太陽能熱水系統(tǒng)在醫(yī)院中的應(yīng)用實例

張恩博

1 工程概況

臨汾市新醫(yī)院包括門急診樓、醫(yī)技樓、住院樓、后勤保障生活樓、行政科研樓、感染疾病樓及相應(yīng)配套的附屬建筑等。該醫(yī)院位于臨汾市規(guī)劃四街以東，濱河西路以西，規(guī)劃八路以南，規(guī)劃九路以北，總占地面積為24 hm2。該醫(yī)院主要建筑由門急診樓、醫(yī)技樓、住院樓連為一體。住院樓為主體，醫(yī)技樓、門急診樓為裙體。主體建筑地下1層，地上10層，裙體建筑地下1層，地上3層。建筑面積15萬m2，其他建筑及附屬建筑面積2萬m2，共計建筑面積17萬m2，主體建筑總高度45．50 m，1 500床位。

住院樓屋面和醫(yī)技樓屋面布置有太陽能集熱器系統(tǒng)及儲熱水箱間。該醫(yī)院門急診樓、醫(yī)技樓、住院樓內(nèi)均設(shè)有集中生活熱水供應(yīng)系統(tǒng)，主要供給門急診樓、醫(yī)技樓、住院樓內(nèi)洗浴設(shè)施、手術(shù)部刷手、中心供應(yīng)等處使用熱水。

2 太陽能作為熱源的確定

臨汾市新醫(yī)院集中生活熱水供應(yīng)系統(tǒng)主要服務(wù)于門急診樓、醫(yī)技樓、住院樓。熱媒采用太陽能作為醫(yī)院生活熱水供應(yīng)系統(tǒng)的主要熱源，在醫(yī)技樓屋面和住院樓屋面設(shè)集中式太陽能間接預(yù)熱系統(tǒng)，提供所需要的生活熱水?？紤]到臨汾地區(qū)擁有豐富的太陽能輻射資源，保證率在55%以上。醫(yī)院只要花費初次購買太陽能加熱裝置的費用，就可以長期享受到充足的熱水供應(yīng)。面對我國建筑業(yè)迅猛發(fā)展的形勢，日益緊張的常規(guī)能源供應(yīng)和伴隨常規(guī)能源消耗對大氣環(huán)境的不斷惡化，為了使我國可持續(xù)發(fā)展國策得到順利推進，以技術(shù)經(jīng)濟可行為先決條件，推廣太陽能加熱裝置非常必要。作為醫(yī)院，由于大部分使用者為病人，對于生活熱水的使用要求比健康人群更高。為了確保生活熱水水溫和水量，蒸汽作為輔助熱源，主要考慮陰雨天和冬季最冷時安全供水的需要。該醫(yī)院設(shè)有蒸汽鍋爐用于供給洗衣房、中心供應(yīng)等處平時用汽及生活熱水供應(yīng)最不利時使用。

3 太陽能集熱器系統(tǒng)的設(shè)計

住院樓屋面設(shè)置的太陽能集熱器系統(tǒng)，供給住院樓內(nèi)洗浴設(shè)施生活熱水。醫(yī)技樓屋面設(shè)置的太陽能集熱器系統(tǒng)，供給門急診樓和醫(yī)技樓內(nèi)洗手及手術(shù)部刷手所需生活熱水。住院樓屋面太陽能集熱器系統(tǒng)設(shè)置，一般根據(jù)住院樓熱水系統(tǒng)的日平均用水量和熱水用水溫度進行設(shè)計。但在實際工程中由于屋面的面積有限，可利用面積不可能布置下所需的太陽能集熱器。在這種情況下，就需要根據(jù)可利用面積來反算太陽能系統(tǒng)可提供的熱水溫度和水量。按照住院樓屋面的可利用面積，通過調(diào)研咨詢專業(yè)廠家，可以布置太陽能集熱器150組，每日能提供45℃ ～55℃熱水量100 m3。

住院樓1 500床位，每床每日可提供70 L生活熱水。按照醫(yī)技樓屋面的可利用面積(門急診樓屋面無可利用面積)，可以布置太陽能集熱器60組，每日能提供45℃ ～55℃熱水量40 m3?？苫緷M足門急診樓、醫(yī)技樓所需熱水用量。

4 太陽能換熱系統(tǒng)設(shè)計

1)儲熱水箱容積的確定。住院樓屋面太陽能集熱器布置分為四個系統(tǒng)進行集熱、儲熱、換熱。按照太陽能集熱器四個系統(tǒng)具體布置，在不同位置分散設(shè)置了四座儲熱水箱，每座儲熱水箱容積為25 m3。水箱是儲熱的主要設(shè)備，同時可以起到穩(wěn)定水溫的作用，以利于換熱的平穩(wěn)進行。水箱容積過大，將延長把水箱水溫加熱到使用要求時的時間，不利于熱量的及時轉(zhuǎn)化利用;水箱容積過小，循環(huán)泵的啟動會過于頻繁，而且可能在太陽輻射熱量最高的季節(jié)出現(xiàn)水溫加熱到沸騰的情況。結(jié)合住院樓內(nèi)熱水系統(tǒng)分區(qū)的水量，每區(qū)分別由兩座儲熱水箱供水。醫(yī)技樓屋面按照太陽能集熱器布置，設(shè)置了兩座儲熱水箱，容積各為20 m3，分別儲存門急診樓和醫(yī)技樓熱水用量。為保證儲熱效果，屋面儲熱水箱均設(shè)于水箱房間內(nèi)。

