部分負(fù)荷1200kW），空調(diào)采暖最大負(fù)荷為8000kW（內(nèi)含預(yù)留手術(shù)凈化部分負(fù)荷1500kW），衛(wèi)生熱水最大負(fù)荷為2000kW，動力中心洗衣房熱水最大負(fù)荷為800kW。醫(yī)院要求全年連續(xù)供電，中央空調(diào)冬季供熱、夏季供冷、春秋季（過渡季節(jié)）少量供冷，衛(wèi)生熱水全年24小時(shí)集中供應(yīng)。用能分為五個(gè)部分：用電、空調(diào)供冷、空調(diào)供熱、衛(wèi)生熱水和洗衣房熱水，各季節(jié)典型日逐時(shí)負(fù)荷曲線如圖1至圖3。

系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)主要由1臺燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機(jī)組（電功率為9500kW，熱輸出為8200kWth）與1臺煙氣熱水型溴化鋰吸收式冷熱水機(jī)組（制冷量為4000kW，供熱量4300kW）組成，以天然氣為燃料，產(chǎn)生的電力滿足綜合醫(yī)療樓的用電需求，排出的廢熱通過余熱利用設(shè)備向綜合醫(yī)療樓供熱、供冷，同時(shí)向綜合醫(yī)療樓、醫(yī)院洗衣房供熱水。系統(tǒng)配置如圖4。

圖1 夏季典型日逐時(shí)負(fù)荷曲線

圖2 冬季典型日逐時(shí)負(fù)荷曲線

圖3 春秋季典型日逐時(shí)負(fù)荷曲線

圖4 燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)驅(qū)動的冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)配置圖

系統(tǒng)最佳運(yùn)行時(shí)間。本文研究的醫(yī)院項(xiàng)目屬北方地區(qū)，冬季、夏季均要求較長時(shí)間供熱、供冷，且整個(gè)供冷季或供熱季每天24h內(nèi)各時(shí)段的冷、熱負(fù)荷也變化較大，而冷熱負(fù)荷的變化直接影響系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，影響燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組的運(yùn)行小時(shí)數(shù)和負(fù)荷率，最終影響到節(jié)能減排的實(shí)際效果和經(jīng)濟(jì)效益。本系統(tǒng)的年運(yùn)行時(shí)間不宜少于一個(gè)供暖季加上一個(gè)供冷季，即冬季4個(gè)月加上夏季4個(gè)月共計(jì)約240天，每天的運(yùn)行時(shí)間不宜少于上班時(shí)間加上下班后住院部病區(qū)關(guān)燈休息前的時(shí)間和上班前一個(gè)小時(shí)內(nèi)的熱水負(fù)荷小高峰時(shí)間，即早晨6：00～晚上9：30，宜為16h左右。由于春秋季只有熱水供應(yīng)和少量的供冷需求，沒有供熱需求，因此在冷熱負(fù)荷需求較少的春秋季，即過渡季節(jié)不宜長時(shí)間運(yùn)行系統(tǒng)設(shè)備。

系統(tǒng)與電網(wǎng)的連接方式。燃?xì)饫錈犭娙?lián)供系統(tǒng)的發(fā)電運(yùn)行模式一般有三種，即獨(dú)立自用、并網(wǎng)售電、并網(wǎng)不售電。本文研究的醫(yī)院燃?xì)饫錈犭娙?lián)供系統(tǒng)屬樓宇型系統(tǒng)，只要燃?xì)獍l(fā)電量全部“自發(fā)自用”，并且保持系統(tǒng)的發(fā)電量始終低于該院綜合醫(yī)療樓在各個(gè)時(shí)段的實(shí)際使用電量，且從市電網(wǎng)購入部分電能，這樣既可減少電費(fèi)支出獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益，又可通過合理配置系統(tǒng)各設(shè)備，確保供電可靠，實(shí)現(xiàn)“并網(wǎng)不售電”。

系統(tǒng)能耗及經(jīng)濟(jì)分析。根據(jù)當(dāng)?shù)仉?、氣、水基本價(jià)格，使用一般性代數(shù)仿真GAMS軟件求解出綜合醫(yī)療樓各季節(jié)典型日用能及其費(fèi)用后，對投入CCHP前后全年總費(fèi)用進(jìn)行對比分析，如圖5所示。

圖5 CCHP投入前后全年節(jié)約費(fèi)用比較圖

因投入燃?xì)饫錈犭娙?lián)供系統(tǒng)裝置之后較之傳統(tǒng)供能能源有所減少，費(fèi)用也大為降低，故采用燃?xì)饫錈犭娙?lián)供系統(tǒng)，利用分布式供能技術(shù)是實(shí)現(xiàn)醫(yī)院建筑節(jié)能的一種有效途徑，同時(shí)可大大減少醫(yī)院用能的費(fèi)用支出。針對醫(yī)療建筑用能特點(diǎn)，在供熱需求量高的冬季和供冷需求量高的夏季開機(jī)運(yùn)行燃?xì)饫錈犭娙?lián)供系統(tǒng)裝置最為經(jīng)濟(jì)，可有效降低用能費(fèi)用，在春秋季節(jié)則不宜長時(shí)間開機(jī)運(yùn)行。

結(jié)論與展望

本文研究表明，冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)適合于冷熱電負(fù)荷相對穩(wěn)定、常年需要供冷或者供熱的醫(yī)院項(xiàng)目。由于醫(yī)療建筑用電和用熱（用冷）量都較大，且全年都有比較穩(wěn)定的冷、熱、電等用能需求，符合冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)的功能特點(diǎn)，因此該系統(tǒng)對于醫(yī)院這樣的用能單位來說是一個(gè)比較合適的選擇，可以提高用能效益，為醫(yī)院節(jié)省一定的用能開支。隨著國家政策的不斷推新完善，在以后的醫(yī)院項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，作為高效率、環(huán)保的能源利用方式，燃?xì)饫錈犭娙?lián)供系統(tǒng)裝置肯定會在國家的政策鼓勵(lì)下大力推廣。2016年8月1日起，《綠色醫(yī)院建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》國家標(biāo)準(zhǔn)正式實(shí)施，綠色醫(yī)院建設(shè)提上了醫(yī)院管理者的議事日程：醫(yī)院建筑能效系統(tǒng)在三級醫(yī)院強(qiáng)制性部署，并在二級醫(yī)院規(guī)劃建設(shè)中強(qiáng)烈推薦，而燃?xì)饫錈犭娙?lián)供系統(tǒng)技術(shù)可助力醫(yī)院實(shí)現(xiàn)綠色、安全、高效的運(yùn)營與管理。

（作者單位：西安浐灞生態(tài)區(qū)管理委員會）