丁 燕

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溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)在醫(yī)院改造項(xiàng)目中的應(yīng)用分析

丁 燕

（悉地國際設(shè)計(jì)顧問有限公司 上海 200433）

通過實(shí)例介紹了基于溶液除濕方式的溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)在醫(yī)院改造項(xiàng)目中的應(yīng)用。重點(diǎn)說明了冷熱源的選擇，新風(fēng)機(jī)組選型原則，末端干盤管供回水溫度的確定，以及在設(shè)計(jì)過程中需要重點(diǎn)關(guān)注的問題，并指出了溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)在醫(yī)院改造項(xiàng)目中具有較好的經(jīng)濟(jì)性和適用性。

溶液除濕新風(fēng)機(jī)組；溫濕度獨(dú)立控制；醫(yī)院空調(diào)；節(jié)能

0 引言

隨著新的醫(yī)療技術(shù)對(duì)醫(yī)院建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)要求的提高，同時(shí)為了更好的滿足病人對(duì)于就醫(yī)環(huán)境需求，全國各地都在對(duì)一些老舊醫(yī)院進(jìn)行系統(tǒng)改造，改善醫(yī)療服務(wù)設(shè)施，提高醫(yī)技水平，從而更好地滿足社會(huì)需求。醫(yī)院屬于全年24小時(shí)運(yùn)行空調(diào)的公共建筑，其空調(diào)耗電量往往會(huì)占總用電量的60%以上[1]，已經(jīng)成為單位面積能耗最大的公共建筑之一，因此在進(jìn)行醫(yī)院改造過程中，空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)既要滿足醫(yī)院環(huán)境舒適性的提升需求，同時(shí)也要考慮如何實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行。與傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)形式相比，溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)通過對(duì)溫度和濕度分別調(diào)節(jié)，較大程度地降低空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行能耗，同時(shí)提高室內(nèi)空氣品質(zhì)，因此被越來越多地應(yīng)用到醫(yī)院項(xiàng)目空調(diào)系統(tǒng)中。本文介紹了溶液除濕新風(fēng)機(jī)組+干工況運(yùn)行風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)在上海市某康復(fù)醫(yī)院改造項(xiàng)目中的應(yīng)用，重點(diǎn)分析了冷熱源的選擇，新風(fēng)量取值計(jì)算，溶液調(diào)濕新風(fēng)機(jī)組的設(shè)計(jì)選型要點(diǎn)，室內(nèi)末端干式風(fēng)機(jī)盤管供回水溫度確定等問題。

1 溶液除濕溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)的介紹

空調(diào)系統(tǒng)的濕負(fù)荷是冷負(fù)荷的重要組成部分，在夏熱冬冷地區(qū)的許多城市夏季平均相對(duì)濕度較高，傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)一般采用通過7℃低溫水的冷凝除濕方法除去室內(nèi)潛熱和顯熱負(fù)荷，采用這種方式除濕要求冷源溫度低于空氣的露點(diǎn)溫度，使得本可以采用高溫冷源排走的顯熱負(fù)荷，卻與除濕一起共用7℃的低溫冷源進(jìn)行處理，造成了能量利用品位上的浪費(fèi)[2]。與此同時(shí)，冷凝除濕方式產(chǎn)生的潮濕表面成為霉菌等生物污染物繁殖的良好場所，使得醫(yī)院這類對(duì)于細(xì)菌病毒控制本來就有較高要求的場所嚴(yán)重影響室內(nèi)空氣品質(zhì)。溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)能夠較好的解決上述問題，其系統(tǒng)運(yùn)行的基本原理是：采用溶液除濕型新風(fēng)處理機(jī)組獨(dú)立承擔(dān)室內(nèi)所有的濕負(fù)荷，室內(nèi)末端的風(fēng)機(jī)盤管為干工況運(yùn)行, 實(shí)現(xiàn)溫度、濕度的獨(dú)立控制。空氣處理過程見圖1。

圖1 空氣處理過程

2 工程概況

本工程位于上海市，原設(shè)計(jì)使用功能為辦公樓，改造后成為一所集康復(fù)，理療，教學(xué)，培訓(xùn)等功能于一體二級(jí)康復(fù)醫(yī)院?？偨ㄖ娣e19273.75m2，建筑高度為22.4m，其中地下一層為機(jī)動(dòng)車停車庫，一層為住院大廳及康復(fù)理療區(qū)，二層為辦公區(qū)以及醫(yī)技區(qū)，三層至六層為病房區(qū)。醫(yī)院立面見圖2。

