医疗建筑中央空调和净化空调系统的特点及节能改造的研究

张家宝

（厦门大学附属第一医院，福建 厦门 361000）

1 引言

当前我国年均建筑总能耗的55%来自暖通空调，而在炎热的夏季，随着气温升高，人们对暖通空调的制冷需求直线上升，这直接导致空调负荷投入增大[1]。而在空调系统运行过程中，若不对暖通空调进行节能控制，将会加大电能以及煤炭等能源的消耗，加重环境污染问题。总结暖通空调节能技术的现状，发现暖通空调节能技术在我国具有广阔的前景和良好的市场，通过对暖通空调的节能改造可以降低20%～35%的能耗，在保证制冷需求的同时有效缓解能源危机，对促进节能减排实现双碳目标具有重要意义[2]。

而对医院的中央空调系统分析，发现医院的暖通空调节能改造上还存在一定空间，目前老式医院还多采用分体式空调系统，而这也是导致医院成为“电能消耗大户”的主要原因之一[3]。同时，一些中央空调在应用过程中没有将医院不同分区需求及系统内部流量进行考虑，这也在一定程度增大了空调系统的能耗。因此，针对医院的特殊性及节能性，讨论适合医院空调系统的节能改造方案具有重要意义。

2 医院暖通空调系统特点

1）医院作为特殊的公共建筑，其人员较为密集，且存在一定流动性。为满足多维人员对空调系统的多元需求，将医院中央空调控制系统按不同的功能区进行分类，以白求恩医院为例，其中央空调系统分门诊系统、医技住院系统、教学系统、行政办公系统和手术洁净功能系统等。针对这些不同区域的需求选择适合的中央空调控制系统，如ICU、手术室和分娩室等区域对环境的洁净度、温湿度和风速风压等参数有严格要求，因此，这些区域应选择使用净化空调，这不仅能保证就医环境的安全舒适，同时可以有效防止病原菌传播和细菌滋生。而信息数据中心和大型医疗设备功能房对空调系统运行稳定性要求较高，需要使用具备一定智能化的中央空调系统，以避免因空调故障而导致设备损坏，进而影响医疗业务的开展。病房区域和行政办公室区域的空调系统相对灵活，仅在满足日常供暖和制冷要求的同时提供一定的净化效果即可。

2）由于医院医疗服务的特殊性，要求其空调系统在一定程度下不间断运行，且必须保证其运行稳定。而据能源消耗统计，医院暖通空调系统电耗约占医院整体电耗的60%，空调系统作为医院电能消耗大户，存在系统大、分区多、运行时间长的特征。以门诊、住院病房及行政办公区为例，这些区域的空调系统全年运行时间在10 个月左右，而ICU 和手术室等洁净区域的空调系统则要求365 d 全年运行，这直接导致医院的年度电费在百万元以上，甚至超过千万元，远高于其他公共建筑。分析医院的电能结构分布，发现新旧医院的耗能主要来自各类空调设备，但老医院的空调以各类分体式空调为主，而新建医院则主要以中央空调系统为主。从空调的运行消费分析，普通分体式定频空调的能耗在8 kW，节能型的变频空调能耗在6.5 kW，而中央空调的能耗仅5.5 kW，因此，在医院设计过程的成本需求内选择合适的中央空调可以有效降低能耗，节约设备运行成本。

综上所述，在满足医院不同区域的舒适性及温湿度的前提下，探索医院中央空调系统的节能改造思路，尤其是探索空调系统控制的能源管理模式和优化运行方案，具有重要意义。 这不仅是控制医院耗能成本的关键，也是医院开展节能改造工作的重要研究方向，具有很大的节能潜力。

3 医院暖通空调系统节能改造原则

1）节能环保原则。医院的空调改造过程中需要重视空调节能环保需求，这不仅可以降低医院的整体运营成本，而且有助于实现国家能源绿色利用和可持续发展的目标。在医院前期设计安装过程中，可根据不同区域的要求对中央空调系统进行分组设置。此外，也可在各个不同区域的主要出入口设置空气幕，同时通过采用保温隔热的围护结构来减少室内的冷热损失。

2）洁净通风原则。医院作为特殊的公共场所，人员密集且流动性大，需要具备较好的通风系统，以避免因通风不畅造成的交叉感染。因此，医院在设计和安装中央空调时需要充分考虑到抗菌和通风的重要性，以降低空气污染和住院病人交叉感染的可能性。此外，还需要注意防止不同区域气流流动造成的交叉感染，可通过采取一定手段隔离不同区域的气流，如为不同区域提供梯级供气，或在各个区域的通风口处设置抗菌消毒装置，以避免细菌或病毒通过通风口进行传播。

3）回收原则。在对医院的暖通空调改造中，可对原有的设备有针对性地进行回收再利用。因为在暖通空调内部有一些部件并不会随着设备废弃而废弃，在整个暖通空调系统中存在很多零件或部件自身都具备或可起到重要作用，其在暖通空废弃后仍可以重装至其他设备上继续使用。因此，对这些具备功能作用的零部件，采取针对性地回收，回收之后通过重新加工或重新调整来实现零部件的循环再利用。此外，在回收暖通空调零部件时，还需要明确区分回收和回用，前者回收后不一定存在再利用的可能，而后者可重新应用于新系统之中。所以要注意，回收原则并非是没有任何基础与底线地大规模随意回收，应落实可进行循环再利用的零部件，并按照需求进行合理分类回收。

4）循环原则。循环原则是以回收原则为基础，针对回收零部件的功能及可循环再利用程度展开进一步处理，这一原则在提高暖通空调组件的利用率和减少能源浪费方面发挥了重要作用。此外，针对暖通空调中无法直接应用或已经报废的零部件，进行进一步加工处理，使其可以继续应用于暖通空调系统或其余设备中。循环原则的落实可以有效减少暖通空调设备的浪费，增加暖通空调的经济效益与社会效益。

