上海暖通舒适系统展

2024上海国际暖通空调与舒适系统展览会

COMFORTECO CHINA 2024

2024年6月3-5日

上海 | 国家会展中心(虹桥)

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热泵展|节能视域下医院建筑中暖通系统的设计方法探讨

 据热泵展,医院建筑的运行能耗是相对较大的,而从其能耗方向来看暖通系统往往占据主要部分,加强对医院建筑能耗控制,优化暖通系统设计十分必要,而在分析如何有效优化的图系统设计之前,首先则需要了解医院建筑的能耗特点以及医院建筑暖通系统设计优化的必要性。

 

  一、医院建筑能耗特点  

 

⑴  医院所用能源形式繁多  

 

在医院运行的过程当中其所消耗的能源种类是相对较多的,可以从电、气、燃气、燃油等多个角度来展开分析。一般情况下,医院当中都设有蒸汽锅炉,其目的一方面是为了冬季医院加热,保障医院的医疗环境,另外一方面是为医疗中心、厨房、洗衣房服务。除此之外,在医院的手术室、重症监护室等地区还需要形成无菌环境,因此需要设立净化空调系统,避免交叉感染等相应问题的出现。而在医院的手术室、病房等地区还需要引入医用气体来为医疗工作的开展提供便捷和保障。由此就可以看出在医院运营的过程当中所需要消耗的能源是相对较多的,且能源的种类相对而言较为繁杂。

 

⑵  医院各种医疗设备要求多样  

 

医院医疗设备要求多样可以从两个角度来展开分析,首先,医院医疗设备运转过程中所需能源存在多样性特征,不同设备所需能源也会有较大的区别,例如有些设备需要氧气、传染科需要吸收净化处理、ICU手术室等需要恒温净化、MR、DR等需要核磁等。其次,医院医疗设备在能源供应上也存在多元化需求,例如有的设备需要长时间运转,与此同时也有很多医疗设备是在关键时刻或者在应急情况下才会运转,如夜间急诊手术等等这时个别设备就需要开始运转,而有的设备则需要保证每天24小时全年365天都始终处于运行状态,这就造就了医院能耗存在较大的波动变化。

 

⑶  医院是能耗大户  

 

与一般办公建筑甚至于家庭建筑有所区别,医院能源消耗是相对较大的,相较于办公建筑可以高出两倍左右,具体原因有以下几点。首先,随着科学技术的不断发展以及人们对于身体健康给予的关注和重视不断提升,现阶段医院当中的大型医疗设备变得越来越多,而很多医疗设备的安装功率和运行功率都是相对较大的,尽管个别设备是突发情况下应用的设备,但是在较短的时间内其能耗也是相对较高的。除此之外也不乏有个别设备虽然运行时间相对较短,但是其系统需要长时间运行保持待机状态,因此其能耗也是相对较大的。

 

其次,医院建筑作为满足人们医疗需求的建筑物,其面积相对较大,很多医疗区域需要保证较高级别的洁净程度,例如病检实验室、中心供应室等等,这些区域除了需要相应的净化设备来保证无菌环境外,在供暖供热以及应用之前需要秉承着提前开始和延迟结束的原则,以更好地保障各项医疗工作的顺利开展,提高患者的医疗体验,从这一点上看医院也需要消耗较大的能源。

 

再次,在医院提供医疗服务的过程中最大的暖通能耗是中央空调系统,尤其是住院楼,只有保障医疗环境适宜才可以更好的促进患者恢复,保障医疗效果,在夏季和冬季,住院部的中央空调系统往往是24小时持续运转的,除此之外,办公楼、问诊楼等区域也需要保障环境温度适宜,因此中央空调系统能能源消耗的重点。

 

最后,新风系统和排风系统也是医院能耗重点,例如传染病房、产科手术室、检查科、病理科等等,这时就需要引入排风量适宜的通风柜,保障新风量,这就意味着在排风和通风的过程当中需要消耗大量的能源。

 

二、医院建筑暖通系统设计优化的必要性

 

  有利于控制医院运营成本 

 

