廣州市某醫(yī)院內(nèi)科住院樓空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

周 游,李財(cái)鈞

(廣東省重工建筑設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)二所,廣州510034)

1 建筑概況

本內(nèi)科住院樓總建筑面積為33 761m2,地下3層,地上16層,建筑高度59.55m。其中,地下三層為多層停車庫(kù)、制冷機(jī)房及水泵房;地下二層、地下一層為汽車庫(kù);首層為架空及配套辦公服務(wù)用房;二、三層為內(nèi)科檢驗(yàn)、檢查中心;四至十六層為各科室的住院部。地下三層設(shè)戰(zhàn)時(shí)五級(jí)二等人員掩蔽所,共一個(gè)防護(hù)單元。

2 主要設(shè)計(jì)參數(shù)

2.1 室內(nèi)主要設(shè)計(jì)參數(shù)[1],見表1。

2.2 通風(fēng)換氣次數(shù)

汽車庫(kù):6次/小時(shí);變配電房:15次/小時(shí);水泵房:6次/小時(shí);衛(wèi)生間:15次/小時(shí);發(fā)電機(jī)房、油箱間:12次/小時(shí)。

3 工程特點(diǎn)及設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 工程特點(diǎn)

本工程本著 “以人為本”、節(jié)能舒適的思想,平面布置主要采用南側(cè)病房和中央護(hù)理中心,北側(cè)辦公及輔助用房的布置方式,將最好的朝向及通風(fēng)采光條件讓給患者,同時(shí)也保證了醫(yī)護(hù)人員的工作環(huán)境;由于本項(xiàng)目為舒適性空調(diào)系統(tǒng),應(yīng)在控制好工程造價(jià)的基礎(chǔ)上適當(dāng)采用較高節(jié)能水平的系統(tǒng)設(shè)計(jì),以降低未來運(yùn)營(yíng)的成本,因?yàn)榭照{(diào)系統(tǒng)的電費(fèi)占整個(gè)建筑的總耗電量的50%以上。并且,實(shí)現(xiàn)節(jié)能的同時(shí)還要保證病人及醫(yī)護(hù)人員的舒適感。

3.2 空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

本工程的總空調(diào)面積約為15 000m2,空調(diào)計(jì)算總冷負(fù)荷約為3 500kW,空調(diào)計(jì)算總熱負(fù)荷約為1000kW。夏季功能設(shè)計(jì)選用了新型的板管蒸發(fā)式冷凝制冷主機(jī),主機(jī)能根據(jù)空調(diào)負(fù)荷的實(shí)際需求,制冷能力能在0、25%、50%、75%、100%范圍內(nèi)分級(jí)調(diào)節(jié);并且省去了制冷機(jī)房及冷卻塔,同時(shí)進(jìn)行了熱回收供生活熱水用。

4 空調(diào)冷源及水系統(tǒng)

4.1 空調(diào)冷源設(shè)計(jì)

本工程空調(diào)計(jì)算總冷負(fù)荷約為3 100kW。夏季中央空調(diào)系統(tǒng)冷源選用3臺(tái)帶冷凝熱回收的板管蒸發(fā)式冷凝螺桿冷水機(jī)組及2臺(tái)不帶熱回收的板管蒸發(fā)式冷凝螺桿冷水機(jī)組,單機(jī)制冷量均為628kW;選3臺(tái)變頻冷凍水泵,制冷機(jī)組與水泵設(shè)置在天面層。夏季進(jìn)行熱回收,通過三臺(tái)熱水泵將熱水送往集熱水箱,供生活熱水使用。

該制冷機(jī)的主要技術(shù)特點(diǎn)是:將冷卻水系統(tǒng)簡(jiǎn)化后與制冷主機(jī)的冷凝器集成合并設(shè)置,采用板管蒸發(fā)式冷凝器,取消了冷卻塔、冷卻水泵及冷卻水管等外冷卻水系統(tǒng),改為冷卻水內(nèi)循環(huán)方式,提高了空調(diào)系統(tǒng)的能效比,大大降低了漂水損失。圖1為板管蒸發(fā)式冷凝器原理圖。

圖1 板管蒸發(fā)式冷凝器工作原理圖

該制冷機(jī)的優(yōu)點(diǎn):

