溫濕度獨(dú)立控制在醫(yī)院潔凈手術(shù)室空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的應(yīng)用

隨著我國(guó)醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)的迅速發(fā)展、醫(yī)院建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的提高、新得的醫(yī)療技術(shù)對(duì)室內(nèi)環(huán)境要求的不斷提高，以及醫(yī)院環(huán)境舒適性的不斷提升，醫(yī)院建筑已經(jīng)成為單位面積能耗最大的公共建筑之一。我國(guó)醫(yī)院平均建筑能耗是一般公共建筑的1.6～2倍，而潔凈手術(shù)室能源消耗強(qiáng)度是建筑物其它部分的8～10倍，是典型的能源消耗大戶。因此，研究降低醫(yī)院空調(diào)系統(tǒng)能耗的方法，對(duì)于當(dāng)前的節(jié)能減排，特別是大型公共建筑的節(jié)能有著突出的意義。很多專家學(xué)者和設(shè)計(jì)人員對(duì)醫(yī)院建筑空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能作了深入研究。

為保障醫(yī)患安全健康環(huán)境，需要對(duì)空氣潔凈度及溫濕度進(jìn)行控制，其中最為重要的是有效控制室內(nèi)細(xì)菌濃度，避免感染。手術(shù)室的溫濕度控制要求并不算嚴(yán)格，溫度要求21～25℃，相對(duì)濕度30～60%，因此按照《建筑節(jié)能與可再生能源利用通用規(guī)范》的要求，不能出現(xiàn)同時(shí)加熱和冷卻的冷熱抵消情況。但從我國(guó)已設(shè)計(jì)運(yùn)行的大量醫(yī)院潔凈工程來(lái)看，由于潔凈手術(shù)室需要大的換氣次數(shù)，導(dǎo)致循環(huán)機(jī)組風(fēng)量很大，送風(fēng)溫差很小?？垦h(huán)機(jī)組控制濕度，通過(guò)冷卻降溫，必須使換熱器表面溫度低至露點(diǎn)溫度以下，才能析出水分，再利用熱源加熱至接近房間溫度的送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)。這樣勢(shì)必造成大額的冷熱量抵消現(xiàn)象發(fā)生[1]。

一、溫濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介

溫濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)采用的具體技術(shù)與傳統(tǒng)的制冷與除濕技術(shù)并沒(méi)有過(guò)多的差別，其實(shí)質(zhì)是采用了溫度與濕度兩套獨(dú)立的空調(diào)控制系統(tǒng)分別控制、調(diào)節(jié)室內(nèi)的溫度與濕度。

溫濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)的基本組成為:處理顯熱的系統(tǒng)與處理潛熱的系統(tǒng)。兩個(gè)系統(tǒng)獨(dú)立調(diào)節(jié)、分別控制室內(nèi)的溫度與濕度，即利用濕度控制系統(tǒng)承擔(dān)建筑全部的潛熱負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)濕度的控制，利用溫度控制系統(tǒng)，處理剩余的建筑冷(熱)負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)溫度控制。顯然各種除濕方法都難免對(duì)室內(nèi)顯熱負(fù)荷產(chǎn)生影響，但是溫度控制系統(tǒng)可以承擔(dān)這種影響產(chǎn)生的顯熱負(fù)荷，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)溫度的控制[2]。

溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)的原理示意圖及其在hd圖上的空氣處理過(guò)程分別如圖1,2所示。由圖1可知，溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)的核心部件是獨(dú)立調(diào)濕新風(fēng)機(jī)組和高溫冷水機(jī)組及其配套的干式末端[3]。其中高溫冷水機(jī)組的COP一般都在7.5以上。由圖2可知控制室內(nèi)相對(duì)濕度就是控制新風(fēng)(狀態(tài)點(diǎn)W)經(jīng)過(guò)除濕(溶液除濕)降溫后的送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)S與室內(nèi)狀態(tài)點(diǎn)N之間的含濕量差Δω，而控制室內(nèi)溫度就是控制室內(nèi)空氣經(jīng)等濕降溫后的L點(diǎn)與N點(diǎn)之間的溫差Δt[4]。由此可知，溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)的COP較常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)高30%以上，節(jié)能效果非常顯著，而且末端盤管干工況運(yùn)行有利于控制感染,解決了醫(yī)院空調(diào)系統(tǒng)的兩大突出難題，因此非常適合在醫(yī)院潔凈手術(shù)室空調(diào)系統(tǒng)中應(yīng)用[5]。

