劉偉，梁明坤

(南京五洲制冷集團(tuán)有限公司，江蘇 南京 211000)

0 引言

醫(yī)院中央空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行時，為了保證空調(diào)效果，門窗都要求關(guān)閉，如果新風(fēng)量不足會造成室內(nèi)空氣污濁，不利于病人的康復(fù)和醫(yī)療工作者的身心健康。如何提高空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行的舒適度，同時降低空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用是暖通設(shè)計師需要考慮的問題。在民用空調(diào)系統(tǒng)中溫濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)由于其顯著的節(jié)能特性得到越來越廣泛的使用，在醫(yī)療衛(wèi)生系統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計中，由于醫(yī)院新風(fēng)的重要性，對新風(fēng)的處理不但要求達(dá)到相應(yīng)的露點(diǎn)溫度的要求，同時還要保證新風(fēng)的潔凈度和品質(zhì)，防止新風(fēng)污染，本文綜合考慮幾種新風(fēng)除濕方式提出了雙冷源新風(fēng)機(jī)組在醫(yī)院新風(fēng)處理中的適用性，并通過運(yùn)行數(shù)據(jù)分析了雙冷源新風(fēng)機(jī)組的節(jié)能特性。

1 節(jié)能型空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計

1.1 常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)的弊端

目前，我國醫(yī)院普通病房的空調(diào)系統(tǒng)，絕大多數(shù)采用風(fēng)機(jī)盤管加獨(dú)立新風(fēng)方式，新風(fēng)單獨(dú)向每個房間送風(fēng)，各病房之間空氣互不串通，減少了病人交叉感染的機(jī)會。風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)有較好的調(diào)節(jié)靈活性，可根據(jù)需要開、停，當(dāng)房間無人時還可方便地關(guān)掉風(fēng)機(jī)盤管，而不影響其他房間，從而節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。

但風(fēng)機(jī)盤管常處于濕工況下運(yùn)行，盤管濕表面易滋生細(xì)菌和病毒成為室內(nèi)的細(xì)菌源和塵埃源；另一方面風(fēng)機(jī)盤管送風(fēng)溫差大，風(fēng)速高，故舒適性稍差。很多工程將新風(fēng)支管接至風(fēng)機(jī)盤管尾部回風(fēng)口附近，造成新風(fēng)通過風(fēng)機(jī)盤管表冷器時二次污染[1]。

1.2 溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)的原理

溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)分為濕度控制系統(tǒng)和溫度控制系統(tǒng)兩部分(圖1)，濕度控制系統(tǒng)將新風(fēng)進(jìn)行深度除濕至絕對含濕量8g/kg(A)以下承擔(dān)濕負(fù)荷，溫度控制系統(tǒng)利用高溫冷源通過干式風(fēng)機(jī)盤管、干式空調(diào)箱或者輻射毛細(xì)管將室內(nèi)空氣降溫后承擔(dān)室內(nèi)的熱負(fù)荷。

圖1 溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)示意圖

溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)勢：1) 冷凍水供水溫度由7℃提高至15℃，大幅度提高制冷主機(jī)的制冷效率；2) 室內(nèi)回風(fēng)的盤管干工況降溫工況運(yùn)行，避免滋生病菌；3) 干式風(fēng)機(jī)盤管送風(fēng)溫度高，吹風(fēng)感不強(qiáng)，舒適度高；4) 溫度、濕度分開控制，節(jié)能效果顯著[2]。

2 香港大學(xué)深圳醫(yī)院空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計

2.1 香港大學(xué)深圳醫(yī)院概況

香港大學(xué)深圳醫(yī)院工程項(xiàng)目占地面積19.2萬m2，總建筑面積36.7萬m2，設(shè)總床位2 000張。醫(yī)院采用“診療中心+重點(diǎn)?？啤蹦Ｊ?，設(shè)置綜合門急診、20個診療中心、12個醫(yī)技中心以及特需診療中心，可容納日門急診量8 000～10 000人次，是設(shè)施一流、管理一流、服務(wù)一流，與國際現(xiàn)代化醫(yī)院相接軌的區(qū)域性現(xiàn)代醫(yī)療中心。