1)節(jié)能:板管蒸發(fā)式冷凝器不需要安裝冷卻塔及大功率冷卻水泵,冷凝壓力低,壓縮機(jī)輸出功率減少,所以比采用水冷冷水機(jī)組和風(fēng)冷空調(diào)機(jī)組節(jié)能明顯。

2)環(huán)保:可避免由于使用冷卻塔產(chǎn)生的 “飛水”和 “噪音”以致周圍環(huán)境、衛(wèi)生受到很大的影響。

3)節(jié)省空間:板管蒸發(fā)式冷凝器可安裝在機(jī)房、室外空地、屋面,充分提高了建筑物的使用率,也不對(duì)環(huán)境產(chǎn)生影響。

4.2 空調(diào)熱源設(shè)計(jì)

冬季空調(diào)計(jì)算總熱負(fù)荷約為1 000kW,供暖采用兩臺(tái)空氣源熱泵,單機(jī)制熱量為548kW,空氣源熱泵及其供暖水泵均設(shè)置在天面層。

4.3 空調(diào)水系統(tǒng)

本工程空調(diào)水系統(tǒng)采用兩管制,均按異程式系統(tǒng)設(shè)計(jì)。每層從垂直供回水干管引出的水平支管上設(shè)置檢修閥和水力平衡閥,保證各水平管路之間的水力平衡?？照{(diào)冷凍水與空調(diào)供熱水系統(tǒng)的末端管網(wǎng)共用一套,通過電動(dòng)控制蝶閥在天面層分開,人工控制大樓空調(diào)系統(tǒng)的供冷或供熱。冷凍水系統(tǒng)采用一次泵變流量系統(tǒng),循環(huán)水泵采用變頻控制運(yùn)行,在總冷凍供、回水管間設(shè)壓差控制閥,以保證整個(gè)水系統(tǒng)的供水最小壓力。空調(diào)供熱水系統(tǒng)中,冷水機(jī)組側(cè)采用定流量,空調(diào)末端側(cè)采用變流量,在總熱水供、回水管間設(shè)壓差旁通閥,以保證整個(gè)水系統(tǒng)的阻力平衡?？照{(diào)水系統(tǒng)圖見圖2。

圖2 空調(diào)水系統(tǒng)圖

5 空氣處理系統(tǒng)

5.1 全空氣舒適空調(diào)系統(tǒng)

空調(diào)末端為柜式空調(diào)器,采用一次回風(fēng)空調(diào)系統(tǒng),使用區(qū)域?yàn)槠邔友钢行??？照{(diào)末端設(shè)在空調(diào)機(jī)房?jī)?nèi),通過風(fēng)管進(jìn)行均勻送風(fēng),利用空調(diào)機(jī)房?jī)?nèi)負(fù)壓作用自然回風(fēng)以及從室外自然引入新風(fēng),回風(fēng)及新風(fēng)百葉處設(shè)手動(dòng)風(fēng)量調(diào)節(jié)閥,保證新風(fēng)風(fēng)量。

5.2 風(fēng)機(jī)盤管加獨(dú)立新風(fēng)系統(tǒng)

對(duì)于其他醫(yī)務(wù)用房和病房,均采用該種空調(diào)系統(tǒng),新風(fēng)由新風(fēng)空調(diào)器集中處理再輸送至各空調(diào)房間,排風(fēng)設(shè)天花排氣扇,按病房區(qū)、污物區(qū)、辦公區(qū)分別排放。

5.3 多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)

由于二層檢驗(yàn)科醫(yī)療設(shè)備多,散熱量大。在過渡季節(jié)大樓中央空調(diào)啟動(dòng)全新風(fēng)模式或供暖時(shí),二層可能仍需供冷。因此,單獨(dú)設(shè)立一套多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)專供二層檢驗(yàn)科用。

