浙江省某中医院冷却塔一体式冷水（热泵）机组应用

隋亮亮

（杭州市建筑设计研究院有限公司，浙江杭州 310001）

1 项目概况

本工程为浙江省某三甲中医院项目，位于浙江省东阳市，总建筑面积9.2万m2（其中地上建筑面积6.6万m2，地下建筑面积2.6万m2）。地上分为门诊楼、医技楼、病房楼和行政楼。项目用地指标要求严格，地下室需要布置的功能多，地下室空间紧张，无法设置制冷机房。见图1。

图1 浙江省某中医院效果图

2 项目空调系统应用

项目空调使用建筑面积较大，冷热负荷大。项目地下室空间紧张，无法设置常规的制冷机房和锅炉房。比较合适的空调冷热源为空气源热泵，但制冷COP较低，因此本项目采用了冷却塔一体式冷水（热泵）机组。

2.1 冷却塔一体式冷水（热泵）机组工作原理及特点

冷却塔一体式冷水（热泵）机组基于传统中央空调系统的基础，进一步提升了中央空调的能效，将高效的水冷式空调机组与环保的空气源空调技术进行整合集成，机组满足《一体式冷水（热泵）机组（JB／T 12839—2016）》的相关要求［1］。

其工作原理为：机组制冷时，高温高压制冷剂气体经四通阀首先进入风冷换热器预冷，依靠空气的自然对流（风冷侧风机不工作），预冷后的饱和冷媒气体进入冷却塔中的水冷换热器，通过冷却塔利用水和空气的接触，带走热量，经膨胀阀节流降压后，进入蒸发器，在此制取空调冷水，冷媒以低压过热气体形式进入压缩机，完成空调制冷循环，同时可以通过热回收器进行热回收预热生活热水。见图2。

图2 冷却塔一体式冷水（热泵）机组制冷原理

机组制热时，微电脑控制程序自动关闭水冷却系统，冷却塔、冷却塔风机和冷却水泵停止工作，制冷剂走向经过机组内部的四通换向阀自动转换实现。首先低温低压的制冷剂气体通过压缩机的做功被压缩成高温高压的气体进入换热器冷却后，变成高压中温的液体经膨胀阀节流降压后，以低温低压的气液混合物状态进入换热器吸收空气中的热量，使制冷剂工质气化，变成低温低压的气体回到气液分离器后进入压缩机，反复循环。见图3。

图3 冷却塔一体式冷水（热泵）机组制热原理

冷却塔一体式冷水（热泵）机组优势：

1）机组放置在屋面，不占用室内使用空间；

2）利用水与空气两种介质进行散热，COP最高可达5.3；

3）比常规风冷热泵节能约25%；

4）可根据客户需求选择水冷／风冷模式运行；

5）风冷运行加装喷淋管，在40℃以上环境温度，保证机组的制冷能力；

6）夏季采用水＋空气联合冷却方式进行制冷，并可以免费提供60℃的生活热水。

2.2 冷却塔一体式冷水（热泵）机组的应用

此项目冷、热源选择冷却塔一体式冷水（热泵）机组，所有机组均放置在医技楼屋面。综合考虑医院空调使用的特殊性以及运行费用，采用了3台制冷量531 kW，制热量534 kW 的全热回冷却塔一体式冷水（热泵）机组，其热回收量541 kW，热回收热量对整个医院的生活热水进行预热，以达到节约生活热水能耗的目的；8台制冷量979 kW，制热量986 kW冷却塔一体式冷水（热泵）机组与3台热回收型机组共同提供空调冷热水。医院项目因空调的使用情况及使用时间的不同，空调冷热水的需求时间不同，因此该项目的空调冷热源系统设计了在不同情况下不同的运行工况。

1）工况一：夏季供冷，所有区域均为需求空调冷水的时候，所有冷却塔一体式冷水（热泵）机组共同使用，空调水系统中阀门A、B常开，阀门C关闭，空调水系统给医院所有区域提供冷冻水，并同时可以给生活热水进行预热。

