醫(yī)院建筑暖通空調(diào)節(jié)能思路及措施 - 沈晉明 - 圖文-

1、特別策劃|FEATURES492013.04|醫(yī)院建筑暖通空調(diào)節(jié)能思路及措施文|沈晉明俞衛(wèi)剛近年來我國新建醫(yī)院已經(jīng)完全改變了傳統(tǒng)醫(yī)院建筑的能耗比例,空調(diào)與供熱(包括供熱水與蒸汽已成為最大能耗,其次是照明。下面將重點(diǎn)討論醫(yī)院建筑暖通空調(diào)方面的節(jié)能。暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能措施分析醫(yī)院節(jié)能這項(xiàng)工作已經(jīng)做了許多年,有許多文獻(xiàn)介紹了這方面的工作,目前應(yīng)該清醒地分析過去得到的經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)。在滿足醫(yī)療與感染控制要求的前提下,暖通空調(diào)節(jié)能降耗的措施可從冷熱源、輸送系統(tǒng)、暖通空調(diào)設(shè)備、控制系統(tǒng)與運(yùn)行管理等方面考慮。目前適用于醫(yī)院的一些成熟節(jié)能方法與措施、運(yùn)用的可能性以及可能存在的問題,如表1所示。系統(tǒng)名稱節(jié)能方法與措施

2、在醫(yī)院中運(yùn)用的可能性及效果可能存在的問題冷熱源系統(tǒng)選擇適當(dāng)容量、適當(dāng)臺(tái)數(shù)機(jī)組,使各個(gè)季節(jié)機(jī)組能保持高效率運(yùn)行由于機(jī)組絕大部分時(shí)間在非設(shè)計(jì)工況下運(yùn)行,提高部分負(fù)荷運(yùn)行的效率意義重大設(shè)備臺(tái)數(shù)偏多,將增加投資和機(jī)房面積選擇高性能系數(shù)的設(shè)備(冷熱源設(shè)備等取決于性能、價(jià)格、維護(hù)費(fèi)用與效益之比價(jià)格較貴利用自然能 (太陽能、地?zé)?、風(fēng)能、地下水與室外大氣或作為能源、能匯(空氣、土壤、水源等直接利用地下(表水、室外新風(fēng),密閉冷卻塔供冷水,太陽能供熱水,或自然能源(空氣、土壤、水源等熱泵取決于該地區(qū)自然能狀況及可能引起的風(fēng)險(xiǎn)有效利用水(冰蓄熱(冷利用晝夜電費(fèi)差蓄熱(冷,白天使用,移峰填谷取決于所占建筑空間、電費(fèi)差

3、價(jià)與收益廢熱回收(廢汽、排風(fēng)、冷凝水、冷卻水、污水等適合有排水(氣、風(fēng)規(guī)劃的場合,可針對性利用不同種類的熱(冷回收型裝置防交叉感染;當(dāng)廢熱源分散時(shí)難以采用系統(tǒng)回收利用裝機(jī)容量季節(jié)差、晝夜差進(jìn)行制冷或蓄冰利用夏季的多余蒸汽或燃?xì)庥梦帐街评錂C(jī)組,利用夜間多余冷量蓄冰等不節(jié)能合理匹配不同能位的冷熱源,避免用高能位的媒介做低能位的處理對不同空氣(水處理要求采用相應(yīng)適合能位的媒介冷熱源種類增多輸送系統(tǒng)輸送冷熱源采用水(制冷劑系統(tǒng)輸送水(制冷劑比輸送空氣節(jié)能非全空氣系統(tǒng)不利于無菌狀態(tài)控制根據(jù)用戶負(fù)荷特點(diǎn),提高冷出水溫度可提高冷水機(jī)組COP,通常適用無濕度控制要求的科室要評估對濕度控制要求較高的關(guān)鍵科室的

