45.医疗建筑的空调设计的节能
医疗建筑的空调设计的节能
袁白妹
摘 要:医疗建筑兼有建筑的通行和医疗功能的特性,空调系统应该是一个給量充足而又能按需索取的系统。空调系统节能不应只偏重于冷源侧而忽视末端,致使风机盘管成为一个个没有关紧的水龙头,全面节能才是一个节能的系统。
关键词:灵活 可调 节能
进入21世纪,人性化的观念普及,人对物质和精神的需求不断提高,物质和精神的综合需求的一部分就是环境。作为患者这一特殊人群对就医环境期望也不断增加,他们在选择就医医院的时候,已经不只局限于对医生的医术要求,而是全方位考察医院,其中最重要一点的是医疗环境。医疗环境的改善不单是为患者舒适而对其康复也起着关键的作用,同时更能使医务人员充分发挥工作能动性。医疗环境建设已经明显地滞后,一些大的医院还是人满为患、环境嘈杂、空气污浊,也有的医院已经率先进行了改建扩建,投入运行后,年营业额大幅上扬,取得了良好的经济效益。
医疗环境除了先进的医疗手段和合理的医疗布局外,还有一点就是舒适的温度和良好的空气品质。所以,随着医院环境的改善,随之而来的就是较高的资金投入和较高的能耗。
医疗建筑能耗除了医疗器械的能耗外,主要是空调能耗。引起空调能耗增加的原因主要是医疗建筑所需要的较大的新风量和较大的医疗器械发热量。如何降低空调能耗,以及医院在为医患提供良好环境同时还有比较低的运行成本是最为关心的问题,降低运行成本不只造福于医院而是降低能源消耗,对于我们这个人均资源匮乏的国家,是每个设计者的责任。
我们一直在尝试和探索着把空调设计成为一个高效率低能耗的系统,即以最节能的姿态呈现,我们在以下几方面作了尝试并且取得了一定的效果。
一、冷源设计的节能
1. 采用冰蓄冷技术
冰蓄冷空调技术是随着政府推行用电实行峰谷用电分别计价而采用的,采用该技术的意义在于为用户降低电费的同时达到电网移峰填谷的目的。用冰蓄冷空调技术是转移高峰用电开发低谷用电,。在夜间用电低谷时段开启制冷主机将建筑物空调所需冷量的制备好,并以冰的形式储存起来。在白天用电高峰时段关闭或者与制冷主机串连进行融冰制冷,达到同样降温的效果。推行峰谷电价是国家为了使得电力系统资源配置和运行效率始终处于较高的水平而采取的政策。在发达国家早已经这么作了,是优化资源配置保护生态环境的重要措施,符合我国的能源政策,提倡“多建冷站,少建电站”是保护环境的一项重要举措,301医院在这方面走在了前头。301外科大楼区域冷站采用冰蓄冷技术后,蓄冷量为12160RTH,冷冻机的装机容量由常规制冷的4850冷吨削减为3640冷吨,装机容量为常规制冷量的75%, 制冷设备用电装机容量由常规制冷的4210KW削减为3543KW,用电装机容量降低了16%。蓄冷用盘管双层叠放,尽量减少了占用的冷冻机房的面积,冰槽占地面积为250平方米,比常规空调增加了22%,年运行费节省60万元左右,动态投资回收期为5年。
2.冷冻机采用大小搭配和变频技术
医院的空调冷负荷是一个极不稳定的负荷,峰谷差异很大,一年365天,一天24小时均有空调负荷发生,有冷冻水的需求。为了避免大马拉小车的最不经济的运行状况,在冷源选择时,设置一台小的冷水机组,满足病房夜间和手术室冬季低负荷的特殊要求。为了使大冷机也始终处于比较高的运行效率。在大的离心机也设置变频器加大离心机的调节范围。在河北医科大学第四附属医院医疗综合楼226
中采用了这种技术,效果良好。
3.采用变冷媒流量制冷系统和水冷模块机组相结合
变冷媒流量制冷系统大约上世纪九十年代初进入我国,因其造价高昂普及很慢,现在该系统技术已经被众家厂商获得,造价逐步降低,并以其出色的灵活性和部分负荷时的高效率被应用到医院建设中来。变冷媒流量制冷系统还有其独特的优势就是没有水的消耗,北京的持续缺水是有目共睹的,水资源的枯竭更可怕,我们曾经测算过,空调的耗水量为0.001m3/h.m2.,一天的耗水量为0.008m3/m2,30000m2空调冷却耗水量240吨,数字惊人。北医三院外科楼的冷源采用了水冷和风冷相结合的方式,水冷机组为模块拼接而成,为手术室和病房新风提供冷源。笔者曾经赴日考察医院建筑空调,参观了4家医院,其中3家都是这种系统。可见,由于变冷媒流量制冷系统因其能够以多种运行方式满足医院中的复杂需要而在医院建设中日益被接受。
二、末端设计的节能
1. 新风系统节能