5.4 送風(fēng)方式

全空氣系統(tǒng)采用散流器吊頂處向下送風(fēng)方式,部分小病房采用側(cè)送風(fēng)方式。

由于本工程為住院大樓,病人需要長(zhǎng)時(shí)間待在房間,因此良好的室內(nèi)空氣品質(zhì)更有利于病人身體的康復(fù),本工程通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)除塵消毒凈化設(shè)備。具體設(shè)計(jì)為:風(fēng)機(jī)盤管的回風(fēng)風(fēng)口采用風(fēng)口型電子空氣凈化機(jī);新風(fēng)空調(diào)器的進(jìn)風(fēng)口處設(shè)專用空調(diào)箱適配型電子空氣凈化機(jī)。同時(shí),各層對(duì)外的新風(fēng)百葉、排風(fēng)百葉之間的距離滿足相關(guān)規(guī)范要求,避免氣流的交叉感染。

6 潔凈空調(diào)系統(tǒng)

四層萬級(jí)病房和十六樓血液層流病房均設(shè)獨(dú)立的潔凈空調(diào)系統(tǒng)。四樓設(shè)有一間萬級(jí)病房,面積為26m2;十六樓血液層流病房共設(shè)4間百級(jí)層流病房、6間千級(jí)層流病房及配套的潔凈走廊、配藥間等潔凈室,工程面積為350m2。

6.1 系統(tǒng)方式

空調(diào)冷熱源采用風(fēng)冷冷熱水機(jī)組,機(jī)組采用全封閉渦旋式壓縮機(jī),采用模塊化設(shè)計(jì),可分級(jí)啟動(dòng),分級(jí)進(jìn)行能量輸出,還可減少機(jī)組啟動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的沖擊;每臺(tái)組合式凈化機(jī)組都設(shè)置獨(dú)立的恒溫恒濕控制柜,根據(jù)室內(nèi)控制面板的要求,智能控制柜通過DDC或PLC控制器可以確保室內(nèi)溫濕度維持在設(shè)定的范圍內(nèi)。

空調(diào)水系統(tǒng)采用機(jī)械循環(huán)管兩制系統(tǒng)。凈化空調(diào)機(jī)組均放置在設(shè)備層,冷凝水管及冷凍水管不經(jīng)過凈化樓層的天花內(nèi),避免了由于水管保溫效果不理想或保溫層老化而導(dǎo)致的漏水問題。

6.2 先進(jìn)節(jié)能的空氣處理方式及系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)

在夏季工況,將新風(fēng)集中降溫除濕處理,先通過新風(fēng)機(jī)內(nèi)足夠多的盤管確保將新風(fēng)除濕處理到14℃以下,針對(duì)冷水盤管除濕能力有限的情況,在冷凍水盤管后設(shè)置直冷式除濕機(jī),確?？梢詫⑿嘛L(fēng)除濕處理到12℃以下,并通過除濕機(jī)的冷凝器升溫至較高的溫度,使其相對(duì)濕度較低,避免損壞系統(tǒng)的高效過濾器,經(jīng)過這樣集中除濕處理的新風(fēng)與循環(huán)風(fēng)混合,再經(jīng)過循環(huán)機(jī)組的純溫度處理至送風(fēng)溫度。采用這種處理方法,過干的新風(fēng)可以抵消室內(nèi)的散濕,循環(huán)機(jī)組只須處理溫度,不用除濕,使循環(huán)機(jī)組的盤管趨向于干盤管方式運(yùn)行,避免產(chǎn)生大量冷凝水的同時(shí)也避免了傳統(tǒng)恒溫恒濕處理方式中的大量冷熱量抵消,使系統(tǒng)的整體能耗大大降低。

在冬季工況,針對(duì)層流病房?jī)?nèi)散熱量大的特點(diǎn),為充分利用新風(fēng)的冷量來抵消手術(shù)室和病房?jī)?nèi)的散熱,新風(fēng)機(jī)組不需要對(duì)新風(fēng)進(jìn)行預(yù)熱處理,而是直接將室外新風(fēng)經(jīng)過集中預(yù)過濾之后與回風(fēng)混合,再通過循環(huán)機(jī)組對(duì)循環(huán)空氣進(jìn)行熱濕處理至送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn),通過這種處理方式可以充分利用新風(fēng)的冷量,節(jié)省院方的冬季熱源運(yùn)行成本。