該醫(yī)院空調(diào)系統(tǒng)采用溫濕度獨(dú)立控制形式，溫度控制系統(tǒng)采用高溫冷水機(jī)組+干式風(fēng)機(jī)盤管，濕度控制系統(tǒng)采用新風(fēng)除濕機(jī)組。

2.2 新風(fēng)處理方案

由于醫(yī)院的特殊使用性質(zhì)，對新風(fēng)提出了嚴(yán)格的要求，有時為了保證室內(nèi)空氣品質(zhì)，病人和家屬在空調(diào)設(shè)備運(yùn)行時又打開窗戶通風(fēng)，造成能源的浪費(fèi)，因此,醫(yī)院的新風(fēng)系統(tǒng)是暖通設(shè)計非常重要的環(huán)節(jié)。

以前在醫(yī)院新風(fēng)量的設(shè)計中，有的設(shè)計師考慮以人員密度計算所需新風(fēng)量[3]，有的設(shè)計師考慮以控制室內(nèi)CO2濃度為設(shè)計目標(biāo)[4]。以往許多醫(yī)院在空調(diào)系統(tǒng)使用中發(fā)現(xiàn)存在新風(fēng)量嚴(yán)重不足的問題,原因在于新風(fēng)取值存在問題?，F(xiàn)在不但要加大新風(fēng)量，而且需要對新風(fēng)單獨(dú)進(jìn)行除濕，目前可用于新風(fēng)除濕的方法有：轉(zhuǎn)輪除濕、溶液除濕和雙冷源除濕等。

轉(zhuǎn)輪除濕是采用固體吸附劑對空氣進(jìn)行除濕，潮濕空氣通過轉(zhuǎn)輪的除濕區(qū)域，空氣中的水蒸汽被固體吸附劑吸收，形成干燥的送風(fēng)，在再生區(qū)域，固體吸附劑失去水分，實(shí)現(xiàn)再生。轉(zhuǎn)輪除濕效果好，出風(fēng)含濕量小，缺點(diǎn)在于轉(zhuǎn)輪再生時需要消耗大量的熱源，耗能高，適用于需要低濕的環(huán)境。

溶液除濕是利用溶液的吸濕與放濕特性對空氣濕度進(jìn)行控制，具有除濕效率高，除濕效果好的優(yōu)點(diǎn)。但用戶擔(dān)心除濕溶液離子是否會進(jìn)入風(fēng)系統(tǒng)，不建議在醫(yī)院空調(diào)系統(tǒng)中使用。

雙冷源除濕在冷凍除濕的基礎(chǔ)上，利用現(xiàn)有成熟技術(shù)，運(yùn)行可靠，能夠充分利用高溫冷源，提高整個系統(tǒng)的運(yùn)行效率，建議在醫(yī)院新風(fēng)處理系統(tǒng)中采用。

3 雙冷源新風(fēng)機(jī)組節(jié)能技術(shù)

3.1 排風(fēng)冷量熱管熱回收

目前熱回收的方法主要有：全熱交換器、轉(zhuǎn)輪熱回收、熱管熱回收。全熱交換器和轉(zhuǎn)輪熱回收效率均很高，便于送、排風(fēng)系統(tǒng)的布置，但會造成排風(fēng)對新風(fēng)的交叉污染，特別對于醫(yī)院空調(diào)系統(tǒng)，對新風(fēng)的交叉污染是不容許的，因此這兩種熱回收方式無法使用。

熱管熱回收利用蒸發(fā)制冷的原理，當(dāng)熱管蒸發(fā)端受熱時，液體吸收熱量迅速蒸發(fā)，蒸汽在微壓差作用下流向冷凝端釋放熱量冷凝成液體，液體再流回蒸發(fā)段，如此循環(huán)熱量由熱管蒸發(fā)端傳至冷凝端。熱管冷凝段和蒸發(fā)段是兩個完全獨(dú)立的換熱器，彼此分離，分別放置在新風(fēng)進(jìn)風(fēng)段和排風(fēng)段，不會造成排風(fēng)對新風(fēng)的污染，非常適合于醫(yī)院這樣對新風(fēng)要求嚴(yán)格的場所。

