某三甲醫院空調系統節能方案

文_彭國斌 遠大能源利用管理有限公司

1 項目概況

某三甲醫院綜合大樓總建筑面積為263853m2，實際運行空調面積為230000m2，建筑高度為98.2m，是以醫療、門診、病房為主要使用功能的綜合性建筑。

空調機房位于綜合樓地下一層，主要有3 臺6978kW燃氣直燃機組，1 臺4650kW燃氣直燃機組，4650kW，2330kW 離心機組各1 臺，總裝機容量27866kW。最大制冷負荷時開3 臺6978kW直燃機可滿足要求，制熱負荷最大2 臺6978kW直燃機可以滿足要求。

冷凍水系統為分區二次泵變頻系統，分病房、門診、裙房三個區域，一次泵為定流量運行，與冷水機一一對應，連鎖隨冷機連鎖啟停，直燃機一次泵設一備用泵；二次泵采用變頻控制，與各自的用戶端匹配，每個空調水回路均在最不利點設置壓力傳感器，來控制二次泵的運行。每臺主機冷水出水管進一次泵前安裝有計量表，二次泵出水總管進分水器前安裝有計量表。空調冷熱水系統補水分別采用膨脹水箱補水定壓，水箱位于B 棟屋頂水箱間。

機房水泵間布置了四組分集水器：裙房熱水分集水器、裙房冷水分集水器、病房分集水器、門診分集水器。

裙房區域全年有供冷需求，裙房區域的空調水系統采用四管制；病房區域的空調水系統采用二管制。病房采用豎向及水平同程式空調水系統；裙房采用異程、同程式空調水系統，且管路上安裝有差壓動態平衡閥。

冷卻塔采用橫流式，位于裙樓Ⅰ段的五層屋面上，采用變頻控制。3 臺冷卻塔為一組，負責電冷機的冷卻；11 臺冷卻塔為一組，負責直燃機的冷卻。冷卻水泵位于空調機房，與主機一一對應，采用變頻控制。

2 系統存在問題

該醫院空調系統運行已有多年，在冷水系統運行中，在制冷高峰期，存在以下問題：

①冷水供應采用分區冷水二級泵變流量系統，初級泵為定流量泵與冷水機組一一對應，初級泵和總回水間設有平衡管，用于平衡初級泵和二次泵流量和壓力。由于安裝位置的原因造成一次泵出水和總回水產生旁通，造成6#主機電空調的制冷量無法送出去。

②醫院手術室凈化空調設計為4 管制運行，全年都有進行制冷、采暖運行，同時由于系統與醫院的舒適性空調系統并聯在一起，造成舒適性空調系統溫度按凈化空調運行，造成醫院整體能耗費用升高。

③整體能源價格變化：天然氣供應緊張及價格變化大、電力價格一直下降；造成醫院空調能源費用居高不下。

3 系統檢測

3.1 二次泵運行情況檢測

二次泵大部分時間全部運行，利用超聲波流量計及功率計對每臺泵都進行單獨的檢測，檢測結果顯示，門診樓分支單臺水泵的額定流量只有額定流量的80%，其它分支單臺水泵大部分都能達到額定流量，甚至有的超額定流量。各個水泵在各自分支開啟多臺水泵的情況下，流量都會有較大幅度的下降，大部分只有額定流量的73%，下降最嚴重的只有額定流量的53%。當所有二次泵都開啟的情況下，二次側總流量為2560m3/h，僅是水泵額定流量（所有二次泵額定流量總和）的64%，并且二次泵流量不受一次側流量的影響。一次水泵流量并聯運行時影響小于二次水泵。一次泵流量為2865m3/h、二次泵全部開啟時流量為2560m3/h。一次泵流量大于二次泵流量300m3/h。

3.2 手術室凈化空調實際運行工況

4 月份制冷：4000kW；制熱：4000kW。1、2、3、11、12月份制冷量：2500kW，制熱與大系統同時供應。5、6、7、8、9、10 月份制熱量：2500kW，制冷與大系統同時進行。

