深圳市某综合医院空调冷热源和空调水系统探讨

马国杰

（同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司建筑设计四院，上海200092）

1 引言

本项目位于深圳市龙岗区。截至2018年，深圳市每千人床位数为3.65 张，相比于《深圳市龙岗区卫生事业发展“十三五”规划》的每千人口4.8 张床位数的目标尚有很大的差距。因此，近些年新建三甲医院或专科医院屡见不鲜，新建综合医院呈现功能复杂、科室整合的趋势。这就对传统的空调系统方案提出新的挑战。

2 项目概况

本项目为深圳市龙岗区某中心医院的新建外科综合楼。总建筑面积约1.48×105m2，其中，地上面积1.24×105m2，地下面积2.4×104m2。地下2 层、地上23 层，建筑高度99.7m。地下2层分布人防、车库、制冷机房等设备用房，地上1～10 层为医技科室（包含放射科、检验科、ICU、手术部、静脉配置等），11～23 层为标准住院部（左右2个护理单元）。

3 冷热源系统形式

综合医院的空调系统通常为多种形式的组合。

3.1 本项目冷热源系统形式

本项目冷热源系统形式整理如表1 所示。

表1 本项目的空调系统配置

3.2 系统配置分析

图1 冷热源（冷冻机房）系统原理图

1）深圳市位于夏热冬暖地区，冬季室外空调计算温度6℃，多数区域采用单冷系统即可，本项目院方特别要求标准护理单元在冬季极端天气下能制热，因此，本项目另配冬季用风冷热泵。

2）本项目为单栋建筑，裙房屋面较小且靠近护理单元，同时项目周边能放置大型空调设备的位置较少，因此，本项目的冷却塔和风冷热泵最终放置在塔楼屋面，冷水机组承压按照1.6MPa 选用。

3）按照SJG 44—2018《深圳市公共建筑节能设计规范》第5.2.21 条规定：采用集中空调系统，有稳定热水需求，建筑面积在10000m2以上的公共建筑，应当安装空调废热回收装置。故本项目2 台1750kW 的螺杆机组采用热回收形式，回收热量供给排水生活热水预热使用（供、回水温度45～40℃）。

4）考虑运行的可靠性，手术部采用双冷源保证系统稳定运行。即除独立四管制风冷热泵外，地下室冷水机组预留1 组立管接至手术部空调机房作为备用。

5）裙房医技科室和高区住院护理单元冬夏空调需求不同，因此，系统不能通过分集水器简单合并。同时，由于风冷热泵和冷水机组定压点不同，风冷热泵夏季不能作为冷水机组制冷工况的补充。

综合以上分析，本项目冷热源（冷冻机房）系统原理如图1所示。

4 集中空调水系统设计

4.1 水系统分析

1）对于兼有医技和住院护理单元的医疗综合楼来说，基于末端设备承压以及使用时间的不同考虑，空调水系统通常高低分区。本项目水系统共划分为5 路，即2 路裙房医技、2 路高区护理单元、1 路医疗街（全空气系统）。

2）本项目裙房分布不同的医技科室，存在大量内区，因此，过渡季节和冬季仍然有供冷需求。但是，11～23 层住院护理单元需要冬季制热，因此，风冷热泵和冷水机组不能通过分集水器简单合并。而风冷热泵夏季性能系数COP=3.18，远低于制冷机组夏季性能系数COP=6.30，故夏季高区优先采用冷水机组制冷。

3）本项目体量较大，考虑到施工调试和运行稳定，水系统采用一次泵变流量，标准病房层（11～23 层）垂直和水平均同程，裙房（1～10 层）垂直同程、水平异程。

以下重点探讨高区住院护理单元（11～23 层）的水系统设置。

4.2 高区水系统的水平同程问题

住院护理单元经典的水平流线布置为：外区为住院护理病房，内区为医护生活教学区。因此，空调主水管走在医护通道和病人通道，可以环通，容易实现水平同程【1】。

4.3 高区空调水系统的垂直同程方案的探索一

本项目可以采用类似于传统的冷水机组+锅炉的空调水系统方案，即将冷热水的分集水器分开设置，流程图和阀门切换原理分别如图2 所示。冷水机组先引一路主管至冷热水分集水器，季节切换只需要随主机切换，在冷冻机房内完成即可，阀门较少。这种传统做法简单易懂，运行操作也方便，但缺点如下：

图2 分集水器分开设置方案

1）高区立管井内除了垂直同程所需要的3 根立管外，多了2 根屋顶风冷热泵至地下室热水分集水器的供回水管，比较浪费。

2）西侧和东侧立管之间有一定间距，风冷热泵冬季先通过分集水器合并再分2 路管道分别接至东西侧高区末端，地下室水平管路同样浪费较多。

3）基于以上2 点需要增加热水泵的水泵扬程。

因此，本项目需要讨论另外的方案解决高区同程的问题。

4.4 高区空调水系统的垂直同程方案的探索二

以西侧护理单元为例，另外讨论3 种方案。

方案一：风冷热泵组群的水泵位于热泵机组的回水段，流程图和阀门切换原理如图3 所示。这种做法的优点是，系统常规，不同季节阀门切换较少，稳定可靠。缺点是：高区每个护理单元使用的立管共4 根，不同季节各有1 根同程管（冬季回水立管1，其他季节供水立管1），且除了图中的供水立管2（11层至屋面）较短外，其他3个立管均为地下1 层～顶层。

方案二：风冷热泵组群的水泵位于热泵机组的供水段，流程图和阀门切换原理如图4 所示。这种做法的优点是可以节省1 根高区立管。缺点有以下几个方面：

1）水泵在供水段，且风冷热泵与水泵吸入口有100m 左右的垂直间距，有一定的负压风险；

2）需要7个电动阀门按照季节切换，对自控系统要求较高；

3）每一根立管冬季和其他季节水流方向不同，每层水平管段的阻力不同季节需要重新平衡，存在水力失调风险。

方案三：风冷热泵组群的水泵位于热泵机组的供水段，流程图和阀门切换原理如图5 所示。立管1 冬季作为风冷热泵的供水管，夏季作为冷水机组的回水管。这种做法仍然不能解决方案二的第1）和第2）条缺点，但这种做法的优点同样显著：

1）对比方案一可以节省1 根立管，且回水立管只需要在高区布置，而不需要下至地下室；

2）不同季节水流方向相同，规避了方案二的水力失调风险。

综合以上3个方案分析，住院护理单元的高区空调水系统应以稳定可靠为前提，同时兼顾运行方便和经济性，图5 的方案较为合理。

图3 方案一

图4 方案二

图5 方案三

5 结语

本文所述的项目案例地处夏热冬冷地区，冬季供热需求较小，需要蒸汽消毒的区域（如中心供应）面积较小，可以单独处理，因此规避了设置蒸汽锅炉房的问题。针对不同的科室职能，空调系统冷热源对应设置。

对于单栋建筑（兼有医技和住院护理单元）的综合医院，为避免水力失调并满足不同工况运行需要，空调水系统高低分区、垂直同程、水平同程、科室计量的问题不可避免，若再加上科室分区四管制的问题，从实际使用的角度来说，空调水系统管路过于庞杂。因此，本项目没有采用传统的四管制，而是通过各种方案比较，探索最优最省的水系统组合控制方案。