張家寶

（廈門大學(xué)附屬第一醫(yī)院，福建 廈門 361000）

1 引言

當(dāng)前我國(guó)年均建筑總能耗的55%來(lái)自暖通空調(diào)，而在炎熱的夏季，隨著氣溫升高，人們對(duì)暖通空調(diào)的制冷需求直線上升，這直接導(dǎo)致空調(diào)負(fù)荷投入增大[1]。而在空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，若不對(duì)暖通空調(diào)進(jìn)行節(jié)能控制，將會(huì)加大電能以及煤炭等能源的消耗，加重環(huán)境污染問(wèn)題?？偨Y(jié)暖通空調(diào)節(jié)能技術(shù)的現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)暖通空調(diào)節(jié)能技術(shù)在我國(guó)具有廣闊的前景和良好的市場(chǎng)，通過(guò)對(duì)暖通空調(diào)的節(jié)能改造可以降低20%～35%的能耗，在保證制冷需求的同時(shí)有效緩解能源危機(jī)，對(duì)促進(jìn)節(jié)能減排實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)具有重要意義[2]。

而對(duì)醫(yī)院的中央空調(diào)系統(tǒng)分析，發(fā)現(xiàn)醫(yī)院的暖通空調(diào)節(jié)能改造上還存在一定空間，目前老式醫(yī)院還多采用分體式空調(diào)系統(tǒng)，而這也是導(dǎo)致醫(yī)院成為“電能消耗大戶”的主要原因之一[3]。同時(shí)，一些中央空調(diào)在應(yīng)用過(guò)程中沒(méi)有將醫(yī)院不同分區(qū)需求及系統(tǒng)內(nèi)部流量進(jìn)行考慮，這也在一定程度增大了空調(diào)系統(tǒng)的能耗。因此，針對(duì)醫(yī)院的特殊性及節(jié)能性，討論適合醫(yī)院空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能改造方案具有重要意義。

2 醫(yī)院暖通空調(diào)系統(tǒng)特點(diǎn)

1）醫(yī)院作為特殊的公共建筑，其人員較為密集，且存在一定流動(dòng)性。為滿足多維人員對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的多元需求，將醫(yī)院中央空調(diào)控制系統(tǒng)按不同的功能區(qū)進(jìn)行分類，以白求恩醫(yī)院為例，其中央空調(diào)系統(tǒng)分門診系統(tǒng)、醫(yī)技住院系統(tǒng)、教學(xué)系統(tǒng)、行政辦公系統(tǒng)和手術(shù)潔凈功能系統(tǒng)等。針對(duì)這些不同區(qū)域的需求選擇適合的中央空調(diào)控制系統(tǒng)，如ICU、手術(shù)室和分娩室等區(qū)域?qū)Νh(huán)境的潔凈度、溫濕度和風(fēng)速風(fēng)壓等參數(shù)有嚴(yán)格要求，因此，這些區(qū)域應(yīng)選擇使用凈化空調(diào)，這不僅能保證就醫(yī)環(huán)境的安全舒適，同時(shí)可以有效防止病原菌傳播和細(xì)菌滋生。而信息數(shù)據(jù)中心和大型醫(yī)療設(shè)備功能房對(duì)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性要求較高，需要使用具備一定智能化的中央空調(diào)系統(tǒng)，以避免因空調(diào)故障而導(dǎo)致設(shè)備損壞，進(jìn)而影響醫(yī)療業(yè)務(wù)的開(kāi)展。病房區(qū)域和行政辦公室區(qū)域的空調(diào)系統(tǒng)相對(duì)靈活，僅在滿足日常供暖和制冷要求的同時(shí)提供一定的凈化效果即可。

2）由于醫(yī)院醫(yī)療服務(wù)的特殊性，要求其空調(diào)系統(tǒng)在一定程度下不間斷運(yùn)行，且必須保證其運(yùn)行穩(wěn)定。而據(jù)能源消耗統(tǒng)計(jì)，醫(yī)院暖通空調(diào)系統(tǒng)電耗約占醫(yī)院整體電耗的60%，空調(diào)系統(tǒng)作為醫(yī)院電能消耗大戶，存在系統(tǒng)大、分區(qū)多、運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)的特征。以門診、住院病房及行政辦公區(qū)為例，這些區(qū)域的空調(diào)系統(tǒng)全年運(yùn)行時(shí)間在10 個(gè)月左右，而ICU 和手術(shù)室等潔凈區(qū)域的空調(diào)系統(tǒng)則要求365 d 全年運(yùn)行，這直接導(dǎo)致醫(yī)院的年度電費(fèi)在百萬(wàn)元以上，甚至超過(guò)千萬(wàn)元，遠(yuǎn)高于其他公共建筑。分析醫(yī)院的電能結(jié)構(gòu)分布，發(fā)現(xiàn)新舊醫(yī)院的耗能主要來(lái)自各類空調(diào)設(shè)備，但老醫(yī)院的空調(diào)以各類分體式空調(diào)為主，而新建醫(yī)院則主要以中央空調(diào)系統(tǒng)為主。從空調(diào)的運(yùn)行消費(fèi)分析，普通分體式定頻空調(diào)的能耗在8 kW，節(jié)能型的變頻空調(diào)能耗在6.5 kW，而中央空調(diào)的能耗僅5.5 kW，因此，在醫(yī)院設(shè)計(jì)過(guò)程的成本需求內(nèi)選擇合適的中央空調(diào)可以有效降低能耗，節(jié)約設(shè)備運(yùn)行成本。