4 原因分析

4.1 一次側與二次側流量不匹配

從檢測到的數據看出，一旦開啟3 臺主機時候，一次側水泵的流量會超過二次泵正常運行情況下的流量，造成在開啟三臺或更多主機的時候回流現象比較的嚴重，造成6#主機的短路現象。

4.2 平衡管的安裝位置與設計不相符

平衡管起到平衡一次和二次水系統水量的作用。當末端負荷增大時，回水經旁通管流向供水總管；當末端水流量減小時，供水經旁通管流向回水總管。平衡管是水泵揚程的分界線，由于一次泵和二次泵是串聯運行，需要根據管道阻力確定各自的揚程，平衡管二次泵變流量系統中具有較重要的位置。在機房平面布置圖上平衡管與6#主機進口管的中心距離有1.2m，實際現場安裝的位置僅有0.4m，并且平衡管長度稍有點偏短，造成6#主機容易短路。

4.3 二次泵輸送能力有待加強

從檢測結果不難看出，在二次泵都開啟的情況下，各二次泵均在效率較低的情況下運行，二次泵系統的實際流量遠小于額定流量，造成主機的負荷無法送出去。

4.4 手術室凈化空調

根據《醫院潔凈手術部建筑技術規范》GB50333-2013 有關規定，手術室的空調一般設計1 套制冷系統、1 套制熱系統，末端系統采用四管制末端，通過自動恒溫恒濕箱控制進行控制，空調主機提供冷、熱源，那么手術室的空調必須具備同時制冷、制熱功能。

5 系統改造方案

5.1 方案一

調整一次側的流量，但流量應控制在主機的承受能力范圍內，不能過小，過小會容易造成主機事故。在調整一次泵流量的首先調整好主機靶流動作值為7℃溫差的流量（860m3/h）的60%，再來調整一次側流量。

5.2 方案二

改善二次泵的輸送能力，從實測結果可以看出，其實在大部分分時間內只需開啟兩臺二次泵，沒有必要開啟三臺二次泵，因為開啟三臺二次泵與開啟兩臺二次泵二次側的流量的變化不大，建議平常運行的時候只開啟兩臺二次泵。更換裙房及病房分支二次泵各一臺，更換后的流量為三臺二次泵額定流量的90%（也即流量為1350m3/h），揚程由原來的16m 及24m 分別更換為24m及28m。

5.3 方案三

平衡管改小并且在系統總管無平衡管的另外一端增加平衡管道。通過與醫院的溝通、系統安全性及現場的情況分析：①由于調整閥門的方式不利于節能，同時調整困難；②改進水泵投入大，且由于醫院的運行時間長，改造的時間無法滿足；③決定采用方案三的方式進行改造。

滿足醫院手術室及ICU 病房4 管制凈化空調要求的前提下節能：

方案一：增加3 模塊式風冷冷水/熱泵機組，滿足夏天的除濕再熱及冬天的發熱設備制冷要求，風冷冷水/熱泵機組額定COP 為制冷：3.55、制熱：3.22；夏季利用其作為除濕再熱機組，冬季作為發熱設備制冷機組；手術室另一種工況由大系統進行供應。

方案二：改造一臺4650kW 燃氣直燃機組為熱泵冷卻水作為采暖系統，出力制冷量：2900kW、制熱量：4000kW，滿足同時制冷、采暖要求，綜合COP2.2。

方案三：燃氣直燃機組增加煙氣板式熱交換器回收排氣中的余熱，回收煙氣余熱加熱熱水作為采暖用；6978kW 燃氣直燃機組每小時能夠回收余熱折合天然氣18m3產生熱水4m3/臺。

方案四：冬天利用冷卻塔制冷減少開機時間，按歷年開機時間冬天利用冷卻塔制冷3 個月計算節約能耗576000kWh，節約標準煤232.7t。

6 節能效果

對醫院空調系統及主機改造后大大的改善醫院的手術室效果，同時整體降低了醫院的空調系統的能耗。經過綜合評估，在醫院門診及住院人數不斷增加的情況下，節約標準煤2143t。