无锡市某医疗卫生建筑空调系统冷热源方案技术经济分析

戴银宝

（中国二十冶集团有限公司，上海，201900）

随着医疗技术进步、诊疗设备发展，医疗建筑规模不断扩大，各科室环境的控制标准不断提高，医疗建筑的能耗在不断增加。目前，大型公共建筑中，空调系统的能耗占整个建筑能耗的比例约为40-60 %，所以空调系统的节能是建筑节能的关键，而节能设计是空调系统节能的基础［1］，因此，如何合理地选择医疗建筑空调冷热源的方案就显得尤为重要。医疗建筑冷热源选择应结合医疗建筑用能特点、能源的合理利用、提高能源利用率和节约能源等方面来考虑。同时，空调冷热源设备及其系统应考虑到不同科室环境控制的要求、运行的特点和减少环境负荷，应具有可靠性、安全性、经济性和方便维护、管理［2］。所以，如何进行冷热源的科学选择是迫在眉睫的问题。

通常，医疗建筑空调系统冷热源按灵活并留有余量的原则配置。系统的灵活性主要表现在对医疗技术的变革和诊疗设备更新的适应能力。系统灵活性并留有余量，在于适应医院建筑平面布置的更改、室内负荷变化，以及建筑的改建或扩建的需要。目前，关于建筑冷热源方案的研究已有很多［3-4］，本文以无锡市某医疗卫生项目为研究对象，对其空调冷热源进行技术经济分析。

1 项目概况

1.1 工程概况

项目总用地面积53708 m2，总建筑面积约53000 m2，院区划分为医疗区、科教行政区，医疗区由门诊、急诊、医技、病房等组成，其中地下车库层高5.1 m，建筑面积9810 m2；门诊医技楼地下一层，地上四层，建筑高度18.9 m，建筑面积18487 m2；住院楼地下一层，地上十二层，建筑高度50.1 m，建筑面积18220.9 m2；科教行政综合楼地下一层，地上五层，建筑高度24.9 m，建筑面积5038 m2；感染楼建筑面积615.25 m2；配电间建筑面积459 m2；垃圾站建筑面积113.4 m2。

该项目空调冷热负荷采用经住建部认证的华电源全年负荷计算软件进行计算，各单体空调冷热负荷汇总如下：

门诊医技楼：夏季空调冷负荷约为1776.4 kW，夏季空调冷指标为96.1 W/m2；冬季空调热负荷约为709 kW；冬季空调热指标为38.4 W/m2。

住院楼：夏季空调冷负荷约为2014 kW，夏季空调冷指标为110.5 W/m2；冬季空调热负荷约为990.7 kW；冬季空调热指标为54.4 W/m2。

科教行政综合楼：夏季空调冷负荷约为660 kW，夏季空调冷指标为131 W/m2；冬季空调热负荷约为310.8kW；冬季空调热指标为61.7 W/m2。

感染楼：夏季空调冷负荷约为133.6 kW，夏季空调冷指标为217 W/m2；冬季空调热负荷约为68.4 kW；冬季空调热指标为111.2 W/m2。

特殊科室（洁净手术部等净化区域）：夏季空调冷负荷约为2520 kW，夏季空调冷指标为360 W/m2；冬季空调热负荷约为1740 kW；冬季空调热指标为248 W/m2。

生活热水热负荷为1200 kW（由给排水专业提供）。

1.2 负荷特性分析

该项目建筑布局复杂，特殊功能科室较多，如将医疗环境控制分类，一类是量大面广的一般科室，如普通病房等，只需季节性舒适空调；另一类是数量相对较少的有无菌控制要求的关键科室，如手术室等，需全年空调，特别是湿度控制是保障无菌环境的关键因素。所以设计上不但要满足医疗工艺对温湿度、空气洁净度等方面的要求，而且要考虑舒适性方面的要求，需要根据各科室的功能、建筑的布局来合理分区、分系统，充分考虑安全、适用、舒适、节能等因素。

