浙江省某中醫(yī)院冷卻塔一體式冷水（熱泵）機(jī)組應(yīng)用

隋亮亮

（杭州市建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江杭州 310001）

1 項(xiàng)目概況

本工程為浙江省某三甲中醫(yī)院項(xiàng)目，位于浙江省東陽(yáng)市，總建筑面積9.2萬(wàn)m2（其中地上建筑面積6.6萬(wàn)m2，地下建筑面積2.6萬(wàn)m2）。地上分為門(mén)診樓、醫(yī)技樓、病房樓和行政樓。項(xiàng)目用地指標(biāo)要求嚴(yán)格，地下室需要布置的功能多，地下室空間緊張，無(wú)法設(shè)置制冷機(jī)房。見(jiàn)圖1。

圖1 浙江省某中醫(yī)院效果圖

2 項(xiàng)目空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用

項(xiàng)目空調(diào)使用建筑面積較大，冷熱負(fù)荷大。項(xiàng)目地下室空間緊張，無(wú)法設(shè)置常規(guī)的制冷機(jī)房和鍋爐房。比較合適的空調(diào)冷熱源為空氣源熱泵，但制冷COP較低，因此本項(xiàng)目采用了冷卻塔一體式冷水（熱泵）機(jī)組。

2.1 冷卻塔一體式冷水（熱泵）機(jī)組工作原理及特點(diǎn)

冷卻塔一體式冷水（熱泵）機(jī)組基于傳統(tǒng)中央空調(diào)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，進(jìn)一步提升了中央空調(diào)的能效，將高效的水冷式空調(diào)機(jī)組與環(huán)保的空氣源空調(diào)技術(shù)進(jìn)行整合集成，機(jī)組滿(mǎn)足《一體式冷水（熱泵）機(jī)組（JB／T 12839—2016）》的相關(guān)要求［1］。

其工作原理為：機(jī)組制冷時(shí)，高溫高壓制冷劑氣體經(jīng)四通閥首先進(jìn)入風(fēng)冷換熱器預(yù)冷，依靠空氣的自然對(duì)流（風(fēng)冷側(cè)風(fēng)機(jī)不工作），預(yù)冷后的飽和冷媒氣體進(jìn)入冷卻塔中的水冷換熱器，通過(guò)冷卻塔利用水和空氣的接觸，帶走熱量，經(jīng)膨脹閥節(jié)流降壓后，進(jìn)入蒸發(fā)器，在此制取空調(diào)冷水，冷媒以低壓過(guò)熱氣體形式進(jìn)入壓縮機(jī)，完成空調(diào)制冷循環(huán)，同時(shí)可以通過(guò)熱回收器進(jìn)行熱回收預(yù)熱生活熱水。見(jiàn)圖2。

圖2 冷卻塔一體式冷水（熱泵）機(jī)組制冷原理

機(jī)組制熱時(shí)，微電腦控制程序自動(dòng)關(guān)閉水冷卻系統(tǒng)，冷卻塔、冷卻塔風(fēng)機(jī)和冷卻水泵停止工作，制冷劑走向經(jīng)過(guò)機(jī)組內(nèi)部的四通換向閥自動(dòng)轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)。首先低溫低壓的制冷劑氣體通過(guò)壓縮機(jī)的做功被壓縮成高溫高壓的氣體進(jìn)入換熱器冷卻后，變成高壓中溫的液體經(jīng)膨脹閥節(jié)流降壓后，以低溫低壓的氣液混合物狀態(tài)進(jìn)入換熱器吸收空氣中的熱量，使制冷劑工質(zhì)氣化，變成低溫低壓的氣體回到氣液分離器后進(jìn)入壓縮機(jī)，反復(fù)循環(huán)。見(jiàn)圖3。