圖2 康復(fù)醫(yī)院立面圖

3 空調(diào)系統(tǒng)形式的確定

該項(xiàng)目規(guī)模屬于中小型建筑，同時(shí)又是改造項(xiàng)目，不具備增設(shè)大型機(jī)房的條件，為了簡化系統(tǒng)形式，因地制宜采用空氣源熱泵機(jī)組作為空調(diào)系統(tǒng)冷熱源。主機(jī)位于六層樓屋面。空調(diào)末端采用預(yù)冷型溶液除濕新風(fēng)處理機(jī)組+干式風(fēng)機(jī)盤管的系統(tǒng)形式，夏季工況下室外新風(fēng)由空氣源熱泵機(jī)組提供高溫冷水（14℃/19℃）降溫除濕后，再進(jìn)入溶液調(diào)濕單元進(jìn)一步除濕，達(dá)到送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)。冬季工況下，室外新風(fēng)由空氣源熱泵機(jī)組提供的熱水（40℃/45℃）加熱后，再進(jìn)入溶液調(diào)試單元，通過溶液與熱空氣接觸，溶液吸收空氣熱量而釋放水分，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)新風(fēng)的加熱加濕?？照{(diào)水系統(tǒng)原理見圖3。

圖3 空調(diào)水系統(tǒng)原理圖

4 溶液調(diào)濕新風(fēng)機(jī)組的設(shè)計(jì)選型要點(diǎn)

4.1 空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)量的確定

由于現(xiàn)行國家規(guī)范沒有很細(xì)地規(guī)定醫(yī)院的新風(fēng)量，大多數(shù)設(shè)計(jì)師都是參照賓館每人30m3/h的量計(jì)算，而實(shí)際上由于醫(yī)院的特殊使用性質(zhì)，與其他類型的建筑相比，室內(nèi)人員密集、異味較重，由于衛(wèi)生清潔消毒所導(dǎo)致的室內(nèi)產(chǎn)濕量較大，因此醫(yī)院建筑對(duì)新風(fēng)的實(shí)際需求遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于該數(shù)值。對(duì)于病房等人員相對(duì)穩(wěn)定的房間新風(fēng)量的確定可按照人員新風(fēng)量計(jì)算，同時(shí)需要考慮人員數(shù)量的適當(dāng)增加，對(duì)于大空間和診室等人員不確定的場所，新風(fēng)量的確定可參考《綜合醫(yī)院建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》（送審稿）相關(guān)規(guī)定按照換氣次數(shù)計(jì)算。

4.2 溶液調(diào)濕新風(fēng)機(jī)組的設(shè)計(jì)選型

在溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)中，新風(fēng)量取值應(yīng)該滿足以下兩者的較大值：

（1）滿足人員衛(wèi)生要求的最低新風(fēng)量。

（2）滿足除濕要求的新風(fēng)量。

溶液除濕新風(fēng)機(jī)組的送風(fēng)濕度與室內(nèi)濕負(fù)荷之間的關(guān)系為：

=-WG（1）

式中，為新風(fēng)送風(fēng)含濕量，g/kg干空氣；為室內(nèi)設(shè)計(jì)含濕量，g/kg干空氣；W為室內(nèi)總的濕負(fù)荷，g/h；為滿足人體衛(wèi)生要求的最小新風(fēng)量，m3/h；為空氣密度，kg/m3。

由式（1）先計(jì)算得到新風(fēng)送風(fēng)含濕量，若送風(fēng)含濕量在溶液調(diào)濕新風(fēng)機(jī)組的處理能力范圍之內(nèi)，則直接選擇該風(fēng)量的新風(fēng)機(jī)組即可；若送風(fēng)含濕量低于機(jī)組所能處理的參數(shù)范圍，則說明新風(fēng)量無法滿足除濕要求，須適當(dāng)增大新風(fēng)量，再按式（1）重新計(jì)算送風(fēng)含濕量直至達(dá)到機(jī)組送風(fēng)參數(shù)范圍之內(nèi)。

以三層標(biāo)準(zhǔn)病房層為例，室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)為干球溫度25℃，相對(duì)濕度55%，室內(nèi)空氣含濕量10.9g/kg干空氣。該層室內(nèi)計(jì)算濕負(fù)荷為16.8kg/h，滿足人員衛(wèi)生要求的總新風(fēng)量為8630m3/h，試選2臺(tái)額定風(fēng)量為4500m3/h的預(yù)冷型溶液調(diào)濕新風(fēng)機(jī)組。根據(jù)式（1）校核滿足室內(nèi)除濕要求的送風(fēng)含濕量為9.44g/kg干空氣。根據(jù)相關(guān)設(shè)備廠家的技術(shù)資料，溶液調(diào)濕新風(fēng)機(jī)組的送風(fēng)參數(shù)范圍為：冷卻除濕工況7.0～12g/kg干空氣，除濕需求的送風(fēng)含濕量在機(jī)組的處理范圍內(nèi)，該新風(fēng)量可滿足除濕要求，最后確定該病房層選擇2臺(tái)額定風(fēng)量為4500m3/h的預(yù)冷型溶液調(diào)濕新風(fēng)機(jī)組。醫(yī)院其他樓層區(qū)域空調(diào)新風(fēng)系統(tǒng)計(jì)算方式與此類似。