在使用时间上，门诊医技楼、住院楼一～四层门诊区域、科教行政楼空调系统均为白天工作时间使用，门诊医技楼急诊部分、住院楼病房层、感染楼和特殊科室空调系统需要考虑24 h运行。同时由于门诊医技楼平面布局中存在大量的内区，故需考虑过渡季节和冬季冷负荷的需求，洁净手术部、ICU等特殊科室场所的供冷、供热的不间断性，需满足过渡季、夜间低负荷的需要。

2 冷热源方案分析

该项目根据当地绿色建筑的要求，需达到绿色建筑二星级要求，故对可再生能源的使用有一定的要求，综合考虑采用地源热泵空调系统来满足绿建的要求。地源热泵系统优先满足生活热水的需要，故选用热回收型地源热泵机组，夏季通过热回收预热生活热水，冬季优先供应生活热水负荷。通过与业主沟通，并结合业主前期工程中地源热泵系统运行的实际效果，将住院楼病房层空调季需要24 h运行的区域，由地源热泵系统来承担全部空调冷负荷。故病房楼冷负荷不在本次方案讨论范围内。

根据该建筑负荷特性，根据运行时间的不同，拟将门诊医技楼、科教行政综合楼和住院楼一～四层一起考虑，每天空调运行时间为10 h，该部分冷负荷为2807 kW，热负荷为1232 kW；将特殊科室和感染楼归为一类，每天空调运行时间为24 h，该部分冷负荷为2655 kW，热负荷为1810 kW。

因该项目厨房、洗衣、高温消毒以及工艺性湿度控制用蒸汽量较少，跟业主沟通后，采用就地蒸汽发生器满足局部区域蒸汽需求，故本项目热源采用燃气热水锅炉。

各方案分析详见下表：

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说明：制冷季按7～9月考虑，制热季按11～1月考虑，燃气热值11000 kcal/Nm3，燃气费按3元/m3，电价按0.635元/kWh。其中风冷热泵未考虑冬季电辅热的运行费用。制冷机组及锅炉效率按《公共建筑节能设计标准》（GB 50189-2015）限值选取，制冷负荷的分布情况根据《公共建筑节能设计标准》（GB 50189-2015）中IPLV的规定：100 %负荷占2.3 %，75 %负荷占41.5 %，50 %负荷占46.1 %，25 %负荷占10.1 %。

综上所述，从考虑初投资和运行费用，以及平时的运行管理，采用水冷机组和热水锅炉的冷热源搭配型式，是比较合理的。

空调冷热水系统图详见图1和图2。

图1 空调冷冻水系统流程图

图2 空调热水系统流程图

制冷机组和锅炉均设置在地下一层的制冷机房和锅炉房。因该项目蒸汽的需求很少，单独设置蒸汽锅炉无论从消防还是初投资以及平时的运行管理，都不方便，故对中心供应等局部需要使用蒸汽的区域，采用小型的就地蒸汽发生器来满足，同时，洁净手术部等洁净区域再热负荷由电极加热来满足，避免额外增加系统，以及给系统调控带来的麻烦，方便运行管理。热水锅炉采用小型模块式锅炉，可避免平时的年检和专业司炉工的人员配置，降低锅炉的运行管理成本。

为了确保洁净手术部、ICU等重要场所的供冷、供热的不间断性，满足过渡季、夜间低负荷的需要，在现有系统中考虑该部分的使用需求外，另外设置风冷热泵系统供该部分使用，以提高该部分用冷用热的可靠性。

3 结论

综合以上分析，水冷机组加热水锅炉的冷热源搭配型式，具有初投资及运行成本均较低的经济效益，系统保证率高，占地面积少等特点，较其他方案要更为适用于该类项目，同时本项目为EPC工程总承包项目，合理的冷热源搭配契合EPC创效的目标，因此推荐在此类项目中采用该种冷热源系统形式。