广州市某医院内科住院楼空调系统设计

周 游,李财钧

(广东省重工建筑设计院设计二所,广州510034)

1 建筑概况

本内科住院楼总建筑面积为33 761m2,地下3层,地上16层,建筑高度59.55m。其中,地下三层为多层停车库、制冷机房及水泵房;地下二层、地下一层为汽车库;首层为架空及配套办公服务用房;二、三层为内科检验、检查中心;四至十六层为各科室的住院部。地下三层设战时五级二等人员掩蔽所,共一个防护单元。

2 主要设计参数

2.1 室内主要设计参数[1],见表1。

2.2 通风换气次数

汽车库:6次/小时;变配电房:15次/小时;水泵房:6次/小时;卫生间:15次/小时;发电机房、油箱间:12次/小时。

3 工程特点及设计要点

3.1 工程特点

本工程本着 “以人为本”、节能舒适的思想,平面布置主要采用南侧病房和中央护理中心,北侧办公及辅助用房的布置方式,将最好的朝向及通风采光条件让给患者,同时也保证了医护人员的工作环境;由于本项目为舒适性空调系统,应在控制好工程造价的基础上适当采用较高节能水平的系统设计,以降低未来运营的成本,因为空调系统的电费占整个建筑的总耗电量的50%以上。并且,实现节能的同时还要保证病人及医护人员的舒适感。

3.2 空调系统设计要点

本工程的总空调面积约为15 000m2,空调计算总冷负荷约为3 500kW,空调计算总热负荷约为1000kW。夏季功能设计选用了新型的板管蒸发式冷凝制冷主机,主机能根据空调负荷的实际需求,制冷能力能在0、25%、50%、75%、100%范围内分级调节;并且省去了制冷机房及冷却塔,同时进行了热回收供生活热水用。

4 空调冷源及水系统

4.1 空调冷源设计

本工程空调计算总冷负荷约为3 100kW。夏季中央空调系统冷源选用3台带冷凝热回收的板管蒸发式冷凝螺杆冷水机组及2台不带热回收的板管蒸发式冷凝螺杆冷水机组,单机制冷量均为628kW;选3台变频冷冻水泵,制冷机组与水泵设置在天面层。夏季进行热回收,通过三台热水泵将热水送往集热水箱,供生活热水使用。

该制冷机的主要技术特点是:将冷却水系统简化后与制冷主机的冷凝器集成合并设置,采用板管蒸发式冷凝器,取消了冷却塔、冷却水泵及冷却水管等外冷却水系统,改为冷却水内循环方式,提高了空调系统的能效比,大大降低了漂水损失。图1为板管蒸发式冷凝器原理图。

图1 板管蒸发式冷凝器工作原理图

该制冷机的优点:

1)节能:板管蒸发式冷凝器不需要安装冷却塔及大功率冷却水泵,冷凝压力低,压缩机输出功率减少,所以比采用水冷冷水机组和风冷空调机组节能明显。

2)环保:可避免由于使用冷却塔产生的 “飞水”和 “噪音”以致周围环境、卫生受到很大的影响。

3)节省空间:板管蒸发式冷凝器可安装在机房、室外空地、屋面,充分提高了建筑物的使用率,也不对环境产生影响。

4.2 空调热源设计

冬季空调计算总热负荷约为1 000kW,供暖采用两台空气源热泵,单机制热量为548kW,空气源热泵及其供暖水泵均设置在天面层。

4.3 空调水系统

本工程空调水系统采用两管制,均按异程式系统设计。每层从垂直供回水干管引出的水平支管上设置检修阀和水力平衡阀,保证各水平管路之间的水力平衡。空调冷冻水与空调供热水系统的末端管网共用一套,通过电动控制蝶阀在天面层分开,人工控制大楼空调系统的供冷或供热。冷冻水系统采用一次泵变流量系统,循环水泵采用变频控制运行,在总冷冻供、回水管间设压差控制阀,以保证整个水系统的供水最小压力。空调供热水系统中,冷水机组侧采用定流量,空调末端侧采用变流量,在总热水供、回水管间设压差旁通阀,以保证整个水系统的阻力平衡。空调水系统图见图2。

