医院建筑暖通空调节能思路及措施-沈晋明

特别策划｜FEATURES492013.04|医院建筑暖通空调节能思路及措施文 | 沈晋明 俞卫刚近年来我国新建医院已经完全改变了传统医院建筑的能耗比例，空调与供热（包括供热水与蒸汽）已成为最大能耗，其次是照明。下面将重点讨论医院建筑暖通空调方面的节能。暖通空调系统节能措施分析医院节能这项工作已经做了许多年，有许多文献介绍了这方面的工作，目前应该清醒地分析过去得到的经验与教训。在满足医疗与感染控制要求的前提下，暖通空调节能降耗的措施可从冷热源、输送系统、暖通空调设备、控制系统与运行管理等方面考虑。目前适用于医院的一些成熟节能方法与措施、运用的可能性以及可能存在的问题，如表1所示。系统名称节能方法与措施在医院中运用的可能性及效果可能存在的问题冷热源系统选择适当容量、适当台数机组，使各个季节机组能保持高效率运行由于机组绝大部分时间在非设计工况下运行，提高部分负荷运行的效率意义重大设备台数偏多，将增加投资和机房面积选择高性能系数的设备（冷热源设备等）取决于性能、价格、维护费用与效益之比价格较贵利用自然能（太阳能、地热、风能、地下水与室外大气）或作为能源、能汇（空气、土壤、水源等）直接利用地下（表）水、室外新风，密闭冷却塔供冷水，太阳能供热水，或自然能源（空气、土壤、水源等）热泵取决于该地区自然能状况及可能引起的风险有效利用水（冰）蓄热（冷）利用昼夜电费差蓄热（冷），白天使用，移峰填谷取决于所占建筑空间、电费差价与收益废热回收（废汽、排风、冷凝水、冷却水、污水等）适合有排水（气、风）规划的场合，可针对性利用不同种类的热（冷）回收型装置防交叉感染；当废热源分散时难以采用系统回收利用装机容量季节差、昼夜差进行制冷或蓄冰利用夏季的多余蒸汽或燃气用吸收式制冷机组，利用夜间多余冷量蓄冰等不节能合理匹配不同能位的冷热源，避免用高能位的媒介做低能位的处理对不同空气（水）处理要求采用相应适合能位的媒介冷热源种类增多输送系统输送冷热源采用水（制冷剂）系统输送水（制冷剂）比输送空气节能非全空气系统不利于无菌状态控制根据用户负荷特点，提高冷出水温度可提高冷水机组COP，通常适用无湿度控制要求的科室要评估对湿度控制要求较高的关键科室的影响加大输送温差，减少输送量应尽量采用，效果显著，可利用蓄冷降低输送介质温度注意末端装置的性能选择高性能输送设备，变流量（VAV，VWV，VRV）运行有条件积极推广，尤其是水系统。但洁净无菌要求的区域常要求定风量系统价格较贵，注意低流量时段对医疗与卫生的负面影响合理选择流量（风、气、水）从设计到运行选择合适流量，注意医疗与卫生要求降低输送管道、管件与过滤器等阻力，尤其是高效过滤器管道系统布置平、顺、直；选择低阻过滤器、管材、管件特别要关注低阻过滤器效率输送管道保温采用最佳保温层厚度注意保温材料的防火等综合性能加强输送管道（空调机组）气密性采用合适的结构、管道接口与接缝特别注意净化系统与空调机组渗漏表1 医院节能方法及可能性         （表未完见下页）ENERGYSAVINGMETHODSOFHOSPITALBUILDINGHAVCSYSTEMCHINESEHOSPITALARCHITECTURE&EQUIPMENT| 50医院节能的创新思路与措施对医院节能要有创新思路，要从可持续发展的定义出发，节能不是简单地提高效率、抑制需求、降低能耗，而是合理利用能量，降低的仅仅是不可再生能源的消耗，同时将对环境的影响降低到最小。结合医院全年能耗高、供热量大、昼夜负荷差异大、大体量医院需全年供冷、关键科室与一般科室控制要求不同（特别是湿度控制）等特点，近年来在医院节能方面探索和总结了一些行之有效的思路与措施——*规划与均衡整幢医院建筑用能我国大型综合医院传统的冷热源大多设计为冷水机组（多为压缩式）与锅炉（多为蒸汽）组合，由冷热源集中供给各功能科室（区）所需的媒介（水、汽、制冷剂等）。这种集中式冷热源供给系统的媒介与温度是以控制参数要求最高的科室为标准而设定的，或者说设定的是最高能位的冷媒与热媒。