楊洋

分布式供能有助于構建節(jié)能環(huán)保及可持續(xù)的能源系統(tǒng)。我國北方地區(qū)天然氣資源豐富，近年來，燃氣冷熱電三聯(lián)供發(fā)展迅速，其系統(tǒng)工程也在北方的醫(yī)院中廣泛應用。本文以陜西省某三甲綜合醫(yī)院工程為依托，在分析該院綜合醫(yī)療樓不同季節(jié)典型日冷熱電需求的基礎上，設計出滿足醫(yī)院用能需求的燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)，使其產(chǎn)生的電力滿足用電需求，排出的廢熱通過余熱利用設備向該樓供熱、供冷，同時向該樓和醫(yī)院洗衣房供熱水。通過設計研究，實現(xiàn)了醫(yī)院節(jié)能和經(jīng)濟運行的雙重目標。

研究背景及意義。作為分布式供能中使用最廣泛的冷熱電三聯(lián)供，即CCHP（Combined Cooling，Heating and Power），是一種將發(fā)電、供熱（采暖和供熱水）以及供冷三種供能結合在一起的總能系統(tǒng)。CCHP系統(tǒng)技術成熟、建設簡單、投資相對較低且經(jīng)濟上有競爭力，已在醫(yī)院、學校、酒店賓館、商業(yè)中心、辦公寫字樓、城市綜合體、工業(yè)園區(qū)等建筑樓宇、樓群中推廣使用。隨著醫(yī)療建筑就醫(yī)環(huán)境的提升增大了醫(yī)院對能源的需求，在滿足醫(yī)院用能的前提下，采用CCHP設計不僅可以響應國家節(jié)能減排的號召，而且可以有效減少醫(yī)院的費用支出。

項目概況。本文研究的陜西省某三級甲等綜合醫(yī)院，開設病床1500張，其中綜合醫(yī)療樓建筑面積約82000m²，建筑層數(shù)：地下2層，地上18層；建筑總高度：88m。

傳統(tǒng)供能設計

供電設計。綜合醫(yī)療樓共投入使用3臺變壓器，其中1#變壓器容量為3150kVA，所帶負荷為該樓照明、動力和消防負荷；2#變壓器容量為3150kVA，所帶負荷除該樓照明、動力和消防負荷外，還有醫(yī)技負荷；3#變壓器容量為2500kVA，所帶負荷有照明、動力和消防以及醫(yī)技負荷。醫(yī)技負荷為一級負荷中特別重要的負荷，消防負荷為一級負荷，其余照明、動力負荷從一級到三級負荷根據(jù)場所要求劃分不同。

供冷設計。根據(jù)醫(yī)院空調(diào)冷、熱負荷情況，考慮到同時使用系數(shù)，在動力中心制冷機房內(nèi)設置3臺19XR-5052372CPS52型離心式水冷高溫冷水機組，每臺制冷機組制冷量2220kW（600RT），用電負荷298kW。

供熱設計。根據(jù)醫(yī)院熱負荷情況，在動力中心燃氣鍋爐房內(nèi)設置4臺MF型ZZS2.8-0.7-98/70天然氣鑄鐵模塊熱水鍋爐，作為綜合醫(yī)療樓空調(diào)系統(tǒng)、衛(wèi)生熱水系統(tǒng)，動力中心洗衣房熱水系統(tǒng)及醫(yī)院其他醫(yī)療建筑采暖系統(tǒng)的熱源。天然氣熱值約為Q=7980kcal/Nm³，供氣壓力0.1～0.2MPa。每臺熱水鍋爐耗氣量為333.0Nm³/h。

燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)設計

負荷分析。綜合醫(yī)療樓常用電最大負荷為5000kW（不包括消防負荷和備用負荷），空調(diào)制冷最大負荷為7000kW（內(nèi)含預留手術凈化部分負荷1200kW），空調(diào)采暖最大負荷為8000kW（內(nèi)含預留手術凈化部分負荷1500kW），衛(wèi)生熱水最大負荷為2000kW，動力中心洗衣房熱水最大負荷為800kW。醫(yī)院要求全年連續(xù)供電，中央空調(diào)冬季供熱、夏季供冷、春秋季（過渡季節(jié)）少量供冷，衛(wèi)生熱水全年24小時集中供應。用能分為五個部分：用電、空調(diào)供冷、空調(diào)供熱、衛(wèi)生熱水和洗衣房熱水，各季節(jié)典型日逐時負荷曲線如圖1至圖3。

