廣東省人民醫(yī)院保健樓能源系統(tǒng)整體優(yōu)化的研究

郭凇含

根據(jù)美國和日本分別對建筑類型能耗的統(tǒng)計、分析和比較的結果顯示，公共建筑單位面積能源消耗是各建筑類型中最高的，而綜合醫(yī)院建筑單位面積能源消耗又是公共建筑中最高的，這是綜合醫(yī)院自身特殊功能的使用需求所決定的，如24 h的急診和住院部、手術室、較多大型醫(yī)療診斷和治療專用設備、所有醫(yī)療業(yè)務區(qū)的中央空調等。同時，有關專家也指出，公共建筑普遍存在30%以上的節(jié)能潛力［1］。因此，做好綜合醫(yī)院節(jié)能工作的創(chuàng)新是做好節(jié)能工作的重中之重。節(jié)能技術的推廣不僅可帶來環(huán)保等方面的社會效益，而且為經(jīng)營者切實節(jié)省了費用，大部分節(jié)能投資在2～3年內(nèi)就可通過能耗費用的減少而收回。

廣東省人民醫(yī)院建筑面積近23萬平方米，現(xiàn)有住院床位數(shù)2 729張，年出院病人10.11萬人次，年手術量達到10.5萬臺，年門診量約439萬人次，年能耗費用超過4 000萬元。保健樓作為廣東省人民醫(yī)院重要樓宇之一，能耗高、設備運行效果差，主要從中央空調、采暖和生活熱水等方面進行整體能源優(yōu)化。

1 中央空調系統(tǒng)

1.1 中央空調系統(tǒng)簡介

保健樓中央空調系統(tǒng)于1999年建成投入使用，采用以柴油為燃料的溴化鋰直燃機組，同時制取冷水、熱水。該系統(tǒng)共有400RT直燃溴化鋰機組2臺、冷凍水泵3臺、冷卻水泵3臺、冷卻塔2臺。見圖1。

圖1 保健樓中央空調系統(tǒng)簡圖

保健樓的中央空調系統(tǒng)設備實際運行中，冷水機組、冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔嚴重老化，效率低下，且柴油價格逐年增長，運行費用高。另外，中央空調系統(tǒng)中各設備都是人工開停，彼此之間并沒有協(xié)調運行;在系統(tǒng)部分負荷運行時，系統(tǒng)并不會協(xié)調有序的卸載。

1.2 中央空調系統(tǒng)改造方案

①采用制冷效率為5.5的高效離心式冷水機組代替效率僅為1.3直燃型溴化鋰機組，并對1#機組進行變頻，2#機組作為部分符合備用。②采用高效全新帶變頻控制器的冷凍冷卻水泵，替換原輸送效率低下的水泵。③采用靜音型冷卻塔，替換原老化、腐蝕嚴重的冷卻塔。④新增中央空調智能化控制系統(tǒng)一套，對制冷系統(tǒng)進行實時遠程監(jiān)控。具體見表1、圖2。

表1 保健樓中央空調制冷系統(tǒng)改造前后設備清單

圖2 保健樓CECS-1中央空調節(jié)能控制系統(tǒng)流程圖

改造后，水泵變頻、臺數(shù)控制與智能化集中控制技術相結合，結合自適應PID精確控制算法與模糊控制理論，將制冷系統(tǒng)中的冷水機組、冷凍水泵、冷卻水泵和冷卻塔風機等所有設備全部集中控制。根據(jù)負荷變化自動調整、分配各設備的出力，提升中央空調系統(tǒng)的運行效率，從而降低操作人員勞動負荷，提升工作效率。另外，該控制系統(tǒng)可自動記錄制冷系統(tǒng)運行參數(shù)，生成日報、月報、年報報表。

1.3 中央空調改造經(jīng)濟性分析

保健樓更換主機、冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔，增加離心變頻、CECS-1中央空調節(jié)能控制系統(tǒng)后，運行費用降為108.4萬元，與改造前年運行費用206.2萬元相比，年節(jié)約運行費用58.2萬元，年節(jié)約柴油304.8噸。見表2、表3。

2 采暖系統(tǒng)

2.1 采暖系統(tǒng)簡介

保健樓直燃溴化鋰機組負責提供保健樓、綜合樓的冬季采暖熱水，再通過各自樓宇中央空調系統(tǒng)水泵輸送至末端風柜、風機盤管進行熱交換，完成整個采暖過程，見圖3。雖然直燃溴化鋰機組采暖效率較高，但因柴油價格不斷攀生，采暖系統(tǒng)的運行費用越來越高。

表2 保健樓中央空調制冷系統(tǒng)節(jié)能改造前能耗分析

表3 保健樓中央空調制冷系統(tǒng)節(jié)能改造后能耗分析

圖3 保健樓、綜合樓采暖系統(tǒng)原理圖

2.2 采暖系統(tǒng)改造方案

參照相關醫(yī)院建設經(jīng)驗以及規(guī)范要求，結合保健樓、綜合樓的實際情況，增加1套天然氣無壓熱水鍋爐采暖系統(tǒng)，替代原直燃溴化鋰機組向保健樓、綜合樓提供冬季采暖熱水。該系統(tǒng)采用2臺無壓燃氣熱水鍋爐作為采暖系統(tǒng)的熱源，一用一備。見圖4。

