隋亮亮

（杭州市建筑設計研究院有限公司，浙江杭州 310001）

1 項目概況

本工程為浙江省某三甲中醫(yī)院項目，位于浙江省東陽市，總建筑面積9.2萬m2（其中地上建筑面積6.6萬m2，地下建筑面積2.6萬m2）。地上分為門診樓、醫(yī)技樓、病房樓和行政樓。項目用地指標要求嚴格，地下室需要布置的功能多，地下室空間緊張，無法設置制冷機房。見圖1。

圖1 浙江省某中醫(yī)院效果圖

2 項目空調系統(tǒng)應用

項目空調使用建筑面積較大，冷熱負荷大。項目地下室空間緊張，無法設置常規(guī)的制冷機房和鍋爐房。比較合適的空調冷熱源為空氣源熱泵，但制冷COP較低，因此本項目采用了冷卻塔一體式冷水（熱泵）機組。

2.1 冷卻塔一體式冷水（熱泵）機組工作原理及特點

冷卻塔一體式冷水（熱泵）機組基于傳統(tǒng)中央空調系統(tǒng)的基礎，進一步提升了中央空調的能效，將高效的水冷式空調機組與環(huán)保的空氣源空調技術進行整合集成，機組滿足《一體式冷水（熱泵）機組（JB／T 12839—2016）》的相關要求［1］。

其工作原理為：機組制冷時，高溫高壓制冷劑氣體經(jīng)四通閥首先進入風冷換熱器預冷，依靠空氣的自然對流（風冷側風機不工作），預冷后的飽和冷媒氣體進入冷卻塔中的水冷換熱器，通過冷卻塔利用水和空氣的接觸，帶走熱量，經(jīng)膨脹閥節(jié)流降壓后，進入蒸發(fā)器，在此制取空調冷水，冷媒以低壓過熱氣體形式進入壓縮機，完成空調制冷循環(huán)，同時可以通過熱回收器進行熱回收預熱生活熱水。見圖2。

圖2 冷卻塔一體式冷水（熱泵）機組制冷原理

機組制熱時，微電腦控制程序自動關閉水冷卻系統(tǒng)，冷卻塔、冷卻塔風機和冷卻水泵停止工作，制冷劑走向經(jīng)過機組內部的四通換向閥自動轉換實現(xiàn)。首先低溫低壓的制冷劑氣體通過壓縮機的做功被壓縮成高溫高壓的氣體進入換熱器冷卻后，變成高壓中溫的液體經(jīng)膨脹閥節(jié)流降壓后，以低溫低壓的氣液混合物狀態(tài)進入換熱器吸收空氣中的熱量，使制冷劑工質氣化，變成低溫低壓的氣體回到氣液分離器后進入壓縮機，反復循環(huán)。見圖3。

圖3 冷卻塔一體式冷水（熱泵）機組制熱原理

冷卻塔一體式冷水（熱泵）機組優(yōu)勢：

1）機組放置在屋面，不占用室內使用空間；

2）利用水與空氣兩種介質進行散熱，COP最高可達5.3；

3）比常規(guī)風冷熱泵節(jié)能約25%；

4）可根據(jù)客戶需求選擇水冷／風冷模式運行；

5）風冷運行加裝噴淋管，在40℃以上環(huán)境溫度，保證機組的制冷能力；

6）夏季采用水＋空氣聯(lián)合冷卻方式進行制冷，并可以免費提供60℃的生活熱水。

2.2 冷卻塔一體式冷水（熱泵）機組的應用

此項目冷、熱源選擇冷卻塔一體式冷水（熱泵）機組，所有機組均放置在醫(yī)技樓屋面。綜合考慮醫(yī)院空調使用的特殊性以及運行費用，采用了3臺制冷量531 kW，制熱量534 kW 的全熱回冷卻塔一體式冷水（熱泵）機組，其熱回收量541 kW，熱回收熱量對整個醫(yī)院的生活熱水進行預熱，以達到節(jié)約生活熱水能耗的目的；8臺制冷量979 kW，制熱量986 kW冷卻塔一體式冷水（熱泵）機組與3臺熱回收型機組共同提供空調冷熱水。醫(yī)院項目因空調的使用情況及使用時間的不同，空調冷熱水的需求時間不同，因此該項目的空調冷熱源系統(tǒng)設計了在不同情況下不同的運行工況。

1）工況一：夏季供冷，所有區(qū)域均為需求空調冷水的時候，所有冷卻塔一體式冷水（熱泵）機組共同使用，空調水系統(tǒng)中閥門A、B常開，閥門C關閉，空調水系統(tǒng)給醫(yī)院所有區(qū)域提供冷凍水，并同時可以給生活熱水進行預熱。

