醫療建筑中央空調和凈化空調系統的特點及節能改造的研究

張家寶

（廈門大學附屬第一醫院，福建 廈門 361000）

1 引言

當前我國年均建筑總能耗的55%來自暖通空調，而在炎熱的夏季，隨著氣溫升高，人們對暖通空調的制冷需求直線上升，這直接導致空調負荷投入增大[1]。而在空調系統運行過程中，若不對暖通空調進行節能控制，將會加大電能以及煤炭等能源的消耗，加重環境污染問題。總結暖通空調節能技術的現狀，發現暖通空調節能技術在我國具有廣闊的前景和良好的市場，通過對暖通空調的節能改造可以降低20%～35%的能耗，在保證制冷需求的同時有效緩解能源危機，對促進節能減排實現雙碳目標具有重要意義[2]。

而對醫院的中央空調系統分析，發現醫院的暖通空調節能改造上還存在一定空間，目前老式醫院還多采用分體式空調系統，而這也是導致醫院成為“電能消耗大戶”的主要原因之一[3]。同時，一些中央空調在應用過程中沒有將醫院不同分區需求及系統內部流量進行考慮，這也在一定程度增大了空調系統的能耗。因此，針對醫院的特殊性及節能性，討論適合醫院空調系統的節能改造方案具有重要意義。

2 醫院暖通空調系統特點

1）醫院作為特殊的公共建筑，其人員較為密集，且存在一定流動性。為滿足多維人員對空調系統的多元需求，將醫院中央空調控制系統按不同的功能區進行分類，以白求恩醫院為例，其中央空調系統分門診系統、醫技住院系統、教學系統、行政辦公系統和手術潔凈功能系統等。針對這些不同區域的需求選擇適合的中央空調控制系統，如ICU、手術室和分娩室等區域對環境的潔凈度、溫濕度和風速風壓等參數有嚴格要求，因此，這些區域應選擇使用凈化空調，這不僅能保證就醫環境的安全舒適，同時可以有效防止病原菌傳播和細菌滋生。而信息數據中心和大型醫療設備功能房對空調系統運行穩定性要求較高，需要使用具備一定智能化的中央空調系統，以避免因空調故障而導致設備損壞，進而影響醫療業務的開展。病房區域和行政辦公室區域的空調系統相對靈活，僅在滿足日常供暖和制冷要求的同時提供一定的凈化效果即可。

2）由于醫院醫療服務的特殊性，要求其空調系統在一定程度下不間斷運行，且必須保證其運行穩定。而據能源消耗統計，醫院暖通空調系統電耗約占醫院整體電耗的60%，空調系統作為醫院電能消耗大戶，存在系統大、分區多、運行時間長的特征。以門診、住院病房及行政辦公區為例，這些區域的空調系統全年運行時間在10 個月左右，而ICU 和手術室等潔凈區域的空調系統則要求365 d 全年運行，這直接導致醫院的年度電費在百萬元以上，甚至超過千萬元，遠高于其他公共建筑。分析醫院的電能結構分布，發現新舊醫院的耗能主要來自各類空調設備，但老醫院的空調以各類分體式空調為主，而新建醫院則主要以中央空調系統為主。從空調的運行消費分析，普通分體式定頻空調的能耗在8 kW，節能型的變頻空調能耗在6.5 kW，而中央空調的能耗僅5.5 kW，因此，在醫院設計過程的成本需求內選擇合適的中央空調可以有效降低能耗，節約設備運行成本。

綜上所述，在滿足醫院不同區域的舒適性及溫濕度的前提下，探索醫院中央空調系統的節能改造思路，尤其是探索空調系統控制的能源管理模式和優化運行方案，具有重要意義。 這不僅是控制醫院耗能成本的關鍵，也是醫院開展節能改造工作的重要研究方向，具有很大的節能潛力。

3 醫院暖通空調系統節能改造原則

1）節能環保原則。醫院的空調改造過程中需要重視空調節能環保需求，這不僅可以降低醫院的整體運營成本，而且有助于實現國家能源綠色利用和可持續發展的目標。在醫院前期設計安裝過程中，可根據不同區域的要求對中央空調系統進行分組設置。此外，也可在各個不同區域的主要出入口設置空氣幕，同時通過采用保溫隔熱的圍護結構來減少室內的冷熱損失。

2）潔凈通風原則。醫院作為特殊的公共場所，人員密集且流動性大，需要具備較好的通風系統，以避免因通風不暢造成的交叉感染。因此，醫院在設計和安裝中央空調時需要充分考慮到抗菌和通風的重要性，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域氣流流動造成的交叉感染，可通過采取一定手段隔離不同區域的氣流，如為不同區域提供梯級供氣，或在各個區域的通風口處設置抗菌消毒裝置，以避免細菌或病毒通過通風口進行傳播。

3）回收原則。在對醫院的暖通空調改造中，可對原有的設備有針對性地進行回收再利用。因為在暖通空調內部有一些部件并不會隨著設備廢棄而廢棄，在整個暖通空調系統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備上繼續使用。因此，對這些具備功能作用的零部件，采取針對性地回收，回收之后通過重新加工或重新調整來實現零部件的循環再利用。此外，在回收暖通空調零部件時，還需要明確區分回收和回用，前者回收后不一定存在再利用的可能，而后者可重新應用于新系統之中。所以要注意，回收原則并非是沒有任何基礎與底線地大規模隨意回收，應落實可進行循環再利用的零部件，并按照需求進行合理分類回收。