图2 空调水系统图

5 空气处理系统

5.1 全空气舒适空调系统

空调末端为柜式空调器,采用一次回风空调系统,使用区域为七层血透中心。空调末端设在空调机房内,通过风管进行均匀送风,利用空调机房内负压作用自然回风以及从室外自然引入新风,回风及新风百叶处设手动风量调节阀,保证新风风量。

5.2 风机盘管加独立新风系统

对于其他医务用房和病房,均采用该种空调系统,新风由新风空调器集中处理再输送至各空调房间,排风设天花排气扇,按病房区、污物区、办公区分别排放。

5.3 多联机空调系统

由于二层检验科医疗设备多,散热量大。在过渡季节大楼中央空调启动全新风模式或供暖时,二层可能仍需供冷。因此,单独设立一套多联机空调系统专供二层检验科用。

5.4 送风方式

全空气系统采用散流器吊顶处向下送风方式,部分小病房采用侧送风方式。

由于本工程为住院大楼,病人需要长时间待在房间,因此良好的室内空气品质更有利于病人身体的康复,本工程通风空调系统设计除尘消毒净化设备。具体设计为:风机盘管的回风风口采用风口型电子空气净化机;新风空调器的进风口处设专用空调箱适配型电子空气净化机。同时,各层对外的新风百叶、排风百叶之间的距离满足相关规范要求,避免气流的交叉感染。

6 洁净空调系统

四层万级病房和十六楼血液层流病房均设独立的洁净空调系统。四楼设有一间万级病房,面积为26m2;十六楼血液层流病房共设4间百级层流病房、6间千级层流病房及配套的洁净走廊、配药间等洁净室,工程面积为350m2。

6.1 系统方式

空调冷热源采用风冷冷热水机组,机组采用全封闭涡旋式压缩机,采用模块化设计,可分级启动,分级进行能量输出,还可减少机组启动对电网的冲击;每台组合式净化机组都设置独立的恒温恒湿控制柜,根据室内控制面板的要求,智能控制柜通过DDC或PLC控制器可以确保室内温湿度维持在设定的范围内。

空调水系统采用机械循环管两制系统。净化空调机组均放置在设备层,冷凝水管及冷冻水管不经过净化楼层的天花内,避免了由于水管保温效果不理想或保温层老化而导致的漏水问题。

6.2 先进节能的空气处理方式及系统节能设计

在夏季工况,将新风集中降温除湿处理,先通过新风机内足够多的盘管确保将新风除湿处理到14℃以下,针对冷水盘管除湿能力有限的情况,在冷冻水盘管后设置直冷式除湿机,确保可以将新风除湿处理到12℃以下,并通过除湿机的冷凝器升温至较高的温度,使其相对湿度较低,避免损坏系统的高效过滤器,经过这样集中除湿处理的新风与循环风混合,再经过循环机组的纯温度处理至送风温度。采用这种处理方法,过干的新风可以抵消室内的散湿,循环机组只须处理温度,不用除湿,使循环机组的盘管趋向于干盘管方式运行,避免产生大量冷凝水的同时也避免了传统恒温恒湿处理方式中的大量冷热量抵消,使系统的整体能耗大大降低。

在冬季工况,针对层流病房内散热量大的特点,为充分利用新风的冷量来抵消手术室和病房内的散热,新风机组不需要对新风进行预热处理,而是直接将室外新风经过集中预过滤之后与回风混合,再通过循环机组对循环空气进行热湿处理至送风状态点,通过这种处理方式可以充分利用新风的冷量,节省院方的冬季热源运行成本。

净化系统的新风预处理机组均采用先进可靠的变频器对风机进行控制,在机组的长期运行中,为保证系统风量不受系统上各级过滤网堵塞的影响,同时为了保证整个净化空调系统运行过程中,由于洁净病房不会全部开启或关闭,整个系统所需新风量将随着洁净病房的开启与关闭而变化,因此在新风系统的送风管道内设置压差传感器,新风控制系统根据压差传感器检测送风管道内的压力变化并转换成电压模拟量信号,送往控制器,控制器输出控制信号,通过变频器调整风机马达的工作频率,使系统的风压保持恒定,保证新风机组的送风量符合循环机组的需要;可以大量节省机组的运行耗电量,节省院方的运行成本。