3.2 排風(fēng)蒸發(fā)冷卻和冷凝水綜合利用

受到雙冷源新風(fēng)機(jī)組安裝位置的限制，無法安裝制冷系統(tǒng)室外機(jī)，只能考慮將排風(fēng)作為制冷系統(tǒng)的排熱源，而受到房間正壓控制的需要，排風(fēng)量只有新風(fēng)量的80%左右，排風(fēng)不能完全帶走制冷系統(tǒng)的冷凝熱。因此考慮采用蒸發(fā)冷卻的方式，在排風(fēng)量一定的情況下利用水蒸發(fā)吸熱的特性加大排風(fēng)帶走的熱量，滿足機(jī)組制冷系統(tǒng)的需求。同時利用機(jī)組除濕過程中產(chǎn)生的冷凝水，利用提升泵送至蒸發(fā)冷卻器的補(bǔ)水箱，減少蒸發(fā)冷卻器的水的補(bǔ)充量。

3.3 冷凝熱回收

雙冷源新風(fēng)機(jī)組承擔(dān)室內(nèi)的濕負(fù)荷的處理，送風(fēng)含濕量8g/kg(A)時，對應(yīng)的露點(diǎn)溫度僅為10.5 ℃，新風(fēng)送風(fēng)溫度僅為11 ℃。過低的送風(fēng)溫度易造成新風(fēng)口結(jié)露，同時無法對送風(fēng)溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，影響舒適度和過渡季節(jié)的使用。

因此必須考慮對除濕后的新風(fēng)進(jìn)行再熱，再熱可以采用電加熱、蒸汽加熱或者熱水加熱，但這幾種方式都需要外加熱能量。為了節(jié)約能源的消耗，充分利用制冷系統(tǒng)產(chǎn)生的排熱，雙冷源新風(fēng)機(jī)組中設(shè)置冷凝熱再熱盤管，將制冷系統(tǒng)產(chǎn)生的冷凝熱部分引入，根據(jù)需要對除濕后的新風(fēng)進(jìn)行再加熱至設(shè)定的溫度后送至室內(nèi)。

4 空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行分析

4.1 雙冷源新風(fēng)機(jī)組空氣處理過程

醫(yī)院門診樓空調(diào)系統(tǒng)室內(nèi)設(shè)計干球溫度26℃，濕球溫度19.5℃，空調(diào)系統(tǒng)建成后試運(yùn)行期間在室內(nèi)空調(diào)參數(shù)滿足要求的情況下對X-MZ-B1-2型號為CXS8N-6.4P的雙冷源新風(fēng)機(jī)組進(jìn)行了測試，雙冷源新風(fēng)機(jī)組新風(fēng)處理過程見圖2，排風(fēng)換熱過程見圖3。

圖2 雙冷源新風(fēng)機(jī)組新風(fēng)處理示意圖

圖3 雙冷源新風(fēng)機(jī)組排風(fēng)處理示意圖

4.2 雙冷源新風(fēng)機(jī)組現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)

測試過程分為3個階段：1) 測試熱管熱回收器的效率；2) 測試雙冷源新風(fēng)機(jī)組制冷效率和除濕效率；3) 驗(yàn)證空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行效果。

在滿足空調(diào)室內(nèi)需求和接近設(shè)計工況新風(fēng)參數(shù)的條件下(深圳地區(qū)夏季空調(diào)室外計算干球溫度33.5℃，濕球溫度27.9℃)，通過調(diào)節(jié)送風(fēng)機(jī)和排風(fēng)機(jī)變頻器，將送風(fēng)風(fēng)量和排風(fēng)風(fēng)量調(diào)整到設(shè)計風(fēng)量，調(diào)整冷凍水調(diào)節(jié)閥，將冷凍水量調(diào)整到設(shè)計水量，測試狀態(tài)數(shù)據(jù)見表1。

表1 測試狀態(tài)數(shù)據(jù)

