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温度湿度独立控制系统在某医院病房中的应用

2016-09-30 04:30:08.0   |    作者:黄槐荣 王旭   |   浏览:113
摘要:以北京某医院工程为例,介绍了温度湿度独立控制系统在医院空调中的适用性和优势,得出完全由新风来承担室内的湿负荷,室内盘管干工况运行可以有效地解决医院空调空气污染,尤其是集中空调自身带来的室内空气污染问题,大大改善室内空气质量。采用高温冷水机组COP提高约30%,利用高温冷水对新风进行一级表冷,低温冷水进行二级表冷的双盘管热回收新排风机组可以减少能耗约13%,两级热回收对新风进行预冷和再热可进一步降低新风的处理能耗。

   关键词:温度湿度独立控制;医院空调;干盘管;节能;热回收

  0引言

  随着我国医疗技术的进步,诊疗设备不断更新,医院功能不断完善,医院建设标准以及医院环境舒适性大大提高,医院成为能耗最大的公共建筑之一[1],医院建筑空调能耗量是一般办公建筑的1.6~2.0倍[2-3]。医院是一个医疗场所,必须满足医疗功能的卫生要求,又是多种病原体携带者与易感人群高度集合的一个特殊场所,必须满足控制院内感染与交叉感染的安全要求。尤其SARS爆发之后,人们更加关注医院建筑的交叉感染控制,而要控制感染,消除空调设备内的潮湿表面、控制室内的相对湿度在合适的范围内是非常有效的手段之一。同时医院空调还需满足不同疾病患者的舒适性要求。如何控制医院不同医疗场所合适的温湿度与微生物浓度是与传统空调的最大区别。这对控制院内感染、保证医疗顺利实施有特殊意义。

  温度湿度独立控制技术能有效解决医院空调系统的上述问题。传统医院空调依靠风机盘管

  对空气进行降温除湿,风机盘管长期处于湿工况运行,盘管表面潮湿甚至积水,成为霉菌繁殖的场所,从而严重影响送风品质。为了克服传统医院空调的弊端,沈晋明等人在独立新风系统的基础上提出了湿度优先控制系统的概念,同时GB50333-2013《医院洁净手术部建筑技术规范》提出了有条件时宜采用新风湿度优先控制模式。温度湿度独立控制空调让新风独立承担室内全部湿负荷,从而使循环空调机组或者风机盘管干工况运行,最大限度地减少细菌等微生物的繁殖和扩散,从根本上解决空调自身对空气的污染。这种空调系统由于风机盘管可以在干工况下运行,用高温冷水控制室内温度,制冷机蒸发温度提高,制冷机的COP提高,从而使集中空调系统的能耗降低。因此温度湿度独立控制空调系统对于医院改善室内空气质量及降低空调运行能耗都起到了很好的作用。

  1工程概况

  北京市某军队医院,总建筑面积96374㎡,地下3层,地上12层,2~12层为病房层,拥有900张床位,是集放疗科、影像科、核医学科、消毒供应中心及普通病房、ICU病房、层流病房等护理单元为一体的大型三级甲等医院,目前已经投入使用。本工程总冷负荷为8200KW,其中病房层的显热负荷与新风预冷负荷为3800KW。干式风机盘管承担显热负荷2500KW,新风承担部分显热负荷(465KW)。夏季采用两种水温离心式冷水机组供冷,高温制冷机供回水温度为14℃/19℃,低温制冷机供回水温度为7℃/12℃。冬季总热负荷为7588KW,空调热源为市政热力,冬季空调水供回水温度为60℃/50℃。病房层总新风量为134800m³/h,排风量为111700 m³/h,排风全部经过溶液循环热回收器进行显热回收,冬季显热净能量回收效率为42%,夏季两级显热净能量回收效率共为65%。

  夏季空调室外设计干球温度33.5℃,湿球温度26.4℃;夏季空调室内设计干球温度26℃,相对湿度45%,空气露点温度13.2℃。冬季空调室外设计温度-9.9℃,相对湿度44%;冬季空调室内设计温度22℃,相对湿度30%。

