文/周旭 李思童

北京大學(xué)第一醫(yī)院通過對急診樓定流量空調(diào)機(jī)組改造，更有效地調(diào)節(jié)系統(tǒng)流量，保證系統(tǒng)穩(wěn)定。

為了給患者提供良好的就醫(yī)環(huán)境，大部分醫(yī)院采用的是中央空調(diào)系統(tǒng)。然而，醫(yī)院的空調(diào)系統(tǒng)對可靠性要求高,運(yùn)行時間長,系統(tǒng)的區(qū)域劃分多(門診、急診、住院等的要求各不相同),因此，空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能管理尤其應(yīng)得到重視。

北京大學(xué)第一醫(yī)院第一住院部婦兒樓、急診樓同樣采用捷豐Multistack模塊化機(jī)組，兩機(jī)組運(yùn)行模式不同。第一住院部婦兒樓采用一次泵變流量Multistack模塊化機(jī)組，冷凍水泵及冷卻水泵均采用變頻器控制；急診樓采用一次泵定流量Multistack模塊化機(jī)組，水泵采用定頻輸出控制。在以往的研究中，少有對比不同運(yùn)行模式下機(jī)組之間的真實運(yùn)行能耗，以及定流量至變流量空調(diào)系統(tǒng)的改造方案。本文將從運(yùn)行原理、性能對比及改造方案三方面來進(jìn)行闡述。

圖1捷豐MSRW175VFA模塊化機(jī)組

Multistack模塊化機(jī)組運(yùn)行原理

定流量空調(diào)系統(tǒng)中的定流量是指在中央空調(diào)系統(tǒng)中，保證循環(huán)水量不變的情況下，通過調(diào)節(jié)供水及回水的溫度差來進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。在急診樓的機(jī)組運(yùn)行過程中，雖然系統(tǒng)采用模塊化制冷機(jī)組，但是沒有水泵變頻系統(tǒng)，不能進(jìn)一步進(jìn)行流量控制。

變流量空調(diào)系統(tǒng)中的變流量是指在中央空調(diào)系統(tǒng)中，保證供水及回水溫度差不變的情況下，通過調(diào)節(jié)循環(huán)水量來進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。在婦兒樓的機(jī)組運(yùn)行過程中，Multistack VWF變流量模塊化機(jī)組，選擇根據(jù)實際需求，適當(dāng)數(shù)量的單元模塊運(yùn)行，再通過水泵變頻，從而進(jìn)一步達(dá)到變流量系統(tǒng)節(jié)能的目的。

Multistack模塊化機(jī)組性能對比

北京大學(xué)第一醫(yī)院現(xiàn)使用中的冷水機(jī)組設(shè)備為捷豐MSRW175VFA模塊化水冷機(jī)組，每臺機(jī)組由6個相同制冷模塊單元組成。冷卻水及冷凍水系統(tǒng)主供、回水管路之間安裝有電動旁通閥，機(jī)組供水管道側(cè)安裝有電動隔斷閥。循環(huán)水泵共3臺，兩用一備方式運(yùn)行。急診樓冷卻塔設(shè)備具有4臺散熱風(fēng)扇，婦兒樓冷卻塔設(shè)備具有2臺高、低速散熱風(fēng)扇。急診樓空調(diào)系統(tǒng)目前運(yùn)行模式為定流量運(yùn)行，婦兒樓空調(diào)系統(tǒng)目前運(yùn)行模式為變流量運(yùn)行。其中捷豐MSRW175VFA模塊化機(jī)組如“圖1”所示。

下面主要從兩個方面進(jìn)行分析，一是不同機(jī)組形式的定流量及變流量空調(diào)系統(tǒng)能耗對比；二是相同機(jī)組形式的定流量及變流量空調(diào)系統(tǒng)能耗對比，具體對比如下。

一是不同機(jī)組形式的定流量及變流量空調(diào)系統(tǒng)能耗對比。根據(jù)機(jī)組不同制冷方式可分為離心機(jī)組、螺桿機(jī)組、模塊機(jī)組、活塞機(jī)組等，其中螺桿機(jī)組、模塊機(jī)組均可在轉(zhuǎn)換季節(jié)中達(dá)到較高的運(yùn)行效率。

