朱竑錦

（上海建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200041）

0 引言

醫(yī)療技術(shù)通過多年的發(fā)展，取得了喜人的成績，然而許多老牌綜合醫(yī)院建造時(shí)間早，占地面積有限，經(jīng)過多年的運(yùn)營，硬件設(shè)施逐步老化，醫(yī)院引入新的醫(yī)療設(shè)備后，對(duì)相應(yīng)的場地、配套的機(jī)電設(shè)備有了新的要求，因此老的綜合醫(yī)院改擴(kuò)建成為當(dāng)今醫(yī)院建設(shè)的新挑戰(zhàn)。通過幾個(gè)上海地區(qū)醫(yī)院改擴(kuò)建中應(yīng)用的節(jié)能技術(shù)與大家探討。

1 改擴(kuò)建中的幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)

醫(yī)院各科室，對(duì)于房間的溫濕度、空氣潔凈度、壓差等均有不同的要求。這些不同的使用需求催生了多樣化的空調(diào)系統(tǒng)來保證實(shí)現(xiàn)不同的功能。

醫(yī)院引入新的醫(yī)療設(shè)備和工藝后，對(duì)相應(yīng)的場地、配套的機(jī)電設(shè)備都有了新的要求，從而促進(jìn)了機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的進(jìn)步和相應(yīng)技術(shù)的升級(jí)換代。

空調(diào)系統(tǒng)在醫(yī)院運(yùn)行中往往是用能大戶，一般占醫(yī)院能耗比約50%，甚至更高。降低空調(diào)系統(tǒng)的能耗，是節(jié)能改造的永恒的課題，也是空調(diào)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，因此要時(shí)刻了解和掌握行業(yè)新技術(shù)和產(chǎn)品的情況，加以正確使用，確保改造后系統(tǒng)能耗降低。

上海地區(qū)多數(shù)市區(qū)老牌三甲醫(yī)院場地空間非常有限，實(shí)施改擴(kuò)建，好比在螺螄殼中做道場，必須充分做好現(xiàn)場的勘察工作，充分利用已有的平面和空間實(shí)現(xiàn)精確設(shè)計(jì),發(fā)揮新系統(tǒng)的最大效果。

盡可能少影響甚至不影響醫(yī)院正常運(yùn)行，對(duì)此工期和進(jìn)度至關(guān)重要，這就要求參與工程的各個(gè)方面充分協(xié)商高度統(tǒng)一。

2 改造案例

2.1 上海復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院綜合樓手術(shù)部改造概況

改造區(qū)域位于醫(yī)院綜合樓的六至八層及八層上方的設(shè)備層。六至八層為凈化手術(shù)室（共23間手術(shù)室，其中2間百級(jí)其余萬級(jí)）及其輔房。此區(qū)域原空調(diào)水系統(tǒng)為四管制，冷源由大樓冷水機(jī)組和蒸汽雙效溴化鋰機(jī)組提供，冬季熱源及凈化空調(diào)箱再熱由鍋爐提供蒸汽經(jīng)汽水換熱后提供，在當(dāng)時(shí)這套系統(tǒng)是醫(yī)院設(shè)計(jì)的常規(guī)系統(tǒng)，此系統(tǒng)已經(jīng)運(yùn)行十多年(2002年投入運(yùn)行)，設(shè)備已經(jīng)老化，漏風(fēng)嚴(yán)重，影響潔凈手術(shù)部正常運(yùn)行，醫(yī)院決定進(jìn)行改造。

2.2 潔凈手術(shù)部負(fù)荷特殊性

手術(shù)室（非百級(jí)）夏季采用空調(diào)箱一次回風(fēng)，使用低溫的冷凍水通過換熱盤管將空氣進(jìn)行降溫除濕，然后為保證送風(fēng)溫濕度，再加熱到送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)。冬季，手術(shù)室使用前，室內(nèi)需要進(jìn)行供熱，在正常手術(shù)時(shí)隨著室內(nèi)熱量的增加，空調(diào)系統(tǒng)又需要切換到供冷、供熱同時(shí)存在的工況并配置加濕系統(tǒng)，因此潔凈手術(shù)部一年四季處于制冷、再加熱、制熱的特殊狀況。