圖3 冷卻塔一體式冷水（熱泵）機(jī)組制熱原理

冷卻塔一體式冷水（熱泵）機(jī)組優(yōu)勢(shì)：

1）機(jī)組放置在屋面，不占用室內(nèi)使用空間；

2）利用水與空氣兩種介質(zhì)進(jìn)行散熱，COP最高可達(dá)5.3；

3）比常規(guī)風(fēng)冷熱泵節(jié)能約25%；

4）可根據(jù)客戶(hù)需求選擇水冷／風(fēng)冷模式運(yùn)行；

5）風(fēng)冷運(yùn)行加裝噴淋管，在40℃以上環(huán)境溫度，保證機(jī)組的制冷能力；

6）夏季采用水＋空氣聯(lián)合冷卻方式進(jìn)行制冷，并可以免費(fèi)提供60℃的生活熱水。

2.2 冷卻塔一體式冷水（熱泵）機(jī)組的應(yīng)用

此項(xiàng)目冷、熱源選擇冷卻塔一體式冷水（熱泵）機(jī)組，所有機(jī)組均放置在醫(yī)技樓屋面。綜合考慮醫(yī)院空調(diào)使用的特殊性以及運(yùn)行費(fèi)用，采用了3臺(tái)制冷量531 kW，制熱量534 kW 的全熱回冷卻塔一體式冷水（熱泵）機(jī)組，其熱回收量541 kW，熱回收熱量對(duì)整個(gè)醫(yī)院的生活熱水進(jìn)行預(yù)熱，以達(dá)到節(jié)約生活熱水能耗的目的；8臺(tái)制冷量979 kW，制熱量986 kW冷卻塔一體式冷水（熱泵）機(jī)組與3臺(tái)熱回收型機(jī)組共同提供空調(diào)冷熱水。醫(yī)院項(xiàng)目因空調(diào)的使用情況及使用時(shí)間的不同，空調(diào)冷熱水的需求時(shí)間不同，因此該項(xiàng)目的空調(diào)冷熱源系統(tǒng)設(shè)計(jì)了在不同情況下不同的運(yùn)行工況。

1）工況一：夏季供冷，所有區(qū)域均為需求空調(diào)冷水的時(shí)候，所有冷卻塔一體式冷水（熱泵）機(jī)組共同使用，空調(diào)水系統(tǒng)中閥門(mén)A、B常開(kāi)，閥門(mén)C關(guān)閉，空調(diào)水系統(tǒng)給醫(yī)院所有區(qū)域提供冷凍水，并同時(shí)可以給生活熱水進(jìn)行預(yù)熱。

2）工況二：過(guò)渡季節(jié)初期，其中手術(shù)區(qū)、中心供應(yīng)等凈化空調(diào)需求供冷，醫(yī)技樓部分區(qū)域需求供冷時(shí)，空調(diào)水系統(tǒng)中閥門(mén)A、B關(guān)閉，閥門(mén)C開(kāi)啟，閥門(mén)D關(guān)閉，將凈化空調(diào)系統(tǒng)與主系統(tǒng)分開(kāi)。系統(tǒng)中冷卻塔一體式冷水（熱泵）機(jī)組二給凈化空調(diào)提供空調(diào)冷凍水，并可同時(shí)給生活熱水預(yù)熱。部分冷卻塔一體式冷水（熱泵）機(jī)組一給醫(yī)技樓提供空調(diào)冷凍水，閥門(mén)D的關(guān)閉保證了系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，其他無(wú)空調(diào)需求的空間誤操作使用空調(diào)的情況，避免浪費(fèi)。

3）工況三：過(guò)渡季節(jié)后期，其中手術(shù)區(qū)、中心供應(yīng)等凈化空調(diào)需求供冷，醫(yī)技樓部分區(qū)域需求供熱時(shí)，空調(diào)水系統(tǒng)中閥門(mén)A、B關(guān)閉，閥門(mén)C開(kāi)啟，閥門(mén)D關(guān)閉，將凈化空調(diào)系統(tǒng)與主系統(tǒng)分開(kāi)。系統(tǒng)中冷卻塔一體式冷水（熱泵）機(jī)組二給凈化空調(diào)提供空調(diào)冷凍水，并可同時(shí)給生活熱水預(yù)熱。部分冷卻塔一體式冷水（熱泵）機(jī)組一給醫(yī)技樓提供空調(diào)熱水，閥門(mén)D的關(guān)閉保證了系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，其他無(wú)空調(diào)需求的空間誤操作使用空調(diào)的情況，避免浪費(fèi)。

4）工況四：冬季供熱，所有的區(qū)域均為需求空調(diào)熱水的時(shí)候，所有冷卻塔一體式冷水（熱泵）機(jī)組共同使用，空調(diào)水系統(tǒng)中閥門(mén)A、B常開(kāi)，閥門(mén)C關(guān)閉，空調(diào)水系統(tǒng)給醫(yī)院所有區(qū)域提供空調(diào)熱水。