如冷媒为7℃（或更低）冷冻水是为湿度控制设定的，高压蒸汽热媒是为灭菌而设定的，对于要求较低的科室则可采用调质（如将蒸汽变为不同温度的热水）或调量（如变流量）等措施进行运行调节。这种传统冷热源的配置以特定科室为设计对象，尽管可以选用高效冷热源来提高其系统效率，但一方面冷冻机组放出非常系统名称节能方法与措施在医院中运用的可能性及效果可能存在的问题空调系统系统合理分区根据两级医疗工艺流程与科室特点来分区注意区域间系统停开时空气的逆流尽量用局部送风方法保护关键区域根据医疗要求和特点，缩小高精度空调或净化区域的面积防止周围区域的干扰或污染室内气流与温湿度控制最佳化，提高换气效率、通风效率利用辐射供冷（热），送回风口合理布置，气流分布最佳化注意医疗要求与交叉污染控制根据室外状态变新风量运行（调节）也有利于改善室内空气质量，夜间通风建筑物蓄热（冷）对压力梯度控制有要求的区域，要慎重专用新风（湿度优先控制）系统有利于关键科室医疗环境控制与节能一般科室新风量小，校核新风除湿量非使用状态关闭（或减少）送风符合污染控制要求尽量采用注意空气逆流，引起交叉感染采用全（显）热交换器，与中间媒介热回收盘管设计时注意新风和排风管道布置，采用合适的热回收装置注意全热交换器新风侧被堵塞，排风侧污染空气的渗透采用净化技术有效去除污染物，以加大回风量在保证最小新风量的前提下，可减少系统新风稀释量有的室内污染气体难以有效排除或成本高采用二次回风系统，避免采用一次回风再加热特别适用于高洁净度级别的控制区域，可减少或取消再加热对热湿比小，温湿度控制精度高的场所，不合适降低混合损失或再热损失合理分区，减少混风与再热增加系统复杂性提高新风质量，减少系统新风稀释量避免污染源，采集高质量新风，减少输送距离与沿途污染受场所限制，有时难以找到理想新风口系统最佳化新风集中处理，避免冷却除湿后再加热处理，利用自循环风增加系统复杂性系统排风，或正压渗透风再利用系统排风作为机房、停车场等送风或冷却塔进风；无菌室正压渗透风作为辅助房间送风对排风与正压渗透风的污染程度要评估控制系统设定最佳的启动时间与运行时间对间断运行的科室节能效果显著对压力梯度控制有要求的区域，要慎重设备最佳配比运行（台数、容量）节能效果显著运行模式较复杂设定最佳的送风参数（送风量与送风状态）一般采用风量优先调节模式有些科室不适宜变风量运行根据季节转换设定室内温湿度参数如符合医疗要求应尽量采用需季节转换控制根据气候变化设定（预测）最佳运行策略节能效果显著运行模式过于复杂，增加管理难度医院建筑智能管理系统全面、实时地监测，及时调整运行方案，实施最佳控制与优化运行，保持高能效运行增加投资（续上表）特别策划｜FEATURES512013.04|可观的废热量，一方面又使用大量能源烧蒸汽，或者说一侧为对象服务，另一侧放出废热，可见不可能真正实现有效节能降耗。热泵的本质是转移热量，将热量从一侧转移到另一侧，一台热泵可同时供热水和供冷冻水，没有废热排出。这样花1份转移热量的能耗可以得到7份至8份的冷热总量，节能降耗成效不言而喻。这种方式的制约条件是两端制冷量和供热量必须是匹配的。而医院全年供热量大、大体量医院需冬季供冷的用能特点，为实现一台热泵同时供热供冷创造了条件，十分方便地使整个医院实现四管制空调，提高了医疗环境控制质量，尤其在我国东部地区过渡季节非常适用。如果两侧不平衡，不平衡一端必须向外排热（冷）以随时保持两侧平衡（这需要重视）。这就要求必须改变过去传统设计方法，由各个专业相对独立为特定功能科室进行设计，转变成综合各个专业以整幢大楼为控制目标进行设计，计算各种功能科室（部）的用冷用热量，规划整个大楼用能，创造条件均衡冷量与热量，以达到最佳节能效果。在国内外医院已有不少成功的案例，节能量十分可观。*针对不同处理过程采用相应能位的媒介医院建筑功能科室多，如从医疗环境控制角度可分为一般科室（具有一般无菌程度与舒适性要求）和关键科室（对温湿度与无菌程度有较高要求，尤其是湿度控制）。