 推动医疗事业发展是改善人们生活质量的重要基础,而在医院运营的过程当中其所消耗的成本是相对较大的,除了必要的能源消耗以外,在医疗工作落实的过程中还需要较多的人力资源和设施设备以及医疗资源,在这样的背景下想要促进医疗事业的可持续发展,保障医院的平稳运营,就需要加强成本控制。而从医院的整体成本控制的角度来分析,相较于其他领域的成本输出,暖通系统设计优化的成本节缩效果更加显著,且对于医疗效果和医疗质量以及医疗事业发展所产生的影响是相对较大的,这可以在满足医疗工作顺利开展的基础上最大化的减少医院运营成本,进而促进医院的可持续发展,因此对暖通系统做出节能设计,对其进行有效优化十分必要。

 

  有利于保障医疗质量

 

  暖通系统设计不仅对于医院的运营成本会产生至关重要的影响,同样,暖通系统对于医疗质量也带来一定的冲中击和影响,例如手术室洁净空调质量优劣会直接影响手术安全;ICU空调系统影响高危病人环境安全。传染病房各个区域风量控制影响空气病毒的传播与阻断等,除此之外,暖通系统保障暖通系统也会影响患者的居住体验,进而影响患者的情绪浮动,做好暖通系统设计优化可以让患者居住更加舒适,这也有助于提高患者依从性,促进患者恢复,由此可见,暖通系统设计的科学性、有效性与针对性可以为医疗环境优化提供更多的便捷和保障,进而让医疗工作者的医疗质量进一步提升,提高医院的服务能力、服务质量和医疗水平,打响医院品牌,减少医疗工作在实践落实过程当中的成本顾虑,促进医疗事业的发展。

 

三、医院建筑暖通系统设计优化的原则

 

需要引起关注和重视的是暖通系统设计优化虽然从一定程度上是为了更好的节缩医院的运营成本降低能耗,但是这并不意味着节能是毫无底线的,更不意味着节能需要牺牲环境降低医疗质量,因此在医院建筑暖通系统设计优化的过程当中需要遵循以下几点原则。

 

首先,暖通系统节能设计的设计方案必须符合于建筑安全要求,例如满足于防火要求、防毒要求和防尘要求等等。

 

其次医院作为医疗工作落实的主要场所,其目的是为了帮助患者更好的恢复健康,因此医院建设的特殊性是相对较强的,在暖通系统设计优化的过程当中需要引起关注和重视的是其节能设计并不能以牺牲健康为代价,因为在医院当中有很多影响健康的污染物,例如臭气、蒸汽、有害气体、粉尘、致病微生物等等,因此保障空气质量是暖通系统节能设计优化过程当中必须考量的一大重点问题。

 

再次,在医疗工作落实的过程当中医疗设备起到了至关重要的影响,可以为相关工作人员工作效率、工作质量的提升,提供更多的助力,节能设计不能以损害医疗设备功能的正常发挥和医疗设备的正常运转为抓点,这虽然可以从很大程度上节约能耗,但会影响医疗质量和医疗水平。

 

最后,医院人群是较为密集的,且除了少部分医疗工作者以外,大部分患者的身体和心理都存在着一定的问题,在暖通系统设计优化的过程当中需要保证医院建筑物内部的温度、湿度,进而更好的保证患者的居住体验和舒适度,节能设计过程当中不能降低舒适感,这会影响患者的正常恢复以及患者在接受治疗过程当中的情绪和心态。

 

四、节能视角下医院建筑暖通系统设计优化策略

 

  明确空调负荷变化,做好精准计算  

 

医院建筑属于建筑群设,有住院楼、门诊楼、行政办公楼等多个建筑单体,而不同建筑单体在工作时间以及能源消耗上存在着较为明显的时刻差异,尤其是空调使用的变化极为明显,在这样的情况下就需要做好细节处理,明确不同建筑单体的能源使用规律。例如住院楼一周七天二十四小时工作制,而门诊楼则是七天八小时工作制,行政办公楼则是五天八小时工作制,通过工作规律分析可以更好的掌握空调的运用情况,了解医院能源消耗规律,确立空调季、过渡季和非空调季。当然在医疗工作落实的过程当中很多洁净手术处于非空调季但仍需落实供暖工作,这需要特殊作出分析。在此基础上确定各个楼层的负荷变化图,明确空调的最大负荷和最小负荷,这样做的好处是可以通过精准的冷热负荷计算,避免制冷设备、制热设备的功率选择过大进而导致长期低负荷运行造成不必要的资源浪费和能源浪费。

