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医院暖通空调系统的节能分析

发表时间：2021/4/13 来源：《基层建设》2020年第32期作者：姜涛

[导读] 摘要：随着绿色环保以及可持续发展理念的广泛普及，有各个领域应用节能措施，加强节能建设，已成为当前我国社会经济发展必然趋势。

        安徽省胸科医院设备科安徽合肥 230022
        摘要：随着绿色环保以及可持续发展理念的广泛普及，有各个领域应用节能措施，加强节能建设，已成为当前我国社会经济发展必然趋势。暖通空调系统在医院的应用越来越广泛，医院在实际的管理过程中，暖通空调系统要从源头设计出发，要本着节能减排、保护环境的原则，采取各种措施，降低空调系统的运行成本。各个医院要根据自身的实际情况，统筹规划各个职能区域的空调供给，合理配置空调的高峰、低谷期间的空调使用情况，考虑多能源组合运行模式，真正做到节能减排，为医院工作者和患者提供一个舒适、健康的环境。
        关键词：医院工程；暖通空调；节能分析
        引言：医院能耗管理是一项系统工程，做好开源节流是工作的关键，科学合理评估，选择适合医院自身发展的节能项目是必要手段，通过科学管理、反复实践，从点滴做起，管理节能和技术改造节能同时开展，更能有效降低医院能耗。随着医疗卫生事业的快速发展，医院建筑规模不断扩大，医患人员对医疗环境的要求不断提高。在医院建筑当中，暖通空调系统的耗能在整体耗能中占比最大，对该系统进行节能改造刻不容缓。为此，可以充分参考上述节能措施，实现医院的绿色可持续发展。
        1医院暖通空调系统的特点
        1.1医院作为重要的特殊公共建筑，其人员密集，不同人员对环境要求也不一样，如手术室、重症监护室等对洁净度、风速、风压温湿度等参数有明确要求;而信息数据机房及大型医疗设备等对空调系统运行稳定性要求较高，系统一旦出现故障，就会对设备造成损坏影响到医疗工作的开展。住院病房及行政办公楼空调系统的要求相对灵活，满足日常采暖及制冷要求即可。以安徽省胸科医院为例，空调系统有螺杆机组、溴化锂机组、多联机组、模块机组、精密空调等，中央空调系统又分门诊、住院、医技、行政和洁净共5个区。
        1.2随着社会和医疗卫生事业的发展，人们对健康水平的追求和对医院设施、环境的需求也发生了深刻的变化，医院的功能不再是单纯追求治疗疾病的唯一手段，都是集医疗、科研、教学、保健为一体的现代大型综合医院，医院暖通空调能耗与一般建筑的能源消耗不一样，具有如下一些特点:建筑规模大，布局多，空调管网系统复杂;用能人员结构复杂，包括病人及家属、医护人员、医院管理办公人员、后勤保障人员;大型医疗设施多，设备热负荷大;用能时间长，好多设备都需要 24 h 不间断运行。
        1.3末端区域浪费现象普遍存在
        医院后勤管理者对于楼宇内的中央空调系统末端的使用区域往往缺乏有效的管理手段。以安徽省胸科医院为例，全院安装的风机盘管等末端空调设备有1200 台左右，分布在医院的公共区域及各个房间，各房间都设有空调控制面板，风机盘管的开关、温度的设定、风量的大小调整均由各使用区域人员进行控制，空调不及时关闭或者温度设置过高过低等现象时有发生，医院属于公共场所，人员众多，所以单纯的依靠加强人员宣教节能，收效甚微，末端浪费严重。末端浪费掉的冷热源势必会由前端机组产出更多的冷热源来维持整个空调系统的需求，产出更多的冷热源就意味着需要有更多的电能的消耗，所以纵然后勤管理人员对前端机房内的设备进行再精细的管控也无法规避能源浪费的问题。总结起来医院中央空调的管理难点就是“前端可控、末端失控”。
