胡 榆 黃欽 貴州省人民醫(yī)院

1 環(huán)境現(xiàn)況

某醫(yī)院放射科使用的CT、MRI 等設備，功率較大并且對環(huán)境溫度有限制，但由于條件所限這些設備的室外機集中安裝在大樓的負二樓，導致負二樓的空氣中存在大量的余熱。根據(jù)相關統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，以6 臺CT 機、6 臺MRI 儀和2 臺直線加速器(LA)為例，每臺大型醫(yī)療設備的年平均待機電量為 1.04×105kWh，年最大瞬時電量平均值為3.97×105kWh，年散熱電量為 1.30×105kWh。因此，這些大型醫(yī)療設備的長期全負荷運行產生的余熱使得醫(yī)院門診負二樓的年平均氣溫維持在38℃左右，甚至在夏季時經常引發(fā)大于50℃的局部高溫問題。

由于門診及住院部的特殊性，醫(yī)院需要24h 無限制供應生活熱水。其中，冬季生活熱水需求量較大，日均生活熱水使用量超過200t，且年平均水溫要為45℃。另外，由于該地區(qū)冬季濕冷的天氣條件，原有安裝在大樓樓頂?shù)目諝庠礋崴鳎菀资艿剿獌龅挠绊?，導致冬季熱水的水溫無法超過38℃，不僅無法滿足當前患者對熱水的需求，也嚴重影響了熱水供應的效率和患者的使用體驗。

2 余熱回收方案

在當前資源緊張、國家提倡綠色環(huán)保和節(jié)能減排的背景下，根據(jù)大型醫(yī)療設備的能源使用特點，有針對性地提出降低能耗的節(jié)能措施具有重要實際意義。為了提高醫(yī)院資源利用效率，某醫(yī)院提出采用空氣源熱泵熱水器進行余熱回收?？諝庠礋岜卯a熱水原理是基于逆卡諾循環(huán)，是一種將低溫熱量提升至高溫熱量的節(jié)能環(huán)保制熱技術，整個系統(tǒng)集熱效率甚高。因此，某醫(yī)院在負二樓安裝空氣源熱泵熱水機組，以充分利用負二樓空氣中的余熱，具體改造示意圖如圖1 所示。

2.1 空氣熱源熱泵機組安裝

在大樓負二樓安裝空氣熱源熱泵機組，1 臺機組占地僅需0.6m2，地點選擇靠近排煙風機的風口，依托排煙風機加快氣流流速，并且熱泵機組采用頂出風，進一步加強了空氣的循環(huán)，機組選擇19KW 的空氣源熱泵2 臺，設備參數(shù)見表1。

表1 空氣源熱泵熱水機組參數(shù)表

2.2 加熱處理

空氣源熱泵熱水機組，運用逆卡諾循環(huán)原理，通過熱泵做功使熱媒（冷媒）產生物理相變（液態(tài) - 氣態(tài) - 液態(tài)），利用往復循環(huán)相變過程中不間斷吸熱與放熱的能量被利用 ，主要過程在吸熱裝置（蒸發(fā)器）吸取低溫熱源空氣中的熱量，通過專用熱水交換器（冷凝器）向冷水中不斷放熱，使水逐漸升溫，達到制熱水的目的。制熱過程中的電熱能量轉換效率（COP）最高可達 450%以上。

2.3 熱水儲存

設置15t 循環(huán)水箱，避免主機頻繁的啟停，也及時排出因水溫變化產生的氣體，避免機組故障，然后將加熱后的熱水儲存于循環(huán)水箱中。

2.4 熱水轉運

通過水泵將負二樓循環(huán)水箱中的熱水轉運至一樓的15t 中轉水箱，因醫(yī)院面積較大，直接從循環(huán)水泵供至大樓，管道鋪設過長，水泵揚程過大，影響最終流入的水質。鋪設的管道須做保溫處理，減小熱量損失，并且水箱的選址在取水點和用水點中間，管道選擇最優(yōu)路徑，減少管道阻力。

2.5 熱水分配

通過提升泵，將熱水分別運送至各個大樓的高層生活水箱或循環(huán)水管網(wǎng)中，補充大樓生活熱水，管道須加裝止回閥防止水流回灌。

3 節(jié)能改造效果

通過某醫(yī)院余熱回收利用項目的實施，顯著改善了醫(yī)院大樓熱水供應、負二樓的室溫調控以及醫(yī)院放射科CT、MR 等醫(yī)療設備的使用環(huán)境。同時，還充分利用了醫(yī)院的空氣余熱資源，進一步提高了資源的循環(huán)利用效率，降低了醫(yī)院的生產熱水費用，從而實現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保目標，同時也帶來了經濟效益。

3.1 提升CT、MRI 等放射醫(yī)療設備的運行穩(wěn)定性

醫(yī)院放射科大型醫(yī)療設備室外機均集中放置于大樓負二樓散熱，并且醫(yī)院放射科全年無休，每日放射檢查設備要運行12h 及以上，檢查設備運行產熱量大且時間長，轉移到負二樓造成環(huán)境平均溫度在38℃左右，夏季環(huán)境最高溫度超過50℃。而放射科醫(yī)療設備外機最高運行溫度45℃，超高溫將影響放射設備的運行效率，也增加病人的診療時間。安裝并運行空氣源熱泵后，環(huán)境溫度有明顯下降，將環(huán)境溫度有效降低了6℃左右，使負二樓外機環(huán)境的年平均溫度從38℃降至32℃，極大緩解負二樓環(huán)境溫度以滿足醫(yī)療設備運行的溫度標準，提升放射科大型醫(yī)療檢查設備運行的穩(wěn)定性?？諝庠礋岜冒惭b前后溫度對比見圖2。

