深圳市某綜合醫(yī)院空調(diào)冷熱源和空調(diào)水系統(tǒng)探討

馬國杰

（同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計研究院（集團(tuán)）有限公司建筑設(shè)計四院，上海200092）

1 引言

本項目位于深圳市龍崗區(qū)。截至2018年，深圳市每千人床位數(shù)為3.65 張，相比于《深圳市龍崗區(qū)衛(wèi)生事業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》的每千人口4.8 張床位數(shù)的目標(biāo)尚有很大的差距。因此，近些年新建三甲醫(yī)院或?qū)？漆t(yī)院屢見不鮮，新建綜合醫(yī)院呈現(xiàn)功能復(fù)雜、科室整合的趨勢。這就對傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)方案提出新的挑戰(zhàn)。

2 項目概況

本項目為深圳市龍崗區(qū)某中心醫(yī)院的新建外科綜合樓?？偨ㄖ娣e約1.48×105m2，其中，地上面積1.24×105m2，地下面積2.4×104m2。地下2 層、地上23 層，建筑高度99.7m。地下2層分布人防、車庫、制冷機(jī)房等設(shè)備用房，地上1～10 層為醫(yī)技科室（包含放射科、檢驗科、ICU、手術(shù)部、靜脈配置等），11～23 層為標(biāo)準(zhǔn)住院部（左右2個護(hù)理單元）。

3 冷熱源系統(tǒng)形式

綜合醫(yī)院的空調(diào)系統(tǒng)通常為多種形式的組合。

3.1 本項目冷熱源系統(tǒng)形式

本項目冷熱源系統(tǒng)形式整理如表1 所示。

表1 本項目的空調(diào)系統(tǒng)配置

3.2 系統(tǒng)配置分析

圖1 冷熱源（冷凍機(jī)房）系統(tǒng)原理圖

1）深圳市位于夏熱冬暖地區(qū)，冬季室外空調(diào)計算溫度6℃，多數(shù)區(qū)域采用單冷系統(tǒng)即可，本項目院方特別要求標(biāo)準(zhǔn)護(hù)理單元在冬季極端天氣下能制熱，因此，本項目另配冬季用風(fēng)冷熱泵。

2）本項目為單棟建筑，裙房屋面較小且靠近護(hù)理單元，同時項目周邊能放置大型空調(diào)設(shè)備的位置較少，因此，本項目的冷卻塔和風(fēng)冷熱泵最終放置在塔樓屋面，冷水機(jī)組承壓按照1.6MPa 選用。

3）按照SJG 44—2018《深圳市公共建筑節(jié)能設(shè)計規(guī)范》第5.2.21 條規(guī)定：采用集中空調(diào)系統(tǒng)，有穩(wěn)定熱水需求，建筑面積在10000m2以上的公共建筑，應(yīng)當(dāng)安裝空調(diào)廢熱回收裝置。故本項目2 臺1750kW 的螺桿機(jī)組采用熱回收形式，回收熱量供給排水生活熱水預(yù)熱使用（供、回水溫度45～40℃）。

4）考慮運行的可靠性，手術(shù)部采用雙冷源保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行。即除獨立四管制風(fēng)冷熱泵外，地下室冷水機(jī)組預(yù)留1 組立管接至手術(shù)部空調(diào)機(jī)房作為備用。

5）裙房醫(yī)技科室和高區(qū)住院護(hù)理單元冬夏空調(diào)需求不同，因此，系統(tǒng)不能通過分集水器簡單合并。同時，由于風(fēng)冷熱泵和冷水機(jī)組定壓點不同，風(fēng)冷熱泵夏季不能作為冷水機(jī)組制冷工況的補(bǔ)充。

綜合以上分析，本項目冷熱源（冷凍機(jī)房）系統(tǒng)原理如圖1所示。

4 集中空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)計

4.1 水系統(tǒng)分析

1）對于兼有醫(yī)技和住院護(hù)理單元的醫(yī)療綜合樓來說，基于末端設(shè)備承壓以及使用時間的不同考慮，空調(diào)水系統(tǒng)通常高低分區(qū)。本項目水系統(tǒng)共劃分為5 路，即2 路裙房醫(yī)技、2 路高區(qū)護(hù)理單元、1 路醫(yī)療街（全空氣系統(tǒng)）。

2）本項目裙房分布不同的醫(yī)技科室，存在大量內(nèi)區(qū)，因此，過渡季節(jié)和冬季仍然有供冷需求。但是，11～23 層住院護(hù)理單元需要冬季制熱，因此，風(fēng)冷熱泵和冷水機(jī)組不能通過分集水器簡單合并。而風(fēng)冷熱泵夏季性能系數(shù)COP=3.18，遠(yuǎn)低于制冷機(jī)組夏季性能系數(shù)COP=6.30，故夏季高區(qū)優(yōu)先采用冷水機(jī)組制冷。

3）本項目體量較大，考慮到施工調(diào)試和運行穩(wěn)定，水系統(tǒng)采用一次泵變流量，標(biāo)準(zhǔn)病房層（11～23 層）垂直和水平均同程，裙房（1～10 層）垂直同程、水平異程。