5 末端干盤管供回水溫度的確定

采用溶液調(diào)濕新風(fēng)系統(tǒng)，房間的濕負(fù)荷全部由新風(fēng)機(jī)組承擔(dān)，室內(nèi)末端風(fēng)機(jī)盤管僅須處理室內(nèi)顯熱負(fù)荷，因此可以實(shí)現(xiàn)盤管的干工況運(yùn)行。干盤管供回水溫度的確定需要考慮多種因素，文獻(xiàn)[6]通過理論計(jì)算得出干盤管進(jìn)水溫度可以低于風(fēng)機(jī)盤管進(jìn)風(fēng)露點(diǎn)溫度2.5～3.5℃。文獻(xiàn)[7]通過理論計(jì)算及試驗(yàn)研究認(rèn)為干式風(fēng)機(jī)盤管的冷水溫度可以比室內(nèi)空氣露點(diǎn)溫度低2.5～6.5℃。而文獻(xiàn)[8，9]作者認(rèn)為在盤管的表面溫度高于處理空氣的露點(diǎn)溫度的條件下，盤管無冷凝水出現(xiàn)，可實(shí)現(xiàn)干工況運(yùn)行。因此，冷凍水進(jìn)水溫度的確定一方面需要考慮滿足風(fēng)機(jī)盤管干工況運(yùn)行，防止出現(xiàn)冷凝水的要求，另一方面也要考慮充分利用風(fēng)機(jī)盤管的冷卻能力，盡量減少干盤管的尺寸和造價(jià)。本工程空調(diào)室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)為25℃，相對(duì)濕度55%，對(duì)應(yīng)的空氣露點(diǎn)溫度為15.3℃，綜合兩方面因素，同時(shí)借鑒參考文獻(xiàn)研究的結(jié)論以及相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，干盤管的供回水溫度取14/19℃，進(jìn)水溫度低于室內(nèi)空氣露點(diǎn)溫度1.3℃，基本可保證室內(nèi)風(fēng)機(jī)盤管干工況運(yùn)行，同時(shí)又兼顧干盤管選型的經(jīng)濟(jì)性。

6 設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

（1）空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中計(jì)算負(fù)荷時(shí)需要分別計(jì)算室內(nèi)的顯熱負(fù)荷和濕負(fù)荷，以便于準(zhǔn)確選用新風(fēng)機(jī)組和末端盤管型號(hào)；冷熱源容量應(yīng)按照室內(nèi)總顯熱負(fù)荷為依據(jù)來進(jìn)行選型。

（2）干式風(fēng)盤的運(yùn)行可提高送風(fēng)溫度，使室內(nèi)人員不易有吹冷風(fēng)感，同時(shí)避免出現(xiàn)冷凝水，最大程度減少霉菌的滋生，改善室內(nèi)空氣的品質(zhì)，但選擇風(fēng)盤時(shí)不能套用常規(guī)設(shè)備樣本提供的冷量計(jì)算盤管面積，需根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行校核計(jì)算。還需要指出的是，雖然理論上干盤管運(yùn)行時(shí)無冷凝水產(chǎn)生。但是，考慮空調(diào)系統(tǒng)啟動(dòng)過程中室內(nèi)濕度較大，新風(fēng)機(jī)組可能存在的故障和檢修，以及部件接頭可能漏水等因素，干盤管機(jī)組仍應(yīng)保留凝水盤以及冷凝水管的設(shè)置，從而最大程度保證系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

（3）有條件的情況下，新風(fēng)機(jī)組應(yīng)盡可能采用排風(fēng)熱回收技術(shù)，利用鹽溶液（如LiBr或者LiCl)）在排風(fēng)與新風(fēng)之間傳遞能量，這樣既回收了排風(fēng)的能量，又避免了新排風(fēng)之間交叉感染的問題。

（4）溶液調(diào)濕新風(fēng)機(jī)組由于設(shè)置有溶液調(diào)試段和再生段，機(jī)組體積較普通空調(diào)新風(fēng)機(jī)組大，且必須落地安裝，因此在設(shè)計(jì)前期階段就應(yīng)該充分考慮空調(diào)機(jī)房的面積，層高，荷載等需求。

7 結(jié)論

基于溶液除濕技術(shù)的溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)在系統(tǒng)運(yùn)行節(jié)能性方面具有很大的優(yōu)勢，同時(shí)室內(nèi)干盤管的設(shè)置對(duì)于抑制細(xì)菌等微生物滋生，提高室內(nèi)空氣品質(zhì)提供了有利條件，因此在醫(yī)院改造工程項(xiàng)目中具有廣泛的應(yīng)用前景。

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Analysis on Design of Liquid Desiccant based Temperature and Humidity Independent Control Air-conditioning System in a Hospital

Ding Yan

( CCDI GROUP’, Shanghai, 200433 )

Introduce a design of liquid desiccant based temperature and humidity independent control air-conditioning system in a hospital. The new air volume index, the dry coil design for recycle water temperature and other attention-worthy tips of the system are introduced in detail. At the same time this paper gives a concluding that the temperature and humidity independent control air conditioning is quite economical and applicable in hospital.

THIC; Liquid desiccant dehumidification; Air conditioning system in hospital; energy saving

1671-6612（2016）05-549-03

TU831

A

2015-08-27

作者（通訊作者）簡介：丁 燕（1977-），女，碩士，工程師，E-mail：ding.yan@ccdi.com.cn