医院制冷空调系统节能研究
夏江平 (第一军医大学 广州 510282)郑志勇 吴祥生 (后勤工程学院 重庆 400041)
摘要:本文分析了医院制冷空调系统的特点、空调能耗与一般建筑的区别。依照《节能设计标准》和国家建筑节能目标,分析了医院能耗较大的主要原因,并针对医院特点总结归纳了一些行之有效的节能方法。
引言
我国是能耗大国,能源利用率仅为33%,与世界先进水平相差20多个百分点,节能空间和潜力很大。有关专家预测,通过采取各种节能措施,到2020年我国可以节约能源8亿吨标准煤。在各种能耗中,建筑能耗占有很大的比重。目前我国房屋数量有400亿m2左右,房屋建筑规模已超过所有发达国家,仅2001年房屋竣工面积达19亿7千万m2,但在每年近20亿m2的竣工面积当中,只有5~6千万m2是节能建筑,仅占3%左右,也就是说有97%属于高耗能建筑。我国目前存在建筑耗能大、能效低、围护结构的保温隔热性能差等问题,并具有夏季空调用电量大、冬季采暖能耗高等特点。我国的建筑围护结构保温性能普遍较差,外墙和窗户的导热系数为发达国家的3~4倍,门窗空气渗透率要高出3~6倍,外墙的单位建筑面积耗能要多4~5倍。而医院、办公楼、商场等公共建筑由于室内环境要求相对较高,能耗更大,在节能上有更大的前景。医院在空调设计标准上,又有着很多不同的地方,比如医院手术室耗能为一般空调系统的5~10倍,而且其它不同等级的房间也比一般空调能耗要多。本文将就近几年国内医院建筑制冷空调系统的能耗进行分析、总结并提出相应的节能技术措施。
1 医院空调的特点
从医院空调系统的方案选择到设计都存在自身的特点,空调系统的节能和运行管理也有很多不同之处。首先从医院的性质来看,医院是治疗疾病的场所,所以用于医院的空调其积极的作用在于预防及治疗疾病,并避免医护人员受到病毒感染,因此对空气品质有特定要求。针对医院不同类型、等级和功能的房间,空调系统必须慎重分区。对室内空调的设计参数、设备布置、卫生要求、使用时间、空调负荷等进行详细调查研究,反复比较,才能进行合理的系统分区,以便能够确保各室要求的参数,减少不同区域间的不利影响,也便于管理和维护、降低运行费用。一般来说,高洁净要求或严重污染的房间,或者独立的自成体系的区域等最好单独成为一个系统。
其次,医院各房间通风空调运行时间也有不同的要求。门诊部(急诊除外)、诊疗中心、管理部门、洗衣房、厨房餐厅按作息时间运行;住院部、新生儿室、早产儿室、康复室、特别护理室夜间需要运行;紧急手术室、急救室、分娩室需要随时运行;值班室(医生、护士、药房、检查部门)要求独立运行;检查室(细菌)、X光室、同位素室、洁净病房、解剖室、太平间、动物房有阶段性运行的需要。
最后,医院空调系统的标准较高。手术室的空调系统要求控制室内温度、湿度、洁净度、细菌总数、有害气体浓度以及气流分布,保证室内人员所需的新风量。其中最为重要的是控制室内细菌总数,以防止在手术过程中对手术伤口的感染,提高手术成功率。与一般建筑物的空调要求相比,系统应该具有以下特点:
(1)空气的净化和除菌;
(2)控制各区域的气流和风速;
(3)保证不同区域之间合理的气流流向和压力分布;
(4)保证医疗上必要的温度及湿度;
(5)排出废气和有害气体,保证室内空气新鲜。
(6)对排出的废气进行处理,防止污染室外环境。良好的手术室空调系统不仅是指某个单项指标达到要求,而是全方位地实现“无菌环境保障体系”这个目的,在手术全过程中消除一切可能诱发术后感染的风险。
2 医院空调的主要能耗
医院空调系统的能耗比普通建筑的能耗要高,主要原因是室内各参数标准高、新风量大、空气处理要求高;运行时间较长;各房间功能要求不同,管理复杂。首先,医院房间的温湿度要求较高,手术室、特殊房间等因级别和用途不同对温湿度也有不同的要求。病房还应根据不同病人的要求易于调控温湿度范围。第二,医院空调系统要求较大的换气次数,以满足室内空气品质的要求,这部分的能耗占有较大比重。第三,对细菌总数,洁净度有一定的要求。在增大新风量的同时,必须依据不同要求装设高效、亚高效过滤器等设备,送风阻力增大,耗能也增加。第四,现代医院越来越先进,设备和室内条件越来越好,导致医院散热设备越来越多,而这些设备在一定程度上缺乏良好的节能管理,造成室内设备、照明等负荷增大。第五,医院大多数房间必须保证较好的采光度,而大多数医院围护结构的隔热性能并不好,窗户的太阳热辐射能耗较大,使医院建筑的围护结构热负荷比一般建筑相对要高。第六,医院由于空调系统管理复杂,人员流动性大,人员种类较多,由于管理上的漏洞,额外负荷也占有一定的比重。能源回收利用也做的不够好,能耗浪费较严重。
3 医院空调节能措施
3.1 洁净室节能
洁净室耗能为一般空调系统的5~10倍,因此有更大的节能空间。主要的技术措施有:
3.1.1 合理计算和利用新风量节能
