严寒地区某肿瘤医院空调设计分析

陈小明，陈慧和，罗 英，熊 勇

(中国建筑五局建筑设计院,湖南 长沙 410004)

1 工程概况

阜新市某肿瘤诊疗中心,以肿瘤诊疗为特色,是集医疗、教育、科研、预防功能为一体的三级肿瘤区域型医院,项目位于辽宁省阜新市,气候分区属于严寒C区。项目总建筑面积45 194.31 m2,设置病床位182张,主要使用功能为肿瘤筛查、急诊、住院、停车等。其中,地上建筑面积32 248.44 m2,地上共7层,建筑高度35.50 m;地下建筑面积12 523.87 m2,地下建筑共2层,防火设计分类为一类高层。

2 空调采暖系统设计

2.1 空调设计参数

室内设计参数如表1所示。

表1 室内设计参数

2.2 冷热源设计

空调冷负荷、采暖热负荷计算如表2所示。

表2 空调冷负荷、采暖热负荷

本项目总冷负荷2 980 kW,总热负荷4 000 kW。本项目建筑功能复杂,空调负荷大,系统复杂,在配置冷热源方案时需考虑满负荷和部分负荷运行的节能要求,通过能耗及经济性分析[1-3],选择最优冷热源方案,满足系统稳定、高效、经济运行的需求。项目附近有市政热源,考虑热源时优先采用市政热源提供冬季热负荷。夏季空调冷源方案比较分析如表3所示。

表3 夏季空调冷源方案比较

通过对比分析,相比方案一,方案二具有运行节能、能耗降低的优势;相比方案三,方案二可节省地下室建设费用,管理维护方便。本项目采用方案二为大楼提供7 ℃/12 ℃冷水。冬季热源接市政热网经换热站提供,换热站设在地下1层,一次侧热媒供回水温度85 ℃/40 ℃,工作压力0.75 MPa,提供二次侧热媒为50 ℃/40 ℃的温水,热负荷为4 000 kW。空调水系统采用机械循环两管制,通过主管道上的季节转换阀进行切换,空调水系统流程图如图1所示。

对于直线加速器室,MRI室,DR,CT等特殊医疗设备间,设备发热量大,在过渡季节甚至冬季仍需要继续运行空调进行降温。温湿度控制和系统的可靠性要求高,因此考虑配置独立的冷热源。独立空调冷热源配置情况如表4所示。

表4 独立空调冷热源配置情况

2.3 空调风系统

一层门诊大厅采用一次回风的全空气系统,空调季新风比满足人员新风要求,过渡季节最大新风比不小于70%。人员密集场所设置CO2传感器,根据室内CO2浓度控制房间新风量。其他区域均采用风机盘+新风系统。空调风柜和新风机组过滤段采用初、中效两级过滤器。初效过滤器采用板式G4级,中效过滤器采用静电除尘不小于F7级。病房、诊室及候诊区风机盘管回风口设置微静电杀菌消毒电子净化设备,采用等离子技术及微静电技术双效杀菌。净化设备一次通过杀菌效率不低于90%(在1.25 m/s时),PM2.5一次过滤效率要求不小于95%(在1.25 m/s时),阻力小于10 Pa(在1.25 m/s时)。

2.4 低温热水地面辐射供暖系统

一层门诊大厅、急诊大厅设低温热水地面辐射供暖系统辅助供暖,地面辐射供暖系统冬季由市政热网经换热站提供热水,水温50 ℃/40 ℃,工作压力0.7 MPa。供暖系统形式为双管上供上回异程式,水平干管敷设在一层。

3 防冻技术措施

本项目位于严寒C区,严寒地区机动车库应设集中采暖系统[4],车库内停车区域室内计算温度为5 ℃～10 ℃。通过对严寒地区地下车库研究分析[5-6],不能保证车库温度稳定在5 ℃以上,常发生车库内消防供水干管及环管出现冻结的现象,影响消防安全可靠性。地下车库采暖系统方案比较如表5所示。