 

  合理控制新风量 

 

保障新风量同样是保证医疗工作顺利开展的重要基础,一般情况下,新风负荷在空调总负荷中占据30%-40左右的能耗,控制新风量也可以较好的降低能耗,而在新风量控制的过程当中需要参考《公共建筑节能设计标准》、《医院洁净手术部建筑技术规范》等相应的规章政策,除此之外还需要注意以下两点问题。

 

首先,需要明确新风量取值,在新风量取值的过程当中需要抓住重点,在医院当中新风量控制需求相对较大的则是住院楼,在新风量取值的过程当中应当按照一患者一陪护的原则行取值分析,当然,不同病房的患者陪护人员也是有所不同的,需要从婴幼儿病房、传染病房等多个角度合理取值。其次需要引起关注和重视的则是明确人群聚集高峰期,尤其是在问诊楼的挂号付费区和侯诊区,一般情况下高峰期多集中于上午7点~10点和下午1点~4点,其他时间段人员相对较少,人员密度相对较低。为了更好的保障住院环境,确保空气质量,则可以引入二氧化碳浓度传感器控制新风供给量,进而在保证环境的同时适当的节约能源。

 

过渡季新风量供应也是控制的重点内容之一,医院洁净手术室大都处于建筑的内区,全年冷负荷的运行时间很长,甚至是全年都是冷负荷状态。目前使用最多的消除冷负荷的措施是制冷机制冷方式,制冷系统在温度低的过渡季和冬季的制冷效率很低,冬季停机状态下还会造成室外的制冷机、水管、阀门冻坏的问题,既不利于医院的节能,又影响这些医疗用房正常运行,同时给医院增了很大一部分的运行维护费用。在过渡季和冬季室外的新风就是天然的免费的冷源,可以空调系统设置独立的新风入口有效利用。

 

 做好系统设计 

 

 一般情况下,在系统设计的过程当中需要从主机选择、水系统设计、风系统设计三个角度来展开分析,以下也从这三个角度进行讨论和研究。

 

★ 主机选择

 

首先,从空调工程的角度来分析,在系统设计的过程当中需要明确空调的应用方向和应用需求以及使用性质,秉承着因地制宜、因时制宜、因事制宜的方法作出科学选择,同时在主机选择的过程当中还需要考量到投资年运行费用、维修保养费用、能源供应需求以及环境影响因素,从多个角度多个维度来展开分析,进行综合评价,合理的确定主机型号和参数。

 

其次,根据医院运行需求可以通过引入电驱动水冷式冷水机组加燃气锅炉的方案控制能源消耗,就现阶段来看冷水机组的技术是相对而言较为成熟的,其运行的可靠性、安全性和稳定性以及工作效率都可以得到保障,且使用寿命相对较长,在购买成本上可以得到很好的控制。同时以电驱动的方式也可以更好的控制能源消耗,采用电驱动水冷式冷水机组为采用大温差空调水系统创造了条件。

 

最后,在机组设置和分析的过程当中相关工作人员需要做好负荷变化分析图,明确在不同时间段、不同季节的负荷要求,保障主机时刻处于最佳的运行状态,且保障机组运行效果符合于医院各项医疗工作的工作需求。

 

★ 水系统设计

 

在水系统设计的过程当中需要考量医院作为一个较为密集的建筑群不同建筑单体的水源应用需求是有所区别的,但是建筑单体的面积都相对比较大,在水系统设计和分析的过程当中,相关工作人员可以采用二次泵系统对冷冻水系统做出有效优化,一次泵可以恒定流量通过冷水机组,保障最大恒定传热效率,而二次泵则可以根据不同建筑单体的用水需求、用水性质以及建筑单体距离远近引入变频泵,更好的满足水源应用的不同需求,保障水源输送的效果和效率,如果医院规模相对较大时,一、二次泵都可以采用变频泵,进而更好的保障实际需要得到满足。

 

★ 风系统设计

 