        1.4由于医疗服务的特殊性，医院空调系统需要不间断运行，而且必须稳定可靠。门诊、住院病房及行政办公区夏季运行4个月，冬季运行5个月;手术室等洁净区域需要365d常年运行。系统大、分区多、运行时间长，是医院空调系统的共同特征，鉴于此，医院的建筑能耗远高于其他公共建筑，电能又是医院最主要的能耗类型，大部分医院年度电费少则百万元多则上千万元，而电能结构分布方面，其最主要的消耗来源均为各类空调设备，不同的是老医院以各类分体式空调为主，新建医院以集中空调为主，据统计，空调耗电已经占到医院整体电能消耗的40%左右，暖通空调系统电耗绝对是医院的“电能消耗大户”，因此，在保证系统稳定运行的基础上，探索暖通空调系统能源管控模式和优化运行方案就显的尤为重要，是控制医院电能成本的关键，是医院开展节能工作的重点研究方向，节能潜力巨大。
        2医院暖通空调的作用
        2.1防止交叉感染的重要措施。
        医院本来说就是一个聚集和容纳各种患者的公共场所，加上病人本来自身免疫力相对正常人来说比较低下，同时医院空气中弥漫着各种消毒水等刺激性气体，医疗设备不也会产生一些危害人体健康的物质，因此医院的建筑从源头的设计上就要以防交叉感染。特别是医院这种特殊场所，暖通空调的系统要根据医院的实际职能、性质要细化分区。要根据不同的功能合理控制压差，控制好空气的流通方向，选择最佳气流组织方式。例如：公共大厅使用的是全空气系统，病房及办公区域使用的是新风加风机盘管通风系统。在新冠疫情期间使用全空气系统时应关闭室内回风风阀，打开新风风阀，要以全新风方式运行；新风加风机盘管通风系统，必须开启新风，确保各个房间的独立通风。总之，要遵循1个基本原则就是要控制好压差，让空气流通，降低交叉感染的可能性，提供最佳的医疗环境。
        2.2医院暖通空调是医院正常运行的重要保障。
        随着医疗技术、医疗设备和医疗管理水平的提高，各种各样设备散热量大，在运转的过程中也会释放很多气体、烟雾等物质，给医疗的空气管理带了很大困难。因此，医院在管理中，要根据设备分类管理，对于大型设备要建立独立机房，特殊的设备要根据设备要求，设定适当的温度、湿度，提高设备的精准度、稳定性。例如：普通X光室、CT室、核磁共振室、LA机房等使用的设备对温度、湿度都有特殊要求。因此，医院暖通空调是医院正常运行的重要保障。
        2.3医院暖通空调为治疗康复有力条件。
        医院为给病人提供医疗和护理的场所，对于患者的医疗和康复有特殊的需求，比如说：
        温度、湿度等，这些条件对患者的康复有着重要的辅助作用。对于身体性能不佳、散热不正常的心脏病患者，由于本身血液循环不足，因此空调将有助于帮助患者散热。所以，医院的暖通空调不仅仅是为了提高医院的舒适度，从医疗和康复的角度出发，医院的暖通空调为治疗和康复提供了有力保障。
        3医院建筑暖通空调节能的思路分析
        3.1 重视改造前规划、设计的合理性
        在进行医院建筑暖通空调节能系统改造时，要绝对重视暖通空调的设计合理性，确保整改措施与现场情况相吻合，才可以保证节能思路的良好性。上述观点具体表现为以下两个方面。（1）医院建筑暖通空调改造前的设计，应该要从节能效果、成本的经济性等方面入手，进行科学规划、设计，同时要与丰富的实践经验以及创新理念相结合，完善其规划设计方案，并突出其节能特点，进而提高医院建筑暖通空调的节能水平。（2）在医院建筑暖通空调节能科学的改造规划下，还要对医院所在区域的结构组成、地理环境、气候环境等进行分析，加强和提升相关设计人员的节能意识，将节能理念准确的融入医院建筑暖通空调节能改造规划计划中，进而为后续的应用及节能效率提供最大的保障。
        3.2加强医院暖通空调节能的创新性
        在进行医院建筑暖通空调节能改造规划设计时，要与时俱进，考虑到我国社会的发展要求，强化创新意识，进而提升暖通空调的最佳节能效果，最大程度保障医院建筑的服务水平。上述观点具体表现为以下两个方面。（1）在医院建筑暖通空调的节能作业展开过程中，适当融入创新理念，并合理利用太阳能、风能、地热能等新型能源，帮助医院建筑提升在实际应用中的冷热源系统节能功能。

