某醫(yī)院空調(diào)冷熱源方案比較

紀峰

（泰安市建筑設計院有限責任公司，山東泰安 271000）

一個工程的項目方案設計對空調(diào)冷熱源的選擇非常注重，冷熱源形式上的不同也會影響投資和能耗[1-2]。有關的設計人員會進行多次的調(diào)研和討論，根據(jù)實際條件選擇合適的冷熱源[3-4]。醫(yī)院建筑的空調(diào)冷熱源系統(tǒng)一般是按照靈活并且具有余量的原則進行配置。冷熱源系統(tǒng)的靈活性的主要體現(xiàn)在對醫(yī)療技術的變革和診療設備的更新速度以及適應能力[5-6]。冷熱源系統(tǒng)具有靈活性并且有余量，適應醫(yī)院建筑平面布置的變化，室內(nèi)負荷的變化，醫(yī)院建筑的改建或者擴建的情況。

1 項目概述

某醫(yī)院是一所三級綜合性醫(yī)院，其是該區(qū)域的醫(yī)療服務中心之一，為周邊地區(qū)的日常診療提供服務，其是作為醫(yī)科大學的附屬醫(yī)院，該醫(yī)院也承擔著有關的科研和教學任務。預計規(guī)劃床位有850 張，日門診量大約5500 人次。總建筑面積大約19 萬m2，地上面積大約13 萬m2，地下 6 萬m2。

2 負荷估算

主要的部門有門急診、住院部、行政部、教學部，需要建設的總面積大約71200m2，其空調(diào)冷負荷在7930kW 左右，空調(diào)熱負荷在6030kW 左右；醫(yī)技部與科研部的建筑面積總和大約是33680m2，空調(diào)冷負荷在4040kW 左右，空調(diào)熱負荷在3030kW 左右。總計：總空調(diào)冷負荷在11970kW 左右，總空調(diào)熱負荷在9060kW 左右。

生活熱水需要供應熱負荷在1350kW 左右，總空調(diào)熱負荷大約是9060kW。合計10410kW 左右，按0.8 計算同時使用的系數(shù)，需要配備熱水負荷5205kW。

蒸汽量耗量：中心供應大約2t/h，食堂大約0.5t/h，合計大約2.5t/h。因為考慮到備用和管理的要求，打算配置兩臺1.5t/h 蒸汽鍋爐。

3 空調(diào)方案初選

手術部的空調(diào)：按照不同凈化等級手術室的具體要求，分別使用的是組合式凈化空調(diào)機組。風冷熱泵機組應用在冷熱源，其與醫(yī)院中央空調(diào)冷熱源之間進行旁通連接，在過渡季節(jié)使用熱泵機組，夏季和冬季使用中央空調(diào)冷熱源。

急診、行政、病房：空調(diào)末端使用的是傳統(tǒng)的中央空調(diào)系統(tǒng)，風機盤管加新風系統(tǒng)應用在比較小的房間，空調(diào)箱應用在較大的空間。新風系統(tǒng)可以使用中效過濾的傳統(tǒng)新風空調(diào)箱。

醫(yī)技、科研部空調(diào)：因為醫(yī)療的專用設備和部分實驗室對房間溫濕度有特別的要求，所以空調(diào)的方式是采用中央空調(diào)系統(tǒng)以及特殊房間使用的風冷空調(diào)機組和小型多聯(lián)機中央空調(diào)系統(tǒng)。

根據(jù)醫(yī)院所在地區(qū)的具體條件，傳統(tǒng)的中央空調(diào)系統(tǒng)的冷熱源可以采用水冷離心式冷水機組加鍋爐熱交換機組或者地理管地源熱泵系統(tǒng)。根據(jù)上述內(nèi)容，全院除手術部外，空調(diào)冷熱源設計有兩個方案進行選擇。

方案一：醫(yī)技和科研部使用多聯(lián)機；其余部門的冷熱源采用地理管地源熱泵系統(tǒng)，風機盤管加新風系統(tǒng)應用在空調(diào)的末端。按照冬季取熱為依據(jù)確定地理管的數(shù)量，夏季的散熱量如果不足則用冷卻塔進行輔助。

方案二：冷熱源采用水冷離心式冷水機組加鍋爐熱交換機組，風機盤管加新風系統(tǒng)應用在空調(diào)的末端。

4 系統(tǒng)配置

4.1 方案一：地理管地源熱泵系統(tǒng)加多聯(lián)機

夏季設計冷負荷要比冬季設計的熱負荷高出1908kW，夏季的排熱量要比冬季的取熱量大，為了使地溫場可以達到冬夏季熱平衡，還能夠節(jié)約初投資的成本，達到綠色環(huán)保的標準和要求[7]。使用地源熱泵和閉式冷卻塔的復合式系統(tǒng)，地源熱泵不僅提供空調(diào)所需的冷熱負荷，也為醫(yī)院隨時提供衛(wèi)生生活熱水。冷卻塔是為了平衡冬夏季地理管區(qū)域的地溫，使得不會出現(xiàn)熱堆從而積影響換熱。