在定流量螺桿機(jī)組及變流量模塊機(jī)組兩個系統(tǒng)空調(diào)中，空調(diào)建筑面積為31600平方米，總裝機(jī)容量3400kW的空調(diào)系統(tǒng)，全年耗電量的比較如下。

在相同制冷量為1700kW的冷水機(jī)組，相同水泵數(shù)量及揚(yáng)程的情況下，定流量螺桿機(jī)組總功率為792kW左右，全年總耗電量為1065865kW·h左右；變流量模塊機(jī)組總功率為765kW左右，全年總耗電量為738008kW·h左右，全年耗電量節(jié)約327857kW·h左右。根據(jù)2021年北京地區(qū)電費(fèi)為0.837元計算，全年節(jié)省電費(fèi)約為274416.31元左右。

二是相同機(jī)組形式的定流量及變流量空調(diào)系統(tǒng)能耗對比。醫(yī)院急診樓目前使用一次泵定流量空調(diào)系統(tǒng)，院區(qū)面積約為20000平方米，機(jī)組制冷量為2100kW，機(jī)組總功率為600kW，冷凍水泵及冷卻水泵均為兩用一備狀態(tài)，水泵功率為30kW。一次水泵定頻制冷季運(yùn)行頻率為43Hz，若降至第一住院部變流量空調(diào)系統(tǒng)的變頻運(yùn)行30Hz，由離心式水泵的功率與頻率成近似3次方關(guān)系可以算出，水泵功率單臺可大約降至30*0.7*0.7*0.7=10.29kW，目前急診樓4臺水泵在制冷季24h運(yùn)行，全年電量可節(jié)約24*152*4*（30-10.29）=287608.32kW·h，全年可節(jié)省電費(fèi)約為240728.16元。

目前大多數(shù)制冷機(jī)組采用定流量空調(diào)系統(tǒng)，在施工安裝中節(jié)約了不少經(jīng)費(fèi)支出，同時在后期維護(hù)中，減少了變頻器故障的機(jī)會，在整體運(yùn)行的過程中，長期保持高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，保證了室內(nèi)溫度的快速調(diào)節(jié)。但是，在制冷的過渡季節(jié)中，二次側(cè)末端負(fù)荷相對較小，長期的定流量運(yùn)行，不僅會導(dǎo)致能源的極度浪費(fèi)，同時加大水泵、機(jī)組的運(yùn)行壓力，減緩其使用壽命。

第一住院部使用的捷豐MSRW175VFA變流量模塊化水冷機(jī)組，會根據(jù)室外實際溫度，自動調(diào)節(jié)室內(nèi)機(jī)模塊電磁閥啟停，通過控制模塊開啟數(shù)量達(dá)到流量控制的目的，在此基礎(chǔ)上，一次泵才用的變頻系統(tǒng)，會對機(jī)組節(jié)能產(chǎn)生更好的效果。

醫(yī)院急診樓改造方案

綜上所述，變流量空調(diào)系統(tǒng)即便建造成本較定流量空調(diào)系統(tǒng)更高，但是從長遠(yuǎn)角度來看，變流量空調(diào)系統(tǒng)可達(dá)到節(jié)能的效果。北京大學(xué)第一醫(yī)院急診樓的定流量空調(diào)系統(tǒng)若要改造為變流量系統(tǒng)，需要進(jìn)行如下工作。

目前急診院區(qū)2015年投入運(yùn)行，存在或多或少的不穩(wěn)定因素。定流量空調(diào)系統(tǒng)目前存在水泵不能變頻運(yùn)行；換季期間水流量小，系統(tǒng)末端水溫較高；穩(wěn)壓罐處不定期泄水，補(bǔ)水水泵不自啟動等問題。造成這些現(xiàn)象的根本原因是：急診樓的定流量空調(diào)系統(tǒng)并沒有配備相應(yīng)的變流量控制系統(tǒng)，導(dǎo)致在運(yùn)行過程中，出現(xiàn)問題的時候，空調(diào)系統(tǒng)并不能夠及時作出對應(yīng)的調(diào)整，如果這個根本性問題得不到解決的話，這些小問題還會層出不窮地出現(xiàn)。