2.3 改造方案

對(duì)整棟大樓空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行改造將會(huì)嚴(yán)重影響大樓的使用，對(duì)于正常運(yùn)營的醫(yī)院是不能接受的，且手術(shù)部相對(duì)重要，經(jīng)過反復(fù)協(xié)商后決定設(shè)置獨(dú)立的潔凈手術(shù)部空調(diào)系統(tǒng)并和大樓原有系統(tǒng)設(shè)置可切換的方案，這樣既能使用新系統(tǒng)，又有原系統(tǒng)作為備用，提高了手術(shù)部系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。

暖通技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展，現(xiàn)今多功能四管制熱泵即可通過熱回收技術(shù)實(shí)現(xiàn)同時(shí)制冷和制熱。其制熱是熱回收再利用，熱源相當(dāng)于免費(fèi)供應(yīng)，即僅消耗一份制冷的能量可得到同時(shí)冷、熱兩份能量的效果。

設(shè)計(jì)之初院方對(duì)采用多功能四管制風(fēng)冷熱泵提出幾個(gè)問題：

1)風(fēng)冷熱泵的運(yùn)行隨著室外環(huán)境溫度波動(dòng)而波動(dòng)，特別是冬季機(jī)組融霜時(shí)能否保證室內(nèi)溫度是一大疑問。

2)醫(yī)院場地有限很難找出熱泵機(jī)組及其配套水泵等的擺放位置。

3)手術(shù)部的負(fù)荷特點(diǎn)對(duì)于多功能四管制熱泵機(jī)組的性能要求很高，需滿足單獨(dú)制冷、制熱；同時(shí)制冷、制熱；當(dāng)冷熱負(fù)荷不平衡時(shí)也能滿足同時(shí)制冷和制熱。

針對(duì)上述問題，我們進(jìn)行了技術(shù)分析，對(duì)于夏熱冬冷地區(qū)，冬季熱負(fù)荷比夏季冷負(fù)荷小，選擇主機(jī)時(shí)以冷負(fù)荷為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)應(yīng)的機(jī)組熱負(fù)荷會(huì)比計(jì)算熱負(fù)荷大，機(jī)組容霜衰減修正后滿足所需熱負(fù)荷。且上海冬季室外空調(diào)計(jì)算溫度-2.2℃，在機(jī)組合理室外溫度運(yùn)行范圍內(nèi)。

經(jīng)多次實(shí)地考察，手術(shù)室八層設(shè)備層平臺(tái)剛好能夠放置風(fēng)冷熱泵機(jī)組，其配套水泵等通過對(duì)設(shè)備層布置改動(dòng)實(shí)現(xiàn)。表1為這次改造的冷熱源配置情況。

表1 大樓原冷熱源系統(tǒng)與改造冷熱源系統(tǒng)配置情況Tab.1 The situation of the original cooling and heating source system and current cooling/heating system in the building

從設(shè)計(jì)圖紙與實(shí)際竣工照片看出，設(shè)備放置“非常困難”，屋面放置好機(jī)組及水管后已“無從下腳”，只能在水管上架鋼平臺(tái)過人通道（如圖1～圖2所示）。

2.4 系統(tǒng)運(yùn)行情況

獨(dú)立的多功能四管制風(fēng)冷熱泵機(jī)組在手術(shù)部應(yīng)用的好壞還是得用數(shù)據(jù)“說話”。

系統(tǒng)自2014年10月投入使用至2016年3月的一年多時(shí)間，手術(shù)部運(yùn)營正常，醫(yī)生對(duì)手術(shù)部內(nèi)溫濕度的感受反應(yīng)良好。恰逢2016年1月24日至25日上海遇到罕見的寒潮，最低溫度達(dá)到-7℃，隨機(jī)選擇調(diào)出兩臺(tái)手術(shù)部空調(diào)箱（一臺(tái)20000m3/h及一臺(tái)4000m3/h）夏季（2015年8月）及冬季（2016年1月）的數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行分析探討（如圖3～圖6所示）。

圖1 冷熱源布置圖Fig.1 Arrangement of cooling and heating cource

圖2 屋面平臺(tái)多功能風(fēng)冷熱泵機(jī)組放置Fig.2 Layout of multi-use four pipe heat pump unit on roof platform