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（2）可以加强考虑局部送风、系统合理分区、新风质量提高等方案，优化系统工作性能，并有效设定医院暖通空调控制系统的最佳运行时间以及启动方案，设置与现实符合的送风参数等，提高其控制系统最终在实践中的应用功能，保证使用效率，以达到增强医院建筑暖通空调节能效能的目的。
        4医院暖通空调系统节能的措施
        4.1改善医院建筑物的方向和外形的合理性
        建筑物的方向及外形是否合理，会对建筑物室内的温度情况产生极为重要的影响。通过对建筑物方向及外形进行科学合理的设计，能够有效调节室内温度，从而减轻医院空调暖通系统的运行负担，降低能耗，达到良好的节能效果。一般情况下，在医院建设过程中，对其地理位置进行选择时，应充分考虑环境因素，尽量选择具有良好的绿化条件，空气质量高、噪音小的位置，这不仅有利于病人修养，尽快恢复健康，同时也有利于对医院建筑物朝向及外形进行科学合理的设计。在设计医院建筑物朝向和外形时，尽量选择南北为主立面，这种朝向和外形设计，能够使建筑物的负荷有效降低。除此之外，对于建筑物的墙壁、顶棚、门窗等方面，采用新型材料及科学设计，有效提高其隔温效果，这也是优化室内温度环境，促使暖通空调有效达到节能效果的重要措施。
        4.2选择合理的冷热源方案。
        医院的各个科室根据人流的差异，空调高频率使用的时间段也不尽相同。除了考虑到满足最大负荷外，对于最小负荷时，要让冷热源保持较高的能量效率。例如晚上经常使用的病房、急诊室和手术室等。但在最小负荷发生的过渡季夜间，有时候可能只有少数的手术室在使用空调。一般来说，这种情况医院通常采用独立空气源热泵机组作为过渡季空调的冷热源。因此，应合理地分析最大，最小和特殊时期等设备的负荷率，通过分析的结果统筹规划，打造出符合医院特色的高效率、灵动性强的医院暖通系统。
        4.3强化建筑围护结构的保温性能
        在医院建筑物设计以及施工建设过程中，其围护结构对其室内温度效果具有至关重要的影响，也是优化暖通空调系统，提高其节能作用的重要措施。针对医院建筑的围护结构进行改建的过程中，必须要充分考虑建筑节能因素，在《采暖通风与空调工程设计规范》中，针对建筑物围护结构各个部分的传热系数值，给出了明确的数值。因此，在对建筑物进行改建过程中，对围护结构进行设计时必须要充分参考《采暖通风与空调工程设计规范》中的传热系数值，通过科学设计，有效防止外墙内部结露现象的产生，同时还要针对内表面，使温度波动有效减小，降低建筑物的蓄热负荷，使围护结构能够有效隔绝建筑物内部的热量传递，这对提高暖通空调系统的节能效果，能够起到重要的促进作用。
        4.4合理的新风量调节。
        医院的暖通空调系统的目的是为了防止医院人群交叉感染。那么空调系统摄入新风量，是为了提高医院室内空气质量。那么如何设置新风量的大小呢？调节医院室内的新风量的前提是符合相关卫生要求的前提下方可操作，在非人流密集或高峰时间点，要适当调小新风量，达到既符合相关卫生相关要求，也实现了节能减排的效果。需要特别强调的是新风系统的过滤净化装置要定期保养、更换，保障空调系统正常运转。保持较低的流畅阻力可以减少能耗的损失，保持空调设备高效率工作。另外根据民用建筑最新小风量调节，医院的门诊和普通病房每人最小新风量为17m3/h，减小流量（L），通常采用加大送风、供水温差的做法。大温差不仅能减少输送过程的能耗，同时减小了管路的断面，也降低了管路的成本。当然，温差过大也会影响到暖通设备的性能，使冷源能耗增加，因此应在系统总能耗、输送能耗和冷源能耗，在这三者中选择合理的温差。而降低系统阻力（P）可以选择低流速。