医院以大的新风量而成为显著特点。一般的医疗综合楼的平均新风量为9m3/h.m2左右,病房一个护理单元新风量最小6000m3/h左右,而一般的办公建筑的新风量为6m3/h m2左右,可见,新风的耗冷量和耗电量都比一般办公建筑多50%。前面所有这些数据都是在医院人流最多的时候的数据,常识告诉我们医院的人流是不稳定的,比如在下午的门诊和夜间的病房,人减少,病人休息后对新风的要求减少,所以,新风量的可调节就是节能的关键点。在解放军306医院医疗综合中,采用了变频控制新风量,比以前设计的二档新风量更进一步,新风量可调范围更大,对于负荷不是很满的医院非常适用。新风系统的节能不只是新风机组本身的马达耗电,我们关注的是节省的冷量,每1000m3/h新风在北京地区是12kw冷量,折合电量是2kw左右,是非常可观的。
2.手术部空调系统节能
医院手术部是最能体现医院医疗水平和效益的部门,在空调专业来看,是耗能大户,手术部空调负荷高达400w/m2,单间负荷为北京平均为30kw。而且,冷负荷贯穿全年。为了在冬季尽量使用室外新风这种天然冷源,在手术室新风处理上采用只过滤不加热的系统。在中国医学科学院肿瘤医院手术部的设计中,采用了这种系统,放弃了一般净化系统采用集中处理新风的系统,采用分散的新风引入系统,采用了其他净化公司新风予过滤的概念,每台新风进风机可以提供12kw的免费冷源,使得冷冻机时间从冬季需要开启推迟到早春,效果明显。
手术部另外一个耗能点为冬季空调加湿耗电。手术部的温湿度度要求严格,不只是舒适问题而且关系到受术人的顺利康复,所以,空调必须加湿。比较传统的手术室加湿方式为蒸气加湿和电极加湿,蒸气加湿由于不能有效的过滤蒸气中夹带的杂质而逐渐淘汰,所以,一般净化公司都选用了电极加湿,电极加湿器的价格比较低廉但运行费很高,主要表现在排污时带走大量热量和水量以及结垢后更换电极罐,使得电极罐成为消耗品,更换也比较复杂,其原因是北京著名的高硬度水质,加湿器排污时的水温为70℃,冬季自来水水温为10℃,这60℃温升都是耗电换来的,所以减少排污就成了节能的出发点。为此,在肿瘤医院手术部设计中,选用了电热加湿器。电热加湿器可以使用去离子的纯水,加热的热水几乎100%水都变成了蒸汽,不需要排污,所以,将水预先处理至纯水,再送进加湿器,不再有排走热水浪费水和电的现象,免去了更换水罐的产品和人工的费用。
3.风机盘管节能
风机盘管是医疗建筑中起着重要作用的空调设备,也是主要的耗能点,风机盘管的纯耗电量为4w/m2,如何使得风机盘管能够达到按需所供是我们关心的问题。风机盘管最大问题是开启后没有人关闭,人们也许已经养成了人走灯灭的好习惯,但对于关闭风机盘管很不注意。尤其在公共区。为此,在有的医院设计了风机盘观集中管理系统,使得风机盘管始终处于受控状态。
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三、排风系统的节能
只单纯增加新风量并不足以改善室内空气品质,为了保证室内空气品质必须设置排风系统强化房间的换气效果,形成送进新鲜空气排除污染空气的良性循环。但排风将带走大量的冷量和热量。采用热回收技术后能够比较圆满地解决这个问题。热回收技术就是把排到室外的污浊空气的冷量或者热量回收回来,而不污染新鲜空气。301外科大楼采用热回收技术,特别污浊和有强烈刺激性气味的空气直接排至室外,其他的排风进入新排风机组与新风换热后排至室外。新排风机组设置效率大于80%的显热换热器或者设置效率大于40%的热管换热器,回收了150000m3/h的废气的冷热量,占总新风量的30%,夏季回收的总冷量为400kw 冬季回收总热量为7100kw.
四、结论
医疗建筑首先它有一般建筑的共性,又有医疗的特殊性,在空调设计中也是如此,从整个原理还是采用冷源-末端 送风-排风的组合,我们也在尝试不同的组合,以期为不同的用户提供服务,通过诸多的医院建设,不认为有一个通用的模式而是应该选择最合适的系统,而应该因地制宜,通盘考虑, 对症下药。
空调系统的耗电主要分为冷源侧和末端侧两大部分,冷源的冷冻水系统占空调总耗电的60%,末端的空气处理机系统及排风系统占30%,风机盘管系统占10%。这是装机容量分配比例,但这并不是节能潜力的比例,不能只把精力放在冷源侧,而忽视末端的节能潜力,不要让风机盘管像没有关紧的水龙头,让能源一点点流走。给量充足但还要能够按需索取才是一个比较节能的系统,如何设计出高效率低能耗的系统是我们暖通从业人员要不断探索的,在节能设计中,“不为善小而不为”应该成为我们节能的出发点,为建设一个资源节省型、环境友好型的医疗建筑而不懈努力。
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