通過紀(jì)錄的數(shù)據(jù)可以看到，在夏季（8月）手術(shù)室內(nèi)溫度維持在22～23℃的線性平均線上下波動(dòng)，室內(nèi)濕度在50%～60%范圍波動(dòng)，而觀察風(fēng)量20000m3/h的百級(jí)手術(shù)室時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)夏季室內(nèi)溫度偶爾會(huì)波動(dòng)至16～17℃，通過對(duì)醫(yī)院運(yùn)行管理人員及手術(shù)部醫(yī)生的訪問得知，手術(shù)部設(shè)備運(yùn)行人員設(shè)置的基礎(chǔ)溫度為22℃，而實(shí)際手術(shù)過程中，醫(yī)生可以通過手術(shù)室內(nèi)的控制面板對(duì)室內(nèi)溫度人為進(jìn)行調(diào)節(jié)，某些特殊手術(shù)是需要低溫的（如心臟手術(shù)等）。因此并無醫(yī)生反映溫度有不正常情況發(fā)生。

圖3 風(fēng)量20000m3/h空調(diào)箱8月全天運(yùn)行記錄Fig.3 All day running records of the AHU on August of the air volume 20000m3/h

圖4 風(fēng)量20000m3/h空調(diào)箱1月全天運(yùn)行記錄Fig.4 All day running records of the AHU on January of the air volume 20000m3/h

圖5 風(fēng)量4000m3/h空調(diào)箱8月全天運(yùn)行記錄Fig.5 All day running records of the AHU on August of the air volume 4000m3/h

圖6 風(fēng)量4000m3/h空調(diào)箱1月全天運(yùn)行記錄Fig.6 All day running records of the AHU on January of the air volume 4000m3/h

冬季（1月）數(shù)據(jù)溫度維持在21～22℃的線性平均線上下波動(dòng)，濕度在45%～60%范圍波動(dòng)，而在極端天氣1月24日至25日室外溫度-7℃時(shí)，熱泵機(jī)組受到頻繁融霜的影響，可明顯看到4000m3/h空調(diào)箱的室內(nèi)溫度在18～21℃間波動(dòng)，比平時(shí)運(yùn)行溫度偏低些，而20000m3/h空調(diào)箱的室內(nèi)溫度則在15～21℃之間波動(dòng)，但是根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)，室內(nèi)的低溫（15～18℃）基本都是出現(xiàn)在凌晨，也就是機(jī)組夜間值機(jī)狀態(tài)，通過對(duì)醫(yī)院運(yùn)行管理人員及手術(shù)部醫(yī)生的訪問，極端天氣這兩天白天手術(shù)室內(nèi)部無明顯溫度下降的感覺。

從機(jī)組的運(yùn)行記錄看出，多功能風(fēng)冷熱泵機(jī)組的運(yùn)行相對(duì)可靠，基本都能保持室內(nèi)的溫濕度在合理范圍，而室內(nèi)極端的溫度也都出現(xiàn)在非運(yùn)行時(shí)的值機(jī)時(shí)段。

2.5 節(jié)能與經(jīng)濟(jì)性

多功能四管制風(fēng)冷熱泵，相對(duì)于原系統(tǒng)，控制方便，設(shè)備的運(yùn)維管理更加簡易，更重要的是對(duì)于原系統(tǒng)減少了蒸汽-水換熱的環(huán)節(jié)，大大減少碳排放量。實(shí)現(xiàn)綠色改造的目的。經(jīng)過初步的運(yùn)行估算做出比較（見表2）。

表2 與原系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性比對(duì)Tab.2 Comparison for the economical efficiency of the original system

由表中運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和能耗計(jì)算對(duì)比可以看出，多功能四管制風(fēng)冷熱泵經(jīng)過一年多的運(yùn)行，能夠滿足醫(yī)患對(duì)手術(shù)部的工藝要求，相對(duì)于原系統(tǒng)不僅節(jié)約了21%的運(yùn)行成本，在減少煤炭能源方面更加突出，相對(duì)于原系統(tǒng)減少了64.9%的碳能源消耗。

3 擴(kuò)建案例

3.1 工程概況

上海華山醫(yī)院DSA(數(shù)字血管造影)擴(kuò)建工程總建筑面積約450m2，共三層，一層為血管造影設(shè)備室、控制室及操作室，二、三層為DSA醫(yī)療輔助用房及空調(diào)設(shè)備平臺(tái)?？照{(diào)系統(tǒng)需滿足一層DSA凈化區(qū)域?qū)照{(diào)工藝的需求及滿足二、三層輔助用房間季舒適性空調(diào)的需求。