除湿需要用较低的冷冻水，舒适性空调可采用较高冷冻水，以利节能。水温越低能位越高，水温越高能位越低。对于热媒则反之，水温越高能位越高，水温越低能位越低。产生能位越高的媒介所需的能耗越高，因此节能的要点是针对不同处理对象要求采用相应能位的媒介，即用高能位的冷冻水（≤7℃）去除湿，用低能位的冷冻水（≥10℃）去降温，而传统冷源用高能位的冷冻水（≤7℃）去做低能位的降温，用高能位的蒸汽转化为生活热水，耗能不言而喻。利用低能位热水采用辐射供暖应是不错的节能措施。医院用能另一个特点是医院昼夜负荷差异大，如果利用冷机夜间的富余冷量去蓄冰，白天就可采用蓄冰装置的融冰产生低温冷冻水（≤5℃），用于空调系统新风除湿（或湿度控制用），让新风承担全部湿负荷，而原冷机白天提高冷冻水出水水温（≥12℃）作为循环风机组（风机盘管机组、空气处理循环机组等）降温（或温度控制）用。除了负压隔离病房外，一般不要求干工况（干盘管）运行，以简化运行控制，提高温控反应速度。这样同一台冷机可产生两种不同能位的冷冻水，对新风与循环风进行适合各自能位的空气处理，节能效果大。这种冷机被称为双工况冷机，这种系统就是湿度优先控制。由于蓄冰仅用于处理新风，蓄冰量不大，所占空间小，这不同于传统的冰蓄冷，即白天高峰时段所需要的冷量，从白天转移到晚上制冷蓄冰，“移峰填谷”减少了设备的装机1.多功能热回收热泵同时供热供冷2.医院单科室传统冷热设计图3.医院整体冷热源综合设计图231CHINESEHOSPITALARCHITECTURE&EQUIPMENT| 52容量，但扩大了蓄冰空间，对地处市区的医院难以实施。大体量医院存在空调内区，需要全年供冷，冬季室外气温低却还需要耗能开制冷机供冷，过去常将室外空气直接引入室内，但很容易破坏区域内有序的压力分布，使定向气流逆流，易引起交叉感染。除了采用上述的多功能热回收热泵，还可以将空调封闭的水系统直接与室外空气进行热交换而冷却，这种方式称为免费供冷（FreeCooling）。为方便运行，将免费供冷热交换器与制冷冷水机组串联在一起。在室外温度适宜的情况下，只要室外气温比冷冻水回水温度低2℃以上时，就可先通过免费供冷，供冷不足部分通过冷水机组制冷，当室外气温低到一定程度（取决于冷冻水供水温度）完全可以取代冷水机组运行。目前已将两者组合在一台机组内，在运行中不仅可自动转换，而且可以更有效地节能。*采用复合能源站概念医院节能除了要根据医疗特点外，还要依据医院所在地的气候与地理，计算出整幢医院建筑的全年、季节以及不同时段的冷热负荷，选择不同能源种类、不同机组类型、不同容量的冷热源的合理配置、有机组合，这就是复合能源站的概念。这也是目前一个节能的新课题，国外也在积极地推广。为了保障医院用能安全，应采用多能源结构（油、气、电、自然能等），不宜采用单一能源。根据医院全年、季节与不同时段冷热负荷来合理配置不同冷热源，如单冷冷水机组、热泵、双工况制冷机组、多功能热回收机组、分散式热水机组、自然能机组（免费供冷、太阳能等）、废热回收机组等，实现最佳的多能源组合。依据不同气候状态下不同冷热源的能量利用效率，通过优化多能源运行模式，实施最佳能量调节。这需要开发一套智能化能源站管理系统，根据逐时需要的冷热量和室内外负荷变化来确定当下的供能方案，才可能尽量提高各个时段的运行能效、减少排放量，达到最佳节能效果。综上所述，节能理念不是单纯抑制需求，而是从源头治起，只有改变医院传统的冷热源，才能有效节能。要做好医院节能，除了从建筑实体着手减少建筑负荷，综合各环节的节能措施，全面、有机地统筹安排，采用高效末端装置或设备，提高设施系统的效率（如风系统、水系统），采用各种热回收装置回收，对排放到环境中的废热（冷）进行回收，保证建筑物整体的能源利用效率最佳，将废热排放量减少到最小等常规节能措施外，更重要的是还须针对医院用能特点，改变以各种功能科室（部）特定空间为控制对象的传统设计，将整幢医院建筑作为控制目标，综合规划与均衡整幢大楼的能