醫(yī)院冷熱源及其系統(tǒng)設計的探討

1、傳統(tǒng)冷熱源與節(jié)能
（1）傳統(tǒng)冷熱源配置與思路
醫(yī)院傳統(tǒng)冷熱源大多為冷水機組（多為壓縮式）與鍋爐（多為蒸汽）組合，并由冷熱源集中供給大樓中各功能空間所需的冷媒與熱媒。這種集中式冷源、熱源供給系統(tǒng)的媒介與溫度是以控制參數(shù)要求較高的空間而設定的，常常采用7℃冷水的冷媒和高壓蒸汽的熱媒，對于要求較低的空間則可采用調質或調量等措施進行運行調節(jié)，使得醫(yī)院建筑各功能空間得以有效控制。這種傳統(tǒng)冷熱源及其配置理念其實來自于公共建筑。公共建筑各功能空間均為舒適性空調，差異不大，而醫(yī)院卻有兩類不同控制要求的科室。
（2）傳統(tǒng)冷熱源配置的弊病
傳統(tǒng)冷熱源的本質是采用高溫熱源與低溫冷源集中解決不同科室常溫范圍內的室內空調。這種傳統(tǒng)冷熱源及其配置正是醫(yī)院節(jié)能的癥結所在，龐大的集中供冷、供熱系統(tǒng)限值了節(jié)能運行。在醫(yī)院供冷系統(tǒng)運行中往往會出現(xiàn)如下一些問題：
1）為了保證關鍵科室濕度控制要求，在空調供冷工況下必須始終供給7℃（甚至更低）的冷水。過去為了保證關鍵科室溫濕度要求常常采用傳統(tǒng)的一次回風再加熱，現(xiàn)在為了節(jié)能又不得不采用二次回風。由于這些科室熱濕比較小，使得空調機組所需控制的機器露點溫度更低，甚至不得不降低冷凍水水溫。
2）空調期間隨室外氣溫下降，為保證絕大多數(shù)一般科室的空調要求與節(jié)能需要，常常提高集中供給冷水的水溫，客觀上造成關鍵科室濕度超標。
3）大型醫(yī)院的關鍵科室常常會處于空調內區(qū)，當全年空調水系統(tǒng)轉為供熱工況時，關鍵科室或部分房間仍需供冷。即使完全關閉供熱水系統(tǒng)，房間溫度仍超高。為此需采用四管制空調水系統(tǒng)，但不符合空調節(jié)能要求，現(xiàn)又不得不采用二管制系統(tǒng)。
4）大多數(shù)醫(yī)院由于種種原因在供冷季節(jié)系統(tǒng)實際運行中，無法保證7℃供水溫度，關鍵科室溫濕度難以保證。尤其是采用溴化鋰吸收式冷源的場合。
同樣，在供熱系統(tǒng)運行中也出現(xiàn)如下一些問題：
a）醫(yī)院常年供熱的部門有的需要蒸汽、有的需要熱水。負荷很大，對供熱的要求不一，系統(tǒng)整合難度較大。這些部門位置分散、相隔較遠，難以有效進行冷凝水熱回收。
b）供熱系統(tǒng)需敷設龐大的蒸汽管網(wǎng)，供熱平衡性差，調節(jié)困難，對負荷擾動的反應滯后；使用靈活性較差，需要以較大的代價來滿足個別部門的特殊要求，很多情況下甚至無法滿足這些特殊要求。
c）熱媒輸送過程中動力損失和熱力損失較大，普遍存在滴、冒、漏現(xiàn)象，這部分能耗不容忽視。不但需要大量的初投資和維護費用，也給醫(yī)院帶來噪聲、視覺和環(huán)境污染。
（3）傳統(tǒng)冷熱源設計不適合現(xiàn)代醫(yī)院
由于環(huán)保的要求，現(xiàn)代醫(yī)院基本不再用燃煤鍋爐，改為燃氣、燃油鍋爐，特別是燃氣鍋爐，其容量大小與燃燒效率和污染控制關系不太大，因此沒有必要再采用集中鍋爐或蒸汽供熱網(wǎng)的傳統(tǒng)設計?，F(xiàn)代醫(yī)院用能特點是供冷量、供熱量大，冷熱源供給介質主要是冷水和熱水。用戶側分散且有兩類不同控制要求、差異大。