3.2 設(shè)計(jì)思路

項(xiàng)目在方案時(shí)提出希望采用一些非傳統(tǒng)暖通系統(tǒng)，來達(dá)到改善空氣品質(zhì)和節(jié)能的目的。經(jīng)過多次討論，比選出了溶液調(diào)濕溫濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)的方案，項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)間為2009年，當(dāng)時(shí)在醫(yī)院幾乎沒有該系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例，也沒有相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)的支持，僅依靠理論的支持提出了這個(gè)方案，因此受到醫(yī)院與專家的質(zhì)疑，如初投資增加，能否帶來可靠的工藝效果；除濕能力是否真的如理論般可靠；溶液除濕的“溶液”是否有害等。通過多次與專家和院方溝通，經(jīng)過詳細(xì)的負(fù)荷計(jì)算對(duì)比，方案才最終得以落實(shí)，本項(xiàng)目主要保障對(duì)象為一層DSA手術(shù)室潔凈區(qū)域,因此主要以此塊區(qū)域做分析比較。

由于溶液調(diào)濕系統(tǒng)經(jīng)過深度除降溫除濕的新風(fēng)與回風(fēng)混合減小了空調(diào)箱的制冷量，同時(shí)也解決了常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)混風(fēng)冷凍除濕后需要再熱的問題，可避免常規(guī)系統(tǒng)中熱濕聯(lián)合處理帶來的能耗損失；由溶液調(diào)濕系統(tǒng)處理濕負(fù)荷，這樣可以采用取高溫冷水的冷機(jī)，蒸發(fā)溫度提高，冷機(jī)COP可提高，高溫冷機(jī)承擔(dān)復(fù)核減少，冷凍水流量隨之減少，降低了水系統(tǒng)輸配能耗（見表3）。

對(duì)于醫(yī)院項(xiàng)目，能夠滿足空氣品質(zhì)較高的要求，可精確控制溫濕度，避免出現(xiàn)室內(nèi)濕度過高或過低現(xiàn)象。常規(guī)系統(tǒng)難以同時(shí)滿足溫、濕度參數(shù)的缺點(diǎn)得以解決，也可以滿足不同房間熱濕比不斷變化的要求。室內(nèi)顯熱可用高溫冷源承擔(dān)，空調(diào)末端可實(shí)現(xiàn)干工況運(yùn)行，沒有冷凝水產(chǎn)生，杜絕房間里的潮濕面。

表3 常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)與溶液調(diào)濕系統(tǒng)主機(jī)配置對(duì)比Tab.3 Comparison of conventional air conditioning system and temperature and humidity independent control system

3.3 系統(tǒng)簡介

風(fēng)系統(tǒng)：由溶液調(diào)濕新風(fēng)機(jī)組處理新風(fēng)后，一路為風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)，送至醫(yī)療辦公用房內(nèi)承擔(dān)室內(nèi)潛熱負(fù)荷，一路送入凈化空調(diào)箱，與凈化區(qū)域回風(fēng)混合后處理至送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)，送入一層DSA凈化區(qū)域，如圖7所示。

圖7 溶液調(diào)濕空調(diào)系統(tǒng)示意Fig.7 Schematic diagram of solution humidity control air conditioning system

水系統(tǒng)：采用高溫風(fēng)冷熱泵機(jī)組，夏季供回水溫為14/19℃、冬季供回水溫為40/35℃。末端風(fēng)機(jī)盤管實(shí)現(xiàn)干工況運(yùn)行，解決了常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)盤管集水盤容易積水，滋生細(xì)菌導(dǎo)致室內(nèi)空氣污染的問題。

一層大部分區(qū)域?yàn)閮艋瘏^(qū)域，DSA室潔凈度為十萬級(jí)，其他區(qū)域潔凈度為三十萬級(jí)。凈化區(qū)域采用低速風(fēng)道全空氣空調(diào)系統(tǒng)，末端采用亞高效過濾風(fēng)口和高效過濾風(fēng)口。其余辦公、會(huì)議、醫(yī)療房間末端均采用干式風(fēng)機(jī)盤管加獨(dú)立新風(fēng)系統(tǒng)。空調(diào)機(jī)房設(shè)置在三層，機(jī)房內(nèi)放置高溫風(fēng)冷熱泵、水泵、膨脹管罐、溶液調(diào)濕機(jī)組及凈化空調(diào)箱（如圖8所示）。

