医院洁净手术室四管制空调水系统冷热源选择

侯会芹

医院洁净手术室四管制空调水系统冷热源选择

侯会芹

（浙江省现代建筑设计研究院有限公司，浙江杭州310007）

医院洁净手术室对室内洁净度、温度、湿度要求较高，四管制水系统因具有负荷适应性高、调节灵活等优点，能较好的满足手术室温湿度的控制要求，在手术室建设中得到越来越多的应用。冷热源是四管制水系统设计的关键因素。结合工程建设实例，给出四种冷热源的型式，供设计人员参考。

空调水系统四管制；冷热源；风冷热泵；空气源热泵；多功能冷热水机组

0 引言

手术室是医院中对卫生要求高的房间，为了维持室内无菌，手术室的门窗要求密闭，在手术过程中，医护人员往往连续工作几个甚至十几个小时，为给医护人员营造良好的工作环境及保证手术成功率和效率，手术室常规采用洁净空调，使室内温度、湿度、空气质量保持在合理范围；由于目前大多手术部体量较大，又常设外走廊，手术室处于空调内区，特别在过渡季节，室外温度降低，室内冷负荷减小，热源湿负荷不变，热湿比下降，为了保证送风温度和湿度，空气需先进行冷却除湿降温，再进行等湿加热，整个过程同时需要冷量和热量，所以可以考虑四管制系统[1]。在以往医院建设中，由于四管制较二管制水系统的初投资和运行费用较高，四管制水系统仅在大型医院中应用较多，很多中小型医院选择采用二管制，但四管制空调水系统具有对负荷适应性强，调节灵活，能满足对温湿度有不同需求的房间同时使用的优点，随着市场上节能设备的推出，四管制系统投资和运营的成本降低，四管制也在越来越多的医院建设中得到应用。

1 手术室洁净空调的型式及热湿处理过程

1.1 洁净空调的焓湿处理原理

手术室空气的冷热处理过程基本是一（二）次回风系统，经预冷处理后的新风和回风混合后通过表冷器处理到机器露点，再加热到送风状态点后送入室内。夏季空气处理过程在焓湿图中表示如图1所示：从图中看出，室外新风从W点到W′点经过预冷处理，经处理的新风与室内回风混合至M点，再经表冷器处理至机器露点L，L经再热至室内送风状态点O。L至O点即夏季空气处理的再热过程，需要加热处理的。

图1 夏季空气处理过程焓湿图

图2 空调系统原理图

1.2 洁净空调常用的空气处理方式

选用洁净型空调末端，机组内设置初效段+风机段+中效段+表冷/加热段+再热段+加湿段+出风段，在手术室末端设置高效保温送风口。空调系统原理图如图2所示。

2 四管制空调系统概述

四管制系统内所有末端设备中同时配置冷、热盘管，均独立工作，四管制水系统中同时配置冷源及热源，冷水和热水同时独立送至各末端设备，各末端设备可独立选择供热或供冷模式，独立控制温度等参数。

3 常用四管制空调冷热源的配置

医院洁净空调四管制系统运行已经多年了，冷热源选择关系着系统的投资、可靠性及节能性，是四管制系统运行的“心脏”，冷热源的选择常规主要有以下几种型式。

（1）集中冷热源+风冷热泵。冷源：制冷季节冷源采用与大楼相同，由大楼冷冻机房供给7-12℃冷水供回水，过渡季冷源采用热泵机组（另为洁净空调配置热泵机组），提供7-12℃冷水供回水；热源：全年采用60-50℃热水供回水，由医院锅炉房提供；此种型式适用于院区有冷冻机房、制冷季节大楼空调冷源能连续运行、设锅炉房且锅炉可全年运行的（中大型）医院，此种冷热源型式不受地理区位及气候分区限制。

（2）集中冷源+风冷热泵。冷源：制冷季节冷源采用与大楼相同，由大楼冷冻机房供给冷水，过渡季冷源采用热泵机组（另为洁净空调配置热泵机组），提供冷水；热源：全年热源采用热泵机组，供给45-40℃热水供回水。此种型式适用于院区有冷冻机房、制冷季节大楼空调冷源能连续运行、冬季热源无连续供给可能的医院，此种方式适合于可全年使用热泵供热的夏热冬冷或夏热冬暖地区。

（3）风冷热泵。冷源：全年采用风冷热泵机组，供给7-12℃冷水供回水；热源：全年采用热泵机组，供给45-40℃热水供回水。此种型式适用于洁净空调冷热源独立设置，可全年使用热泵供热的夏热冬冷或夏热冬暖地区。