确定合理的换气次数。大多数洁净室的换气次数都没有经过计算确定,一般都偏大,致使风口送风速度和室内风速太大,反而有扬尘的影响,而且送风能耗增加。医院是为人提供服务的场所,为了防治感染最佳的对策就是补给充足的外气量,但补充外气量将增加空调负载量。还可以采用节能型排风柜,减少系统和空调器的漏风量。目前国内空调风道的漏风量在1%~20%之间,而国外标准达到1%以下。风机轴功率与风量的3次方成正比,如果把风量从20%降到2%,则节省风机轴功率62.8%,还不计空气处理的能耗,所以节能效果很明显。综合利用洁净气流,是洁净室特有的节能途径。在不影响洁净度要求的前提下,串联和交*使用洁净气流可以节省30%~40%的能耗。
3.1.2 采用节能消毒杀菌方式节约能量
采取臭氧消毒灭菌方式在具有空调净化系统(HVAC系统)控制的洁净环境中可以节省不少能量。因为装置过滤网将产生风管系统的压损,因此选用过滤网时应采用低压损型产品,另外由于过滤网经久使用后会产生集尘效果,虽然捕捉效率仍佳,但相对也造成压损增加,因此定时更换过滤网也是降低压损的方式。在很多情况下,可以采用低阻过滤器或者低阻亚高效过滤器的,就不用阻力高出3~4倍的高效过滤器,可以减少送风动力能耗。
3.1.3 减少和利用排风
病检科、核医科和实验室等场所的排气可分为毒性气体(结核菌、EO、放射性)、酸性气体及有机溶剂等废气,在作业环境中这些气体可控制在抽气柜内,按照不同种类的排气予以区分,经过处理达到环保标准后才能排放至大气。排气量与新鲜空气补给量由于有质量平衡的关系,因此合理控制减少排气量,除了可降低排气风机运转电力外,而且可降低外气所引入的空调负荷。
3.1.4 自动控制
对洁净间而言,空调系统实现自动化监控,可以在满足系统安全运行及保证系统的各种技术指标的同时,最大限度地实现节能控制,符合日益突出的节能和环保需要。有关资料表明,采用空调自控系统后,可节约空调系统设备年度运行费用的10%,更乐观的估计认为可达15%~30%,而空调自控产品的投资占整个医院总投资的0.5%左右,收回投资时间很短。同时,由于实现设备的自动控制和管理水平,减少突发事故的发生和设备损坏,从而带来潜在效益。可以使系统更安全地运行,并最大限度地提高舒适程度。
3.1.5 尽量减少能耗大的房间和设备的数量或者规格。
3.2 其它节能方式
3.2.1 严格执行行业规范
国家对建筑节能的重视程度越来越高,先后出台了《节能设计标准》、《综合医院建筑设计规范》、《医院洁净手术部建筑技术规范》、《洁净室施工及验收规范》等。医院空调系统设计和施工中存在不少问题,只有严格执行相关行业规范,才能真正实现节能的目标。
3.2.2 加强管理和节能意识培养
医院属公共场所,人员流动性及差异性都很大,管理难度也大。例如空调温度的设定,有些患者特别怕冷,有些特别怕热,很难有一个共同标准,所以能源管理的难度甚高,但不能因为难度高就不加以管理。应选择耗能量大、易掌控的部分先执行,然后再逐步分段陆续推动,例如,医院因病人、访客流动性大,不易教育训练,而员工大部分为医技人员,不具理工背景,对节能较无概念及无切身感,成效亦不佳。因此除了定期举办讲习及张贴海报外,还可利用网络、电子看板等方法宣导。最佳的方法还是向员工宣导家庭节能知识和作法,让员工在家里做到节能(利己)并养成习惯,如此一来到医院就更容易仿效管理了(习惯成自然)。长远的节能意识培养,更是全社会实现总体节能目标的必要条件。
3.2.3 设计和系统、设备选择的节能
国内大多数医院过去常采用冷水机组集中式空调系统,根据各室的级别计算送风量,各室不能单独进行调节。这种方式在提供温度、湿度、空气净化、去除臭味等方面都可以达到满意的效果;由于机房和房间分开,可以较好地处理噪声。所以适用于恒温、恒湿、洁净、无噪声等要求的手术室场合。其缺点是风道占用空间大。对于全新风系统,国内常因为全热交换器投资较高、维护不易而不愿采用,系统能耗较大。而改用VAV、VRV等系统,可以降低能耗。另外,由于医院空调系统大风量,高阻力,系统中风机发热已成为主要负荷。减小风机型号就可减少用电量,而减少风机发热关键在于调节送风量和降低系统阻力。应根据实际情况计算出所需要的合理送风量,而不能根据推荐换气次数估算风量。设计风量一般是按系统过滤器终阻力的倍数来计算,而实际运行时由于过滤器尚未达到终阻力,使实际风量远远大于设计风量。因此,用变频风机调速运行来达到锁定风量运行具有很大的节能意义。
3.2.4 能量回收,重复利用。
例如,新风负荷是围护结构的负荷的10~30倍,如北京、上海,广州等地潜热负荷占夏季冷负荷80%以上可以用全热回收,所以利用排风对新风预热预冷是一项节能的措施。
参考文献:
[1] 梅自力,医院建筑空调设计,北京:中国建筑工业出版社,1991。
[2] 沈晋明,各国洁净室标准及国际标准化的趋势,工程质量管理与监测,1994年第5期,p.37-41。
[3] 沈晋明,医院洁净手术部及其标准,空调暖通技术,1995年第1期 p.1-5。
[4] 涂逢祥,21世纪初建筑节能展[J],建筑节能,2001,(33)
来源:来宝网