  2干盘管进水温度的确定

  关于干盘管进水温度如何确定的研究较多,文献[4]指出干盘管进水温度可以低于风机盘管进风露点温度2.5~3.5℃。文献[5]指出干式风机盘管的冷水温度可以比室内空气露点温度低2.5~6.5℃。目前国内大多数学者认为盘管的表面温度高于处理空气的露点温度,盘管无冷凝水出现,可实现干工况运行[6-8]。为了防止室内出现凝结水,同时为了充分利用风机盘管的冷却能力,减小干盘管的尺寸和造价,尤其是干盘管型号越大噪声也越大,冷水的进水温度不应太高,本工程干盘管的供回水温度取14℃/19℃。干盘管进水温度比室内空气露点温度高0.8℃,保证室内风机盘管干工况运行。

  3温度湿度独立控制空调系统

  采用2台2286KW(650rt)常规离心式冷水机组,供回水温度7℃/12℃,COP为5.4,主要承担门诊用房、医技用房、新风机组二级表冷段及净化区空调负荷。2台1934KW(550rt)高温离心式冷水机,供回水温度14℃/19℃,COP为7.1,主要承担病房区干式风机盘管及新风机组的一级表冷段空调负荷。由于高温冷水机组COP较高,因此尽可能多地利用高温冷水进行空调供冷,可以减少空调运行能耗。本工程普通病房层采用干式风机盘管加乙二醇溶液热回收新排风空调机组系统形式,在新风处理过程中充分利用14℃/19℃高温冷水对新风除湿,降低新风处理能耗。

  根据GB50189-2005《公共建筑节能设计标准》[9],对排风进行热回收,热回收方式对医院空调防止交叉污染至关重要。转轮式热回收空调系统能进行全热回收,回收热效率高,但漏风率较高,漏风率约为0.5%~10%;交叉板式热回收空调系统能进行显热回收,也有漏风危险,漏风率约为0~5%。为了避免排风对新风的交叉污染,采用乙二醇溶液进行显热回收,该系统新风与排风完全分开。由于室内湿负荷完全由新风系统承担,新风通过表冷段除湿,要求新风处理温度较低(低于室内露点温度),直接送到室内会引起风口结露。如果通过再热提高送风温度再送入室内能够避免风口结露,但这会造成能源的浪费,大大增加空调能耗。为了解决这一矛盾,本工程采用两级溶液热回收新排风机组空调系统形式,见图1,2。

  

图1 两级溶液热回收新排风机组.jpg


图1两级溶液热回收新排风机组

  

图2 新风处理过程.jpg


图2 新风处理过程

  夏季室外新风(状态点W干球温度33.5℃,湿球温度26.4℃)经过乙二醇显热回收盘管预冷到L1(干球温度28.2℃,相对湿度79%),再经过一级表冷器冷却到机器露点L2(干球温度18℃,相对湿度90%),一级表冷器采用14℃/19℃高温冷水。L2状态新风经过二级表冷器处理到机器露点L3(干球温度11℃,相对湿度90%)。二级表冷器空气出口温度根据规范要求至少要比冷水的进口温度高3.5℃[10],如果不经过再热直接送到空调房间,会引起风口结露。而采用防结露风口成本太高。为了在防止风口结露的同时不增加建设成本,在新风机组内增加一水溶液热回收盘管,热回收盘管内的水吸收排风(26℃)的热量,温度升高,新风(11℃)吸收热回收盘管内水的热量,温度升高到16℃(O点)送入室内,通过循环水泵实现排风热量向新风传递,解决了新风送风温度过低的问题,同时也不会增加空调再热能耗。

  本工程病房新风量标准为50m³/(人·h)。病人散湿量按极轻劳动计算,人员散湿量1.09g/(人·h)。根据图2计算得50m³/h新风量的除湿量为129g/h,考虑到其他的未知散湿源(如鲜花等),留有一定安全余量。

  4与传统空调的对比

  本工程2台14℃/19℃高温冷水机组COP达7.1,IPLV达8.6。而7℃/12℃常规冷水机组COP约为5.4(3级能效)。可以看出高温制冷机比常规制冷机COP提高了30%左右。

