張抗，楊孝鵬，張勇合肥工業(yè)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院

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利辛縣人民醫(yī)院新區(qū)中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

張抗，楊孝鵬，張勇
合肥工業(yè)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院

摘要：中央空調(diào)系統(tǒng)能耗約占建筑能耗的40％，為節(jié)約能源以及合理的利用能源，本文對利辛縣人民醫(yī)院新區(qū)中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、應(yīng)用進(jìn)行分析。將空調(diào)系統(tǒng)逐時(shí)冷負(fù)荷的綜合最大值作為空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備裝機(jī)容量的選型依據(jù)，降低了系統(tǒng)的裝機(jī)容量，系統(tǒng)采用地下水地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)，地下水潛水泵采用大溫差變頻控制，末端循環(huán)水采用二級泵系統(tǒng)，降低了水泵輸送能耗。

關(guān)鍵詞：中央空調(diào)；地下水地源熱泵；二級泵系統(tǒng)；節(jié)能

1　項(xiàng)目概述

安徽省利辛縣人民醫(yī)院新區(qū)位于該縣城工業(yè)園新區(qū)淝河大道中段和文州大道交叉處，是一所集醫(yī)療、教學(xué)、科研、康復(fù)、保健、預(yù)防和急救為一體的二級甲等綜合性醫(yī)院。項(xiàng)目占地面積115.3畝，總建筑面積97584m2，可提供床位1300張，新區(qū)分兩期建設(shè)，一期建筑面積64618m2，其中2#病房樓建筑面積20133m2；門診樓及醫(yī)療街建筑面積17070m2；醫(yī)技樓建筑面積19067m2；急診及行政樓建筑面積8348m2，根據(jù)業(yè)主要求并考慮初期建設(shè)投資及市政設(shè)施未來的發(fā)展，空調(diào)冷、熱負(fù)荷用量僅考慮一期工程建設(shè)的需要，二期工程空調(diào)冷、熱源單獨(dú)建設(shè)。

2　能源利用分析

本工程設(shè)計(jì)時(shí)其周邊的基礎(chǔ)設(shè)施、能源供應(yīng)條件均不完善，沒有燃?xì)夤芫W(wǎng)、熱力管網(wǎng)及其它可利用的能源，項(xiàng)目周邊僅有一路10KV高壓電源可接入，空調(diào)的用能形式非常單一，空調(diào)冷、熱源只能采用電能解決。

工程設(shè)計(jì)前期，考慮到安徽省采用蓄冷、蓄熱技術(shù)的優(yōu)惠電價(jià)與商業(yè)電價(jià)比約為1:4，其經(jīng)濟(jì)性較直接采用電制冷機(jī)要好，最主要是能解決冬季的供熱問題，空調(diào)設(shè)計(jì)采用冰蓄冷和電蓄熱的冷、熱源形式，但在實(shí)施過程中，因安徽省電力公司要求按空調(diào)設(shè)計(jì)日計(jì)算負(fù)荷的60％蓄能，其蓄冷、蓄熱設(shè)備用房面積太大，設(shè)備初投資回收期較長，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較不采用蓄冷、蓄熱技術(shù)。另外，項(xiàng)目所在地地處淮河流域，冬季溫度較低且濕度較大，采用風(fēng)冷熱泵機(jī)組，冬季效果較差，室內(nèi)溫度波動(dòng)較大，不利于病人的康復(fù)。結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡叵滤Y源較為豐富條件，并考慮安全、可靠、合理利用地下水資源，設(shè)計(jì)前，建議業(yè)主對地下水資源的開采利用進(jìn)行分析論證，并提供相關(guān)的測試參數(shù)。經(jīng)水資源論證分析，地下水水質(zhì)、水量和水溫均能滿足工程設(shè)計(jì)要求，并能保證開采利用的地下水100％同層回灌且不受污染，確定采用地下水地源熱泵系統(tǒng)來解決。

地下水地源熱泵系統(tǒng)的技術(shù)應(yīng)用符合國家相關(guān)節(jié)能減排政策，也符合安徽省地方有關(guān)的規(guī)定和要求，是安徽省可再生能源應(yīng)用推廣的適宜性技術(shù)之一，此技術(shù)的利用，既解決本工程供冷、供熱需求，也達(dá)到了節(jié)能減排的目的。