（4）多功能冷热水机组。冷源、热源：均为多功能冷热水机组，可同时供给7-12℃冷水供回水及供给45-40℃热水供回水。它的工作原理是利用冷热量回收和综合利用，多功能热泵机组能够在蒸发器获得冷水的同时，从热回收器获得冷凝热加热热水，不平衡部分通过辅助散热排放，从而实现同时制冷和制热，而只需输入一份能源，变同时获取冷量和热量，大大降低了能耗[1]。此种型式适用于洁净空调冷热源独立设置，可全年使用热泵供热的夏热冬冷或夏热冬暖地区。

四管制系统中由于全年（天）运行的需要，热泵制冷及制热的运转环境温度范围有时与国标工况不同，选择时应考虑当地的最高、最低室外温度。空气源热泵热水机属于利用空气能的节能产品，它广泛地用于生产卫生热水的供水领域，在手术室四管制系统中，热负荷通常小于冷负荷，在这种情况下，第（2）、（3）条中制热用的热泵机组可以采用空气源热泵热水机，它比常规热泵机组具有更广的环境运行温度范围，只是要求空气源热泵具有负荷连续调节功能，以满足系统的热负荷变化。

4 冷热源的初投资及运行费用比较

四管制空调水系统由冷热源、末端设备及水管路三部分组成，就同一项目而言，四管制空调水系统的投资及运行能耗比较取决于其冷热源的设置。

以夏热冬冷地区某省会城市三甲级医院项目为例，共设洁净手术室30间，其中I级手术室5间，Ⅱ级手术室8间，其它为III级及Ⅳ级手术室，洁净空调夏季冷负荷为1510kW，夏季空调热负荷（主要为洁净机组再热量）为350kW；冬季热负荷为580kW，冬季冷负荷为350kW，过渡季节冷负荷为800kW，过渡季热负荷为350kW。洁净机组设于手术室上方的设备层，采用四管制空调水系统。对上述案例配置四种不同的冷热源，进行投资及运行费用比较。

方案一：夏季冷源及冬季热源均接自大楼冷冻机房，过渡季节及冬季冷源采用两台制冷量为407kW的风冷热泵机组，过渡季节及夏季热源设一台换热量为350kW的汽—水板换机组，热源来自锅炉房蒸汽；

方案二：夏季空调冷源接自大楼冷冻机房，过渡季空调冷源采用两台制冷量为407kW热泵机组，全年空调热源采用两台制热量为305kW热泵机组；

方案三：夏季及过度季空调冷源采用三台制冷量为528kW热泵机组（夏季开三台，过渡季节开两台），冬季及过度季热源采用两台制热量为350kW热泵机组；（夏季开一台，冬季开两台）；

方案四：全年空调冷、热源均采用三台制冷（热）量为528kW多功能冷热水机组（夏季开三台，制冷过渡季节开两台，制热过渡季及冬季开一台）。

以下列价格为基准计算各系统投资费用及运行能耗：水冷机组价格按515元/kW计，热泵机组价格按858元/kW计，多功能冷热水机组价格按1287元/kW，锅炉设备按257元/kW计；电价以1元/度计，燃气费以3.8元/m3计；运行时间：30间手术室，一年365d，每天平均10h，夏季4个月，冬季3个月，过渡季（制冷）4个月，过渡季（制热）1个月；冷水机组COP按5.6W/W[1]计，制冷热泵机组COP按3.0[1]计,制热热泵机组COP按3.7[12]计，多功能热泵冷（热）水机组COP按6.0[12]计；锅炉效率按90%[1]计，燃气热值8400kcal/h·m3（9.8kW/m3）。计算结果见表1。

表1 四管制冷热源初投资及运行费用万元

经比较，就投资而言：方案四投资最高；方案二因配置了夏季冷水机、全年制热及过渡季节制冷热泵，初投资也较高；方案三居初投资第三位；方案一因与大楼冷热源共用较多，初投资最低；方案四较方案一投资增加约18%，方案四较方案二及方案三投资高约4%。

运行能耗方面：方案四因机组冷热水联产运行，COP值大大提高，全年运行费用最低；方案一与方案二因机组设置在制热系统热源方面有差异，方案一为燃气，方案二为耗电，方案一较方案二高，说明冬季燃气较耗电运行费用高；运行费用最高的是系统方案三，主要是因为在制冷方面，热泵的COP值大大低于冷水机组，造成全年运行费用较高；方案四较方案一及方案二运行费用低约30%-40%，较方案三节能约60%，方案四较方案一增加的投资，可在1a内回收。

很明显，从投资及运行成本综合考虑，方案四较其它系统有较大的优势，这主要归功于多功能冷热水机组充分利用能量回收，较大幅度地提高了COP值，降低了机组的运行能耗，在有利于其运行的夏热冬冷及夏热冬暖地区医院四管制系统中，有较高的推广利用价值。