2)屋面太陽能換熱系統(tǒng)流程。生活冷水由各區(qū)冷水系統(tǒng)變頻泵經(jīng)位于住院樓和醫(yī)技樓屋面集中式太陽能集熱器系統(tǒng)及各儲熱水箱，通過一次循環(huán)泵和板式換熱器及二次循環(huán)泵將熱水加熱后儲存于熱水箱內(nèi)。儲熱水箱出水經(jīng)位于地下1層各換熱機房內(nèi)汽—水半容積式熱交換器，供給各熱水系統(tǒng)。為保證太陽能集熱器性能的穩(wěn)定性，避免水垢沉積在集熱管內(nèi)，降低集熱性能，需采用間接換熱方式(見圖1)。

圖1 醫(yī)院二級處理工藝流程

3)太陽能換熱系統(tǒng)溫度控制。太陽能換熱系統(tǒng)的供熱能力按照生活冷水由10℃加熱到55℃ ～60℃設(shè)計，當(dāng)儲熱水箱的水溫達到60℃時，儲熱水箱與板式換熱器之間的循環(huán)泵自動停止循環(huán)，太陽能集熱器系統(tǒng)停止供熱，儲熱水箱的水溫低于60℃時自動重新啟動循環(huán)泵。當(dāng)連續(xù)陰雨天和冬季最冷、太陽能換熱系統(tǒng)不能正常工作時，可由位于各區(qū)換熱機房內(nèi)的汽—水半容積式熱交換器通過輔助蒸汽熱媒直接加熱至60℃供給各區(qū)熱水系統(tǒng)。容積式換熱器出水溫度，可由換熱器本身溫度顯示裝置控制蒸汽熱媒閥門的啟閉，達到控溫節(jié)能的目的。

5 熱水系統(tǒng)設(shè)計

1)樓內(nèi)熱水系統(tǒng)分區(qū)。熱水系統(tǒng)分區(qū)與生活冷水系統(tǒng)相同，住院樓熱水系統(tǒng)分為低區(qū)和高區(qū)，低區(qū)供給地下1層～地上4層，高區(qū)供給地上5層～10層。門急診樓和醫(yī)技樓各為一供水系統(tǒng)(地下1層～地上3層)。系統(tǒng)管路按同程設(shè)計，采用全日制機械循環(huán)供水系統(tǒng)，各區(qū)循環(huán)泵由各區(qū)回水管路上的電接點溫度計控制啟停，一用一備。

2)容積式熱交換器機房布置。在樓內(nèi)地下1層，設(shè)有四座換熱機房，分別供給各區(qū)熱水系統(tǒng)。住院樓內(nèi)地下1層設(shè)有兩座換熱器機房，供給高區(qū)和低區(qū)熱水系統(tǒng)。每座機房內(nèi)設(shè)置高區(qū)和低區(qū)汽—水半容積式熱交換器各兩臺，互為備用。門急診樓和醫(yī)技樓地下1層各設(shè)一機房，內(nèi)設(shè)汽—水半容積式熱交換器兩臺，互為備用，供給門急診樓和醫(yī)技樓熱水系統(tǒng)(半容積式熱交換器容積不小于15 min最大小時熱水量)。

屋面各儲熱水箱在晴好天氣時，達到使用水溫要求后，直接通過容積式換熱器供給熱水系統(tǒng)。當(dāng)水溫不能滿足要求時，容積式換熱器開啟蒸汽管入口處的溫控閥進行二次加熱。為了安全起見，整個容積式換熱系統(tǒng)是按冬季最不利天氣情況(即太陽能系統(tǒng)停用時)進行設(shè)計的。

6 結(jié)語

在醫(yī)院集中熱水系統(tǒng)供應(yīng)中，采用太陽能作為熱源制備熱水，可為一次投資，長期使用，此綠色能源無污染、無噪聲、無公害、衛(wèi)生可靠，節(jié)能效益明顯，晴好天氣每天節(jié)約能量約7 000 kW。但由于集熱器及管路都置于室外，北方地區(qū)冬季環(huán)境溫度較低，集熱器、管路有可能結(jié)冰凍脹造成設(shè)備損害，影響整個熱水系統(tǒng)的正常運行。如用防凍劑作為循環(huán)介質(zhì)，具有不結(jié)凍，不結(jié)垢等特點，但是使用成本較高。本工程采用循環(huán)防凍的保護方式，即在集熱器較冷端設(shè)置一個溫度傳感器，啟動循環(huán)水泵，使水箱和集熱器中的水循環(huán)運行，或在冬季最冷時關(guān)閉太陽能系統(tǒng)，泄除系統(tǒng)循環(huán)水以保安全。

［1］ 王偉國，應(yīng)金鎖．淺析太陽能一體化［J］．山西建筑，2010，36(23):262-263．