圖2 空氣源熱泵安裝前后對比圖

3.2 顯著改善內科南、北樓的生活熱水溫度

冬季工況下，空氣源熱泵機組如果安裝在戶外，不斷的融霜使得機組難以長期穩(wěn)定運行，同時還有主導風向、極端室外氣象條件等都會限制機組的使用，使其在寒冷地區(qū)電熱能量轉換效率衰減嚴重?，F(xiàn)通過將空氣源熱泵機組設計安裝在室內，由于設備室外機的熱量常年持續(xù)、穩(wěn)定產出，熱泵的室溫環(huán)境日夜波動不超過8℃，且環(huán)境區(qū)域較空曠，加之排煙風機的運行，氣流組織循環(huán)正常，不會造成空氣回流，也消除了機組在室外因環(huán)境溫度、濕度波動的影響因素。通過安裝空氣源熱泵熱水機組，醫(yī)院大樓生活熱水供應得到了改善，以2022 年11 月28 日至2023 年1 月8日為例，每日產量如圖3 所示。熱泵機組提供穩(wěn)定、充足的熱水，每日平均產水量在66.4t，水溫均保持在45℃左右，解決了冬季生活熱水溫度不足的問題。

圖3 空氣源熱泵熱水機組每日產水量

3.3 實現(xiàn)資源循環(huán)利用并獲得經濟效益

空氣源熱泵熱水機組能把空氣中的低溫熱能吸收進來，經過壓縮機壓縮后轉化為高溫熱能，加熱水溫，不僅節(jié)能效果顯著，還帶來顯著的經濟效益?，F(xiàn)運行平均每天可產生66.4t 生活熱水，自來水溫度從15℃加熱至45℃需要的熱量Q=30101.25kcal，使用空氣源熱泵熱水器與其他設備的耗能及運行費用對比見表2,空氣源熱泵熱水器在運行費用方面對比其他制熱方式優(yōu)勢明顯。每年運行費用在135.87萬元，與電鍋爐、燃油鍋爐、燃氣鍋爐和空氣源熱泵熱水器相比，能夠顯著節(jié)約電費，即使考慮使用同樣節(jié)能的太陽能情況下，空氣源熱泵熱水器每年也能節(jié)約費用約75.84 萬元，半年就能收回初期投資成本。太陽能雖然年運行費用低，設備簡單易推廣，但供熱速度慢并且受氣候、日照條件影響非常大，特別是冬季影響很大，陽光寡照，難以滿足人多、供熱集中地區(qū)的需求。

表2 熱泵加熱與常規(guī)加熱方式運行成本對比表

空氣源熱泵熱水器是使用保溫水箱來存儲熱水的，在實行電價波谷波峰的區(qū)域可以靈活掌握，節(jié)能優(yōu)勢尤其明顯。并且空氣源設備緊湊，操作、維護簡單，無需人工管理費用；無需設立專門的設備房，不占用有效的建筑面積，節(jié)省土建投；運行可靠，使用壽命長；外殼采用鏡面不銹鋼，高雅美觀，經久耐用，不易生銹?？諝庠礋岜脽崴畽C組加熱時間短，水電完全分離無觸電危險，無廢煙、廢氣排出無中毒危險，同時也克服了太陽能熱水器陰雨天不能工作的缺點?？諝庠礋岜脽崴畽C組的初期投資雖比天然氣鍋爐、電鍋爐貴一些，但由于它特殊的節(jié)能效果，一般會在1年以內通過節(jié)能方式將成本收回，鍋爐等其他供熱方式一般使用壽命只有10a，而熱泵機組的使用壽命可長達15 a。

4 結語

某醫(yī)院通過系統(tǒng)性設計，解決了醫(yī)院大型醫(yī)療放射設備余熱回收系統(tǒng)因房屋緊張帶來的設計難點，同時避免了局部高溫環(huán)境下設備可能出現(xiàn)的過熱保護導致醫(yī)療診斷設備無法運行的一系列問題。該系統(tǒng)可以回收利用這部分余熱，通過空氣源熱泵機組實現(xiàn)醫(yī)院生活熱水的補充供應。本文研究對象是現(xiàn)有醫(yī)院大型醫(yī)療診斷設備能源回收系統(tǒng)，在項目設計之初，可將該系統(tǒng)與醫(yī)院的供暖系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、水循環(huán)系統(tǒng)等進行更深層次的聯(lián)動，特別是利用因設備散熱導致局部高溫的空氣作為加熱源，可以大大減少電、燃氣等消耗、提高低品位熱能源利用率。

本設計、實踐意在解決某醫(yī)院大樓負二樓存在大型醫(yī)療設備產生的余熱無法有效利用，以及設備使用導致的負二樓溫度過高無法維持設備正常運行工作的問題。通過系統(tǒng)性的設計，提出了解決方案，即利用空氣源熱泵機組回收利用余熱補充供應熱水。系統(tǒng)可以與醫(yī)院的供暖系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)和水循環(huán)系統(tǒng)等進行聯(lián)動，通過利用高溫空氣作為加熱源，降低能源消耗，提高能源利用率，同時優(yōu)化醫(yī)院的大型設備能源回收系統(tǒng)實現(xiàn)能源的循環(huán)利用。