  新风机组采用两级表冷盘管,一级表冷盘管采用14℃/19℃的高温冷水,冷却量为29.65KJ/Kg。二级表冷盘管采用7℃/12℃的低温冷水,冷却量为18.16KJ/Kg。处理新风能耗量为29.65KJ/Kg÷7.1+18.16KJ/Kg÷5.6=7.42KJ/Kg。如果只采用一级表冷盘管,完全由7℃/12℃的低温冷水对新风进行表冷除湿,其能耗量为47.81KJ/Kg÷5.6=8.54KJ/Kg。

  采用两级热回收盘管对新风进行预冷和再热,既节省了新风预冷量5.05KJ/Kg,又可以避免传统空调再热量5.05KJ/Kg。采用两级热回收盘管两级冷却盘管新排风机组是本工程实现温度湿度独立控制技术的关键。

  5设计注意事项

  温度湿度独立控制系统对外围护结构的气密性要求较高。由于该空调系统是靠新风来除湿的,如果围护结构的气密性差,室外潮湿空气大量渗入带来的湿负荷可能无法由送入室内的干燥新风完全承担,导致室内相对湿度升高,这样风机盘管就会有结露的危险。为安全起见,建议干式风机盘管配凝结水盘,并设有冷凝水系统。因为实际运行中存在病人自行打开窗户的情况,某些房间风机盘管会有冷凝水出现。

  由于新风承担室内的全部湿负荷,因此新风量直接影响到室内的空气质量和热舒适性。为了保证各病房的新风量,各房间新风支管安装定风量阀。

  两级热回收新排风机组既避免了排风对新风的交叉感染,又大大减少了新风再热能耗,在冬季运行时,只运行乙二醇溶液热回收盘管,水溶液热回收盘管停止运行。

  门诊科室及医技科不建议采用温度湿度独立控制空调系统,由于室内湿负荷完全由新风承担,而室内的主要散湿源为人员,门诊科室及医技人员密度大,而且人员波动也大。为了防止室内出现冷凝水,要求新风量很大,但实际情况可能大部分时间人员密度达不到设计值,目前新风机组送风量很难随着人员数量的变化而变化,实际上只能以最大的新风量运行。这样会造成运行不节能,因此本工程只有病房区采用温度湿度独立空调系统。

  6结论

  本工程空调系统已投入运行,达到了设计预期的效果,用户反映新风系统舒适性很好。在室内负荷不大时(如晚间)仅开新风就能维持室内舒适性水平。温度湿度独立控制技术适合在医院病房中应用,不仅可以大大改善病房空气质量,而且可以减少空调自身带来的感染,有效解决了医院建筑室内空气质量差及能耗高的难题。

  参考文献:

  [1]沈晋明,马晓琼.医院建筑特点与节能[J].暖通空调,2007,37(8):72-78

  [2]涂光备.医院空调净化与设备[M].北京:中国建筑工业出版社,2005

  [3]张桂荣,李敏霞,郝长生.温湿度独立控制在医院建筑中的应用研究[J].建筑热能通风空调,2008,27(4)37-39

  [4]倪美琴.风机盘管干工况时进水温度的确定[J].制冷与空调,2006,6(6):83-85

  [5]殷平.“干盘管”误解剖析[J].暖通空调,2008,38(7)44-54

  [6]万建武,廖荣生.干工况风机盘管进水温度的确定[J].广州大学学报:综合版,2001,15(5):68-70

  [7]郁惟昌,卜庭栋,唐学波,等.影响盘管干工况运行的各种因素[J].暖通空调,2007,37(10):76-79

  [8]沈列丞.对《“干盘管”误解剖析》一文中4个问题的探讨[J].暖通空调,2009,39(1):70-75

  [9]中国建筑科学研究院,中国建筑业协会建筑节能专业委员会.GB50189-2005公共建筑节能设计标准[S].北京:中国建筑工业出版社,2005

  [10]中国建筑科学研究院.GB50736-2012民用建筑供暖通风及空气调节设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2012


关键字:新风,排风机,湿度
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