利辛县人民医院新区中央空调系统设计分析

张抗，杨孝鹏，张勇合肥工业大学建筑设计研究院



利辛县人民医院新区中央空调系统设计分析

张抗，杨孝鹏，张勇
合肥工业大学建筑设计研究院

摘要：中央空调系统能耗约占建筑能耗的40％，为节约能源以及合理的利用能源，本文对利辛县人民医院新区中央空调系统设计、应用进行分析。将空调系统逐时冷负荷的综合最大值作为空调系统设备装机容量的选型依据，降低了系统的装机容量，系统采用地下水地源热泵空调系统，地下水潜水泵采用大温差变频控制，末端循环水采用二级泵系统，降低了水泵输送能耗。

关键词：中央空调；地下水地源热泵；二级泵系统；节能

1　项目概述

安徽省利辛县人民医院新区位于该县城工业园新区淝河大道中段和文州大道交叉处，是一所集医疗、教学、科研、康复、保健、预防和急救为一体的二级甲等综合性医院。项目占地面积115.3亩，总建筑面积97584m2，可提供床位1300张，新区分两期建设，一期建筑面积64618m2，其中2#病房楼建筑面积20133m2；门诊楼及医疗街建筑面积17070m2；医技楼建筑面积19067m2；急诊及行政楼建筑面积8348m2，根据业主要求并考虑初期建设投资及市政设施未来的发展，空调冷、热负荷用量仅考虑一期工程建设的需要，二期工程空调冷、热源单独建设。

2　能源利用分析

本工程设计时其周边的基础设施、能源供应条件均不完善，没有燃气管网、热力管网及其它可利用的能源，项目周边仅有一路10KV高压电源可接入，空调的用能形式非常单一，空调冷、热源只能采用电能解决。

工程设计前期，考虑到安徽省采用蓄冷、蓄热技术的优惠电价与商业电价比约为1:4，其经济性较直接采用电制冷机要好，最主要是能解决冬季的供热问题，空调设计采用冰蓄冷和电蓄热的冷、热源形式，但在实施过程中，因安徽省电力公司要求按空调设计日计算负荷的60％蓄能，其蓄冷、蓄热设备用房面积太大，设备初投资回收期较长，经技术经济比较不采用蓄冷、蓄热技术。另外，项目所在地地处淮河流域，冬季温度较低且湿度较大，采用风冷热泵机组，冬季效果较差，室内温度波动较大，不利于病人的康复。结合当地的地下水资源较为丰富条件，并考虑安全、可靠、合理利用地下水资源，设计前，建议业主对地下水资源的开采利用进行分析论证，并提供相关的测试参数。经水资源论证分析，地下水水质、水量和水温均能满足工程设计要求，并能保证开采利用的地下水100％同层回灌且不受污染，确定采用地下水地源热泵系统来解决。

地下水地源热泵系统的技术应用符合国家相关节能减排政策，也符合安徽省地方有关的规定和要求，是安徽省可再生能源应用推广的适宜性技术之一，此技术的利用，既解决本工程供冷、供热需求，也达到了节能减排的目的。

3　技术特色

3.1合理计算空调负荷及设备装机容量，降低运行能耗和建设费用

本工程各单体空调冷、热负荷设计计算值分别为：2#病房楼冷负荷2011kW，热负荷1387kW；门诊楼及医疗街楼冷负荷1544kW，热负荷938kW；医技楼冷负荷1890kW，热负荷1292kW；急诊及行政楼冷负荷1442kW，热负荷965kW；空调系统总计算冷负荷6887kW，计算热负荷4582kW。通过对各单体建筑空调逐时冷负荷表的分析计算，确定空调系统逐时冷负荷的综合最大值为6354kW，并作为空调系统设备装机容量的选型依据，降低了空调主机设备、空调循环水泵、潜水泵等设备的装机容量，减少了设备的运行能耗和输送能耗，也降低了设备和管网的建设费用。

不同单体逐时冷负荷见以下图表，其中2#病房楼和急诊具有夜间冷负荷：

表1　2#病房楼逐时冷负荷表

表2　门诊楼及医疗街逐时冷负荷表

表3　医技楼逐时冷负荷表

表4　急诊及行政楼逐时冷负荷表

表5　综合逐时总冷负荷表

3.2合理利用地下水地源热泵系统，降低空调系统的运行费用，达到节能减排目的

根据水资源论证报告（由业主委托相关资质单位编制），项目所在地的地下水资源较为丰富，潜水单井出水量可达500-1000m3/d，承压水单井出水量为1000-3000m3/d，属地下水资源较发达地区，地下水温度18-21℃，水质满足水源热泵机组直接使用条件，开采和利用的价值较高。