綜上所述，在滿足醫(yī)院不同區(qū)域的舒適性及溫濕度的前提下，探索醫(yī)院中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能改造思路，尤其是探索空調(diào)系統(tǒng)控制的能源管理模式和優(yōu)化運(yùn)行方案，具有重要意義。 這不僅是控制醫(yī)院耗能成本的關(guān)鍵，也是醫(yī)院開(kāi)展節(jié)能改造工作的重要研究方向，具有很大的節(jié)能潛力。

3 醫(yī)院暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造原則

1）節(jié)能環(huán)保原則。醫(yī)院的空調(diào)改造過(guò)程中需要重視空調(diào)節(jié)能環(huán)保需求，這不僅可以降低醫(yī)院的整體運(yùn)營(yíng)成本，而且有助于實(shí)現(xiàn)國(guó)家能源綠色利用和可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。在醫(yī)院前期設(shè)計(jì)安裝過(guò)程中，可根據(jù)不同區(qū)域的要求對(duì)中央空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行分組設(shè)置。此外，也可在各個(gè)不同區(qū)域的主要出入口設(shè)置空氣幕，同時(shí)通過(guò)采用保溫隔熱的圍護(hù)結(jié)構(gòu)來(lái)減少室內(nèi)的冷熱損失。

2）潔凈通風(fēng)原則。醫(yī)院作為特殊的公共場(chǎng)所，人員密集且流動(dòng)性大，需要具備較好的通風(fēng)系統(tǒng)，以避免因通風(fēng)不暢造成的交叉感染。因此，醫(yī)院在設(shè)計(jì)和安裝中央空調(diào)時(shí)需要充分考慮到抗菌和通風(fēng)的重要性，以降低空氣污染和住院病人交叉感染的可能性。此外，還需要注意防止不同區(qū)域氣流流動(dòng)造成的交叉感染，可通過(guò)采取一定手段隔離不同區(qū)域的氣流，如為不同區(qū)域提供梯級(jí)供氣，或在各個(gè)區(qū)域的通風(fēng)口處設(shè)置抗菌消毒裝置，以避免細(xì)菌或病毒通過(guò)通風(fēng)口進(jìn)行傳播。

3）回收原則。在對(duì)醫(yī)院的暖通空調(diào)改造中，可對(duì)原有的設(shè)備有針對(duì)性地進(jìn)行回收再利用。因?yàn)樵谂照{(diào)內(nèi)部有一些部件并不會(huì)隨著設(shè)備廢棄而廢棄，在整個(gè)暖通空調(diào)系統(tǒng)中存在很多零件或部件自身都具備或可起到重要作用，其在暖通空廢棄后仍可以重裝至其他設(shè)備上繼續(xù)使用。因此，對(duì)這些具備功能作用的零部件，采取針對(duì)性地回收，回收之后通過(guò)重新加工或重新調(diào)整來(lái)實(shí)現(xiàn)零部件的循環(huán)再利用。此外，在回收暖通空調(diào)零部件時(shí)，還需要明確區(qū)分回收和回用，前者回收后不一定存在再利用的可能，而后者可重新應(yīng)用于新系統(tǒng)之中。所以要注意，回收原則并非是沒(méi)有任何基礎(chǔ)與底線地大規(guī)模隨意回收，應(yīng)落實(shí)可進(jìn)行循環(huán)再利用的零部件，并按照需求進(jìn)行合理分類回收。

4）循環(huán)原則。循環(huán)原則是以回收原則為基礎(chǔ)，針對(duì)回收零部件的功能及可循環(huán)再利用程度展開(kāi)進(jìn)一步處理，這一原則在提高暖通空調(diào)組件的利用率和減少能源浪費(fèi)方面發(fā)揮了重要作用。此外，針對(duì)暖通空調(diào)中無(wú)法直接應(yīng)用或已經(jīng)報(bào)廢的零部件，進(jìn)行進(jìn)一步加工處理，使其可以繼續(xù)應(yīng)用于暖通空調(diào)系統(tǒng)或其余設(shè)備中。循環(huán)原則的落實(shí)可以有效減少暖通空調(diào)設(shè)備的浪費(fèi)，增加暖通空調(diào)的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。