初選的配置如下：擬配置四臺地源熱泵主機、一臺高效高溫全熱回收主機、一臺閉式冷卻塔、其他循環(huán)水泵等輔助的設備。

主機運行模式：夏季：優(yōu)先選擇開啟熱回收熱泵機組，在制冷的同時可以免費取得生活熱水。按照具體的空調(diào)負荷的要求，空調(diào)的側(cè)回水溫度逐漸開啟地源熱泵機組。在地溫數(shù)字的采集系統(tǒng)可以監(jiān)測到地溫升至設定的溫度32℃時，聯(lián)動開啟冷卻塔來進行輔助散熱，防止地溫升高導致熱堆積。

冬季：在低負荷時可以開啟熱回收熱泵機組，高溫制熱運行，從而取得生活熱水，在生活熱水已經(jīng)制取完成后，可以放入空調(diào)制熱中。在變冷時慢慢增加開啟地源熱泵機組就可以得到生活用水以及空調(diào)的熱負荷需要。

過渡季節(jié)：開啟高溫全熱回收機組，機組高溫制熱運行取得生活用水。

4.2 方案二：水冷式冷水機組加鍋爐熱交換機組

夏季使用冷水機組加開式冷卻塔用于制冷、冬季制熱使用燃氣鍋爐。全年的生活熱水可以由太陽能熱水器和燃氣熱水鍋爐提供。

具體的配置如下：預計配置6 臺離心式冷水機組、6 臺開式冷卻塔、6 臺承壓熱水鍋爐、太陽能熱水器、換熱機組、再加上循環(huán)水泵等其他配套輔助設備。運行模式：夏季冷水機組空調(diào)制冷，空調(diào)熱水由冬季鍋爐提供。生活熱水要先使用太陽能熱水器，如果不足時用鍋爐提供。

5 系統(tǒng)經(jīng)濟分析

5.1 系統(tǒng)初投資分析

方案一：地源熱泵機房機組、水泵等大約880 萬元，地理管工程大約1500 萬元，空調(diào)末端工程大約930 萬元，多聯(lián)機工程大約1050 萬元，稅費大約360 萬元，大約合計4720 萬元。

方案二：冷水機組、鍋爐、水泵等大約1230 萬元，空調(diào)末端工程大約1320 萬元，太陽能熱水器工程大約205 萬元，稅費大約240 萬元，合計大約2995 萬元。

5.2 系統(tǒng)運行費用分析

運行費用進行大約的計算：供冷季為4 個月，供熱季為4 個月：急診加住院部全月全日供熱和供冷，供冷2880h，供熱2880h；其他每個月22 個工作日，每天空調(diào)10h，供冷880h，供熱880h。急診和住院樓按占總地源熱泵系統(tǒng)能耗的55%計算。急診和住院樓冬季按占鍋爐總能耗的36%計算，住院樓生活熱水按占鍋爐總能耗的10%計算。行政、教學樓冬季按占鍋爐總能耗的54%計算。

電費按照1 元/度計算，燃氣在冬季按4.30 元/m3計算，其他時間則按4.20 元/m3計算。鍋爐熱效率按93%計算，換熱機組效率按91%計算。運行費用只是計算主機的部分，末端部分兩種系統(tǒng)能耗一樣，所以沒有計算室內(nèi)機部分。

空調(diào)使用的季節(jié)系數(shù)取0.55（不一樣的季節(jié)和時間段，系統(tǒng)運行的負荷也就不一樣），在很少的時間里才能滿負荷運行。通常10%的時間，其負荷在90%以上；30%的時間，負荷在60%以上；60%的時間，負荷在40%左右，依據(jù)中國行業(yè)標準（JB/T 4329—97）。

生活熱水太陽能不保證率：夏季按照30%計算，過渡季按照50%計算，冬季按照30%計算。

方案一：地源熱泵系統(tǒng)全年總的運行費是在398 萬左右，醫(yī)技、科研部多聯(lián)機空調(diào)全年運行費用在95 萬元左右，全年運行費用大約493 萬元。

方案二：冷水機組運行費用大約330 萬元，鍋爐供空調(diào)費用大約430 萬元，鍋爐供生活熱水費用大約75 萬元，全年運行費用835 萬元，具體分析見表1。

表1 經(jīng)濟分析對比 單位：萬元

6 總結(jié)

方案一的初投資費用比方案二多出1725 萬元，方案一與方案二的總運行費用比較，方案一費用更少，能節(jié)省342 萬元，費用高出部分的靜態(tài)回收期約為6 年。

近幾年，地理管地源熱泵系統(tǒng)的發(fā)展速度較快，漸漸成熟起來，是比較綠色的節(jié)能建筑方案之一，經(jīng)濟效益和社會效益都比較高，與此同時，也節(jié)省了鍋爐房和換熱機房的面積，減少了裙樓屋面冷卻塔的數(shù)量，噪聲相對來說比較小。

全院冷熱源推薦采用的方案是：手術部采用風冷熱泵，醫(yī)技和科研部可以采用多聯(lián)機空調(diào)，其余部分可以采用地理管地源熱泵系統(tǒng)?？梢栽谑中g部分冷熱泵系統(tǒng)和地理管地源熱泵系統(tǒng)之間增加旁通閥，過渡季節(jié)手術部可以采用風冷熱泵系統(tǒng)，而在其他季節(jié)可以使用地理管地源熱泵系統(tǒng)，使地理管地源熱泵系統(tǒng)發(fā)揮其最大作用，從而節(jié)省醫(yī)院空調(diào)的年運行費用。