4、影響加大輸送溫差,減少輸送量應(yīng)盡量采用,效果顯著,可利用蓄冷降低輸送介質(zhì)溫度注意末端裝置的性能選擇高性能輸送設(shè)備,變流量(VAV,VWV,VRV運(yùn)行有條件積極推廣,尤其是水系統(tǒng)。但潔凈無菌要求的區(qū)域常要求定風(fēng)量系統(tǒng)價(jià)格較貴,注意低流量時(shí)段對醫(yī)療與衛(wèi)生的負(fù)面影響合理選擇流量(風(fēng)、氣、水從設(shè)計(jì)到運(yùn)行選擇合適流量,注意醫(yī)療與衛(wèi)生要求降低輸送管道、管件與過濾器等阻力,尤其是高效過濾器管道系統(tǒng)布置平、順、直;選擇低阻過濾器、管材、管件特別要關(guān)注低阻過濾器效率輸送管道保溫采用最佳保溫層厚度注意保溫材料的防火等綜合性能加強(qiáng)輸送管道(空調(diào)機(jī)組氣密性采用合適的結(jié)構(gòu)、管道接口與接縫特別注意凈化系統(tǒng)與空調(diào)機(jī)組滲漏表

5、1醫(yī)院節(jié)能方法及可能性(表未完見下頁ENERGY SA VING METHODS OF HOSPITALBUILDING HA VC SYSTEMCHINESE HOSPIT AL ARCHITECTURE & EQUIPMENT|50醫(yī)院節(jié)能的創(chuàng)新思路與措施對醫(yī)院節(jié)能要有創(chuàng)新思路,要從可持續(xù)發(fā)展的定義出發(fā),節(jié)能不是簡單地提高效率、抑制需求、降低能耗,而是合理利用能量,降低的僅僅是不可再生能源的消耗,同時(shí)將對環(huán)境的影響降低到最小。結(jié)合醫(yī)院全年能耗高、供熱量大、晝夜負(fù)荷差異大、大體量醫(yī)院需全年供冷、關(guān)鍵科室與一般科室控制要求不同(特別是濕度控制等特點(diǎn),近年來在醫(yī)院節(jié)能方面探索和總結(jié)了一些

6、行之有效的思路與措施*規(guī)劃與均衡整幢醫(yī)院建筑用能我國大型綜合醫(yī)院傳統(tǒng)的冷熱源大多設(shè)計(jì)為冷水機(jī)組(多為壓縮式與鍋爐(多為蒸汽組合,由冷熱源集中供給各功能科室(區(qū)所需的媒介(水、汽、制冷劑等。這種集中式冷熱源供給系統(tǒng)的媒介與溫度是以控制參數(shù)要求最高的科室為標(biāo)準(zhǔn)而設(shè)定的,或者說設(shè)定的是最高能位的冷媒與熱媒。如冷媒為7(或更低冷凍水是為濕度控制設(shè)定的,高壓蒸汽熱媒是為滅菌而設(shè)定的,對于要求較低的科室則可采用調(diào)質(zhì)(如將蒸汽變?yōu)椴煌瑴囟鹊臒崴蛘{(diào)量(如變流量等措施進(jìn)行運(yùn)行調(diào)節(jié)。這種傳統(tǒng)冷熱源的配置以特定科室為設(shè)計(jì)對象,盡管可以選用高效冷熱源來提高其系統(tǒng)效率,但一方面冷凍機(jī)組放出非常系統(tǒng)名稱節(jié)能方法與措施在

7、醫(yī)院中運(yùn)用的可能性及效果可能存在的問題空調(diào)系統(tǒng)系統(tǒng)合理分區(qū)根據(jù)兩級醫(yī)療工藝流程與科室特點(diǎn)來分區(qū)注意區(qū)域間系統(tǒng)停開時(shí)空氣的逆流盡量用局部送風(fēng)方法保護(hù)關(guān)鍵區(qū)域根據(jù)醫(yī)療要求和特點(diǎn),縮小高精度空調(diào)或凈化區(qū)域的面積防止周圍區(qū)域的干擾或污染室內(nèi)氣流與溫濕度控制最佳化,提高換氣效率、通風(fēng)效率利用輻射供冷(熱,送回風(fēng)口合理布置,氣流分布最佳化注意醫(yī)療要求與交叉污染控制根據(jù)室外狀態(tài)變新風(fēng)量運(yùn)行(調(diào)節(jié)也有利于改善室內(nèi)空氣質(zhì)量,夜間通風(fēng)建筑物蓄熱(冷對壓力梯度控制有要求的區(qū)域,要慎重專用新風(fēng)(濕度優(yōu)先控制系統(tǒng)有利于關(guān)鍵科室醫(yī)療環(huán)境控制與節(jié)能一般科室新風(fēng)量小,校核新風(fēng)除濕量非使用狀態(tài)關(guān)閉(或減少送風(fēng)符合污染控制要求盡