3　技術(shù)特色

3.1合理計(jì)算空調(diào)負(fù)荷及設(shè)備裝機(jī)容量，降低運(yùn)行能耗和建設(shè)費(fèi)用

本工程各單體空調(diào)冷、熱負(fù)荷設(shè)計(jì)計(jì)算值分別為：2#病房樓冷負(fù)荷2011kW，熱負(fù)荷1387kW；門診樓及醫(yī)療街樓冷負(fù)荷1544kW，熱負(fù)荷938kW；醫(yī)技樓冷負(fù)荷1890kW，熱負(fù)荷1292kW；急診及行政樓冷負(fù)荷1442kW，熱負(fù)荷965kW；空調(diào)系統(tǒng)總計(jì)算冷負(fù)荷6887kW，計(jì)算熱負(fù)荷4582kW。通過對各單體建筑空調(diào)逐時(shí)冷負(fù)荷表的分析計(jì)算，確定空調(diào)系統(tǒng)逐時(shí)冷負(fù)荷的綜合最大值為6354kW，并作為空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備裝機(jī)容量的選型依據(jù)，降低了空調(diào)主機(jī)設(shè)備、空調(diào)循環(huán)水泵、潛水泵等設(shè)備的裝機(jī)容量，減少了設(shè)備的運(yùn)行能耗和輸送能耗，也降低了設(shè)備和管網(wǎng)的建設(shè)費(fèi)用。

不同單體逐時(shí)冷負(fù)荷見以下圖表，其中2#病房樓和急診具有夜間冷負(fù)荷：

表1　2#病房樓逐時(shí)冷負(fù)荷表

表2　門診樓及醫(yī)療街逐時(shí)冷負(fù)荷表

表3　醫(yī)技樓逐時(shí)冷負(fù)荷表

表4　急診及行政樓逐時(shí)冷負(fù)荷表

表5　綜合逐時(shí)總冷負(fù)荷表

3.2合理利用地下水地源熱泵系統(tǒng)，降低空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用，達(dá)到節(jié)能減排目的

根據(jù)水資源論證報(bào)告（由業(yè)主委托相關(guān)資質(zhì)單位編制），項(xiàng)目所在地的地下水資源較為豐富，潛水單井出水量可達(dá)500-1000m3/d，承壓水單井出水量為1000-3000m3/d，屬地下水資源較發(fā)達(dá)地區(qū)，地下水溫度18-21℃，水質(zhì)滿足水源熱泵機(jī)組直接使用條件，開采和利用的價(jià)值較高。

根據(jù)水資源論證報(bào)告建議，結(jié)合本工程空調(diào)設(shè)計(jì)負(fù)荷特點(diǎn)，以夏季空調(diào)系統(tǒng)逐時(shí)冷負(fù)荷的綜合最大值作為計(jì)算熱源井（井?dāng)?shù)量、井總流量等參數(shù)）的依據(jù)，設(shè)計(jì)井深約150m左右，夏季制冷時(shí)取地下水溫差為14℃，系統(tǒng)最大需水量為490m3/h，冬季供暖時(shí)取地下水溫差為12℃，系統(tǒng)最大需水量為412m3/h，單井出水量按70m3/h計(jì)，單井真空回灌量按30m3/h計(jì)，共設(shè)計(jì)8口開采井（7用1備）和20口回灌井?dāng)?shù)（18用2備），為避免取水井與回灌井串通，并保證有效的取水和回灌，結(jié)合場地條件，按井間最小距離25m設(shè)計(jì)水井位置。本工程抽水目的層是第四系更新統(tǒng)承壓水含水層，同層回灌。

根據(jù)系統(tǒng)性能檢測報(bào)告（由業(yè)主委托安徽省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院編制），本工程夏季制冷系統(tǒng)能效比為3.82，冬季制熱系統(tǒng)能效比為3.31，均遠(yuǎn)高于《可再生能源建筑應(yīng)用工程評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》[1]中的制冷系統(tǒng)能效比3.10和制熱系統(tǒng)能效比2.50的規(guī)定值，達(dá)到較高的節(jié)能效果，實(shí)現(xiàn)了減排目的。

3.3合理的空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)，降低空調(diào)循環(huán)水泵和潛水泵的運(yùn)行能耗

本制冷制熱機(jī)組主要為2#病房樓、門診樓及醫(yī)療街、醫(yī)技樓冷和辦公科研樓等4個(gè)單體建筑提供空調(diào)冷、熱源，制冷（熱）機(jī)房距空調(diào)水系統(tǒng)最不利點(diǎn)管線總長度約900米，經(jīng)水力計(jì)算，一次側(cè)水系統(tǒng)阻力約12m,二次側(cè)最不利環(huán)路水系統(tǒng)阻力約20m，二次側(cè)最小阻力環(huán)路水系統(tǒng)阻力約17m，通過計(jì)算分析，一次側(cè)與二次側(cè)空調(diào)水系統(tǒng)阻力存在較大差異，二次側(cè)不同空調(diào)水系統(tǒng)各環(huán)路間阻力基本相同，采用二級泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有較好的節(jié)能效果，考慮到各環(huán)路阻力基本相同，二級泵采用集中合用水泵以滿足系統(tǒng)的流量變化，二次泵臺數(shù)根據(jù)單臺水泵滿足夜間負(fù)荷流量設(shè)置（主要為病房樓和急診部分）。地下水井側(cè)夏季采用14℃和冬季采用12℃的大溫差設(shè)計(jì)，減小地下水的設(shè)計(jì)流量，有利于取水、回灌和水資源保護(hù)，潛水泵采用變頻（溫差）控制，降低了水泵輸送能耗和管網(wǎng)建設(shè)費(fèi)用。

