陳 震

（上海市第一婦嬰保健院，上海201204）

0 引言

醫(yī)院空調(diào)系統(tǒng)運行有其特殊性，尤其是在手術室等凈化區(qū)域，全年要保持恒溫、恒濕的環(huán)境。一般手術室凈化機組設備采用四管制凈化機組，需要常年保持空調(diào)冷熱源的供給，在冬季運行工況下，通過冷水機組不間斷運行來獲得冷源，系統(tǒng)運行能耗較大。怎樣通過對設備的改造來降低系統(tǒng)整體運行能耗，成為很多醫(yī)院正在思考的問題。

上海市第一婦嬰保健院位于上海市浦東新區(qū)高科西路2 699號，總建筑面積超7萬m2，設置有住院樓、門診醫(yī)技樓、教學行政樓及后勤保障樓等4個主要建筑，核定床位數(shù)500張，醫(yī)院于2013年8月正式投入使用。全院中央空調(diào)系統(tǒng)設計總冷量為7 385 kW，選用兩臺離心式冷水機組（單臺制冷量為2 989 kW）和一臺螺桿式冷水機組（制冷量為1 407 kW）作為系統(tǒng)冷源。在冬季空調(diào)系統(tǒng)運行過程中，凈化機組水系統(tǒng)冷源由螺桿機組提供，一方面造成了較大的能耗，另一方面長時間不間斷地運行也影響了螺桿機組的使用壽命。冬季冷水機組在運行過程中，容易發(fā)生冷卻水溫度過低導致機組無法正常開啟的現(xiàn)象，使用蒸汽給冷卻水系統(tǒng)預加熱又會造成很大的能源浪費。

醫(yī)院積極響應上海市后勤節(jié)能工作的要求，于2015年10月對醫(yī)院中央空調(diào)系統(tǒng)進行了節(jié)能改造，增加水-水板式換熱機組，并對系統(tǒng)部分管路進行改造，冬季通過室外大氣冷量將冷卻塔內(nèi)的水降溫后作為免費冷源，改變了以往通過螺桿機組供給空調(diào)系統(tǒng)冷源的方式，達到了節(jié)能降耗的目的。

1 設計要求和思路

根據(jù)GB 50019—2003《采暖通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范》、GB 50333—2002《醫(yī)院潔凈手術部建筑技術規(guī)范》，冷凍水設計供回水溫度為7～13℃。根據(jù)上海的氣象條件顯示（圖1），上海每年12月、1月、2月的最低溫度均低于7℃，最高溫度均低于12℃，故可以將冷卻水與冷凍水通過水-水換熱機組進行換熱，來滿足凈化機組的冷源供給需求。上海冬季的自來水設計溫度為5℃，冷卻水補水時不會造成冷卻水溫度的上升。

圖1 上海市氣象參數(shù)

板式熱交換器和原制冷主機做并聯(lián)設計，將原有的冷水機組冷凍水及冷卻水供回水管路連接至水-水板式換熱機組，并在水-水板式換熱機組的兩側(cè)同時設置蝶閥，通過閥門控制來完成水系統(tǒng)的換熱過程。當冬季使用水-水板式換熱機組時蝶閥開啟，制冷主機的蝶閥需要同時全部關閉；當其他季節(jié)使用制冷主機時蝶閥開啟，水-水板式換熱機組的蝶閥全部關閉。正常工況下，使用水-水板式換熱機組冬季冷卻水側(cè)供回水溫度一般在5～11℃，冷凍水側(cè)供回水溫度一般在7～13℃，滿足凈化機組對于冷凍水供回水溫度的要求。

2 設計要點

2.1 水-水板式換熱機組基本介紹

冬季中央空調(diào)熱源采用汽-水板式換熱機組已經(jīng)較為普遍，高溫蒸汽與水通過板式換熱機組進行換熱，產(chǎn)生的熱水用于中央空調(diào)系統(tǒng)的采暖熱源。而水-水板式換熱系統(tǒng)原理基本和汽-水板式換熱機組一致，該系統(tǒng)是將冷卻水與冷凍水通過水-水板式換熱機組進行換熱，熱量通過冷卻塔帶出室外，由于冬季室外氣溫較低，在系統(tǒng)運行過程中，冷卻塔內(nèi)的水也不斷地在與室外空氣進行換熱，將系統(tǒng)的熱量帶到大氣中去。所以，該系統(tǒng)是借助了室外空氣這個免費的冷源來達到節(jié)能降耗的效果。

2.2 水-水板式換熱機組系統(tǒng)圖

如圖2所示，系統(tǒng)通過在原水系統(tǒng)管路上增設三通，并在系統(tǒng)前端設置蝶閥來控制管路的開閉，實現(xiàn)與原系統(tǒng)管路的對接。夏季冷水機組蝶閥開啟，板式換熱機組閥門關閉，采用原冷水機組作為空調(diào)系統(tǒng)冷源；冬季氣象條件滿足后，板式換熱機組閥門開啟，冷水機組蝶閥關閉，水系統(tǒng)通過板式換熱機組進行換熱后為凈化系統(tǒng)提供冷源，達到節(jié)能降耗的目的。