由于醫(yī)院建筑傳統(tǒng)冷源、熱源分置，一方面制冷機組產生低溫冷媒同時排出非?？捎^的廢熱量，一方面又消耗大量能源用鍋爐提供蒸汽。而且集中式供冷、供熱系統(tǒng)對于兩類不同控制要求的科室，難以提高整個系統(tǒng)的能源利用率。因此醫(yī)院節(jié)能的關鍵應是冷熱源的合理匹配、提高能源利用效率，而不是抑制需求，尤其不能降低環(huán)境控制質量，否則后患去窮。目前醫(yī)院設施系統(tǒng)的設計理念是院內各功能科室分別設計。以各種功能科室特定空間為控制目標，由冷源、熱源向控制目標直接輸入，經調至合適的冷、熱媒介量來實現(xiàn)的，同時也產生廢熱、廢水、廢氣。冷媒主要供夏季醫(yī)療科室空調使用，熱媒主要供應蒸汽和熱水，用于消毒、生活熱水、醫(yī)療供熱、冬季供暖和食堂炊飲等。在冷源供冷和熱源產熱的同時，消耗了電或氣等能源，并相應產生廢熱（冷），以排風、冷凝水或生活污水的形式排放到外環(huán)境中。傳統(tǒng)節(jié)能的理念又是各個專業(yè)從各自角度提出的節(jié)能措施，無法形成綜合措施。即使采用先進的技術，使用高效的設備，提高系統(tǒng)用能效率，最終降低的能耗、減少的廢熱排放還是有限的。

2、傳統(tǒng)冷熱源思路的突破
如上所述，要達到真正節(jié)能這一目的，必須治本，必須改變傳統(tǒng)冷熱源形式與設施系統(tǒng)的設計理念。節(jié)能問題不是簡單的提高效率，抑制需求，降低能耗，而是合理利用能量、采用合適能位的媒介，降低的僅僅是不可再生能源消耗，同時將對環(huán)境的影響降低到最小。
（1）改變傳統(tǒng)冷熱源配置
如何改變傳統(tǒng)冷熱源？設想有兩股自來水，如果能源源不斷的將一股水的熱量移到另一股水去，則一股水變?yōu)槔渌?，另一股水則成為熱水，成為冷源、熱源，所消耗的電量僅僅是兩股水之間的熱能搬運能量，沒有廢熱排出。由于這一裝置將冷熱源組合在一起，稱之為多功能冷熱源一體機。各自產生冷量或熱量，所消耗的能量只是轉移熱能。冷熱源一體機兩端同時供熱、供冷，實現(xiàn)四管制空調系統(tǒng)十分方便。

冷熱源一體機不同于熱泵，熱泵有一個服務對象，當季節(jié)轉換服務對象需求變化，需要設置四通閥進行轉換，但總是一側向服務對象供熱或供冷，另一側向室外排出廢熱，而冷熱源一體機沒有四通轉換閥，兩側同時為對象服務，沒有廢熱排出。冷熱源一體機也不同于熱回收機組，全年從兩端同時供冷和供熱，因為沒有廢熱產生，也就不存在熱回收。熱回收機組與室外溫度有關，而冷熱源一體機全年都能用。冷熱源一體機的最大制約條件是兩側水溫不可能很低或很高，或者說兩側水溫差不能很大。如果一側產生7℃的冷水，另一側產生55℃的熱水，正是它較為理想的運行范圍，完全適合空調使用。冷熱源一體機完全能滿足空調需要產生7℃的冷水，而且同時可提供大量55℃的熱水，完全消除了因燒鍋爐所產生的大量煙氣排放。冷熱源一體機的另一個制約條件是兩端制冷量和供熱量必須是匹配的。如果不平衡，則不平衡一端必須向外排熱（冷）以保持兩端平衡。
（2）改變傳統(tǒng)冷熱源設計理念
