医院建筑冷源选用与配置

　　摘要：文章提出了大中型医院空调冷源选用与配置的一般原则，并针对医院业主一般较为偏重的样本的性能系数与价格现状，以理论结合实际案例进行了分析。

　　关键词：医院建筑；空调冷源；选用与配置

　　医院建筑不仅使用功能复杂、安全性要求高，而且是耗能最大的公共建筑之一。其中用于控制医院环境的空调能耗通常占总能耗的一半以上，空调冷热源是集中式空调系统的关键设备，因冷热源形式的不同，其造价和运行能耗的差别很大。医院建筑如何选择冷热源组合方案，达到技术经济环境等综合最优化，是一个值得探讨的课题。一般来说，其要根据建筑物的空调规模、用途、冷热负荷量与特点，所在地区气象条件，能源结构、政策、价格以及当地环保规定等因素来综合考虑。

　　一、大中型医院空调冷源配置一般原则

　　（一）空调冷源分类

　　大、中型医院常用的空调冷源，按制冷原理主要分为蒸汽压缩式制冷机和吸收式制冷机。蒸汽喷射式制冷机现已很少使用，而蒸汽压缩制冷机有往复式（俗称活塞式）、螺杆式和离心式三种形式。吸收式制冷机常用溴化锂做吸收剂，常称为溴化锂吸收式制冷机，有蒸汽型、热水型和直燃型。按能量利用方式又分单冷型、热泵型、热回收型以及单冷与冰蓄冷双功能型。按冷凝器冷却方式还可分为风冷式和水冷式。

　　现在制冷机为了便于设计选用与运行管理方便，常做出冷（热）水机组的形式，如常用的水冷型离心式冷水机组、风冷型热泵机组等。

　　（二）选用与配置的原则

　　第一，一般来说，电压缩式冷水机组的性能系数（COP）高于吸收式冷水机组，如当地供电不紧张时，从性能系数比较来考虑，应优先选用压缩式冷水机组。大型医院建筑空调系统应以离心式冷水机组为主，中型医院建筑空调系统应以螺杆式冷水机组为主。

　　第二，考虑建筑全年空调负荷分布规律和制冷机部分负荷下的调节特性，合理选择冷水机组的形式、台数和调节方式，提高供冷系统在部分负荷下的运行效率，以有效降低医院全年总能耗。

　　第三，若当地供电紧张，有热电站供热或有足够的冬季供暖锅炉，特别是有废热、余热可以利用时，应优先选用溴化锂吸收式冷水机组；当地供电紧张且夏季供应优惠价的天然气，同时技术经济比较合理时可选用直燃式溴化锂吸收式冷水机组。

　　第四，直燃式溴化锂吸收式冷水机组与蒸汽／热水型溴化锂吸收式冷水机组相比，具有许多优点，因此在同等条件下特别是有廉价天然气可以利用时，应优先选用，一般情况下宜选用冷热型机组。

　　第五，选用风冷还是水冷的机组须因地制宜，因工程而异。一般大型工程宜选用水冷机组，小型工程或缺水地区宜选用风冷机组。

　　第六，选择冷热源应考虑医院建筑负荷特点与科室同时使用系数，冷水机组要有很好的部分负荷特性和多档负荷调节能力。冷水机组一般选用2~4台（中小型医院选2台，大型医院选3台，超大型医院选4台）。机组之间考虑互为备用和轮换运行的可能性，从便于维护管理的角度，宜选用同类型同规格的机组，从节能角度，可选用不同类型、不同容量机组组合的搭配方案。

　　第七，当供电部门给以较大的峰谷差优惠政策，且条件允许时可积极推广蓄冷空调和低温送风或大温差供水系统相结合的空调系统，以平衡供电峰谷差而获利。

　　第八，为保护大气臭氧层，在选用冷源设备时，应注意制冷机组所使用工质符合环保指标要求，积极采用CFC和HCFC的替代制冷剂。

　　二、大中型医院空调冷水机组选用

　　在合理确定空调冷源形式与配置后，医院业主往往会根据冷水机组样本上的性能系数（COP）高低来选用产品。冷水机组性能不仅仅体现性能系数，还涉及到蒸发器侧和冷凝器侧的参数，如水流量、进出水温以及阻力等。在样本上标出的性能系数（COP）是在国家标准工况下的检测值。国家标准工况是指冷冻出水7℃，污垢系数0.172m².℃/kw，冷凝侧冷却水出水温度35℃，冷却水回水温度30℃，污垢系数0.044m².℃/kw。由于各地医院地处气候条件不同以及运行工况不同，冷机的实际性能系数与样本上的性能系数不同。

　　医院地处的气候条件往往影响冷机的冷却水进出温度，而运行工况常常涉及冷冻水的进出温度。一般来说冷却水回水温度高于国标工况，冷冻水出水温度低于国标工况，则实际性能系数低于样本上的性能系数，反之亦然。大致冷却水回水温度每上升1℃，机组效率会下降约3%。大致冷冻水出水温度每提高1℃，机组效率会上升约3%。有的厂商过分强调机组的部分负荷性能值（IPLV），这是美国制冷协会（ARI）基于单台冷水机的以100%、75%、50%和25%的4个部分负荷效率的平均值的一种表示方法。但是医院配置的冷机实际往往是多台，运行策略也不同，部分负荷性能值（IPLV）可以体现单台运行，难以正确反映多台运行。