針對以上問題，在后期改造過程中，需要對捷豐MSRW175-6.0冷水機(jī)組2組，加裝兩套VWF變流量控制箱，分別控制冷凍水變流量和冷卻水變流量，并加裝變頻器控制每臺水泵，加裝水流壓差開關(guān)，通過水泵變頻，系統(tǒng)壓差信號反饋回主機(jī)，調(diào)節(jié)系統(tǒng)流量，并對制冷機(jī)組冷凍、冷卻水電動旁通閥更換。最終達(dá)到穩(wěn)定和平衡急診樓整個制冷系統(tǒng)總目的。

具體需要在現(xiàn)有的中央空調(diào)系統(tǒng)安裝一套VWF變流量控制箱，通過變流量控制箱實現(xiàn)對整個空調(diào)系統(tǒng)變流量自動運(yùn)行控制。完成VWF變流量控制箱至冷水機(jī)組、水泵控制柜、風(fēng)機(jī)控制柜、管道電動閥、管道傳感器等所有相關(guān)設(shè)備及信號采集點(diǎn)通訊線纜的連接。更換現(xiàn)使用中的冷卻泵軟啟動控制柜，更換為變頻控制柜，通過冷卻泵、冷凍泵的變頻控制系統(tǒng)流量，達(dá)到真正意義上的一次泵變流量系統(tǒng)。對現(xiàn)使用中的冷卻泵變頻柜進(jìn)行柜內(nèi)控制線的完善改造工作，同時對現(xiàn)使用中的電動閥控制箱進(jìn)行柜內(nèi)控制線的完善改造工作。

完成改造工作后，還需要對現(xiàn)有老舊設(shè)備進(jìn)行更新。更新冷卻水主管道供回水管之間的電動調(diào)節(jié)閥，更新冷凍水主管道供回水管之間的電動調(diào)節(jié)閥，滿足流量調(diào)節(jié)作用。在系統(tǒng)管道上安裝壓差傳感器，同時對冷凍水系統(tǒng)自動補(bǔ)水裝置現(xiàn)存故障進(jìn)行檢查維修。對已安裝完畢的變流量系統(tǒng)進(jìn)行綜合的試運(yùn)行調(diào)試。由于需要對系統(tǒng)進(jìn)行全面調(diào)試，改造工作需要待急診樓停冷期間進(jìn)行更換，工期涉及前期配件配貨、配件更換、系統(tǒng)調(diào)試，預(yù)計30天左右。完成調(diào)試工作后，機(jī)組便可完成一鍵啟動機(jī)組功能，系統(tǒng)電磁閥率先開啟，循環(huán)泵隨即啟動運(yùn)行，機(jī)組壓縮機(jī)聯(lián)動啟動。完成由定流量系統(tǒng)到變流量系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變。

從能耗角度分析，定流量系統(tǒng)不如變流量系統(tǒng)，越是能做到按需供應(yīng)的系統(tǒng)就越節(jié)約能源，變流量系統(tǒng)就是這樣產(chǎn)生的。目前第一住院部空調(diào)系統(tǒng)是真正意義上的變流量運(yùn)行，真正做到根據(jù)末端負(fù)荷變化而變化，根據(jù)系統(tǒng)所需變頻運(yùn)行，但是該系統(tǒng)對主機(jī)的要求很高，也正因為如此，其主機(jī)的價格也較常規(guī)的高，空調(diào)機(jī)組及控制系統(tǒng)前期啟動資金較高。相信未來會積極推廣變流量系統(tǒng)，達(dá)到節(jié)能降效的目的。

從能耗角度分析，定流量系統(tǒng)不如變流量系統(tǒng)，越是能做到按需供應(yīng)的系統(tǒng)就越節(jié)約能源，變流量系統(tǒng)就是這樣產(chǎn)生的。