8、量采用注意空氣逆流,引起交叉感染采用全(顯熱交換器,與中間媒介熱回收盤管設(shè)計(jì)時(shí)注意新風(fēng)和排風(fēng)管道布置,采用合適的熱回收裝置注意全熱交換器新風(fēng)側(cè)被堵塞,排風(fēng)側(cè)污染空氣的滲透采用凈化技術(shù)有效去除污染物,以加大回風(fēng)量在保證最小新風(fēng)量的前提下,可減少系統(tǒng)新風(fēng)稀釋量有的室內(nèi)污染氣體難以有效排除或成本高采用二次回風(fēng)系統(tǒng),避免采用一次回風(fēng)再加熱特別適用于高潔凈度級別的控制區(qū)域,可減少或取消再加熱對熱濕比小,溫濕度控制精度高的場所,不合適降低混合損失或再熱損失合理分區(qū),減少混風(fēng)與再熱增加系統(tǒng)復(fù)雜性提高新風(fēng)質(zhì)量,減少系統(tǒng)新風(fēng)稀釋量避免污染源,采集高質(zhì)量新風(fēng),減少輸送距離與沿途污染受場所限制,有時(shí)難以找到理想新風(fēng)

9、口系統(tǒng)最佳化新風(fēng)集中處理,避免冷卻除濕后再加熱處理,利用自循環(huán)風(fēng)增加系統(tǒng)復(fù)雜性系統(tǒng)排風(fēng),或正壓滲透風(fēng)再利用系統(tǒng)排風(fēng)作為機(jī)房、停車場等送風(fēng)或冷卻塔進(jìn)風(fēng);無菌室正壓滲透風(fēng)作為輔助房間送風(fēng)對排風(fēng)與正壓滲透風(fēng)的污染程度要評估控制系統(tǒng)設(shè)定最佳的啟動(dòng)時(shí)間與運(yùn)行時(shí)間對間斷運(yùn)行的科室節(jié)能效果顯著對壓力梯度控制有要求的區(qū)域,要慎重設(shè)備最佳配比運(yùn)行(臺(tái)數(shù)、容量節(jié)能效果顯著運(yùn)行模式較復(fù)雜設(shè)定最佳的送風(fēng)參數(shù)(送風(fēng)量與送風(fēng)狀態(tài)一般采用風(fēng)量優(yōu)先調(diào)節(jié)模式有些科室不適宜變風(fēng)量運(yùn)行根據(jù)季節(jié)轉(zhuǎn)換設(shè)定室內(nèi)溫濕度參數(shù)如符合醫(yī)療要求應(yīng)盡量采用需季節(jié)轉(zhuǎn)換控制根據(jù)氣候變化設(shè)定(預(yù)測最佳運(yùn)行策略節(jié)能效果顯著運(yùn)行模式過于復(fù)雜,增加管理難度醫(yī)院