凈化系統(tǒng)的新風(fēng)預(yù)處理機(jī)組均采用先進(jìn)可靠的變頻器對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行控制,在機(jī)組的長(zhǎng)期運(yùn)行中,為保證系統(tǒng)風(fēng)量不受系統(tǒng)上各級(jí)過濾網(wǎng)堵塞的影響,同時(shí)為了保證整個(gè)凈化空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行過程中,由于潔凈病房不會(huì)全部開啟或關(guān)閉,整個(gè)系統(tǒng)所需新風(fēng)量將隨著潔凈病房的開啟與關(guān)閉而變化,因此在新風(fēng)系統(tǒng)的送風(fēng)管道內(nèi)設(shè)置壓差傳感器,新風(fēng)控制系統(tǒng)根據(jù)壓差傳感器檢測(cè)送風(fēng)管道內(nèi)的壓力變化并轉(zhuǎn)換成電壓模擬量信號(hào),送往控制器,控制器輸出控制信號(hào),通過變頻器調(diào)整風(fēng)機(jī)馬達(dá)的工作頻率,使系統(tǒng)的風(fēng)壓保持恒定,保證新風(fēng)機(jī)組的送風(fēng)量符合循環(huán)機(jī)組的需要;可以大量節(jié)省機(jī)組的運(yùn)行耗電量,節(jié)省院方的運(yùn)行成本。

7 機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)

(1)地下室的車庫(kù)及設(shè)備用房設(shè)機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng),排除車庫(kù)的廢氣及設(shè)備房產(chǎn)生的余熱。地下一層、地下二層設(shè)機(jī)械排風(fēng),新風(fēng)由直接對(duì)外的車道出入口自然引入;地下三層設(shè)機(jī)械進(jìn)、排風(fēng)系統(tǒng)。地下三層車庫(kù)設(shè)置一個(gè)戰(zhàn)時(shí)中心醫(yī)院,共兩個(gè)防護(hù)單元,設(shè)戰(zhàn)時(shí)人防清潔式、濾毒式和隔絕式三種通風(fēng)空調(diào)方式。

(2)公共衛(wèi)生間、污物間及屋面電梯機(jī)房等均設(shè)置機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)。

(3)病房及辦公室等均設(shè)機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng),新風(fēng)經(jīng)新風(fēng)空調(diào)器集中處理后通過管路按設(shè)計(jì)要求直接送入房間,為保證各房間的新風(fēng)風(fēng)量,在各房間的新風(fēng)支管上設(shè)置壓差式恒風(fēng)量風(fēng)閥,代替?zhèn)鹘y(tǒng)的手動(dòng)風(fēng)量調(diào)節(jié)閥;同時(shí)房間設(shè)置天花排風(fēng)扇,保證房間的正壓狀態(tài)。

(4)二層的排風(fēng)系統(tǒng)

二層采用三套排風(fēng)系統(tǒng):衛(wèi)生間設(shè)獨(dú)立排風(fēng)系統(tǒng);每個(gè)房間的通風(fēng)廚和生物安全柜分別設(shè)置單獨(dú)的排風(fēng)系統(tǒng),排風(fēng)經(jīng)過處理后就近排向室外;其他房間由于可能產(chǎn)生有害物,各房間的排風(fēng)通過風(fēng)管集中接至通向天面的豎井,排風(fēng)風(fēng)機(jī)設(shè)在天面,風(fēng)機(jī)吸入端設(shè)空氣凈化裝置,排風(fēng)經(jīng)過凈化后再由排風(fēng)風(fēng)機(jī)高空排放。

8 防排煙系統(tǒng)

(1)地下室車庫(kù)排煙風(fēng)機(jī)與平時(shí)排風(fēng)機(jī)共用風(fēng)機(jī),平時(shí)排風(fēng)管路兼火災(zāi)時(shí)排煙管路。地下車庫(kù)平時(shí)送風(fēng)機(jī)兼作消防火災(zāi)補(bǔ)風(fēng)風(fēng)機(jī)。

(2)地面各層內(nèi)走道長(zhǎng)度大于60米,設(shè)垂直機(jī)械排煙系統(tǒng),每層均設(shè)置兩個(gè)排煙口,當(dāng)某層發(fā)生火災(zāi)時(shí),開啟該層的電動(dòng)排煙閥,對(duì)該層進(jìn)行排煙,通過外窗進(jìn)行自然補(bǔ)風(fēng)。第二、三層另外增設(shè)一臺(tái)排煙風(fēng)機(jī)對(duì)內(nèi)走道進(jìn)行排煙,以滿足最不利排煙點(diǎn)離最近排煙口的距離不超過30米。