2）工況二：過渡季節(jié)初期，其中手術區(qū)、中心供應等凈化空調需求供冷，醫(yī)技樓部分區(qū)域需求供冷時，空調水系統(tǒng)中閥門A、B關閉，閥門C開啟，閥門D關閉，將凈化空調系統(tǒng)與主系統(tǒng)分開。系統(tǒng)中冷卻塔一體式冷水（熱泵）機組二給凈化空調提供空調冷凍水，并可同時給生活熱水預熱。部分冷卻塔一體式冷水（熱泵）機組一給醫(yī)技樓提供空調冷凍水，閥門D的關閉保證了系統(tǒng)運行時，其他無空調需求的空間誤操作使用空調的情況，避免浪費。

3）工況三：過渡季節(jié)后期，其中手術區(qū)、中心供應等凈化空調需求供冷，醫(yī)技樓部分區(qū)域需求供熱時，空調水系統(tǒng)中閥門A、B關閉，閥門C開啟，閥門D關閉，將凈化空調系統(tǒng)與主系統(tǒng)分開。系統(tǒng)中冷卻塔一體式冷水（熱泵）機組二給凈化空調提供空調冷凍水，并可同時給生活熱水預熱。部分冷卻塔一體式冷水（熱泵）機組一給醫(yī)技樓提供空調熱水，閥門D的關閉保證了系統(tǒng)運行時，其他無空調需求的空間誤操作使用空調的情況，避免浪費。

4）工況四：冬季供熱，所有的區(qū)域均為需求空調熱水的時候，所有冷卻塔一體式冷水（熱泵）機組共同使用，空調水系統(tǒng)中閥門A、B常開，閥門C關閉，空調水系統(tǒng)給醫(yī)院所有區(qū)域提供空調熱水。

2.3 采用冷卻塔一體式冷水（熱泵）機組與采用風冷熱泵機組的對比分析

2.3.1 冷卻塔一體式冷水（熱泵）機組和風冷熱泵機組能耗對比

根據(jù)《一體式冷水（熱泵）機組（JB／T 12839—2016）》第4.4.3條表5的要求，冷卻塔一體式冷水（熱泵）機組COP不小于4.0。根據(jù)《公共建筑節(jié)能設計標準（GB 50189—2015）》中第4.2.10條表4.2.10要求，風冷熱泵機組的COP不小于3.0。項目機組臺數(shù)較多，無論是采用冷卻塔一體式冷水（熱泵）機組或者風冷熱泵機組，均有11臺，均在10%～100%的負荷需求內，開啟不同臺數(shù)的熱泵機組，保證機組均在85% ～100%的范圍內運行。各類熱泵產品在這個范圍內均是COP數(shù)值最高的，因此在能耗計算中均按機組100%運行時的COP進行計算。

根據(jù)浙江省《民用建筑項目節(jié)能評估技術導則》中的相關規(guī)定，該項目可以分別計算出采用冷卻塔一體式冷水（熱泵）機組和風冷熱泵機組的夏季能耗。

冷卻塔一體式冷水（熱泵）機組系統(tǒng)，根據(jù)不同負荷率統(tǒng)計分段100%、70%、50%、40%計算得出年用電量：6 401 369.5 kW·h。

普通風冷熱泵機組系統(tǒng)，根據(jù)不同負荷率統(tǒng)計分段100%、70%、50%、40%計算得出年用電量：8 535 159.3 kW·h。

因冷卻塔一體式冷水（熱泵）機組冬季相當于風冷熱泵運行，因此冷卻塔一體式冷水（熱泵）機組和風冷熱泵機組冬季的允許能耗基本相同。由此可知，采用冷卻塔一體式冷水（熱泵）機組比風冷熱泵機組在一個制冷季可以節(jié)約空調耗電量為：8 535 159.3－6 401 369.5＝2 133 789.8 kW·h。

2.3.2 冷卻塔一體式冷水（熱泵）機組和風冷熱泵機組經(jīng)濟對比分析

根據(jù)上一小節(jié)耗電量計算，以及該項目最終空調設備采購價格情況與相同廠家熱泵設備價格對比，可得到以下結論，見表1。

表1 經(jīng)濟對比分析

由以上對比可知，本項目采用冷卻塔一體式冷水（熱泵）機組既節(jié)約了地下室機房的使用空間，又在滿足醫(yī)院各種工況運行的情況下，較常規(guī)風冷熱泵機組更為節(jié)能。

3 結 語

通過浙江省某中醫(yī)院項目冷卻塔一體式冷水（熱泵）機組的應用情況來看，冷卻塔一體式冷水（熱泵）機組既節(jié)約了機房的使用面積，又可以多方式運行，滿足醫(yī)院的復雜運行情況。其費用又較常規(guī)的不設置機房的空調冷熱源更為節(jié)約，還可以在空調制冷運行的情況下同時熱回收，提供生活熱水的熱源。因此，冷卻塔一體式冷水（熱泵）機組適合在項目規(guī)模不大，地下室使用空間較為緊張且有較大的屋面使用空間的項目中使用，可在更多類似工程中推廣使用。