10、建筑智能管理系統(tǒng)全面、實(shí)時(shí)地監(jiān)測,及時(shí)調(diào)整運(yùn)行方案,實(shí)施最佳控制與優(yōu)化運(yùn)行,保持高能效運(yùn)行增加投資(續(xù)上表特別策劃|FEATURES 512013.04|可觀的廢熱量,一方面又使用大量能源燒蒸汽,或者說一側(cè)為對象服務(wù),另一側(cè)放出廢熱,可見不可能真正實(shí)現(xiàn)有效節(jié)能降耗。熱泵的本質(zhì)是轉(zhuǎn)移熱量,將熱量從一側(cè)轉(zhuǎn)移到另一側(cè),一臺(tái)熱泵可同時(shí)供熱水和供冷凍水,沒有廢熱排出。這樣花1份轉(zhuǎn)移熱量的能耗可以得到7份至8份的冷熱總量,節(jié)能降耗成效不言而喻。這種方式的制約條件是兩端制冷量和供熱量必須是匹配的。而醫(yī)院全年供熱量大、大體量醫(yī)院需冬季供冷的用能特點(diǎn),為實(shí)現(xiàn)一臺(tái)熱泵同時(shí)供熱供冷創(chuàng)造了條件,十分方便地使整個(gè)醫(yī)院實(shí)

11、現(xiàn)四管制空調(diào),提高了醫(yī)療環(huán)境控制質(zhì)量,尤其在我國東部地區(qū)過渡季節(jié)非常適用。如果兩側(cè)不平衡,不平衡一端必須向外排熱(冷以隨時(shí)保持兩側(cè)平衡(這需要重視。這就要求必須改變過去傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法,由各個(gè)專業(yè)相對獨(dú)立為特定功能科室進(jìn)行設(shè)計(jì),轉(zhuǎn)變成綜合各個(gè)專業(yè)以整幢大樓為控制目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì),計(jì)算各種功能科室(部的用冷用熱量,規(guī)劃整個(gè)大樓用能,創(chuàng)造條件均衡冷量與熱量,以達(dá)到最佳節(jié)能效果。在國內(nèi)外醫(yī)院已有不少成功的案例,節(jié)能量十分可觀。*針對不同處理過程采用相應(yīng)能位的媒介醫(yī)院建筑功能科室多,如從醫(yī)療環(huán)境控制角度可分為一般科室(具有一般無菌程度與舒適性要求和關(guān)鍵科室(對溫濕度與無菌程度有較高要求,尤其是濕度控制。除濕需

12、要用較低的冷凍水,舒適性空調(diào)可采用較高冷凍水,以利節(jié)能。水溫越低能位越高,水溫越高能位越低。對于熱媒則反之,水溫越高能位越高,水溫越低能位越低。產(chǎn)生能位越高的媒介所需的能耗越高,因此節(jié)能的要點(diǎn)是針對不同處理對象要求采用相應(yīng)能位的媒介,即用高能位的冷凍水(7去除濕,用低能位的冷凍水(10去降溫,而傳統(tǒng)冷源用高能位的冷凍水(7去做低能位的降溫,用高能位的蒸汽轉(zhuǎn)化為生活熱水,耗能不言而喻。利用低能位熱水采用輻射供暖應(yīng)是不錯(cuò)的節(jié)能措施。醫(yī)院用能另一個(gè)特點(diǎn)是醫(yī)院晝夜負(fù)荷差異大,如果利用冷機(jī)夜間的富余冷量去蓄冰,白天就可采用蓄冰裝置的融冰產(chǎn)生低溫冷凍水(5,用于空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)除濕(或濕度控制用,讓新風(fēng)承擔(dān)全

13、部濕負(fù)荷,而原冷機(jī)白天提高冷凍水出水水溫(12作為循環(huán)風(fēng)機(jī)組(風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組、空氣處理循環(huán)機(jī)組等降溫(或溫度控制用。除了負(fù)壓隔離病房外,一般不要求干工況(干盤管運(yùn)行,以簡化運(yùn)行控制,提高溫控反應(yīng)速度。這樣同一臺(tái)冷機(jī)可產(chǎn)生兩種不同能位的冷凍水,對新風(fēng)與循環(huán)風(fēng)進(jìn)行適合各自能位的空氣處理,節(jié)能效果大。這種冷機(jī)被稱為雙工況冷機(jī),這種系統(tǒng)就是濕度優(yōu)先控制。由于蓄冰僅用于處理新風(fēng),蓄冰量不大,所占空間小,這不同于傳統(tǒng)的冰蓄冷,即白天高峰時(shí)段所需要的冷量,從白天轉(zhuǎn)移到晚上制冷蓄冰,“移峰填谷”減少了設(shè)備的裝機(jī)23CHINESE HOSPIT AL ARCHITECTURE & EQUIPMENT|52