(3)防煙樓梯間及其前室、合用前室均設(shè)機(jī)械加壓送風(fēng)系統(tǒng),其中電動(dòng)加壓送風(fēng)口具有70℃自動(dòng)熔斷關(guān)閉的功能。

9 空調(diào)主機(jī)節(jié)能效益分析

本工程在初步設(shè)計(jì)階段對(duì)普通水冷螺桿機(jī)組與板管蒸發(fā)式冷凝螺桿機(jī)組進(jìn)行了對(duì)比分析。兩種方案的選型參數(shù)見表2。

由表2可以看出,采用板管蒸發(fā)式冷凝螺桿機(jī)組后,空調(diào)系統(tǒng)的總耗電量及冷卻水耗量都大大降低,而空調(diào)系統(tǒng)的能效比卻顯著提高。同時(shí),采用新型制冷主機(jī)還能 “免費(fèi)”提供熱水,節(jié)省了制熱水的設(shè)備及運(yùn)行費(fèi)用。

以廣州為例進(jìn)行運(yùn)行費(fèi)用比較,計(jì)算結(jié)果:采用新型制冷主機(jī)年運(yùn)行費(fèi)用能節(jié)約97.6萬元,相對(duì)節(jié)能率達(dá)到了23%。

表2 兩種方案的選型參數(shù)比較

10 空調(diào)自控設(shè)計(jì)

(1)本工程供冷采用五臺(tái)板管蒸發(fā)式冷凝螺桿冷水機(jī)組和三臺(tái)變頻水泵,可人工切換,互為備用,根據(jù)系統(tǒng)冷負(fù)荷變化,自動(dòng) (手動(dòng))控制冷水機(jī)組的投入運(yùn)行臺(tái)數(shù);供冷與供暖轉(zhuǎn)換通過啟閉管路的電動(dòng) (手動(dòng))蝶閥來實(shí)現(xiàn)。

(2)柜式空調(diào)器的控制由設(shè)置在回風(fēng)口 (或送風(fēng)管)處的溫度傳感器,控制冷凍水回水管上的電動(dòng)比例積分二通閥動(dòng)作,調(diào)節(jié)水量,達(dá)到設(shè)計(jì)回風(fēng)(或送風(fēng))溫度。其中本工程新風(fēng)空調(diào)器的溫度傳感器設(shè)置在送風(fēng)管處,設(shè)計(jì)的新風(fēng)送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)應(yīng)在室內(nèi)露點(diǎn)以下,以使風(fēng)機(jī)盤管能在干工況下運(yùn)行,冬季新風(fēng)設(shè)計(jì)溫度為18℃,利用房間新風(fēng)冷量以及房間與走道的溫差直接消除內(nèi)區(qū)房間的余熱,使內(nèi)區(qū)房間溫度達(dá)到冬季設(shè)計(jì)要求,外區(qū)房間的部分新風(fēng)熱負(fù)荷則由房間風(fēng)機(jī)盤管承擔(dān)。

(3)風(fēng)機(jī)盤管的控制由風(fēng)機(jī)三速手動(dòng)開關(guān)和溫度控制器完成,溫度控制器控制冷凍水回水管上電動(dòng)二通閥 (雙位式)開啟,達(dá)到房間溫度的控制。

11 設(shè)計(jì)體會(huì)

本工程為一典型的醫(yī)院住院樓中央空調(diào)設(shè)計(jì),涉及到了舒適性空調(diào)系統(tǒng)及潔凈空調(diào)系統(tǒng),采用了新型的板管蒸發(fā)式冷凝機(jī)組,同時(shí)還用到了空氣源熱泵和多聯(lián)機(jī)。

通過這次設(shè)計(jì),更深刻的理解了 “以人為本”及 “節(jié)能”思想在設(shè)計(jì)過程中的重要性。并且,為保證醫(yī)院的潔凈度及舒適度要求,采用了一系列空氣處理措施,希望能給暖通空調(diào)工作和學(xué)習(xí)的同行提供一些有價(jià)值的參考。

12 參考文獻(xiàn)

[1] 陸耀慶.實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)(第二版)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2008:1465