二、研究方案

以廈門市某百級(jí)凈化手術(shù)室為例，面積45m2，凈高3米，14名醫(yī)護(hù)人員（規(guī)范最高值）。

廈門室外狀態(tài)：夏季

冬季，相對(duì)濕度

室內(nèi)狀態(tài)為，相對(duì)濕度

機(jī)組送風(fēng)量10000m3/h，新風(fēng)量1000m3/h，

經(jīng)計(jì)算手術(shù)室總冷負(fù)荷,濕負(fù)荷，

根據(jù)室內(nèi)已知狀態(tài)點(diǎn)和熱濕比，計(jì)算可得循環(huán)機(jī)組送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)：

查焓濕圖可得送風(fēng)點(diǎn)其它參數(shù)：。

現(xiàn)行常用的兩種空氣處理方法為：

（一）核算比較夏季工況處理過(guò)程及節(jié)能情況

1.夏季新風(fēng)不預(yù)處理與一次回風(fēng)混合后冷卻除濕，再經(jīng)過(guò)加熱升溫后至送風(fēng)狀態(tài)，如圖3。

圖3、夏季新風(fēng)不預(yù)處理的一次回風(fēng)過(guò)程

混合點(diǎn)C參數(shù)

考慮風(fēng)機(jī)溫升1℃，C1參數(shù)

求L點(diǎn)參數(shù)，L點(diǎn)為o點(diǎn)等濕度線與φL=95%線的交點(diǎn)，即

所以，循環(huán)機(jī)組從C1點(diǎn)處理至L點(diǎn)表冷器冷量為：

再熱至O點(diǎn)，送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)

2.新風(fēng)集中處理至室內(nèi)焓與一次回風(fēng)混合后冷卻除濕，再經(jīng)過(guò)加熱升溫后至送風(fēng)狀態(tài)，如圖4。

圖4、夏季新風(fēng)預(yù)處理的一次回風(fēng)過(guò)程

新風(fēng)處理至室內(nèi)焓值，狀態(tài)點(diǎn)W1：

新風(fēng)冷負(fù)荷

新風(fēng)與室內(nèi)回風(fēng)混合點(diǎn)為C點(diǎn)。經(jīng)風(fēng)機(jī)溫升后

求L點(diǎn)參數(shù)，L點(diǎn)為O點(diǎn)等濕度線與線的交點(diǎn)，即

所以，循環(huán)機(jī)組從C1點(diǎn)處理至L點(diǎn)表冷器冷量為：

再熱至O點(diǎn)，送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)

新風(fēng)與循環(huán)機(jī)組總冷量為

以上兩種處理方法區(qū)別僅僅是將新風(fēng)處理全部交由循環(huán)機(jī)組還是部分新風(fēng)機(jī)組處理部分循環(huán)機(jī)組處理，但由于新風(fēng)處理深度不足，無(wú)法避免冷熱抵消現(xiàn)象，因此總能耗是一樣的[6]。

3.對(duì)新風(fēng)集中深度處理至精準(zhǔn)狀態(tài)，正好能夠抵消房間濕負(fù)荷，循環(huán)機(jī)組等濕處理至送風(fēng)狀態(tài)，如圖5。

圖5、夏季新風(fēng)處理至精準(zhǔn)狀態(tài)的溫濕度獨(dú)立控制處理過(guò)程

新風(fēng)若能正好消除房間濕負(fù)荷，則新風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)如下：