2）工况二：过渡季节初期，其中手术区、中心供应等净化空调需求供冷，医技楼部分区域需求供冷时，空调水系统中阀门A、B关闭，阀门C开启，阀门D关闭，将净化空调系统与主系统分开。系统中冷却塔一体式冷水（热泵）机组二给净化空调提供空调冷冻水，并可同时给生活热水预热。部分冷却塔一体式冷水（热泵）机组一给医技楼提供空调冷冻水，阀门D的关闭保证了系统运行时，其他无空调需求的空间误操作使用空调的情况，避免浪费。

3）工况三：过渡季节后期，其中手术区、中心供应等净化空调需求供冷，医技楼部分区域需求供热时，空调水系统中阀门A、B关闭，阀门C开启，阀门D关闭，将净化空调系统与主系统分开。系统中冷却塔一体式冷水（热泵）机组二给净化空调提供空调冷冻水，并可同时给生活热水预热。部分冷却塔一体式冷水（热泵）机组一给医技楼提供空调热水，阀门D的关闭保证了系统运行时，其他无空调需求的空间误操作使用空调的情况，避免浪费。

4）工况四：冬季供热，所有的区域均为需求空调热水的时候，所有冷却塔一体式冷水（热泵）机组共同使用，空调水系统中阀门A、B常开，阀门C关闭，空调水系统给医院所有区域提供空调热水。

2.3 采用冷却塔一体式冷水（热泵）机组与采用风冷热泵机组的对比分析

2.3.1 冷却塔一体式冷水（热泵）机组和风冷热泵机组能耗对比

根据《一体式冷水（热泵）机组（JB／T 12839—2016）》第4.4.3条表5的要求，冷却塔一体式冷水（热泵）机组COP不小于4.0。根据《公共建筑节能设计标准（GB 50189—2015）》中第4.2.10条表4.2.10要求，风冷热泵机组的COP不小于3.0。项目机组台数较多，无论是采用冷却塔一体式冷水（热泵）机组或者风冷热泵机组，均有11台，均在10%～100%的负荷需求内，开启不同台数的热泵机组，保证机组均在85% ～100%的范围内运行。各类热泵产品在这个范围内均是COP数值最高的，因此在能耗计算中均按机组100%运行时的COP进行计算。

根据浙江省《民用建筑项目节能评估技术导则》中的相关规定，该项目可以分别计算出采用冷却塔一体式冷水（热泵）机组和风冷热泵机组的夏季能耗。

冷却塔一体式冷水（热泵）机组系统，根据不同负荷率统计分段100%、70%、50%、40%计算得出年用电量：6 401 369.5 kW·h。

普通风冷热泵机组系统，根据不同负荷率统计分段100%、70%、50%、40%计算得出年用电量：8 535 159.3 kW·h。

因冷却塔一体式冷水（热泵）机组冬季相当于风冷热泵运行，因此冷却塔一体式冷水（热泵）机组和风冷热泵机组冬季的允许能耗基本相同。由此可知，采用冷却塔一体式冷水（热泵）机组比风冷热泵机组在一个制冷季可以节约空调耗电量为：8 535 159.3－6 401 369.5＝2 133 789.8 kW·h。

2.3.2 冷却塔一体式冷水（热泵）机组和风冷热泵机组经济对比分析

根据上一小节耗电量计算，以及该项目最终空调设备采购价格情况与相同厂家热泵设备价格对比，可得到以下结论，见表1。

表1 经济对比分析

由以上对比可知，本项目采用冷却塔一体式冷水（热泵）机组既节约了地下室机房的使用空间，又在满足医院各种工况运行的情况下，较常规风冷热泵机组更为节能。

3 结 语

通过浙江省某中医院项目冷却塔一体式冷水（热泵）机组的应用情况来看，冷却塔一体式冷水（热泵）机组既节约了机房的使用面积，又可以多方式运行，满足医院的复杂运行情况。其费用又较常规的不设置机房的空调冷热源更为节约，还可以在空调制冷运行的情况下同时热回收，提供生活热水的热源。因此，冷却塔一体式冷水（热泵）机组适合在项目规模不大，地下室使用空间较为紧张且有较大的屋面使用空间的项目中使用，可在更多类似工程中推广使用。