以下重點探討高區(qū)住院護(hù)理單元（11～23 層）的水系統(tǒng)設(shè)置。

4.2 高區(qū)水系統(tǒng)的水平同程問題

住院護(hù)理單元經(jīng)典的水平流線布置為：外區(qū)為住院護(hù)理病房，內(nèi)區(qū)為醫(yī)護(hù)生活教學(xué)區(qū)。因此，空調(diào)主水管走在醫(yī)護(hù)通道和病人通道，可以環(huán)通，容易實現(xiàn)水平同程【1】。

4.3 高區(qū)空調(diào)水系統(tǒng)的垂直同程方案的探索一

本項目可以采用類似于傳統(tǒng)的冷水機(jī)組+鍋爐的空調(diào)水系統(tǒng)方案，即將冷熱水的分集水器分開設(shè)置，流程圖和閥門切換原理分別如圖2 所示。冷水機(jī)組先引一路主管至冷熱水分集水器，季節(jié)切換只需要隨主機(jī)切換，在冷凍機(jī)房內(nèi)完成即可，閥門較少。這種傳統(tǒng)做法簡單易懂，運行操作也方便，但缺點如下：

圖2 分集水器分開設(shè)置方案

1）高區(qū)立管井內(nèi)除了垂直同程所需要的3 根立管外，多了2 根屋頂風(fēng)冷熱泵至地下室熱水分集水器的供回水管，比較浪費。

2）西側(cè)和東側(cè)立管之間有一定間距，風(fēng)冷熱泵冬季先通過分集水器合并再分2 路管道分別接至東西側(cè)高區(qū)末端，地下室水平管路同樣浪費較多。

3）基于以上2 點需要增加熱水泵的水泵揚程。

因此，本項目需要討論另外的方案解決高區(qū)同程的問題。

4.4 高區(qū)空調(diào)水系統(tǒng)的垂直同程方案的探索二

以西側(cè)護(hù)理單元為例，另外討論3 種方案。

方案一：風(fēng)冷熱泵組群的水泵位于熱泵機(jī)組的回水段，流程圖和閥門切換原理如圖3 所示。這種做法的優(yōu)點是，系統(tǒng)常規(guī)，不同季節(jié)閥門切換較少，穩(wěn)定可靠。缺點是：高區(qū)每個護(hù)理單元使用的立管共4 根，不同季節(jié)各有1 根同程管（冬季回水立管1，其他季節(jié)供水立管1），且除了圖中的供水立管2（11層至屋面）較短外，其他3個立管均為地下1 層～頂層。

方案二：風(fēng)冷熱泵組群的水泵位于熱泵機(jī)組的供水段，流程圖和閥門切換原理如圖4 所示。這種做法的優(yōu)點是可以節(jié)省1 根高區(qū)立管。缺點有以下幾個方面：

1）水泵在供水段，且風(fēng)冷熱泵與水泵吸入口有100m 左右的垂直間距，有一定的負(fù)壓風(fēng)險；

2）需要7個電動閥門按照季節(jié)切換，對自控系統(tǒng)要求較高；

3）每一根立管冬季和其他季節(jié)水流方向不同，每層水平管段的阻力不同季節(jié)需要重新平衡，存在水力失調(diào)風(fēng)險。

方案三：風(fēng)冷熱泵組群的水泵位于熱泵機(jī)組的供水段，流程圖和閥門切換原理如圖5 所示。立管1 冬季作為風(fēng)冷熱泵的供水管，夏季作為冷水機(jī)組的回水管。這種做法仍然不能解決方案二的第1）和第2）條缺點，但這種做法的優(yōu)點同樣顯著：

1）對比方案一可以節(jié)省1 根立管，且回水立管只需要在高區(qū)布置，而不需要下至地下室；

2）不同季節(jié)水流方向相同，規(guī)避了方案二的水力失調(diào)風(fēng)險。

綜合以上3個方案分析，住院護(hù)理單元的高區(qū)空調(diào)水系統(tǒng)應(yīng)以穩(wěn)定可靠為前提，同時兼顧運行方便和經(jīng)濟(jì)性，圖5 的方案較為合理。

圖3 方案一

圖4 方案二

圖5 方案三

5 結(jié)語

本文所述的項目案例地處夏熱冬冷地區(qū)，冬季供熱需求較小，需要蒸汽消毒的區(qū)域（如中心供應(yīng)）面積較小，可以單獨處理，因此規(guī)避了設(shè)置蒸汽鍋爐房的問題。針對不同的科室職能，空調(diào)系統(tǒng)冷熱源對應(yīng)設(shè)置。

對于單棟建筑（兼有醫(yī)技和住院護(hù)理單元）的綜合醫(yī)院，為避免水力失調(diào)并滿足不同工況運行需要，空調(diào)水系統(tǒng)高低分區(qū)、垂直同程、水平同程、科室計量的問題不可避免，若再加上科室分區(qū)四管制的問題，從實際使用的角度來說，空調(diào)水系統(tǒng)管路過于龐雜。因此，本項目沒有采用傳統(tǒng)的四管制，而是通過各種方案比較，探索最優(yōu)最省的水系統(tǒng)組合控制方案。