2.3 系統(tǒng)運行工況分析

圖2 水-水板式換熱機組系統(tǒng)圖

如表1所示，在冷卻塔水溫＞7℃的工況下，開啟冷水機組的蝶閥，關閉板式換熱機組前端的蝶閥，通過冷水機組為系統(tǒng)提供冷源。在冬季冷卻塔水溫≤7℃的情況下，開啟板式換熱機組前端的蝶閥，關閉冷水機組的蝶閥，采用板式換熱機組進行水-水交換，通過與系統(tǒng)管路進行對接為凈化機組提供冷源。

表1 系統(tǒng)運行工況分析

2.4 后續(xù)改進方案

凈化機組對于系統(tǒng)供回水溫度的要求較高，一般機組運行參數(shù)為7～13℃供回水。由于水-水板式換熱機組是在原有系統(tǒng)的基礎上進行改造的，系統(tǒng)的循環(huán)水泵、冷卻塔風機及閥門均采用定頻控制，在運行過程中對于水系統(tǒng)溫度的控制精度較低。在后續(xù)的改進過程中，可以將系統(tǒng)的循環(huán)水泵及冷卻塔風機改為變頻控制，水系統(tǒng)主管上的閥門改為電動閥，在冷卻塔及冷凍水管加裝溫度傳感器，通過溫度傳感器采集的參數(shù)來控制閥門開度和循環(huán)水泵的運行工況，以達到對系統(tǒng)冷卻水及冷凍水出水溫度的精度控制，滿足凈化機組的供回水要求。

3 結(jié)論分析與測試

根據(jù)約克螺桿機的性能參數(shù)，機組制冷量為1 400 kW，耗電功率為280 kW，冬季使用螺桿機的電流負載約為80%，機組24 h不間斷運行。采用水-水板式換熱機組后，這部分的能耗可以節(jié)省下來。

參照上海市第一婦嬰保健院空調(diào)系統(tǒng)螺桿機組使用參數(shù)，冬季改用水-水板式換熱機組，系統(tǒng)每年可使用時間按3個月來計算，運行時間24 h，每度電價格為1元/kW·h，則每年節(jié)約能耗費用約為280×24×30×3×80%×1=483 840元。

結(jié)論分析：

（1）在上海，冬季使用水-水板式換熱機組來作為中央空調(diào)系統(tǒng)冷源，系統(tǒng)運行能耗會大大降低。

（2）中央空調(diào)系統(tǒng)進行水-水板式換熱機組的改造，系統(tǒng)不新增水泵，不會增加電功率；板換面積小，占用空間少，改造范圍小，改造可行性較高。

（3）水-水板式換熱機組設備簡單可靠，在換季保養(yǎng)過程中只需要對板片進行清洗保養(yǎng)，系統(tǒng)維護方便，維護成本低。

（4）中央空調(diào)系統(tǒng)通過水-水板式換熱機組的改造，可以解決在冬季制冷的時候由于冷卻水溫度過低導致主機開機故障的問題，同時避免了冬季為了提高冷卻水溫度而使用蒸汽加熱等方式造成的能源浪費。

（5）通過對氣象參數(shù)的分析，上海市在11月和3月的部分時段也可以使用水-水板式換熱系統(tǒng)，節(jié)能時間可以進一步延長。

（6）使用水-水板式換熱機組可以減少冷水機組的使用時間，延長冷水機組的使用年限。

該系統(tǒng)在投入使用后，已經(jīng)累計3年在冬季運行使用，累計為醫(yī)院節(jié)省能源費用達到150萬元左右。

4 結(jié)語

水-水板式換熱機組作為一種較為新型的節(jié)能設備，在冬季空調(diào)系統(tǒng)運行過程中，節(jié)能效果較為理想。該機組的優(yōu)點為改造過程簡單，設備運行可靠、維護方便、節(jié)能效果理想。同時，系統(tǒng)也存在一定的缺點，如對于溫度的控制達不到冷水機組的精度要求，如需提高對供回水溫度的控制精度，則需在系統(tǒng)各管路增加溫度傳感器及電動閥來控制，改造成本將會增加。將來如果能在設備上集成控制回路或者通過其他方式實現(xiàn)高精度控制，作為醫(yī)院節(jié)能改造可行性較高、節(jié)能效果較好的設備，水-水換熱機組將來必然可以在醫(yī)院中央空調(diào)系統(tǒng)的改造中得到進一步推廣應用，為醫(yī)院的節(jié)能工作貢獻一份不容忽視的力量。

[1]采暖通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范：GB 50019—2003[S].

[2]醫(yī)院潔凈手術部建筑技術規(guī)范：GB 50333—2002[S].

[3]馬艷，孫文哲，宋倩，等.中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能方法[J].建筑節(jié)能，2011（5）：16-19.

[4]曾昭向，盧清華.中央空調(diào)節(jié)能技術分析與探討[J].制冷與空調(diào)（四川），2013（1）：45-48.

[5]肖文，劉浙華.中央空調(diào)節(jié)能措施研究[J].中國測試技術，2007，33（3）：47-49.