2.3 采暖系統(tǒng)改造經(jīng)濟性分析

根據(jù)廣州市天然氣熱值為40.193 MJ/Nm3，天然氣熱水鍋爐綜合效率為0.81(高效燃氣鍋爐效率為0.9，管路系統(tǒng)效率為0.9);柴油熱值為42.652 MI/kg，柴油熱水鍋爐系統(tǒng)綜合效率為0.72(柴油鍋爐效率為0.8，管路及換熱器效率為0.9)。采用天然氣鍋爐采暖系統(tǒng)后，年增加天然氣耗量1.77萬立方米，節(jié)約柴油耗量18.7噸，以柴油6 800元/噸、天然氣3.8元/Nm3計，年節(jié)約保健樓、綜合樓采暖系統(tǒng)運行費用6.0萬元。

圖4 天然氣鍋爐采暖系統(tǒng)原理圖

3 生活熱水系統(tǒng)

3.1 生活熱水系統(tǒng)簡介

保健樓生活熱水系統(tǒng)主機為直燃溴化鋰機組(見圖5)，負責向保健樓、綜合樓供應50～60℃生活熱水。實際運行中，因機組老化嚴重，效率低，熱水溫度不易準確控制，甚至達80～90℃，熱量浪費較大，存在燙傷醫(yī)護人員及患者的風險。

圖5 保健樓、綜合樓生活熱水及綜合樓采暖系統(tǒng)原理圖

此外，由于直燃型溴化鋰機組同時供應綜合樓生活熱水、采暖熱水，致使采暖板換容易結垢堵塞。而且管路較長，熱水給水壓力不夠，導致綜合樓高層區(qū)域熱水不能正常使用。

3.2 生活熱水系統(tǒng)改造方案

參照酒店、綜合型醫(yī)院成功案例，結合保健樓、綜合樓的實際情況，生活熱水系統(tǒng)總體改造方案如下:

3.2.1 綜合樓 增加一套CHRS-5-180風冷熱泵系統(tǒng)(帶熱回收，見圖6)，全年獨立向綜合樓供應生活熱水。

3.2.2 保健樓 增加一套CHRS-7-300冷水機組熱回收系統(tǒng)，全年獨立向保健樓供應生活熱水，見圖7?；厥諜C房設備運行時產(chǎn)生的大量廢熱，替代直燃溴化鋰機組向保健樓供應50～60℃衛(wèi)生熱水，冷熱綜合利用效率高達760%以上。制冷季節(jié)，CHRS-7冷水機組熱回收系統(tǒng)制生活熱水的同時向保健樓制冷系統(tǒng)補充制冷;非制冷季節(jié)，將其制生活時產(chǎn)生的冷量通過冷卻塔排放到大氣中去。

在空調工況下，冷卻水溫度一般為32～37℃，熱能品位不高，難以利用。CHRS-7冷水機組熱回收系統(tǒng)利用高溫水源熱泵技術，成功的將熱能品位從32～37℃提高到55～60℃。CHRS冷水機組熱回收系統(tǒng)成功實現(xiàn)了冷熱源的綜合利用，可節(jié)約大量的一次能源，解決環(huán)境污染問題和溫室效應。運行原理見圖7。

圖6 CHRS-7冷水機組熱回收制生活熱水系統(tǒng)原理圖

圖7 CHRS-7冷水機組熱回收制生活熱水系統(tǒng)原理圖

CHRS-7熱回收系統(tǒng)將制取的生活熱水儲存在熱水箱中，然后通過原熱水給水系統(tǒng)向保健樓供應50～60℃生活熱水，滿足保健樓全年的生活熱水需求。

3.3 生活熱水改造經(jīng)濟性分析

CHRS-7冷水機組熱回收系統(tǒng)制生活熱水，全年共計增加耗電38.6萬度，節(jié)約原柴油熱水系統(tǒng)耗油146.3噸。以電價0.79元/度、柴油6 800元/噸計，年節(jié)約生活熱水費用69.0萬元。

4 小結

通過初步整體節(jié)能改造，每年可節(jié)約運行費用133.2萬元，節(jié)約柴油469.8噸，實現(xiàn)了對醫(yī)院能源系統(tǒng)的整體優(yōu)化，達到了較好的社會效益與經(jīng)濟效益。對我國醫(yī)院能源系統(tǒng)的整體優(yōu)化與節(jié)能改造具有一定的指導和借鑒意義。

［1］ 薛志峰，江 億.北京市大型公共建筑用能現(xiàn)狀與節(jié)能潛力分析［J］.暖通空調，2004，34(9):8-10.

［2］ 公共建筑節(jié)能設計標準GB50189-2005［S］.

［3］ 建筑給水排水設計規(guī)范規(guī)范GB50015-2003［S］.

［3］ 采暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范GB50019-2003［S］.

［4］ 王素卿，等.2003全國民用建筑工程設計技術措施［M］.中國建筑標準設計研究院，2003.

［5］ 袁向東，郭凇含.綠色醫(yī)院與整體節(jié)能改造［J］.現(xiàn)代醫(yī)院，2012，12(3):116-118.