3.4運(yùn)行策略

為保證空調(diào)二級泵系統(tǒng)的高效節(jié)能運(yùn)行，必須要解決好主機(jī)、一級泵和二級泵間的啟停變化和運(yùn)行策略，應(yīng)進(jìn)行合理的系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本工程的空調(diào)水系統(tǒng)供回水管路上設(shè)置了溫度、壓力、流量、流量開關(guān)、壓差控制等監(jiān)測儀表和傳感設(shè)施，通過采集數(shù)據(jù)并分析計(jì)算可實(shí)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)的高效節(jié)能運(yùn)行。

本工程主機(jī)和一級泵采用負(fù)荷控制法進(jìn)行臺數(shù)控制，根據(jù)供回水干管的溫度傳感器和回水干管上的流量傳感器的數(shù)據(jù)訊號，得出即時(shí)冷（熱）量值與設(shè)定值比較，以啟停冷（熱）水主機(jī)和對應(yīng)的一級泵。二級泵采用壓差變頻空制，用戶負(fù)荷側(cè)變化時(shí)，根據(jù)供回水干管上設(shè)置的壓差傳感器調(diào)整二級變頻泵的運(yùn)行頻率，得到與負(fù)荷匹配的流量與揚(yáng)程，并根據(jù)供水干管上的流量傳感器的數(shù)據(jù)訊號調(diào)整二級變頻泵的運(yùn)行臺數(shù)，得到與負(fù)荷匹配的流量與揚(yáng)程。地下水潛水泵采用溫差變頻控制，負(fù)荷變化時(shí)，根據(jù)供回水干管上設(shè)置的溫度傳感器調(diào)整潛水變頻泵的運(yùn)行頻率，得到與負(fù)荷匹配的流量與揚(yáng)程，同時(shí)，為保證主機(jī)所需的最小流量值，設(shè)定潛水變頻泵的最小運(yùn)轉(zhuǎn)頻率，并根據(jù)供水干管上的流量開關(guān)與主機(jī)聯(lián)鎖控制以保證主機(jī)所需的最小流量。

4　綜合效益

項(xiàng)目一期工程建成投入使用后，已實(shí)現(xiàn)年門急診量約50余萬人次，出院病人5.6萬人次，完成各類手術(shù)約1.2萬臺，為該縣及附近縣區(qū)的病人提供了較好的醫(yī)療條件和健康保障。根據(jù)安徽省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院（安徽省可再生能源能效測評機(jī)構(gòu)）出具的能效測評報(bào)告，可實(shí)現(xiàn)二氧化碳減排量達(dá)2416.74噸/年，二氧化流減排量達(dá)19.57噸/年，煙塵減排量達(dá)9.78噸/年，全年常規(guī)能源替代量達(dá)978.44噸標(biāo)煤，年節(jié)約費(fèi)用141.5萬元，取得了很好的經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)境效益。同時(shí)，該項(xiàng)目被評為安徽省可再生能源應(yīng)用示范項(xiàng)目，并獲得400萬元國家專項(xiàng)節(jié)能補(bǔ)助資金。

參考文獻(xiàn)：

[1]《可再生能源建筑應(yīng)用工程評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50801-2013）.北京：中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，2012，12.

CENTRAL AIR-CONDITIONGING SYSTEM DESIGNING ANALYSIS OF LIXIN COUNTY PEOPLE’S HOSPITAL

ZHANG Kang,YANG Xiao-peng,ZHANG Yong
HFUT Institute of Architectural Design

Abstract:Central air-conditioning system energy consumption accounts for about 40％of building energy consumption,to save ener-gy and rational use of energy,this paper analyzes the design and appli-cation of central air-conditioning system of Lixin County People's hospital.Will hourly air conditioning system cooling load of the com-posite maximum as the equipment in air conditioning system installed the basis for the selection of installed capacity,reduce the installed ca-pacity of the system,the system uses the groundwater source heat pump air conditioning system,groundwater submersible pump with frequency conversion control,large temperature difference,at the end of the circulating water using a secondary pump system,reduce the pump conveying energy consumption.

Keywords:central air- conditioning；groundwater heat pump；Two stage pump system；energy conservation