基于提高舒适度的医院中央空调系统优化研究

2019-04-22刘相中合肥工业大学电子科学与应用物理学院安徽合肥230000

安徽建筑 2019年3期

刘相中（合肥工业大学电子科学与应用物理学院，安徽合肥 230000）

为了调节室内气温，优化人居环境，人们发明了空调并努力推动相关技术的发展，以制冷剂或制热剂的相变与循环利用来达到室内气体温度改变的效果。后来，又研制出了中央空调系统，采用高制冷量的离心式压缩技术，建立了水路系统、风路系统和盘管系统，各自发挥功能，协同作用，从而调节大型室内空间的气温。近年来，中央空调系统在医院建筑的使用越来越普遍，极大改善了医院诊疗环境。但医院建筑和人群复杂，人们对室内公共环境的人居体验要求也越来越高，从而还需不断优化医院空调系统建设。本文以安徽省某医院（三甲医院）为例，调查了中央空调系统在该医院的应用现状，并结合国内外中央空调的研究现状，探寻并分析医院中央空调系统存在的问题，提出改进优化建议。

1 医院中央空调设置及其问题分析

1.1 医院建筑及其功能对空调设置的影响

某院是位于中心城区的一所大型综合性三级甲等医院，包含新旧不一和大小不等的7幢大楼，总建筑面积268163m2。其中主体大楼楼高25层，总面积152300m2，技术设备层在顶楼和六楼；副楼高分别为9层和11层，楼层1～4层为门诊，五层为手术室，六层为信息中心，七层以上为病房。地下3层，负一层为餐饮、办公和库房，负二、三层为地下车库及空调机房。不同建筑发挥着不同的功能。

医院的建筑及其功能分区具有复杂性，不仅不同建筑是不同结构，有不同功能，而且同一建筑的不同楼层具有不同功能，甚至同一楼层内分布着不同的功能区。如主体大楼低层为大厅与长廊相间式结构，多种诊室围绕，中、高层为手术室及病房。9号楼、科研楼建筑面积小，建成时间久，仍然使用分体式空调。其余6幢大楼均建筑面积大、楼内多大型空间，因而都安装了中央空调系统。不同时期建筑所配备空调品牌类型不一，空调主机均位于相应楼宇的地下层，主体大楼空调制冷机组位于负三层，具体见下表。

医院建筑及中央空调分布

不同建筑环境和不同功能区及其人群对空调效果有不同的要求，因此，不同的区域都有相应的温度调控，风道网络设计精细，盘管输送口数目和大小也根据室内面积而设定。为保证手术室、洁净病房、生殖中心等部门环境特殊要求，对其区域采用中、高效过滤器净化。调研时间是7月中旬，正处于炎炎夏季，是中央空调高强度运转期，制冷量需求大，但医患人员都反映空调制冷效果很好，室内温湿度适宜，空气质量较好。对于医院来说，良好的空气环境对医疗环境改善和病人的康复都起到重要作用。由此可见，空调的平稳运行，空气调节系统的优良性能成为关键要素。

1.2 医院中央空调系统设置及其工作情况

中央空调系统是采用空气调节和通风技术，对空气进行处理、输送、分配，并控制其参数的所有设备、管道及附件、仪器仪表的总和，也称舒适性集中空调系统。以该院主体大楼为例：中央空调系统采用风机盘管加新风系统和全空气空调系统及冷热一管道的“两管制”系统，夏季通过制冷机组供冷，冬季采用市政蒸汽通过汽热交换器供暖[1]。中央空调的制冷主机和电力控制中心分布在地下负三层，而冷却塔则位于扩展建筑顶部。液相集散转换核心位于主要功能设备周边，有专业的检测和介质转换阀门，关键节点也布置了滤网和数控压力仪器，各项数据传递至监控中心，便于进行实时性数据监控和调控。空调采用了离心式制冷压缩机，利用离心作用持续将泵入的气体压缩，压缩效果可由具体制冷效果进行自发调节，冷冻水出口的温度传感器将数据传递到压缩机，主机会在制冷量达到标准后适当降低离心机转速。制冷工质以溴化锂和氟利昂为主，气态工质经过压缩达到高压态，通过良好的绝热材料管道，进入冷凝器，与水进行热交换，变为低温高压态，再经过膨胀阀门变为低温低压的液相工质，从而进入蒸发室汽化，汽化吸热将外部媒介温度降低，达成初步制冷，从而完成一次工作循环。在位于楼层底部的制冷室，有多台压缩设备，离散分布，有统一的配电室输送电能，且已安装备用供电线路。

1.3 医院中央空调系统的优点

变频技术的应用可以根据环境实际情况调控。该院中央空调系统电机采用变频技术，可以根据冷冻水温度实时监测，调节电机转速，实现温度控制。同时减少定频带来的空转，提高运转效率。制冷压缩机多为离心式、螺杆式，环境适应好，能提高运行效率，提升中央空调整体效能。水泵采用变频技术，可以根据实际热负荷调节冷却水和冷冻水循环系统，也起到积极节能作用。医院设置空调班组，24小时值班，设置总控平台，对各楼宇室内温度进行实时监测、调控。病房等室内设有自控设施，室内人员可以根据室内温度调节，从而基本满足不同建筑、不同功能区、不同人群的需要。