7 机械通风系统

(1)地下室的车库及设备用房设机械通风系统,排除车库的废气及设备房产生的余热。地下一层、地下二层设机械排风,新风由直接对外的车道出入口自然引入;地下三层设机械进、排风系统。地下三层车库设置一个战时中心医院,共两个防护单元,设战时人防清洁式、滤毒式和隔绝式三种通风空调方式。

(2)公共卫生间、污物间及屋面电梯机房等均设置机械通风系统。

(3)病房及办公室等均设机械通风系统,新风经新风空调器集中处理后通过管路按设计要求直接送入房间,为保证各房间的新风风量,在各房间的新风支管上设置压差式恒风量风阀,代替传统的手动风量调节阀;同时房间设置天花排风扇,保证房间的正压状态。

(4)二层的排风系统

二层采用三套排风系统:卫生间设独立排风系统;每个房间的通风厨和生物安全柜分别设置单独的排风系统,排风经过处理后就近排向室外;其他房间由于可能产生有害物,各房间的排风通过风管集中接至通向天面的竖井,排风风机设在天面,风机吸入端设空气净化装置,排风经过净化后再由排风风机高空排放。

8 防排烟系统

(1)地下室车库排烟风机与平时排风机共用风机,平时排风管路兼火灾时排烟管路。地下车库平时送风机兼作消防火灾补风风机。

(2)地面各层内走道长度大于60米,设垂直机械排烟系统,每层均设置两个排烟口,当某层发生火灾时,开启该层的电动排烟阀,对该层进行排烟,通过外窗进行自然补风。第二、三层另外增设一台排烟风机对内走道进行排烟,以满足最不利排烟点离最近排烟口的距离不超过30米。

(3)防烟楼梯间及其前室、合用前室均设机械加压送风系统,其中电动加压送风口具有70℃自动熔断关闭的功能。

9 空调主机节能效益分析

本工程在初步设计阶段对普通水冷螺杆机组与板管蒸发式冷凝螺杆机组进行了对比分析。两种方案的选型参数见表2。

由表2可以看出,采用板管蒸发式冷凝螺杆机组后,空调系统的总耗电量及冷却水耗量都大大降低,而空调系统的能效比却显著提高。同时,采用新型制冷主机还能 “免费”提供热水,节省了制热水的设备及运行费用。

以广州为例进行运行费用比较,计算结果:采用新型制冷主机年运行费用能节约97.6万元,相对节能率达到了23%。

表2 两种方案的选型参数比较

10 空调自控设计

(1)本工程供冷采用五台板管蒸发式冷凝螺杆冷水机组和三台变频水泵,可人工切换,互为备用,根据系统冷负荷变化,自动 (手动)控制冷水机组的投入运行台数;供冷与供暖转换通过启闭管路的电动 (手动)蝶阀来实现。

(2)柜式空调器的控制由设置在回风口 (或送风管)处的温度传感器,控制冷冻水回水管上的电动比例积分二通阀动作,调节水量,达到设计回风(或送风)温度。其中本工程新风空调器的温度传感器设置在送风管处,设计的新风送风状态点应在室内露点以下,以使风机盘管能在干工况下运行,冬季新风设计温度为18℃,利用房间新风冷量以及房间与走道的温差直接消除内区房间的余热,使内区房间温度达到冬季设计要求,外区房间的部分新风热负荷则由房间风机盘管承担。

(3)风机盘管的控制由风机三速手动开关和温度控制器完成,温度控制器控制冷冻水回水管上电动二通阀 (双位式)开启,达到房间温度的控制。

11 设计体会

本工程为一典型的医院住院楼中央空调设计,涉及到了舒适性空调系统及洁净空调系统,采用了新型的板管蒸发式冷凝机组,同时还用到了空气源热泵和多联机。

通过这次设计,更深刻的理解了 “以人为本”及 “节能”思想在设计过程中的重要性。并且,为保证医院的洁净度及舒适度要求,采用了一系列空气处理措施,希望能给暖通空调工作和学习的同行提供一些有价值的参考。

12 参考文献

[1] 陆耀庆.实用供热空调设计手册(第二版)[M].北京:中国建筑工业出版社,2008:1465