圖8 溶液調(diào)濕機(jī)組布置圖Fig.8 Layout of solution humidity control air conditioning system

3.4 系統(tǒng)運(yùn)行情況

項(xiàng)目于2010年投入使用，干式風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)在辦公等房間，夏季室內(nèi)溫度在25～26℃之間，濕度40%～55%之間，室內(nèi)露點(diǎn)溫度始終都低于冷凍水供回水溫度，保持室內(nèi)干工況狀態(tài)，無結(jié)露產(chǎn)生。凈化區(qū)域溫濕度也能達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，溫度22～25℃，濕度35%～60%，凈化區(qū)域運(yùn)行也很穩(wěn)定，塵菌檢測等各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)也都達(dá)標(biāo)。

機(jī)組記錄圖可以看出，機(jī)組送風(fēng)溫度一般在20～21℃（如圖9所示），送風(fēng)含濕量在8～9g/g干空氣之間（如圖10所示），系統(tǒng)運(yùn)行很穩(wěn)定，在送風(fēng)溫度與濕度的控制上“把握”得非常到位。說明溶液調(diào)濕系統(tǒng)能夠滿足房間舒適性功能要求，同時(shí)該系統(tǒng)對(duì)于醫(yī)院的工藝性要求也能夠勝任。

圖9 6～8月機(jī)組新風(fēng)、送風(fēng)溫度Fig.9 The fresh air and the supply air temperature of unit from June to August

圖10 6～8月機(jī)組新風(fēng)、送風(fēng)含濕量Fig.10 The moisture content of the fresh air and the supply air of unit from June to August

3.5 節(jié)能與經(jīng)濟(jì)性

表4 兩系統(tǒng)主要設(shè)備初投資比對(duì)Tab.4 Initial investment comparison of two system starring devices

表5 全年運(yùn)行能耗對(duì)比Tab.5 Comparison of energy consumption in full operation situstion

下表為常規(guī)系統(tǒng)與溶液調(diào)濕系統(tǒng)的設(shè)備投資成本比對(duì)，溶液調(diào)濕新風(fēng)機(jī)組相對(duì)于常規(guī)機(jī)組在初投資價(jià)格上并不占優(yōu)勢（見表4），需要由全年運(yùn)行能耗對(duì)比來檢驗(yàn)該系統(tǒng)投資是否可行（見表5）。

能耗分析：由于DSA手術(shù)室全年運(yùn)行，其夏季運(yùn)行模式按150d，平均負(fù)荷按照80%計(jì)算，冬季運(yùn)行模式按90d，平均負(fù)荷按照80%計(jì)算，其余天數(shù)為過渡季運(yùn)行模式，平均負(fù)荷按照50%計(jì)算，平均每天運(yùn)行12h；上海市電價(jià)按1.07元/kWh計(jì)算?？照{(diào)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性綜合比較見表4和表5，采用溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)，初步估算每年可節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用約4.71萬元，其運(yùn)行費(fèi)用約為常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)的76.5%，考慮初投資增加16.6萬元，3.5a即可收回初投資，該系統(tǒng)在帶來高品質(zhì)空調(diào)環(huán)境的同時(shí)，經(jīng)濟(jì)效益比較明顯。

4 結(jié)語

醫(yī)院的建設(shè)是社會(huì)同病患的福音，隨著時(shí)代的進(jìn)步，已建成的醫(yī)院同樣要跟上步伐，合理改擴(kuò)建使其能夠更好地服務(wù)于社會(huì)，服務(wù)于病患。本文通過介紹暖通專業(yè)在醫(yī)院改擴(kuò)建中實(shí)際案例，從方案到其竣工后的運(yùn)行數(shù)據(jù)，我們認(rèn)識(shí)到，任何醫(yī)院的改擴(kuò)建必須根據(jù)實(shí)際情況因地制宜，盡可能地應(yīng)用綠色、節(jié)能的技術(shù)使其在為廣大病患提供更加優(yōu)質(zhì)服務(wù)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

[1]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB50333-2013.醫(yī)院潔凈手術(shù)部建筑技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2013.