表5 地下车库采暖系统方案比较

通过分析,本项目地下室采暖采用方案二,即热风采暖与机械通风系统联合使用。地下车库及地下设备用房采用热风供暖,冬季由市政热网经换热站提供热水,水温50 ℃/40 ℃,工作压力0.7 MPa。严寒地区,低温环境也经常冻裂新风系统加热盘管,设备损坏,造成新风系统不能正常运转以及经济损失。新风系统防冻措施比较如表6所示。

表6 新风系统防冻措施比较

通过分析,本项目新风系统防冻方案采用方案一,新风机组及空调机组配多功能暖通空调控制器和防冻保护装置,通过智能化控制,解决冬季新风空调机组在启动、运行、停止等运行状态下加热盘管冻结的问题[7]。新风防冻调控机组接管示意图如图2所示。

其他防冻技术措施包括:地下车库入口和地上主要出入口处设置电热风幕,以阻隔室外冷风侵入;新风机组及组合式空调机组设置电动保温密闭风阀,并与风机联锁启闭;屋面空调水系统管道及阀门管件均采用防雨遮挡与防冻包裹措施,以防冻结影响系统功能;屋顶水箱间单独设置电油汀。

4 空调自控系统设计

采用楼宇自动控制系统,可以合理地利用设备,节约能源,节省人力,确保设备的安全运行,加强大楼机电设备的现代化管理,实现绿色、节能、环保的建筑运营目标。楼宇自动控制系统由以下设备组成:BMS中央管理主机、中央管理软件、网络控制器、WEB网关控制器、第三方设备接口、现场DDC控制器、各类传感器等。以第三方标准接口形式接入BAS系统;接口为标准开放MODBUS或BACnet通讯协议。通风空调自控设计方案如表7所示。

表7 通风空调自控设计方案

5 节能措施

通常医院建筑比一般公共建筑的建筑能耗要高得多。医院建筑通风空调运行能耗对医院的运行管理、节能潜能具有重要影响。

本项目采用的节能措施包括:建筑的热工设计与地区气候相适应,保证室内热环境要求,符合国家节能要求;一体化双冷高效冷水机组COP=6.4,大于GB 50189—2015公共建筑节能设计标准中的规定值;用户侧水系统采用一次泵变流量系统,水泵的转速根据空调负荷的变化而变化,减少运行费用;采用全空气系统的大空间,过渡季节全空气系统全新风或加大新风比例运行,利用室外空气消除室内余热余湿;变频多联机机组制冷综合性能系数IPLV满足节能规范要求;通风空调系统采用温度自动控制,根据室内的负荷的变化自动调节空调负荷;空调系统设置计量装置,实施按量收费,首先从管理上实现节能;集中供暖系统耗电输热比EHR、空调冷(热)水系统耗电输冷(热)比EC(H)均符合GB 50189—2015公共建筑节能设计标准的要求;为保证系统稳定节能运行,各环路的阻力不平衡率控制在15%之内;空调风管的最小热阻不小于0.81 m2·K/W;机械通风系统单位风量耗功率Ws值均小于0.27 W/(m3/h),新风系统Ws值小于0.24 W/(m3/h),空调系统Ws值小于0.27 W/(m3/h),满足节能标准要求;新风系统入口处设置与风机联锁启闭的电动密闭风阀;地下室车道入口及地上主要出入口设置电热风幕,减少冷风侵入,节约能量;人员密集场所设置CO2浓度监测装置,联动启动新风机组和排风机组动作,降低室内CO2浓度,改善室内空气品质;地下车库宜设置与排风设备联动的CO浓度监测装置;换热站设置气候补偿器,根据室外空气温度变化自动改变用户侧的供回水温度,对热媒进行质调节。换热站进行能量计量,包括耗电量、供热量、补水量。

6 结语

医院空调系统具有系统配置高、设备数量多、系统复杂、能耗高、运维成本大等特点。提升医院建筑能耗管理水平,首先要对医院冷热源方案进行综合论证比较;其次是采用先进的高效自控系统,提升医院整体智慧化管理水平,产生节能效益;此外,对于严寒地区地下车库采暖系统设计和空调新风系统的防冻设计是至关重要的。