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现代医院冷热源设计问题及对策

  医院有着自身的特点，也不能照搬一些常用的公共建筑节能措施，医院是一种存在着较大节能潜力的公共建筑。首先应该从需求的基础性数据出发，进行合理的能源布局。

现代医院是一个较为复杂的建筑群，按照医疗用途可分为门急诊、医技（运用专门的诊疗技术和设备，协同治疗的医疗技术科室）和病房楼，这几个区域可独立成栋，也可以置于一栋综合楼中，一般以医技为核心串联门急症和病房。还有与医疗区域相配套的行政、科研、实验、食堂、浴室等后勤设施。医院各个功能区域面积分配比例一般也是固定的，以各种配套区域较齐全的大型综合性医院和专科医院为例，通常认为面积配比大致如图1或图2所示，效率较高。

         医院暖通系统的关键性问题

    1.1现有系统存在的问题

前文介绍了了医院自身的能耗特点、需求和其常规的能源系统形式。但具体到医院的暖通系统时，一般的设计思路将医院视为功能单一的商住型建筑，内部嵌套了局部性的、有特定要求的关键科室。由这样的观点出发，在实际工程中自然会出现将关键科室分包给专业的工程公司，其余的部分按照常规的空调系统进行设计的情况，其基本思路如图 3 所示。沿着传统的冷热源设计思路和先入为主的“客观”事实，最后会导致三种不同要求和状态的相互耦合：

1）除湿和降温这两种要求被耦合到了一起，不能进行单独的调控，新风机组和室内机组均要承担潜热负荷。

2 ）不同环境控制要求的科室被耦合到了一起，以集中的冷热源进行供给，冷热源的输送媒介不得不满足要求最高的科室需求。因此常常选择 7℃冷冻水和高压蒸汽。

3）不同的能位的冷热源被耦合到了一起，如消毒用的蒸汽、生活热水、供热热水统一用高能位的矿物类燃料锅炉替代，甚至直接用电加热。

这造成了以下一系列连锁的问题：

1）除湿与降温不解耦，关键科室的室内循环机组仍然要承担室内的潜热负荷，这可能导致室内空调系统出现凝结水，提供了适宜微生物成长的环境，成为微生物滋生和传播的诱因，空调本身成了污染源。

2）满足降温要求的同时，为了达到关键科室医疗环境的全年控制的要求，除湿成为关键（湿度对微生物的滋生影响较大），关键科室要以湿度优先控制；与此同时，一般科室是季节性舒适性空调，主要温度控制，或者说对湿度控制不敏感。但整个医院的冷冻水系统供水温度需要始终维持 7℃、甚至更低。

3 ）随着室外气温下降，显热负荷减小，但室内潜热负荷基本不变，为了一般科室节能的需要，常常提高冷冻水的温度，其结果也显而易见― ― 关键科室的湿度将超过要求。

4）关键科室为了达到控制要求（要求严格的控制湿度及小温差大风量的送风等），不得不先用较低的冷冻水冷冻除湿，再采用一次回风再电加热的形式，造成了不必要的能源浪费，或者说以最高的能位、较大的能源代价才实现医疗活动所需求的室内环境。图3 框图中的衍生配置，可以说是在既定的该设计框架内，给出的优化和解决办法。例如回收废热用于手术室等关键科室的再热和全院的生活热水，过渡季节为满足高要求的关键科室配置另一冷热源。但以上这些问题都是相互联系的、甚至有些似乎是矛盾的（安全性要求和节能、关键科室与一般科室的要求），在常规的系统形式和设计思路框架下，并不能完善的解决这些问题。以至于最后千方百计地提高设备和末端系统的效率、使用某种具体的节能手段，仍然是这种传统思路的蝴蝶效应的衍生。

   2 现有问题的对策

抛开上述种种问题，笔者试图将对现有问题核心的三个耦合进行分析，并尝试着对其进行解耦，以提出相应的对策。

1）除湿和降温的解耦 ― ― 采用温湿度独立控制的系统。由于处理潜热负荷的同时一定也会处理一部分显热负荷，温度与湿度是无法分开独立处理的。在温湿度独立控制的系统中，潜热负荷全部由新风机组承担，室内末端的循环机组则负责室内温度的调控，当然该系统也会因医疗不同要求又会有所区别。

2）不同环境控制要求的科室的解耦 ― ― 采用两个不同的水系统和风系统回路。空调设备就是为了实现各种医疗活动所需要的环境控制水平，既然关键科室与一般科室的要求迥异，就应该辅以不同的系统来实现各自的环境要求。

3）不同的能位的冷热源的解耦 ― ― 采用不同能位冷热源。按冷热源输送媒介温度采用相应能位的冷热源，如锅炉产生高压蒸汽，热回收产生生活热水，高温冷冻水，低温冷冻水以及利用自然能源的免费供冷与供热。

4）这些解耦的前提要特别注意对不同医疗环境设定合理的控制参数，正确估计冷（热）负荷以及确定合适的系统冗余量。如室内温度、湿度、换气、无菌要求等，以及人员密度、设备容量等，常常因为负荷估计偏大，而造成冷冻空调设备过大，不利于节能。另外系统冗余度与医疗科室风险控制相关。不同的医疗风险要求HVAC系统提供相应的环境控制能力，通常一般科室冗余量偏低，关键科室冗余量偏高。过高估计医疗风险、提高控制要求，更不利节能运行。这解决了以上提到的这些问题：

1）由于新风没有致病菌，要求关键科室新风承担全部湿负荷，或者说新风机组处于湿工况。

2）关键科室室内循环机组只承担显热负荷，保持在干工况运行，解决了医院最难以控制的空调污染源，也避免了关键科室靠再热量对环境控制。

3）除湿与降温的解耦，一般科室的温度优先和关键科室的湿度优先共存成为了可能。4）不同科室的解耦，关键科室的安全性保障不将与一般科室节能相矛盾，仅仅关键科室新风机组采用低温冷冻水系统，关键科室循环机组和一般科室可采用高温冷冻水系统，在保障医疗环境的前提下实现了节能。

5）利用冷水机组热回收，供给大耗量的生活热水，及医技设备室恒温恒湿空调的再热。

    笔者认为，整个医院的暖通系统需要成为保障医疗环节整体措施中的一部分。医院HVAC系统是医疗与感染控制的一个环节，一种手段。本文从整体出发，提出保障医疗环境的冷热源与暖通空调体系初步框架构建原则。

医院建筑与一般的办公建筑不同，需要在安全性（高冗余量）和节能（低冗余量）之间去寻找一个很好的平衡点，在保障医疗环境、达到该区域医疗环境要求的前提下，实现有序的节能。除了常规的节能措施外，如采用高效率冷热源、发展地源与水源热泵、提高系统输配效率等等，本文提出了医院节能三个关键问题与对策，降温和除湿的解耦 ― ― 采用温湿度独立控制的系统；不同环境控制要求的科室的解耦― ― 采用两个不同的水系统和风系统回路；以及不同的能位的冷热源的解耦 ― ― 采用不同能位冷热源。前提就是合理设定不同医疗环境的控制参数，正确估计冷（热）负荷以及确定合适的系统冗余量。

可见，只有改变传统的冷热源组合形式，综合考虑、总体规划医院冷热源，配置适合医疗环境控制的暖通空调系统，根据实时的负荷调整至合适的运行策略，才是开展医院节能工作的正确方针。