合理的循环水系统对减低能耗有重要意义。该院中央空调水系统选用循环水泵具有自动调节功能，可随室内温度变化调整循环水量，从而达到节能效果。

1.4 医院中央空调系统的局限和不足

中央空调系统污染问题不容忽视。有研究表明，中央空调系统中通风系统产生的主要污染物（可悬浮颗粒以及微生物）占室内空气污染物的42%～53%[2]。医院建筑多为封闭性和半封闭性，中央空调系统的水循环和通风系统，其温度适宜有害微生物繁殖，且使用过程中可利用的消毒措施不多[3]，有造成污染引起交叉感染的隐患。

中央空调系统设计安装对医院建筑功能的复杂性满足仍显不够。由于科室、功能区分布相通、交叉，隔离不够充分明显，有交叉污染的情况或可能。设备场所内噪音较大，影响周围环境，周围墙体可以安置吸音棉等。主体大楼冷却塔位于9层副楼顶楼，噪声大，易传播（该院已经设置隔声屏障，有一定效果）。由于管路排布较为复杂，存在不便于清洁的隐匿点，相关的清洁工作需运筹规划，定期投入人力。在制冷工质的定期更换与消毒上，有很大改良空间。

能耗控制也显得极为重要。我国已经成为世界第三大空调使用市场，占世界空调使用市场份额12%。调查结果显示，中央空调能耗占建筑能耗50%[4]。安装时应该对空调机组进行能耗分析，根据对室内功能的硬性需求和人员分布密度的统计，制定详细的空调能耗参数指标，量入为出的控制能耗。同时，加大节能减排宣传，减少人为浪费。

2 医院中央空调系统的优化探讨

2.1 优化空气调节系统，提升室内空气质量

主要从风路系统的升级和盘管系统的智能化控制入手改善空气调节系统。风路系统包含滤尘装置、调节风机、管道。现在大多空调采用置换式，不再使用非空调系统的内循环，室外的清新空气会自动持续地进入室内，排风口将室内废气及时排出。同时，盘管系统通过鼓风机矩阵连结制冷源，有湿度调节设备，可以有效由终端控制室内温、湿度。总体来说，盘管系统主要适用一些面积较小、输出节点较多的场合。它的优点在于便于安置与耦合性调试，但是对温度湿度的调节精确度存在不足，在部分大型空间场合产生较高能耗和自动调节属性不佳的问题。通过对该医院室内的分层次观察，得出了中央空调系统整体布局合理、制冷效果较好的结论，但还可以对细节之处加以优化，诸如制冷工质的清洁化设计与室内空气净化效果改进。从改善建筑气密性、中央空调通风条件、中央空调机组加装静电除尘装置、中高级过滤器、湿度调节装置，引入网络化一体监控设施以及对中央空调通风系统定期清洗等，从多方面改善空气质量。同时，合理布局科室，对一些特殊科室进行隔离分区，采取独立化风路和盘管通道，避免交叉污染和感染。这些都将提升室内用户的生态体验和舒适度，让室内健康的维护从净化空气做起。

2.2 优化水系统，对管路内水污染防治

设置水系统管路时，合理布局管路走向，尽量减少弯头，减少局部阻力和沿程阻力，从而减少污染物沉淀、滋生。参照国家制定的健康安全标准，确保制冷工质的卫生状况良好，设立更换周期以及动态检测机制，对水管路系统进行清洗和消毒，确保循环水水质。

2.3 优化运行系统和仪器使用环境，对空调运行噪音防治和节能

中央空调产生噪音的设备为风机、冷却塔、冷冻机组和水泵，噪声通过空气和固体传播。风机噪声可通过风管传入室内，冷却塔的机械运转、气流、水流及振动形成噪声影响室外。对运行状态下的噪声来源和声场进行分析并建立数据库，结合用户反馈逐步改良设备的降噪措施。注重中央空调系统的优化配置，合理配置机组和备用机组。对送风系统的风管尺寸合理设计，降低风压，降低噪音，提高能源利用率，提高空调效果。安装消声器，室内铺设吸声海绵，建隔声墙等[5]，设计多级降噪模式，可以控制噪声污染。

2.4 优化医院科室布局和中央空调系统的设计安装，加强中央空调维护和管理

调整科室布局，合理分设功能区。中央空调系统设计和安装设计时应尽可能考虑建筑内部结构及其功能，尤其是针对医院各科室布局如门诊药房、检验科、呼吸科等，要综合考虑其不同的室内环境及其要求，设置隔离墙等，避免相互影响和污染。维护和管理应从稳定电压、空调机的选配、运行系统监测、机械维护等方面，按照国家卫生行业标准《医院中央空调系统运行管理》，进行细致管理和维护[6]，保持运行系统各环节都处于最佳状态。