2.3 采用冷卻塔一體式冷水（熱泵）機(jī)組與采用風(fēng)冷熱泵機(jī)組的對(duì)比分析

2.3.1 冷卻塔一體式冷水（熱泵）機(jī)組和風(fēng)冷熱泵機(jī)組能耗對(duì)比

根據(jù)《一體式冷水（熱泵）機(jī)組（JB／T 12839—2016）》第4.4.3條表5的要求，冷卻塔一體式冷水（熱泵）機(jī)組COP不小于4.0。根據(jù)《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（GB 50189—2015）》中第4.2.10條表4.2.10要求，風(fēng)冷熱泵機(jī)組的COP不小于3.0。項(xiàng)目機(jī)組臺(tái)數(shù)較多，無(wú)論是采用冷卻塔一體式冷水（熱泵）機(jī)組或者風(fēng)冷熱泵機(jī)組，均有11臺(tái)，均在10%～100%的負(fù)荷需求內(nèi)，開(kāi)啟不同臺(tái)數(shù)的熱泵機(jī)組，保證機(jī)組均在85% ～100%的范圍內(nèi)運(yùn)行。各類(lèi)熱泵產(chǎn)品在這個(gè)范圍內(nèi)均是COP數(shù)值最高的，因此在能耗計(jì)算中均按機(jī)組100%運(yùn)行時(shí)的COP進(jìn)行計(jì)算。

根據(jù)浙江省《民用建筑項(xiàng)目節(jié)能評(píng)估技術(shù)導(dǎo)則》中的相關(guān)規(guī)定，該項(xiàng)目可以分別計(jì)算出采用冷卻塔一體式冷水（熱泵）機(jī)組和風(fēng)冷熱泵機(jī)組的夏季能耗。

冷卻塔一體式冷水（熱泵）機(jī)組系統(tǒng)，根據(jù)不同負(fù)荷率統(tǒng)計(jì)分段100%、70%、50%、40%計(jì)算得出年用電量：6 401 369.5 kW·h。

普通風(fēng)冷熱泵機(jī)組系統(tǒng)，根據(jù)不同負(fù)荷率統(tǒng)計(jì)分段100%、70%、50%、40%計(jì)算得出年用電量：8 535 159.3 kW·h。

因冷卻塔一體式冷水（熱泵）機(jī)組冬季相當(dāng)于風(fēng)冷熱泵運(yùn)行，因此冷卻塔一體式冷水（熱泵）機(jī)組和風(fēng)冷熱泵機(jī)組冬季的允許能耗基本相同。由此可知，采用冷卻塔一體式冷水（熱泵）機(jī)組比風(fēng)冷熱泵機(jī)組在一個(gè)制冷季可以節(jié)約空調(diào)耗電量為：8 535 159.3－6 401 369.5＝2 133 789.8 kW·h。

2.3.2 冷卻塔一體式冷水（熱泵）機(jī)組和風(fēng)冷熱泵機(jī)組經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析

根據(jù)上一小節(jié)耗電量計(jì)算，以及該項(xiàng)目最終空調(diào)設(shè)備采購(gòu)價(jià)格情況與相同廠(chǎng)家熱泵設(shè)備價(jià)格對(duì)比，可得到以下結(jié)論，見(jiàn)表1。

表1 經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析

由以上對(duì)比可知，本項(xiàng)目采用冷卻塔一體式冷水（熱泵）機(jī)組既節(jié)約了地下室機(jī)房的使用空間，又在滿(mǎn)足醫(yī)院各種工況運(yùn)行的情況下，較常規(guī)風(fēng)冷熱泵機(jī)組更為節(jié)能。

3 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)浙江省某中醫(yī)院項(xiàng)目冷卻塔一體式冷水（熱泵）機(jī)組的應(yīng)用情況來(lái)看，冷卻塔一體式冷水（熱泵）機(jī)組既節(jié)約了機(jī)房的使用面積，又可以多方式運(yùn)行，滿(mǎn)足醫(yī)院的復(fù)雜運(yùn)行情況。其費(fèi)用又較常規(guī)的不設(shè)置機(jī)房的空調(diào)冷熱源更為節(jié)約，還可以在空調(diào)制冷運(yùn)行的情況下同時(shí)熱回收，提供生活熱水的熱源。因此，冷卻塔一體式冷水（熱泵）機(jī)組適合在項(xiàng)目規(guī)模不大，地下室使用空間較為緊張且有較大的屋面使用空間的項(xiàng)目中使用，可在更多類(lèi)似工程中推廣使用。