冷熱源一體機完全改變了傳統(tǒng)設計理念，將原先以特定空間為控制目標，轉變成以整棟大樓為控制目標。綜合規(guī)劃整棟大樓的能源供給，使之冷熱量平衡，減少廢熱（冷）排放，從而將不可再生能源消耗降低到較低。這種理念對醫(yī)院建筑特別適合，現(xiàn)代醫(yī)院建筑全年用水量大，即使在夏季也須消耗大量熱水，是對這種理念的最大支撐。加大空調系統(tǒng)的熱水用量也是一條途徑，如推薦四管制空調系統(tǒng)和一次回風再加熱處理方式。這對醫(yī)院關鍵科室更為適宜，因為醫(yī)療科室熱濕比小，關鍵 科室往往處于內區(qū)，一次回風再加熱處理方式不僅控制可靠而且提高機器露點，消耗多余的熱水，并提升室內環(huán)境控制質量。這些措施原先被節(jié)能相關規(guī)范定義為耗能的措施，現(xiàn)在卻因多功能冷熱源一體機成為節(jié)能減排的控制模式。在冬季室內有供暖熱負荷，同時有需供熱水的場所，冬季熱負荷與夏季冷負荷相比往往要小，病房需用大量熱水是短時的，這時可以暫停供暖，利用建筑本體蓄熱維持室內溫度，用完熱水后再恢復供暖，這樣不僅節(jié)能而且提高了設備利用率，降低了造價，更關鍵的是降低了用熱量。
除濕后再加熱方式對沿海地區(qū)過渡季節(jié)空調也尤為重要。利用冷熱源一體機可大力提倡一次回風再加熱空調系統(tǒng)，加大了冷水的耗量，提高了室內控制質量。濕度控制是提高室內空氣質量的關鍵。這樣不僅充分利用了冷熱能量，也減少了因兩端不平衡而排放廢熱，既節(jié)能又環(huán)保。
采用多功能冷熱源一體機是以整棟大樓保持冷熱量平衡為目標，可實施綜合考慮室內外環(huán)境的能量調節(jié)策略。根據(jù)設計項目的具體情況，選擇不同容量的冷熱源一體機組合方式，或選擇單冷冷水機組與冷熱源一體機組合方式，或選擇分散式熱源與冷熱源一體機組合方式，進行調節(jié)。依據(jù)不同氣候狀態(tài)下不同冷熱源的能量利用效率，實施較佳的能量調節(jié)，盡可能減少排放量，但不禁止任何場合下向室外排放廢熱。
（3）改變冷熱源水系統(tǒng)設計
如上所述，必須改變全院集中供冷供熱的傳統(tǒng)模式，將有濕度控制的關鍵科室與一般科室分成兩個系統(tǒng)，為采用不同能位的能源創(chuàng)造條件。單獨確保關鍵科室供給7℃冷水，以便控制關鍵科室醫(yī)療環(huán)境，提高系統(tǒng)能源利用效率。在新建醫(yī)院設計時就須做好系統(tǒng)分區(qū)，在平面布局上將關鍵科室適當集中，與一般科室分離。再根據(jù)不同功能科室的室內環(huán)境控制參數(shù)，如溫濕度控制要求、無菌水平、潔凈度級別、換氣次數(shù)等，以及運行時間，將系統(tǒng)合理分區(qū)。如關鍵科室較大或較為獨立，在設計時可為其設置獨立系統(tǒng)或者配置獨立小型冷熱源。對于一般科室，可根據(jù)不同氣候條件下采用分階段調整冷水機組的設定溫度，適當提高供水溫度，一般情況下供水溫度不超過12℃。但是對于既有醫(yī)院建筑，采用系統(tǒng)分離的技術來改造原有系統(tǒng)花費的物力人力太大。大多醫(yī)院要統(tǒng)一供給7℃冷水，使能耗增大；或者犧牲關鍵科室環(huán)境控制以維持系統(tǒng)原狀。為了使既有醫(yī)院關鍵科室原有空調機組能采用水溫較高的供冷系統(tǒng)，又要保證其醫(yī)療環(huán)境控制，可推薦使用新風預處理方法，即采用濕度優(yōu)先處理的機組或采用雙冷源雙盤管機組等方式進行深度冷卻除濕，將關鍵科室新風預處理到更低的露點，消除新風濕負荷，甚至承擔室內全部濕負荷。如關鍵科室已設置供過渡季節(jié)用的獨立冷源，新風機組內也可設置兩級冷卻除濕裝置，一級是水冷盤管利用大系統(tǒng)的冷水，二級裝置可源于為關鍵科室設置的獨立冷源。即利用不同能位的能源，實施合適的空氣處理。這一方案改造量最小，同樣可達到較好效果。