4 医院暖通空调系统节能改造

本文主要研究某市公共卫生医院的节能改造情况，通过对其节能改造思路进行分析，重点研究医院病房的舒适性、ICU 和手术室的通风洁净控制、办公室和病房的舒适性和杀菌消毒控制效果，以及医院整体防排烟等开展的节能改造工作。针对重点的暖通空调节能改造区域提出可供参考的改造策略。

4.1 变流量空调水系统

对于医院封闭的科室，如检验科和手术室，其对环境舒适性和温湿度的要求较为严格。因此，在时间控制上要求长时间开启以满足除湿和制冷降温要求，这一方式大大增加了制冷机组运行耗能。此外，在医院的检验科和放射科，由于医疗设备独特的属性，需要中央制冷空调系统全年运行以保证制冷和降温需求，而在其运行期间存在实际负荷要小于设计值，导致输送系统存在较高的能耗。针对这一问题提出可以通过使用二次泵变流量空调水系统节能改造中央空调系统。这一方案将空调系统的水环路分为冷源侧和负荷侧，前者多采用普通的定流量泵用于克服水系统的阻力。而在负荷侧，可以按照室内实际的制冷需求对水流量进行精准调节和控制，通过使用多台普通的水泵或变频水泵实现水流量控制的目的。同时还应在冷源侧和负荷侧分界处设置平衡管以平衡水系统水量。此外，在选择设备期间，应根据实际需求在成本范围内选用自动化程度较高的设备，以满足对不同区域设备的综合控制，比如，在医院的ICU 设备机房或信息设备机房等区域可以增加多联机组，提高中央空调系统对区域的制冷和制热功能。

4.2 空调末端节能控制措施

1）扩大单台冷机的制冷范围。对于医院而言在5—9 月期间需通过中央空调控制系统进行供冷以保证环境的舒适性和温湿度控制要求。而在7—8 月，室外的温度比较高，医院高楼层的制冷压力增加。因此，在设计中央空调系统时应考虑这几个月内对医院不同楼层的制冷进行分区控制。而为了进一步扩大制冷机组的制冷范围，可使用DN250 的管道井连接空调系统的分水器和集水器。这样可以使病房的3 ～7 层在夏季最炎热的月份采取独自供冷，而在其余月份，可以通过控制共用系统的制冷机组以保证病房的制冷。这一方案的应用可有效改善单台制冷机的制冷范围和制冷效果。

2）清洗制冷主机。对医院中央空调系统运行期间冷凝器和蒸发器的运行情况进行分析，发现由于设备没有及时清洗，冷凝器的传热效果并不理想，这在一定程度上降低了冷水机组的运行效率。在制冷机组实际运行中，每年应至少对制冷主机和冷却塔进行一次清洗，并对其运行情况和填料片进行及时检修和更换，通过这一方式将冷凝器的温度控制在趋近为1.4 ～1.7 ℃时，这将会提高换热器的换热效率，减少空调系统的制冷耗能。

3）气候补偿控制。在对医院中央空调系统的节能改造过程中，通过引入气候补偿器来感应外界温度变换，同时利用智能化控制来调节供回水的流速及混合比例，以达到对不同空调系统和室内环境的自动控制和精准控制的目的。此外，这一方案可根据气候季节和温度变化情况，适当对室内温度补偿，在满足了制冷和供暖需求的同时，可以避免空调系统的不必要运行，以达到对能耗和运行成本的精准把控。

4.3 提高能源输送效率

对于当前医院中央空调的应用情况分析，发现设备内部部件功率对空调整体运行的换热效率存在影响。为了提高整体运行的换热效率，将设备的水泵轴以及风机的功率提高。在对这一部分进行节能改造时，可采取的方法有减小流量、控制流速或使用更高比热容的介质等。

1）减小流量。这一整改思路的重点是改善温差，可以通过控制水的流量和系统送风量来实现。医院中央空调系统的冷却水和冷冻水之间的温差约为5 ℃。应通过流量控制将其调整为8 ℃，同时控制送风的温差为10 ℃左右，这样可以节约设备运行的能耗，增加系统运行稳定性。此外，在医院空调系统设计时，还应当根据医院各区域的具体需要，合理地选择管径比较小的水管和风管，以确保管道的正常运行和使用寿命。

2）控制流速。为保证空调系统的顺利运行，应在满足医院室内空气质量的基础上合理地控制介质流速，在保证参数安全的前提下适当降低流速，确保空调系统的平稳运行。这一方案可降低中央空调系统运行过程中的循环水泵的电耗，更好地保证机组搞笑稳定运行。

3）选用高比热容介质。高比热容的介质在相同的制冷量下所需的能量较少，在一定程度上可以减少供冷能耗，降低运行成本。以水冷空调为例，相较于传统制冷剂空调，不仅可以降低能源消耗，同时也避免了传统空调设备运行释放的氟利昂等有害气体，减少环境污染。同时对于设备本身而言，水冷空调设备不容易受制冷剂的腐蚀，在一定程度上保证了设备运行的寿命。

5 结语

医院作为具有特殊功能的建筑，在进行节能改造的过程中应当结合其具体场所进行具体分析，做好中央空调控制的区域化、合理化和科学化。同时，能耗管理作为医院节能的一项系统工程，其关键是要做好开源节流的工作，所以针对医院中央空调的设计及节能改造应进行科学合理评估，在符合性能需求上可进行一定的回收再利用，以达到节约资源的目的。最后，针对医院中央空调系统整体的节能改造，应选择适合医院自身发展的节能措施和方案展开研究，通过科学管理、反复实践以达到降低医院空调能耗的效果。