根据水资源论证报告建议，结合本工程空调设计负荷特点，以夏季空调系统逐时冷负荷的综合最大值作为计算热源井（井数量、井总流量等参数）的依据，设计井深约150m左右，夏季制冷时取地下水温差为14℃，系统最大需水量为490m3/h，冬季供暖时取地下水温差为12℃，系统最大需水量为412m3/h，单井出水量按70m3/h计，单井真空回灌量按30m3/h计，共设计8口开采井（7用1备）和20口回灌井数（18用2备），为避免取水井与回灌井串通，并保证有效的取水和回灌，结合场地条件，按井间最小距离25m设计水井位置。本工程抽水目的层是第四系更新统承压水含水层，同层回灌。

根据系统性能检测报告（由业主委托安徽省产品质量监督检验研究院编制），本工程夏季制冷系统能效比为3.82，冬季制热系统能效比为3.31，均远高于《可再生能源建筑应用工程评价标准》[1]中的制冷系统能效比3.10和制热系统能效比2.50的规定值，达到较高的节能效果，实现了减排目的。

3.3合理的空调水系统设计，降低空调循环水泵和潜水泵的运行能耗

本制冷制热机组主要为2#病房楼、门诊楼及医疗街、医技楼冷和办公科研楼等4个单体建筑提供空调冷、热源，制冷（热）机房距空调水系统最不利点管线总长度约900米，经水力计算，一次侧水系统阻力约12m,二次侧最不利环路水系统阻力约20m，二次侧最小阻力环路水系统阻力约17m，通过计算分析，一次侧与二次侧空调水系统阻力存在较大差异，二次侧不同空调水系统各环路间阻力基本相同，采用二级泵系统设计具有较好的节能效果，考虑到各环路阻力基本相同，二级泵采用集中合用水泵以满足系统的流量变化，二次泵台数根据单台水泵满足夜间负荷流量设置（主要为病房楼和急诊部分）。地下水井侧夏季采用14℃和冬季采用12℃的大温差设计，减小地下水的设计流量，有利于取水、回灌和水资源保护，潜水泵采用变频（温差）控制，降低了水泵输送能耗和管网建设费用。

3.4运行策略

为保证空调二级泵系统的高效节能运行，必须要解决好主机、一级泵和二级泵间的启停变化和运行策略，应进行合理的系统控制设计。根据设计要求，本工程的空调水系统供回水管路上设置了温度、压力、流量、流量开关、压差控制等监测仪表和传感设施，通过采集数据并分析计算可实现空调系统的高效节能运行。

本工程主机和一级泵采用负荷控制法进行台数控制，根据供回水干管的温度传感器和回水干管上的流量传感器的数据讯号，得出即时冷（热）量值与设定值比较，以启停冷（热）水主机和对应的一级泵。二级泵采用压差变频空制，用户负荷侧变化时，根据供回水干管上设置的压差传感器调整二级变频泵的运行频率，得到与负荷匹配的流量与扬程，并根据供水干管上的流量传感器的数据讯号调整二级变频泵的运行台数，得到与负荷匹配的流量与扬程。地下水潜水泵采用温差变频控制，负荷变化时，根据供回水干管上设置的温度传感器调整潜水变频泵的运行频率，得到与负荷匹配的流量与扬程，同时，为保证主机所需的最小流量值，设定潜水变频泵的最小运转频率，并根据供水干管上的流量开关与主机联锁控制以保证主机所需的最小流量。

4　综合效益

项目一期工程建成投入使用后，已实现年门急诊量约50余万人次，出院病人5.6万人次，完成各类手术约1.2万台，为该县及附近县区的病人提供了较好的医疗条件和健康保障。根据安徽省产品质量监督检验研究院（安徽省可再生能源能效测评机构）出具的能效测评报告，可实现二氧化碳减排量达2416.74吨/年，二氧化流减排量达19.57吨/年，烟尘减排量达9.78吨/年，全年常规能源替代量达978.44吨标煤，年节约费用141.5万元，取得了很好的经济、社会和环境效益。同时，该项目被评为安徽省可再生能源应用示范项目，并获得400万元国家专项节能补助资金。

参考文献：

[1]《可再生能源建筑应用工程评价标准》（GB/T50801-2013）.北京：中华人民共和国住房和城乡建设部、中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，2012，12.

CENTRAL AIR-CONDITIONGING SYSTEM DESIGNING ANALYSIS OF LIXIN COUNTY PEOPLE’S HOSPITAL

ZHANG Kang,YANG Xiao-peng,ZHANG Yong
HFUT Institute of Architectural Design

Abstract:Central air-conditioning system energy consumption accounts for about 40％of building energy consumption,to save ener-gy and rational use of energy,this paper analyzes the design and appli-cation of central air-conditioning system of Lixin County People's hospital.Will hourly air conditioning system cooling load of the com-posite maximum as the equipment in air conditioning system installed the basis for the selection of installed capacity,reduce the installed ca-pacity of the system,the system uses the groundwater source heat pump air conditioning system,groundwater submersible pump with frequency conversion control,large temperature difference,at the end of the circulating water using a secondary pump system,reduce the pump conveying energy consumption.

Keywords:central air- conditioning；groundwater heat pump；Two stage pump system；energy conservation