就现阶段来看,医院中较为常见的空调形式是风机盘管系统加独立的新风系统,而为了更好的降低能源损耗,就需要考量到医院内部会设计大范围的内区,同时医技房间和诊疗房间也必须涉及内区,这时相关设计工作人员在能源系统设计的过程当中则可以通过内外区区分的方式对新风系统做出有效分设,这样不仅可以为调节工作的开展提供更多的便捷,同时也可以在过渡季及冬季利用室外新风消除内区余热,达到相应的节能效果,而内区的新风应采用简易变风量系统。

 

⑷  做好能量回收利用

 

能量回收利用可以更好的节缩能耗,进而降低医院的医疗成本和运营成本,一般情况下,在能量回收分析的过程当中可以从冷凝热量回收、排风能量回收、内区热量回收三个角度来展开分析。

 

首先,从冷凝热量回收的角度来分析,在水冷式冷水机组运行的过程当中会产生冷凝热,冷却水在经过水泵、冷凝器、冷却塔等相应回路之后会排放到大气中,而为了保证冷水机组的正常运转,一般情况下冷却水的水温不会过高,但是冷缺水的水量是相对较大的,这可以当做低温热源进行能量回收利用,既可以降低能量损失,同时又可以避免环境污染的问题。住院楼病房患者的人群特性影响需要24小时生活热水,这时则可以引入热回收型冷水机组,将冷凝热作为热水制备的预备能源,在辅以其他加热器,即达到了水源加热的效果,同时也降低了水源加热过程当中所需要消耗的能源。

 

其次,从排风能量回收的角度来分析,医院为了更好的保证医疗环境会设置较多的排风系统,且排风量相对较大,将排风能量有效回收可以起到较为鲜明的能量节缩效果,但是想要达到最佳节能效果则需要分析排风的焓值,如果排风焓值低于室外新风时则可以回收到排风中的冷量遇冷新风中,而如果高于室外新风焓值时,则可以回收到排风中的热量预热新风,在空调系统取最小新风量时启用,进而达到相应的节能效果。为了更好的保障医疗环境,避免出现交叉感染的问题出现,相关工作人员在系统设计的过程当中应当适当引入细菌转移率相对较低的设备,避免排风中含有污染物,进而影响空气质量,影响患者的正常康复,以此为中心对排风能量进行有效回收节约排风能耗。

 

最后,从内区热量回收的角度来分析,在上文中也有所提及,一般情况下,医院作为面向区域范围内患者医疗需求的建筑单位,其面积相对较大,因此在医院分区的过程当中会形成内区、外区和周边区三大板块,内区中的设备相对较多,因此全年有余热,存在冷负荷,尤其是在北方地区对内区热量进行有效回收可以达到更好的节能效果,同时对于医疗环境改善也可以起到至关重要的作用。可以采用水环热泵系统将内区热量进行有效转移送至周边区。除此之外也可以引入双管束冷凝器冷水机组对内区热量进行有效回收,满足功能需求。在冬季,双管束冷凝器可以将一部分管束加热的水输送到周边区,解决周边区的供暖问题,缓解周边区供暖过程当中所需要消耗的能量。在夏季则按常规系统运行向内区供冷,以此为中心,既调节了内区、周边区的冷热温度,同时也减少了温度调节过程当中所需要消耗的能源。

 

⑸  暧通系统联动  

 

暖通集中联动控制发挥系统的最优效率,如室内环境二气化碳浓度联动控制新风排风机。如中央空调通过回水温度控制主机开启台数或调节度控制。传染病楼通过压力检测控制风机控制等,暖通优化离不开联动控制,在暖通系统联动过程中应当做好性能测试,分析送回风空气风速风量、室内空气温度和相对湿度、室内噪音值等相应指标。

 

五、结束语

 

热泵展表示,医院建筑的能耗特点是十分鲜明的,所用能源形式繁多且设备要求多样是能耗大户,在这样的背景下做好暖通系统设计优化提高节能效果可以更好的降低医院的运行成本同时提高医疗质量,需要引起关注和重视,从合理设计新风量、有效计算冷热负荷峰值、合理优化系统设计、做好能量回收利用等多个角度共同着手,对医院建筑的暖通节能设计做出有效优化和调整降低能源损耗,促进医院的可持续发展。

 

 

(文章来源:《城镇建设》)

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