4）循環原則。循環原則是以回收原則為基礎，針對回收零部件的功能及可循環再利用程度展開進一步處理，這一原則在提高暖通空調組件的利用率和減少能源浪費方面發揮了重要作用。此外，針對暖通空調中無法直接應用或已經報廢的零部件，進行進一步加工處理，使其可以繼續應用于暖通空調系統或其余設備中。循環原則的落實可以有效減少暖通空調設備的浪費，增加暖通空調的經濟效益與社會效益。

4 醫院暖通空調系統節能改造

本文主要研究某市公共衛生醫院的節能改造情況，通過對其節能改造思路進行分析，重點研究醫院病房的舒適性、ICU 和手術室的通風潔凈控制、辦公室和病房的舒適性和殺菌消毒控制效果，以及醫院整體防排煙等開展的節能改造工作。針對重點的暖通空調節能改造區域提出可供參考的改造策略。

4.1 變流量空調水系統

對于醫院封閉的科室，如檢驗科和手術室，其對環境舒適性和溫濕度的要求較為嚴格。因此，在時間控制上要求長時間開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組運行耗能。此外，在醫院的檢驗科和放射科，由于醫療設備獨特的屬性，需要中央制冷空調系統全年運行以保證制冷和降溫需求，而在其運行期間存在實際負荷要小于設計值，導致輸送系統存在較高的能耗。針對這一問題提出可以通過使用二次泵變流量空調水系統節能改造中央空調系統。這一方案將空調系統的水環路分為冷源側和負荷側，前者多采用普通的定流量泵用于克服水系統的阻力。而在負荷側，可以按照室內實際的制冷需求對水流量進行精準調節和控制，通過使用多臺普通的水泵或變頻水泵實現水流量控制的目的。同時還應在冷源側和負荷側分界處設置平衡管以平衡水系統水量。此外，在選擇設備期間，應根據實際需求在成本范圍內選用自動化程度較高的設備，以滿足對不同區域設備的綜合控制，比如，在醫院的ICU 設備機房或信息設備機房等區域可以增加多聯機組，提高中央空調系統對區域的制冷和制熱功能。

4.2 空調末端節能控制措施

1）擴大單臺冷機的制冷范圍。對于醫院而言在5—9 月期間需通過中央空調控制系統進行供冷以保證環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，醫院高樓層的制冷壓力增加。因此，在設計中央空調系統時應考慮這幾個月內對醫院不同樓層的制冷進行分區控制。而為了進一步擴大制冷機組的制冷范圍，可使用DN250 的管道井連接空調系統的分水器和集水器。這樣可以使病房的3 ～7 層在夏季最炎熱的月份采取獨自供冷，而在其余月份，可以通過控制共用系統的制冷機組以保證病房的制冷。這一方案的應用可有效改善單臺制冷機的制冷范圍和制冷效果。

2）清洗制冷主機。對醫院中央空調系統運行期間冷凝器和蒸發器的運行情況進行分析，發現由于設備沒有及時清洗，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組的運行效率。在制冷機組實際運行中，每年應至少對制冷主機和冷卻塔進行一次清洗，并對其運行情況和填料片進行及時檢修和更換，通過這一方式將冷凝器的溫度控制在趨近為1.4 ～1.7 ℃時，這將會提高換熱器的換熱效率，減少空調系統的制冷耗能。

3）氣候補償控制。在對醫院中央空調系統的節能改造過程中，通過引入氣候補償器來感應外界溫度變換，同時利用智能化控制來調節供回水的流速及混合比例，以達到對不同空調系統和室內環境的自動控制和精準控制的目的。此外，這一方案可根據氣候季節和溫度變化情況，適當對室內溫度補償，在滿足了制冷和供暖需求的同時，可以避免空調系統的不必要運行，以達到對能耗和運行成本的精準把控。

4.3 提高能源輸送效率

對于當前醫院中央空調的應用情況分析，發現設備內部部件功率對空調整體運行的換熱效率存在影響。為了提高整體運行的換熱效率，將設備的水泵軸以及風機的功率提高。在對這一部分進行節能改造時，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等。

1）減小流量。這一整改思路的重點是改善溫差，可以通過控制水的流量和系統送風量來實現。醫院中央空調系統的冷卻水和冷凍水之間的溫差約為5 ℃。應通過流量控制將其調整為8 ℃，同時控制送風的溫差為10 ℃左右，這樣可以節約設備運行的能耗，增加系統運行穩定性。此外，在醫院空調系統設計時，還應當根據醫院各區域的具體需要，合理地選擇管徑比較小的水管和風管，以確保管道的正常運行和使用壽命。

2）控制流速。為保證空調系統的順利運行，應在滿足醫院室內空氣質量的基礎上合理地控制介質流速，在保證參數安全的前提下適當降低流速，確保空調系統的平穩運行。這一方案可降低中央空調系統運行過程中的循環水泵的電耗，更好地保證機組搞笑穩定運行。

3）選用高比熱容介質。高比熱容的介質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，降低運行成本。以水冷空調為例，相較于傳統制冷劑空調，不僅可以降低能源消耗，同時也避免了傳統空調設備運行釋放的氟利昂等有害氣體，減少環境污染。同時對于設備本身而言，水冷空調設備不容易受制冷劑的腐蝕，在一定程度上保證了設備運行的壽命。

5 結語

醫院作為具有特殊功能的建筑，在進行節能改造的過程中應當結合其具體場所進行具體分析，做好中央空調控制的區域化、合理化和科學化。同時，能耗管理作為醫院節能的一項系統工程，其關鍵是要做好開源節流的工作，所以針對醫院中央空調的設計及節能改造應進行科學合理評估，在符合性能需求上可進行一定的回收再利用，以達到節約資源的目的。最后，針對醫院中央空調系統整體的節能改造，應選擇適合醫院自身發展的節能措施和方案展開研究，通過科學管理、反復實踐以達到降低醫院空調能耗的效果。