高層醫療建筑的暖通空調設計

胡 薔

（湖南省建筑設計院有限公司，湖南 長沙 410012）

本文結合實際工程案例，探討高層綜合醫療建筑的暖通空調設計，其中包含空調冷熱源設計、空調通風設計、空調水系統設計及節能設計，闡述高層綜合醫療建筑空調通風設計要點，滿足醫療建筑不同功能區熱舒適性情況下，實現空調節能運行。

1 項目概況

建筑總面積為32 214 m2，其建筑地上共12層，地下2層，建筑總高度為49.9 m。1～4層為門診綜合樓，主要功能1層為門診大廳、門診藥房、急診、影像檢查科；2層為門診神內、理療、疼痛、內科、外科、中醫單元；3層為門診眼科、婦產科單元、檢驗中心、功能檢查；4層為中心手術、門診手術。5～12層為病房樓，主要功能5層為婦產科病房；6～8層為眼科病房；9～11層為疼痛外科病房；12層為微創外科病房。

依據參考文獻[1]，本工程定性為高層醫療建筑，高度未超過50 m，但功能復雜，采用中央空調才能滿足復雜區域的不同熱舒適性需求。1～3層門診單層面積較大，有較大的內區，人流量最大，需要對不同分區采取不同的空調措施，滿足不同分區人員的熱舒適性需求；4層手術中心需要采用潔凈空調保證溫濕度、潔凈度要求，且手術中心需要全年全天24 h運行，需要備份配置冷熱源，以備大樓中央空調停止運行時潔凈區仍然有冷熱源提供；5～12層為病房區，是病人日常生活起居的主要場所，擁有一個好的熱舒適性環境，對患者康復有利；放射科、檢驗科等診療區擁有各種先進的精密儀器，對溫濕度要求較高，大樓中央空調停止運行時，診療區空調需要能單獨運行，因此，需要設置單獨的冷熱源。

綜上所述，如何配置冷熱源滿足不同功能區域的熱舒適性要求，并且能實現空調節能運行是本工程空調設計的重點。

2 空調設計參數

室內設計參數參考文獻[2]與文獻[4]。具體數據見表1。室外設計參數參考文獻[2]，具體數據見表2。

表1 室內設計參數

表2 室外設計參數

3 空調冷熱源設計

本工程空調計算冷負荷為2 652 kW，空調計算熱負荷為1 641 kW；空調面積為16 015 m2，單位空調面積冷指標為165 W/m2。單位空調面積熱指標為102 W/m2。其中手術室等凈化區冷負荷為470 kW，熱負荷448 kW。

本工程冷熱源配置如下：

（1）夏季采用1臺制冷量1 758 kW的水冷離心式冷水機組，1臺制冷量870 kW水冷螺桿式冷水機組作為冷源，冷凍水供回水溫度為7/13 ℃；當室外氣象參數變化，出現部分負荷工況，可實現制冷機組臺數控制，當出現極小負荷時可由螺桿式冷水機組實現極小負荷下的10%～100%調節。冷卻塔設置于屋面，冷卻水供回水溫度為37/32 ℃，共設置一臺400 m3/h（2臺200 m3/h拼裝）與1臺225 m3/h橫流式冷卻塔。冬季采用2臺單臺制熱量為0.93 MW的燃氣/油兩用真空熱水鍋爐提供空調熱源，供回水溫度60/50 ℃。鍋爐煙囪采用預制不銹鋼成品煙囪，并通過管井引至屋頂高空排放。鍋爐房置于室外地下一層，設置泄爆口同時作為設備吊裝孔，面積不小于鍋爐房間面積的10%。

（2）同時設置1臺換熱量為870 kW板式換熱器，過渡季與冬季利用冷卻塔免費供冷，減少主機運行時間，降低運行費用。當冷卻塔無法提供所需溫度的冷水時，開啟電制冷機組供冷。一次側供回水溫度9/12 ℃，二次側供回水溫度10/16 ℃。冬季需使用的冷卻塔及其室外管道均需做保溫，防止冬季凍結。

（3）考慮到手術中心與其他凈化區域需24 h常年運行，設置備用冷熱源，共設置2臺單臺制冷量213.5 kW，制熱量274.1 kW的風冷渦旋式熱泵機組同時供冷供熱，以備中央空調主機不運行時，手術與其他凈化區域有冷熱源供給。

（4）放射科的CTDR室與其控制室、檢驗科均考慮單獨多聯機空調，消除室內余熱。

4 空調通風設計

空調風系統的劃分原則以建筑平面布置、使用功能及防火分區為基礎。門急診大廳、醫療街凈高不高，均采用風機盤管加新風系統，氣流組織采用頂送頂回，兩層通高大廳，采用側送頂回的方式。門診內區與外區分設新風機組獨立運行，過渡季內區直接利用室外新風消除室內余熱，可降低過渡季空調運行能耗，減少開機時間。