在不運(yùn)行再熱換熱器的情況下測試機(jī)組的各項(xiàng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，包含雙冷源新風(fēng)機(jī)組冷凍水溫差、經(jīng)過熱管后干溫度、送風(fēng)干溫度和相對濕度、機(jī)組運(yùn)行功率(不包含送回風(fēng)風(fēng)機(jī)功率)，新風(fēng)送風(fēng)參數(shù)采用機(jī)組自帶的溫濕度傳感器測量，另在熱管后布置干球溫度計，測試過程持續(xù)1h，每5min記錄一組數(shù)據(jù)共計記錄20組測試數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)平均值見表2。

表2 測試數(shù)據(jù)Ⅰ

最后用稱重法測量了1h內(nèi)表冷器冷凝水量和蒸發(fā)器冷凝水量，冷凝水稱重數(shù)據(jù)見表3。

表3 測試數(shù)據(jù)Ⅱ

4.3 雙冷源新風(fēng)機(jī)組測試結(jié)果分析

1) 熱管熱回收效率

新風(fēng)進(jìn)口干球溫度33.21℃，經(jīng)過熱管后干球溫度29.96℃，新風(fēng)量8 060m3/h，回風(fēng)干球溫度25.76℃，排風(fēng)量6 457m3/h，熱管熱回收效率計算如下：

熱管換熱器為銅管套鋁翅片換熱器，設(shè)計成6排換熱器，從測試效果來看，基本達(dá)到設(shè)計效果。

2) 雙冷源新風(fēng)機(jī)組制冷性能系數(shù)和除濕性能系數(shù)

首先計算處理新風(fēng)所需要的總冷量，再扣除冷凍水輸入的冷量，得到機(jī)組制冷系統(tǒng)和熱管熱回收產(chǎn)生的冷量，計算機(jī)組制冷性能系數(shù)。

雙冷源新風(fēng)機(jī)組處理新風(fēng)所需總制冷量:

雙冷源新風(fēng)機(jī)組不包含冷凍水冷量后機(jī)組處理新風(fēng)的冷量。

由于表冷器后無法布置測點(diǎn)，只能通過熱平衡法計算冷凍水的冷量來推算表冷器的冷量：

Q2=Q1-ρ×C×V×Δt=146.5-

雙冷源新風(fēng)機(jī)組制冷性能系數(shù)：

3) 雙冷源新風(fēng)機(jī)組除濕性能系數(shù)

根據(jù)稱重所得蒸發(fā)器1h內(nèi)的除濕量計算機(jī)組除濕性能系數(shù)：

由于對排風(fēng)冷量進(jìn)行了回收對新風(fēng)進(jìn)行預(yù)冷，同時采用排風(fēng)蒸發(fā)冷卻技術(shù)降低了制冷系統(tǒng)的冷凝壓力，提升了雙冷源新風(fēng)機(jī)組的制冷效率，制冷性能系數(shù)和除濕性能系數(shù)都比常規(guī)冷凍除濕有了顯著提高。

從空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行效果來看，高溫、高濕環(huán)境干式風(fēng)機(jī)盤管和雙冷源新風(fēng)機(jī)組聯(lián)合運(yùn)行，保證室內(nèi)設(shè)計的溫濕度要求，深圳地區(qū)供冷季節(jié)長，在部分過渡季節(jié)熱負(fù)荷不高的情況下可以不開啟風(fēng)機(jī)盤管，只運(yùn)行雙冷源新風(fēng)機(jī)組，控制新風(fēng)機(jī)組合適的送風(fēng)溫度即可控制室內(nèi)的溫濕度。

5 結(jié)語

雙冷源新風(fēng)機(jī)組運(yùn)用了排風(fēng)熱管熱回收技術(shù)、高溫冷源預(yù)冷技術(shù)、排風(fēng)蒸發(fā)冷卻技術(shù)，機(jī)組制冷性能系數(shù)和除濕性能系數(shù)較常規(guī)除濕形式有了顯著的提高。冷凝熱回收技術(shù)的應(yīng)用可以靈活調(diào)節(jié)新風(fēng)送風(fēng)溫度，經(jīng)過一個供冷季的運(yùn)行表明該配套雙冷源新風(fēng)機(jī)組的溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)能夠適應(yīng)醫(yī)院空調(diào)系統(tǒng)的特殊性，具有顯著的節(jié)能特性。