　　三、大中型医院建筑冷源选用实例

　　上海市某医院新建门诊医技楼和病房大楼主要分为病房、门诊、急诊和医技4大部门。病房主楼地上15层，建筑高度59.99m，门诊医技楼9层，建筑高度36.3m，总建筑面积87100㎡，地下部分32000㎡，地上部分55100㎡。医院关键科室为洁净手术部、ICU、DSA、静脉配置中心、中心供应、门急诊手术，对温湿度、洁净度和压力控制有一定要求，其他区域为舒适性空调。

　　由于该医院地处上海，根据上述选用原则，采用水冷式的电压缩式冷水机组。设计工况的冷机冷却水出水温度为37℃，冷却水回水温度调节为32℃，不同于国标工况，在上海的冷机实际性能系数低于样本上的性能系数。由于医院建筑高峰负荷高，考虑到离心式冷水机组的制冷量大，制冷效率高，能较为合理利用能源，经常被大、中型医院建筑所采用，但大、中型医院昼夜负荷差异大，季节负荷差异也大，全年有较大部分时间（如夜间、周末或过渡季节）处于较低负荷。如均配备大型离心式冷机有可能在较多时间处于低负荷下运转，不仅运行效率降低，还易发生喘振，而螺杆式冷水机组的冷量衰减程度小，运行平稳，且在冷负荷较小的工况下，运行效率较离心式冷机高，小流量时也不会出现离心式冷机的喘振。因此大、中型医院大多采用多台大离心机加一台小螺杆机的配置，显得较为经济、合理，性价比也较高，既保证运行效率又能避免喘振。

　　为此，该医院建筑的主体空调冷源采用3台2812.8kW/h（800RT）离心式冷机加1台1406.4kW/h（400RT）螺杆冷机的配置，冷冻出水温度7℃。这样的组合根据运行策略能提供14%、28%、42%、57%、71%、85%、100%这7种负荷搭配，实现了负荷灵活调节的功能，在低负荷时，空调系统也能够正常开启。

　　通常性能系数（COP）高的冷水机组价格必然高，其运行费用低，反之亦然。医院业主如何在机组全寿命周期内综合考虑机组性价比，选择较为合理的冷源配置方案，以达到较佳的初投资和运行费用？以上述冷源配置中2812.8kW/h（800RT）离心式冷机进行分析比较：

　　方案1选用性能系数COP=5.93（高于国家二级能效等级）的离心式冷机，但在上海设计工况实际性能系数COP=5.6。方案2选用性能系数COP=6.42（高于国家一级能效等级）的离心式冷机，但在上海设计工况实际性能系数COP=6.1。方案2的冷机比方案1贵1.7万。

　　使用计算软件计算该医院建筑的全年逐时负荷，空调系统运行时间从每年5月至每年10月，每天运行时间24小时。由全年逐时负荷计算供冷季冷源侧的全年运行能耗；然后根据冷源侧运行能耗与电力部门颁布的峰平谷电差价计算运行电费。比较各方案的技术性和经济性，最终合理选用冷源机组。

　　经过计算可得出两个方案的能效（图1）与运行费用（图2）。如将两个方案的能耗与运行费用合在一起做比较，可以看出方案2每年运行能耗较方案1节省4013.05kWh（31.8%），方案2每年运行费用较方案1节省4230.16元（5.5%）。

　　以设备使用的全寿命预期为15年计算，可见方案2的冷机的初投资较方案1多出的1.7万元，4年即可收回。

　　对以上实例计算结果的分析比较，对于冷水机组的价格和性能两个指标，要经过技术经济比较，才能确定性价比高的冷机。应推荐医院建筑选择COP较高的一级能效的设备，一般来说从提高能效节省的电费可以在较短时间回收价格差。

　　四、结束语

　　医院建筑空调冷源方案，各有优缺点，在选择方案时，不能只考虑冷机的性能（样本上的COP）与价格比，还应全面评估所在地区气象条件，能源的结构、政策、价格，当地的环保规定等因素，进行综合考虑，特别要考虑医院建筑负荷特点，才能选择最佳的冷热源组合方案，以达到技术、经济与环境等综合最优化。通常，应推荐医院建筑选择COP较高的一级能效的设备。

　　从一次能源使用的效率来看，医院建筑冷源形式中水冷离心冷机和螺杆冷机的配置方案效率较高。风冷冷源易受当地室外温湿度的影响，尤其在我国东南部，一次能源利用率较低。直燃机直接利用一次能源（燃气、燃油）进行制冷，节电不节能，一次能源利用率最低，且直燃机的冷却系统较其他冷水冷却系统更为庞大，导致直燃机能耗偏大。

　　相比油、气等其他能源来说我国电价较低，使得风冷冷源从年运行费用看还是较低；常规的水冷电动冷水机组在部分负荷性能较好，运行费用也较低；直燃机的年运行费用较高。

　　目前我国常规的电动冷水机组在医院建筑占有一定的优势，推荐使用，在电力资源紧缺，燃气或燃油充足的地区，直燃型溴化锂吸收式冷热水机有其优势，具有余热和废热的场合适合选用蒸汽型或热水型溴化锂吸收式机组。

　　参考文献

　　［1］魏建军.节点文献医院关键科室原有空调设施节能改造探讨［J］.中国医院建筑与装备，2008.5

　　［2］刘慧敏.医院空调冷源的选择［J］.中国医院建筑与装备，2003.

　　文|马静