14、容量,但擴(kuò)大了蓄冰空間,對地處市區(qū)的醫(yī)院難以實(shí)施。大體量醫(yī)院存在空調(diào)內(nèi)區(qū),需要全年供冷,冬季室外氣溫低卻還需要耗能開制冷機(jī)供冷,過去常將室外空氣直接引入室內(nèi),但很容易破壞區(qū)域內(nèi)有序的壓力分布,使定向氣流逆流,易引起交叉感染。除了采用上述的多功能熱回收熱泵,還可以將空調(diào)封閉的水系統(tǒng)直接與室外空氣進(jìn)行熱交換而冷卻,這種方式稱為免費(fèi)供冷(Free Cooling。為方便運(yùn)行,將免費(fèi)供冷熱交換器與制冷冷水機(jī)組串聯(lián)在一起。在室外溫度適宜的情況下,只要室外氣溫比冷凍水回水溫度低2以上時(shí),就可先通過免費(fèi)供冷,供冷不足部分通過冷水機(jī)組制冷,當(dāng)室外氣溫低到一定程度(取決于冷凍水供水溫度完全可以取代冷水機(jī)組運(yùn)行。

15、目前已將兩者組合在一臺(tái)機(jī)組內(nèi),在運(yùn)行中不僅可自動(dòng)轉(zhuǎn)換,而且可以更有效地節(jié)能。*采用復(fù)合能源站概念醫(yī)院節(jié)能除了要根據(jù)醫(yī)療特點(diǎn)外,還要依據(jù)醫(yī)院所在地的氣候與地理,計(jì)算出整幢醫(yī)院建筑的全年、季節(jié)以及不同時(shí)段的冷熱負(fù)荷,選擇不同能源種類、不同機(jī)組類型、不同容量的冷熱源的合理配置、有機(jī)組合,這就是復(fù)合能源站的概念。這也是目前一個(gè)節(jié)能的新課題,國外也在積極地推廣。為了保障醫(yī)院用能安全,應(yīng)采用多能源結(jié)構(gòu)(油、氣、電、自然能等,不宜采用單一能源。根據(jù)醫(yī)院全年、季節(jié)與不同時(shí)段冷熱負(fù)荷來合理配置不同冷熱源,如單冷冷水機(jī)組、熱泵、雙工況制冷機(jī)組、多功能熱回收機(jī)組、分散式熱水機(jī)組、自然能機(jī)組(免費(fèi)供冷、太陽能等、廢熱回收機(jī)組等,實(shí)現(xiàn)最佳的多能源組合。依據(jù)不同氣候狀態(tài)下不同冷熱源的能量利用效率,通過優(yōu)化多能源運(yùn)行模式,實(shí)施最佳能量調(diào)節(jié)。這需要開發(fā)一套智能化能源站管理系統(tǒng),根據(jù)逐時(shí)需要的冷熱量和室內(nèi)外負(fù)荷變化來確定當(dāng)下的供能方案,才可能盡量提高各個(gè)時(shí)段的運(yùn)行能效、減少排放量,達(dá)到最佳節(jié)能效果。綜上所述,節(jié)能理念不是單純抑制需求,而是從源頭治起,只有改變醫(yī)院傳統(tǒng)的冷熱源,才能有效節(jié)能。要做好醫(yī)院節(jié)能,除了從建筑實(shí)體著手減少建筑負(fù)荷,綜合各環(huán)節(jié)的節(jié)能措施,全面、有機(jī)地統(tǒng)籌安排,采用高效末端裝置或設(shè)備,提高設(shè)施系統(tǒng)的效率(如風(fēng)系統(tǒng)、水系統(tǒng),采用各種熱回收裝置回收,對排放到環(huán)境中的廢熱(冷進(jìn)