大型综合医院空调设计与分析

丁学贵 贺德军 尹诚刚

湖南省建筑设计院有限公司

随着国家大力发展民生工程，综合医院建设较来越多。医院通风空调系统对病人健康恢复、防止感染与防止交叉感染起着重要的作用，因此医院设计应注重新风、排风系统的设计[1]；医院全年空调、生活热水能耗高，因此空调、生活热水的节能设计也是设计的重要部分。

1 室内设计计算参数及空调负荷

1）室内设计参数宜加入房间压力（+/-）。医院功能用房多，各种疾病的门、急诊用房、各种病室、医技用房、治疗用房、手术室及手术辅助用房、中心供应、药品发放以及餐厅等辅助用房、教学办公用房等，医院即是治病的地方，也容易交叉感染。医院防止交叉感染有严格的医疗流程和平面布局，一般分为清洁区、半污染区、污染区，对各种房间也有正压和负压要求，因此室内设计参数中，除列出温度、相对湿度、新风量指标、噪声标准，还宜加入房间压力（+/-）要求。不同的房间有不同的正压或负压要求，同一病室，有的房间是正压，有的是负压，即使是同一种用房，如同一名称医技用房，有的要求正压，有的要求负压。医院新风、排风系统的设置应根据各房间正负压要求及区域划分设置。表1为某医院主要功能用房室内正负压设计参数。

表1 某医院主要功能用房室内正负压设计参数

2）统计负荷时，应按负荷发生时间和不同形式的空调分别统计。医院负荷发生时段一般分为10小时制与24小时制，不同形式空调一般分为舒适性空调、净化空调、变频多联空调（医技用房）、恒温恒湿空调（医技与治疗用房）。分别统计负荷不仅利于冷热源设备的分析与选择，也利于制定经济节能的运行策略。表2为某医院南院区负荷统计。

表2 某医院南院区负荷统计

2 燃气冷热电联供设计

燃气冷热电联供，能量由高品位向低品位梯级利用，大大提高了能源利用率，能源综合效率可达80%以上。

大型综合医院不同于一般办公、商业等建筑，其空调全天运行时间长、全年运行时间也长，且有全年生活热水负荷需求，耗电量也大，采用冷热电联产方案，投资回收期较短，环保性好，因此对于大型综合医院适合采用燃气冷热电联供。

燃气冷热电三联供设备选型按照“以热定电，经济最优”原则[2]，达到投资收益最大化。空调冷热源主机选型与逐时峰值负荷有关，而发电机的装机容量还取决于建筑的全年冷、热负荷。因此有必要分析建筑的全年负荷分析结果指导燃气发电机选型，并应进行经济技术比较。

进行全年逐时负荷计算需建立建筑的三维热区模型（图1），输入室外逐时气象参数、建筑围护结构热工参数、室内设计温湿度。三维热区模型一般建筑图为依据，根据不同功能分区，将建筑划分为各个空调区域和非空调区域，逐间逐层搭建而成。

图1 某医院三维热区模型

通过全年8760小时逐时负荷计算（图2），可获得负荷范围出现小时数。利用选择的运行时间对应的负荷，可计算出发电机容量。计算烟气与缸套水余热计算烟气热水型吸收式冷（温）水机夏季、冬季能效，然后计算出所需发电机容量。进行经济技术比较时，应列出多个联供运行时间（联供运行时间全年取2000小时以上的数据）的多种组合形式，比较对象为多种常规冷热源形式，如电制冷冷水机组、燃气热水锅炉、燃气直燃式冷温水机、热泵等。计算增量投资回收期时除考虑设备、系统、土建成本外，还需计入用气开户费、用电增容费及高低压配电设备费、大修年提成费、运行人工费及国家有关政策等。

表3 某医院燃气冷热电联供与常规冷热源比较

表3为某医院燃气冷热电联供与常规冷热源的比较结果。从表中可以看出，增量投资回报周期=3690÷978=3.77年，即三联供系统增加的3690万元投资，在3.77年时间内就可以收回，具有较好的经济、节能效益。

图2 某医院全年8760小时动态负荷

3 分区一次泵系统

空调水系统一般可分为一级泵定流量、变流量系统和二级泵定流量、变流量系统。大型医院空调水系统分区环路多，各环路阻力差别大，因此采用二级泵变流量系统的情况较多，如图3所示，一级泵与主机对应，二级泵与分区环路对应。

图3 二级泵系统示意图

一级泵系统简单，水泵扬程按克服最不利环路阻力选择；二级泵系统水泵多，管路复杂，一级泵扬程按克服主机及机房管路阻力选择，二级泵扬程按克服对应环路阻力选择。二者各有其优缺点，为发挥二者优点，克服二者缺点，笔者提出大型工程采用分区一级泵变流量系统，如图4所示，即在原传统二级泵系统上取消一级泵，只设置二级泵，水泵扬程按克服各分区环路阻力设置，这样系统既简单，又最大限度地节省了输送能耗。

图4 分区一级泵系统示意图

分区一级泵系统相对二级泵系统有如下优势：水泵耗功率少；水泵、管件、管路减少，维护、管理简便；一次性投资相应减少。

分区一级泵系统的缺点是，由于水泵不与主机对应，主机最小流量如何保证存在隐患。实际上现在的主机房群控水平较高，通过自控与保护，可以保证主机最小流量。主机一般都设有水流开关、进出口压差等保证最小流量的保护措施，还可增加检测流量加以保护，可通过检测流量、压差等反馈信号控制水泵频率，保证最小流量。

4 内区与外区

门诊、急诊通常设置在裙楼，单层面积较大，有许多内部无窗用房，这些内部房间许多为诊室、治疗用房；病房通常将治疗、医护办公布置在内部无窗房间内。据多个医院的回访反馈，冬季内部无窗房间一般都燥热，医护与病人都不满意。主要原因是：1）人员密集，许多为医疗用房、办公用房；2）有设备发热量；3）即使关闭室内风机盘管，但冬季新风总在送热风；4）无散热量，周围均为空调区域。为此，笔者建议医院应划分内区、外区，有外窗房间为外区，无窗功能用房为内区，内区外区分别设置新风系统，冬季外区新风系统送热风，冬季内区新风系统可直接送入室外空气，即满足使用要求，也达到了节能目的。内区发热量大的房间，还可采用四管制风机盘管，冬季和过渡季根据需要可制冷降温。

某医院裙楼门急诊与主楼病房均划分内外区，内区与外区分别设置新风系统，冬季内区可送入室外冷风，内区治疗及医护办公用房设置四管制风机盘管，冷水盘管接四管制冷水，可常年制冷，热水盘管接二管制，这样即可满足四管制接管要求，又可减少一组热水管道布置（图5）。

图5 病房空调布置局部图

5 结语

1）为防止交叉感染，便于设置新风、排风系统，医院室内设计参数建议加入正压、负压要求。

2）大型医院空调冷热负荷大，全年运行时间长，且有全年生活热水需求，适合采用燃气冷热电联供，可取得较好的节能、经济、环保效益。

3）分环路一次泵变流量系统，即在原传统二级泵系统上取消一级泵，只设置二级泵，根据各环路阻力需求设置不同扬程的水泵，可简化管路，维护、管理方便，并可节省输送能耗。

4）医院内区外区新风分别独立设置，外区新风冬季送热风，内区冬季可直接送入室外新风，即可达到节能目的，也满足内区舒适性要求。