新風(fēng)冷負(fù)荷

深度處理后的新風(fēng)與室內(nèi)回風(fēng)混合點(diǎn)為C點(diǎn)：,剛好為送風(fēng)點(diǎn)含濕量。

則,接近為理想送風(fēng)狀態(tài)，經(jīng)風(fēng)機(jī)溫升后為C1點(diǎn)，，循環(huán)機(jī)組冷量，從C1點(diǎn)等濕冷卻到O點(diǎn)。

可采用變頻冷媒直膨機(jī)對(duì)新風(fēng)集中深度處理至10.5℃。或者采用冷凍水表冷組合變頻冷媒直膨機(jī)組精準(zhǔn)處理新風(fēng)至最佳狀態(tài)，避免冷熱抵消現(xiàn)象發(fā)生。

總冷量為。

第三種處理方案節(jié)約冷量34.4KW,冷量節(jié)約率為58.7%。

完全無(wú)再熱，冷熱綜合節(jié)能率為

（二）核算比較冬季工況處理過(guò)程及節(jié)能情況

廈門冬季設(shè)計(jì)工況：，相對(duì)濕度，，

圖6、廈門氣候冬季工況處理過(guò)程

新風(fēng)含濕量低于7.3g/kg，新風(fēng)直接與回風(fēng)混合，如圖6。

加上風(fēng)機(jī)溫升后，剛好達(dá)到送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)焓值46.5KJ/kg，保持恒定濕度加濕量為3120g/h，三種方式能耗值相等，均不存在冷熱抵消的問(wèn)題。查閱廈門逐時(shí)的溫度數(shù)據(jù)，低于10℃的小時(shí)數(shù)大約550h，占全年小時(shí)數(shù)的比例6.3%。室外溫度低于10℃，三種處理方法能能耗相當(dāng)，只要室外溫度高于10℃，第一、二種處理方法均會(huì)產(chǎn)生由于除濕需求造成的冷熱抵消現(xiàn)象，因此全年綜合節(jié)能量為68%[7]。

三、結(jié)語(yǔ)

過(guò)去常用的兩種空氣處理方法，均存在嚴(yán)重的冷熱抵消現(xiàn)象，造成手術(shù)室能耗居高不下。從分析可以看出，為了消除房間內(nèi)少量的濕負(fù)荷，花費(fèi)房間需冷量約8～10倍的制冷量，是簡(jiǎn)單粗放的處理方式，是造成醫(yī)院手術(shù)部位能耗大的重要原因。本研究空氣處理方法的優(yōu)點(diǎn)如下：

1.節(jié)能降耗，本處理方法精準(zhǔn)的分析手術(shù)室熱濕負(fù)荷狀況，避免出現(xiàn)循環(huán)機(jī)組大風(fēng)量冷卻和再熱的發(fā)生。以廈門地區(qū)氣候核算，全年綜合節(jié)能量為68%。用于高溫高濕地區(qū)，避免冷熱抵消，節(jié)能空間巨大。對(duì)于室外空氣低溫時(shí)段，1成新風(fēng)直接與室內(nèi)9成回風(fēng)混合，再經(jīng)風(fēng)機(jī)溫升，已接近送風(fēng)狀態(tài)，可避免新風(fēng)預(yù)熱再冷卻的熱冷抵消的能源浪費(fèi)。

2.手術(shù)室循環(huán)機(jī)組冷熱盤管負(fù)荷降低，1萬(wàn)風(fēng)量機(jī)組由原來(lái)60KW和40KW變成8KW，電動(dòng)閥門由DN50和DN40變成DN25即可，降低造價(jià)，提高控制精準(zhǔn)度。

3.手術(shù)室循環(huán)機(jī)組為干盤管，無(wú)冷凝水產(chǎn)生，避免細(xì)菌藻類產(chǎn)生，提高空氣質(zhì)量。

4.由于變頻直流冷媒機(jī)組控制送風(fēng)溫度比水閥更精準(zhǔn)，因此，這一控制策略更能確保手術(shù)室控制精度，避免大口徑水閥頻繁啟閉易于損壞的情況，由于溫濕度耦合現(xiàn)象，控制滯后造成的波動(dòng)。

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