4 醫(yī)院暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造

本文主要研究某市公共衛(wèi)生醫(yī)院的節(jié)能改造情況，通過(guò)對(duì)其節(jié)能改造思路進(jìn)行分析，重點(diǎn)研究醫(yī)院病房的舒適性、ICU 和手術(shù)室的通風(fēng)潔凈控制、辦公室和病房的舒適性和殺菌消毒控制效果，以及醫(yī)院整體防排煙等開(kāi)展的節(jié)能改造工作。針對(duì)重點(diǎn)的暖通空調(diào)節(jié)能改造區(qū)域提出可供參考的改造策略。

4.1 變流量空調(diào)水系統(tǒng)

對(duì)于醫(yī)院封閉的科室，如檢驗(yàn)科和手術(shù)室，其對(duì)環(huán)境舒適性和溫濕度的要求較為嚴(yán)格。因此，在時(shí)間控制上要求長(zhǎng)時(shí)間開(kāi)啟以滿足除濕和制冷降溫要求，這一方式大大增加了制冷機(jī)組運(yùn)行耗能。此外，在醫(yī)院的檢驗(yàn)科和放射科，由于醫(yī)療設(shè)備獨(dú)特的屬性，需要中央制冷空調(diào)系統(tǒng)全年運(yùn)行以保證制冷和降溫需求，而在其運(yùn)行期間存在實(shí)際負(fù)荷要小于設(shè)計(jì)值，導(dǎo)致輸送系統(tǒng)存在較高的能耗。針對(duì)這一問(wèn)題提出可以通過(guò)使用二次泵變流量空調(diào)水系統(tǒng)節(jié)能改造中央空調(diào)系統(tǒng)。這一方案將空調(diào)系統(tǒng)的水環(huán)路分為冷源側(cè)和負(fù)荷側(cè)，前者多采用普通的定流量泵用于克服水系統(tǒng)的阻力。而在負(fù)荷側(cè)，可以按照室內(nèi)實(shí)際的制冷需求對(duì)水流量進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)節(jié)和控制，通過(guò)使用多臺(tái)普通的水泵或變頻水泵實(shí)現(xiàn)水流量控制的目的。同時(shí)還應(yīng)在冷源側(cè)和負(fù)荷側(cè)分界處設(shè)置平衡管以平衡水系統(tǒng)水量。此外，在選擇設(shè)備期間，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求在成本范圍內(nèi)選用自動(dòng)化程度較高的設(shè)備，以滿足對(duì)不同區(qū)域設(shè)備的綜合控制，比如，在醫(yī)院的ICU 設(shè)備機(jī)房或信息設(shè)備機(jī)房等區(qū)域可以增加多聯(lián)機(jī)組，提高中央空調(diào)系統(tǒng)對(duì)區(qū)域的制冷和制熱功能。

4.2 空調(diào)末端節(jié)能控制措施

1）擴(kuò)大單臺(tái)冷機(jī)的制冷范圍。對(duì)于醫(yī)院而言在5—9 月期間需通過(guò)中央空調(diào)控制系統(tǒng)進(jìn)行供冷以保證環(huán)境的舒適性和溫濕度控制要求。而在7—8 月，室外的溫度比較高，醫(yī)院高樓層的制冷壓力增加。因此，在設(shè)計(jì)中央空調(diào)系統(tǒng)時(shí)應(yīng)考慮這幾個(gè)月內(nèi)對(duì)醫(yī)院不同樓層的制冷進(jìn)行分區(qū)控制。而為了進(jìn)一步擴(kuò)大制冷機(jī)組的制冷范圍，可使用DN250 的管道井連接空調(diào)系統(tǒng)的分水器和集水器。這樣可以使病房的3 ～7 層在夏季最炎熱的月份采取獨(dú)自供冷，而在其余月份，可以通過(guò)控制共用系統(tǒng)的制冷機(jī)組以保證病房的制冷。這一方案的應(yīng)用可有效改善單臺(tái)制冷機(jī)的制冷范圍和制冷效果。

2）清洗制冷主機(jī)。對(duì)醫(yī)院中央空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行期間冷凝器和蒸發(fā)器的運(yùn)行情況進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)由于設(shè)備沒(méi)有及時(shí)清洗，冷凝器的傳熱效果并不理想，這在一定程度上降低了冷水機(jī)組的運(yùn)行效率。在制冷機(jī)組實(shí)際運(yùn)行中，每年應(yīng)至少對(duì)制冷主機(jī)和冷卻塔進(jìn)行一次清洗，并對(duì)其運(yùn)行情況和填料片進(jìn)行及時(shí)檢修和更換，通過(guò)這一方式將冷凝器的溫度控制在趨近為1.4 ～1.7 ℃時(shí)，這將會(huì)提高換熱器的換熱效率，減少空調(diào)系統(tǒng)的制冷耗能。