        4.5提高能源的输送效率
        简单地说就是提高水泵轴以及风机的功率，为了达到这一目的，可以采取减小流量、控制流速、使用更高比热容的介质等方法。第一，减小流量，整改的思路主要是提升温度差，控制水流量和送风量，对于医院的暖通空调系统来说，冷却水和冷冻水之间的温差是 5 摄氏度，需要调整为 8 摄氏度，送风的温差需要调整到 10 摄氏度。不仅如此，设计医院的
        暖通空调系统时，还应当按照医院的具体需要，适宜地使用管径比较小的水管和风管。第二，控制流速。需要在满足医院室内空气质量的基础上适宜地调整介质流速，在保证参数安全的情况下适度减小流速，确保空调系统的平稳运行。第三，根据集中冷热源的理念，需尽量把机房的冷冻水送达不同的空调分区，借助风机盘等一系列末端设备处理空气，降低建筑的能耗。
        4.6空调末端的节能控制措施
        首先，需要扩大单台冷机的制冷范围。在 7 月和 8 月，室外的温度比较高，考虑到医院的特殊功能需求，在 5 月到 9月期间需运行暖通空调系统的制冷机组。可以使用 DN250
        的管道井将暖通空调系统的分水器和集水器连接在一起，在夏季最炎热的时候，病房的 3 到 5 层和 6 到 7 层采取独自供冷的措施，在 5 月、6 月和 9 月，病房需共用系统的制冷机组。在节能改造后可明显改善单台制冷机的制冷效果［4］。其次，清洗制冷主机。分析医院暖通系统中冷凝器和蒸发器的运行情况可以发现，由于冷凝器的换热效果不理想，因而影响到了冷水机组的运行效率。为此，可以每年清洗一次制冷主机与冷却塔，及时检修和更换填料片，当冷凝器的温度趋近为 1． 4 到 1． 7 摄氏度时，会大幅提升换热器的换热效率，可以实现节能改造的目标。最后，可以在暖通空调系统中引入气候补偿器，通过感应外界的温度智能调节供回水的流速以及混合比例，动态控制换热站的供热量，根据气候季节以及温度变化情况，适当进行气候补偿，即满足了人们的制冷和供暖需求，同时也能够有效达到节能作用，满足节能的目标。
        4.7做好日常空调系统的维修保养工作。
        在空调正常运转的过程中，如果没有做好日常的维护保养工作，对空调的过滤装置、风口等按时清洁清理，会增加通风阻力，从而降低了空调系统的正常运转效率。对空调冷冻水、冷却水定期检测按时投药，避免管道结垢或腐蚀影响管道系统的使用寿命。对制冷机组的定期更换润滑油，减少制冷机组机械部件的摩擦，延长制冷机组使用寿命。如发现有损坏的小零件，要及时更新，避免造成更大的故障。因此，做好系统维护管理有助于增长空调系统的使用寿命，而且能够减少设备的故障率，节约维修成本，保障设备正常运转。特别要注意的是，空调系统在前期的设计、施工再完美，但是在日产的正常工作中，没有按照设备保养规定展开维修保养工作，或者维护人员没有尽心尽责，也达不到节能的预期效果。
        结束语
        综上所述，随着人民越来越关注健康问题，医院的护理水平也大幅度提高，医院安装暖通空调系统提高了整个医院的舒适感，也为医院工作者和患者提供了舒服的就诊和康复环境。在这种情况下，针对医院建筑暖通空调系统进行节能优化改造，提高医院暖通空调系统的节能作用，不仅对我国建设可持续发展型社会经济，能够起到积极推动作用，更对医院的发展建设，具有至关重要的影响。
        参考文献
        [1]陈国平．医院建筑暖通空调节能思路及措施研究［J］．通讯世界，2018(06):264-265．
        [2]杨金福.暖通空调系统节能设计思考[J].中国新技术新产品，2017(3).
        [3]孔佳树．基于绿色理念的建筑暖通空调系统节能设计研究［J］．中国建设信息化，2019(16):54-55．
        [4]荆洋.暖通空调系统节能设计思考[J].城市建设理论研究(电子版)，2017(9).