系統(tǒng)方案設計。本系統(tǒng)主要由1臺燃氣內(nèi)燃發(fā)電機組（電功率為9500kW，熱輸出為8200kWth）與1臺煙氣熱水型溴化鋰吸收式冷熱水機組（制冷量為4000kW，供熱量4300kW）組成，以天然氣為燃料，產(chǎn)生的電力滿足綜合醫(yī)療樓的用電需求，排出的廢熱通過余熱利用設備向綜合醫(yī)療樓供熱、供冷，同時向綜合醫(yī)療樓、醫(yī)院洗衣房供熱水。系統(tǒng)配置如圖4。

系統(tǒng)最佳運行時間。本文研究的醫(yī)院項目屬北方地區(qū)，冬季、夏季均要求較長時間供熱、供冷，且整個供冷季或供熱季每天24h內(nèi)各時段的冷、熱負荷也變化較大，而冷熱負荷的變化直接影響系統(tǒng)的運行狀態(tài)，影響燃氣發(fā)電機組的運行小時數(shù)和負荷率，最終影響到節(jié)能減排的實際效果和經(jīng)濟效益。本系統(tǒng)的年運行時間不宜少于一個供暖季加上一個供冷季，即冬季4個月加上夏季4個月共計約240天，每天的運行時間不宜少于上班時間加上下班后住院部病區(qū)關燈休息前的時間和上班前一個小時內(nèi)的熱水負荷小高峰時間，即早晨6：00～晚上9：30，宜為16h左右。由于春秋季只有熱水供應和少量的供冷需求，沒有供熱需求，因此在冷熱負荷需求較少的春秋季，即過渡季節(jié)不宜長時間運行系統(tǒng)設備。

系統(tǒng)與電網(wǎng)的連接方式。燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)的發(fā)電運行模式一般有三種，即獨立自用、并網(wǎng)售電、并網(wǎng)不售電。本文研究的醫(yī)院燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)屬樓宇型系統(tǒng)，只要燃氣發(fā)電量全部“自發(fā)自用”，并且保持系統(tǒng)的發(fā)電量始終低于該院綜合醫(yī)療樓在各個時段的實際使用電量，且從市電網(wǎng)購入部分電能，這樣既可減少電費支出獲得較好的經(jīng)濟效益，又可通過合理配置系統(tǒng)各設備，確保供電可靠，實現(xiàn)“并網(wǎng)不售電”。

系統(tǒng)能耗及經(jīng)濟分析。根據(jù)當?shù)仉?、氣、水基本價格，使用一般性代數(shù)仿真GAMS軟件求解出綜合醫(yī)療樓各季節(jié)典型日用能及其費用后，對投入CCHP前后全年總費用進行對比分析，如圖5所示。

因投入燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)裝置之后較之傳統(tǒng)供能能源有所減少，費用也大為降低，故采用燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)，利用分布式供能技術是實現(xiàn)醫(yī)院建筑節(jié)能的一種有效途徑，同時可大大減少醫(yī)院用能的費用支出。針對醫(yī)療建筑用能特點，在供熱需求量高的冬季和供冷需求量高的夏季開機運行燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)裝置最為經(jīng)濟，可有效降低用能費用，在春秋季節(jié)則不宜長時間開機運行。

結論與展望

本文研究表明，冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)適合于冷熱電負荷相對穩(wěn)定、常年需要供冷或者供熱的醫(yī)院項目。由于醫(yī)療建筑用電和用熱（用冷）量都較大，且全年都有比較穩(wěn)定的冷、熱、電等用能需求，符合冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)的功能特點，因此該系統(tǒng)對于醫(yī)院這樣的用能單位來說是一個比較合適的選擇，可以提高用能效益，為醫(yī)院節(jié)省一定的用能開支。隨著國家政策的不斷推新完善，在以后的醫(yī)院項目設計中，作為高效率、環(huán)保的能源利用方式，燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)裝置肯定會在國家的政策鼓勵下大力推廣。2016年8月1日起，《綠色醫(yī)院建筑評價標準》國家標準正式實施，綠色醫(yī)院建設提上了醫(yī)院管理者的議事日程：醫(yī)院建筑能效系統(tǒng)在三級醫(yī)院強制性部署，并在二級醫(yī)院規(guī)劃建設中強烈推薦，而燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)技術可助力醫(yī)院實現(xiàn)綠色、安全、高效的運營與管理。endprint