3）氣候補(bǔ)償控制。在對(duì)醫(yī)院中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能改造過(guò)程中，通過(guò)引入氣候補(bǔ)償器來(lái)感應(yīng)外界溫度變換，同時(shí)利用智能化控制來(lái)調(diào)節(jié)供回水的流速及混合比例，以達(dá)到對(duì)不同空調(diào)系統(tǒng)和室內(nèi)環(huán)境的自動(dòng)控制和精準(zhǔn)控制的目的。此外，這一方案可根據(jù)氣候季節(jié)和溫度變化情況，適當(dāng)對(duì)室內(nèi)溫度補(bǔ)償，在滿足了制冷和供暖需求的同時(shí)，可以避免空調(diào)系統(tǒng)的不必要運(yùn)行，以達(dá)到對(duì)能耗和運(yùn)行成本的精準(zhǔn)把控。

4.3 提高能源輸送效率

對(duì)于當(dāng)前醫(yī)院中央空調(diào)的應(yīng)用情況分析，發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部部件功率對(duì)空調(diào)整體運(yùn)行的換熱效率存在影響。為了提高整體運(yùn)行的換熱效率，將設(shè)備的水泵軸以及風(fēng)機(jī)的功率提高。在對(duì)這一部分進(jìn)行節(jié)能改造時(shí)，可采取的方法有減小流量、控制流速或使用更高比熱容的介質(zhì)等。

1）減小流量。這一整改思路的重點(diǎn)是改善溫差，可以通過(guò)控制水的流量和系統(tǒng)送風(fēng)量來(lái)實(shí)現(xiàn)。醫(yī)院中央空調(diào)系統(tǒng)的冷卻水和冷凍水之間的溫差約為5 ℃。應(yīng)通過(guò)流量控制將其調(diào)整為8 ℃，同時(shí)控制送風(fēng)的溫差為10 ℃左右，這樣可以節(jié)約設(shè)備運(yùn)行的能耗，增加系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性。此外，在醫(yī)院空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，還應(yīng)當(dāng)根據(jù)醫(yī)院各區(qū)域的具體需要，合理地選擇管徑比較小的水管和風(fēng)管，以確保管道的正常運(yùn)行和使用壽命。

2）控制流速。為保證空調(diào)系統(tǒng)的順利運(yùn)行，應(yīng)在滿足醫(yī)院室內(nèi)空氣質(zhì)量的基礎(chǔ)上合理地控制介質(zhì)流速，在保證參數(shù)安全的前提下適當(dāng)降低流速，確?？照{(diào)系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行。這一方案可降低中央空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的循環(huán)水泵的電耗，更好地保證機(jī)組搞笑穩(wěn)定運(yùn)行。

3）選用高比熱容介質(zhì)。高比熱容的介質(zhì)在相同的制冷量下所需的能量較少，在一定程度上可以減少供冷能耗，降低運(yùn)行成本。以水冷空調(diào)為例，相較于傳統(tǒng)制冷劑空調(diào)，不僅可以降低能源消耗，同時(shí)也避免了傳統(tǒng)空調(diào)設(shè)備運(yùn)行釋放的氟利昂等有害氣體，減少環(huán)境污染。同時(shí)對(duì)于設(shè)備本身而言，水冷空調(diào)設(shè)備不容易受制冷劑的腐蝕，在一定程度上保證了設(shè)備運(yùn)行的壽命。

5 結(jié)語(yǔ)

醫(yī)院作為具有特殊功能的建筑，在進(jìn)行節(jié)能改造的過(guò)程中應(yīng)當(dāng)結(jié)合其具體場(chǎng)所進(jìn)行具體分析，做好中央空調(diào)控制的區(qū)域化、合理化和科學(xué)化。同時(shí)，能耗管理作為醫(yī)院節(jié)能的一項(xiàng)系統(tǒng)工程，其關(guān)鍵是要做好開(kāi)源節(jié)流的工作，所以針對(duì)醫(yī)院中央空調(diào)的設(shè)計(jì)及節(jié)能改造應(yīng)進(jìn)行科學(xué)合理評(píng)估，在符合性能需求上可進(jìn)行一定的回收再利用，以達(dá)到節(jié)約資源的目的。最后，針對(duì)醫(yī)院中央空調(diào)系統(tǒng)整體的節(jié)能改造，應(yīng)選擇適合醫(yī)院自身發(fā)展的節(jié)能措施和方案展開(kāi)研究，通過(guò)科學(xué)管理、反復(fù)實(shí)踐以達(dá)到降低醫(yī)院空調(diào)能耗的效果。