5 结语

为给广大医护工作者及病人提供舒适良好的工作及就医环境，手术室四管制水系统因其负荷适应性好，对室内温湿度调节性能保证性高等优点，必将得到越来越广的应用。在四管制冷热源选择方面，应结合医院建设条件、使用灵活性、节能性、运行可靠等方面的因素，经经济技术比较后确定，在大力提倡节能减排、建设绿色医院的今天，医院建设者们应尽量选择节能、环保、运行费用低、可靠性高的设备，多功能冷热水机组应用于手术室四管制空调冷热源，可同时供给四管制系统的冷水及热水，由于利用了热回收技术，在同时供冷和供热时冷热综合能效比可达6.0[12]以上；与四管制系统中均利用热泵机组（COP为3.0）作为冷源及热源的情况相比，有着2倍的节能效果，具有较高的推广运用价值。

[1]GB50189-2015，公共建筑节能设计标准[S].

[2]GB50333-2013，医院洁净手术部建筑技术规范[S].

[3]GB51039-2014，综合医院建筑设计规范[S].

[4]DB33/1092-2016，绿色建筑设计标准[S].

[5]GB/T51153-2015，绿色医院建筑评价标准[S].

[6]路延魁.空气调节设计手册[M].2版.北京.电子工业部第十设计研究院、中国建筑工业出版社.1995.

[7]全国民用建筑工程设计技术措施暖通空调.动力2009[S].

[8]陆耀庆.暖通空调设计指南[M].1版.北京.中国建筑工业出版社.1996.

[9]许钟麟.沈晋明.空气洁净技术应用[M].1版.北京.建筑工业出版社，1989.

[10]管德赛.张为.论医院洁净手术室空调四管制的优越性[J].洁净空调技术，2012，73（1）：42.

[11]陈尹.医院手术室空调水系统四管制的探讨[J].绿色建筑，2014，（5）.

[12]Q/（GZ）K LX N Y 1-2010.多功能热泵冷（热）水机组[S].企业产品标准.2010.

修回日期：2016-12-27

数据中心能效国家标准正式发布

2016年9月20日，国家标准《数据中心资源利用第3部分：电能能效要求和测量方法》正式发布。标准号为GB/T32910. 3-2016。该标准是在国家标准化管理委员会和工业和信息化部的共同指导下，由全国信标委信息技术与可持续发展分技术委员会具体归口管理，由中国电子技术标准化研究院牵头，在国家机关事务管理局、国家能源局、清华大学、武汉大学、国家发改委能源研究所、国家电网信息通信分公司、中国移动、浪潮、华为、科计通等几十家单位和部门历时3年的编制验证最终制定完成。

该标准对电能使用效率（EEUE）的测量、计算方法进行了统一的规定，明确提出我国数据中心电能能效要求，将数据中心按其电能使用效率值的大小分为节能、较节能、合格、较耗能、高耗能共5级。同时，此标准中在充分结合我国国情的基础上，为补偿系统差异考虑数据中心采用制冷技术、使用负荷率、安全等级、所处地域不同产生的差异而制定了能耗效率值调整模型。通过该调整模型可以实现进行不同数据中心的比较，从而形成全国范围内数据中心能效的统一比对标准。此次制定的调整模型不仅在国内处于领先，在国际上也具有原创性。

该标准的发布为推动我国数据中心行业的绿色健康发展奠定了基础。

（摘自“慧聪空调制冷网”）

Choice of the Cold and Heat Source for Four-pipe Water System of the Hospital Clean Operating Room

HOU Hui-qin
（Zhejiang Moden Architectural Design＆Research Institute Co.，Ltd，Hangzhou 310007，China）

The hospital clean operating room has the higher requirem ent on indoor cleanliness、tem preture and m oisture,the four-pipe-water system has been increasingly applied in the operating room construction because ofits high load adaptability、good accom m odative facility and can be better satisfied the clean operating room’s controlrequirem ent. The cold and heatsource is the key factor ofthe four-pipe-water system.The article com bines the engineering constuction exam ples,suppliesfourtypesofthe cold and heatsources,and hopesto give som e referencesto the designers.

four-pipe w ater system；cold and heat source；air cooled heat pum p；air sourceheat pum p；m ultifunction cold hot w ater unit

TU 831.3+6

B

2095-3429（2017）01-0082-04

2016-11-16

侯会芹（1974-），女，河北人，本科，高级工程师，从事暖通空调设计工作。

D O I：10.3969/J.ISSN.2095-3429.2017.01.020