病房、診室、辦公室等小空間房間設置風機盤管加獨立新風系統。

檢驗科使用潔凈空調，檢驗科的大廳采用帶亞高效的凈化多聯機室內機加集中新風系統的形式；實驗室和標本制作等區域使用新風直流式全空氣空調系統。

電梯廳、公共衛生間等設置風機盤管來消除室內余熱。

5 空調水系統設計

本項目分門診外區、門診內區、病房區、凈化區四個分區空調水系統：凈化區采用四管制水系統；門診內區冬季仍然有較大熱負荷，采用常年供冷兩管制系統；門診外區與病房區采用夏季供冷、冬季供熱兩管制系統。

空調水系統均為一級泵變流量系統。冷凍水泵及空調熱水泵分別設置，冬夏季分泵節能運行。管道循環系統均采用豎向異程，水平同程的敷設方式。在每層回水干管上設置靜態平衡閥以減小水力失調，在風機盤管回水管上設置帶溫控電動兩通開關閥，在新風機組、空調機組回水管上設置比例積分電動兩通調節閥。

空調冷熱水系統均采用開式膨脹水箱進行定壓、補水，開式膨脹水箱設置于屋面電梯機房頂。空調冷凍水、冷卻水及熱水系統均采用全自動化學加藥裝置對空調水進行處理，實現阻垢、緩蝕和殺菌除藻的作用。

6 節能設計

本工程采用的普通離心式冷水機組（制冷量1 758 kW）制冷性能系數COP大于等于5.94，部分負荷性能系數IPLV大于等于5.75；螺桿式冷水機組（制冷量870 kW）制冷性能系統COP大于等于5.52，部分負荷性能系數IPLV大于等于5.9；渦旋式風冷熱泵機組（四管制）制冷性能系數COP大于3.3，制熱性能系數COP大于3.2，部分負荷性能系數大于3.2；燃氣/燃油真空熱水鍋爐額定制熱效率大于94%。以上能效指標優于文獻3對空調冷熱源能效指標的要求：冷水機組、風冷熱泵COP提高6%，燃氣熱水鍋爐熱效率提高6%。同時離心式冷水機組與螺桿式冷水機組的部分負荷性能系數滿足文獻3的要求。

過渡季與冬季采用冷卻塔免費供冷，減少主機運行時間，降低運行費用。冷卻塔設置平衡管，相對加大冷卻塔積水盤浮球閥至溢流口段的容積，避免停泵時泄水和停泵時補水浪費。

空調風系統采用溫度自動控制，根據室內的負荷的變化自動調節空調負荷。組合式空調機組根據電動兩通調節閥開度、風機盤管根據電動兩通開關閥的通斷調節水量以適應負荷的變化。空調末端均采用風機盤管+新風的形式，可獨立啟停的房間數量比例達到整個項目的90%以上。

空調冷熱水采用一級泵變流量系統，豎向異程水平同程，在每層回水干管上設置靜態平衡閥以減小水力失調。空調水系統耗電輸冷比為0.021 2＜0.022（計算限值），耗電輸熱比0.009 3＜0.010（計算限值），滿足文獻3第4.3.9的要求。空調水系統分門診外區、門診內區、病房區、凈化區四個系統，分區設置能量計量裝置。每層供水管處均設置能量計，計量該層該區域的冷熱量，方便成本核算。

空調新風機組單位風量耗功率小于0.24，平時用送排風機的單位風量耗功率小于0.27，符合文獻2第4.3.22的要求。組合式新風機組，均設置與排風聯動的二氧化碳檢測裝置，有效減少新風量，節約能耗。組合式新風機組、風機盤管等設備采用低阻力、高效率的凈化過濾設備；空氣凈化裝置初阻力不應大于20 Pa、除菌效率不小于90%、除塵重效率不小于95%。所有空調通風設備均選用低噪聲產品，送排風管上設置消聲器，以滿足文獻5的要求。

所有多聯機空調制冷劑連接管等效長度不超過70 m，且均采用高效節能設備，其制冷綜合性能系數IPLV值比文獻3規定的要求值提高8%所有分體空調內外機連接管長度不大于3 m，不應大于5 m，且均采用高效節能設備，其能效值不應低于文獻6中表2中能效等級2級的規定。

7 結語

本工程為功能較復雜的高層醫療建筑，包含門診、住院、醫技等功能，本文對不同功能區域進行了不同的空調系統設計，滿足各自的熱舒適性需求，同時滿足節能評價標準，實現節能運行。