高层医疗建筑的暖通空调设计

2019-05-15胡蔷

智能城市 2019年7期

胡蔷

（湖南省建筑设计院有限公司，湖南长沙 410012）

本文结合实际工程案例，探讨高层综合医疗建筑的暖通空调设计，其中包含空调冷热源设计、空调通风设计、空调水系统设计及节能设计，阐述高层综合医疗建筑空调通风设计要点，满足医疗建筑不同功能区热舒适性情况下，实现空调节能运行。

1 项目概况

建筑总面积为32 214 m2，其建筑地上共12层，地下2层，建筑总高度为49.9 m。1～4层为门诊综合楼，主要功能1层为门诊大厅、门诊药房、急诊、影像检查科；2层为门诊神内、理疗、疼痛、内科、外科、中医单元；3层为门诊眼科、妇产科单元、检验中心、功能检查；4层为中心手术、门诊手术。5～12层为病房楼，主要功能5层为妇产科病房；6～8层为眼科病房；9～11层为疼痛外科病房；12层为微创外科病房。

依据参考文献[1]，本工程定性为高层医疗建筑，高度未超过50 m，但功能复杂，采用中央空调才能满足复杂区域的不同热舒适性需求。1～3层门诊单层面积较大，有较大的内区，人流量最大，需要对不同分区采取不同的空调措施，满足不同分区人员的热舒适性需求；4层手术中心需要采用洁净空调保证温湿度、洁净度要求，且手术中心需要全年全天24 h运行，需要备份配置冷热源，以备大楼中央空调停止运行时洁净区仍然有冷热源提供；5～12层为病房区，是病人日常生活起居的主要场所，拥有一个好的热舒适性环境，对患者康复有利；放射科、检验科等诊疗区拥有各种先进的精密仪器，对温湿度要求较高，大楼中央空调停止运行时，诊疗区空调需要能单独运行，因此，需要设置单独的冷热源。

综上所述，如何配置冷热源满足不同功能区域的热舒适性要求，并且能实现空调节能运行是本工程空调设计的重点。

2 空调设计参数

室内设计参数参考文献[2]与文献[4]。具体数据见表1。室外设计参数参考文献[2]，具体数据见表2。

表1 室内设计参数

表2 室外设计参数

3 空调冷热源设计

本工程空调计算冷负荷为2 652 kW，空调计算热负荷为1 641 kW；空调面积为16 015 m2，单位空调面积冷指标为165 W/m2。单位空调面积热指标为102 W/m2。其中手术室等净化区冷负荷为470 kW，热负荷448 kW。

本工程冷热源配置如下：

（1）夏季采用1台制冷量1 758 kW的水冷离心式冷水机组，1台制冷量870 kW水冷螺杆式冷水机组作为冷源，冷冻水供回水温度为7/13 ℃；当室外气象参数变化，出现部分负荷工况，可实现制冷机组台数控制，当出现极小负荷时可由螺杆式冷水机组实现极小负荷下的10%～100%调节。冷却塔设置于屋面，冷却水供回水温度为37/32 ℃，共设置一台400 m3/h（2台200 m3/h拼装）与1台225 m3/h横流式冷却塔。冬季采用2台单台制热量为0.93 MW的燃气/油两用真空热水锅炉提供空调热源，供回水温度60/50 ℃。锅炉烟囱采用预制不锈钢成品烟囱，并通过管井引至屋顶高空排放。锅炉房置于室外地下一层，设置泄爆口同时作为设备吊装孔，面积不小于锅炉房间面积的10%。

（2）同时设置1台换热量为870 kW板式换热器，过渡季与冬季利用冷却塔免费供冷，减少主机运行时间，降低运行费用。当冷却塔无法提供所需温度的冷水时，开启电制冷机组供冷。一次侧供回水温度9/12 ℃，二次侧供回水温度10/16 ℃。冬季需使用的冷却塔及其室外管道均需做保温，防止冬季冻结。

（3）考虑到手术中心与其他净化区域需24 h常年运行，设置备用冷热源，共设置2台单台制冷量213.5 kW，制热量274.1 kW的风冷涡旋式热泵机组同时供冷供热，以备中央空调主机不运行时，手术与其他净化区域有冷热源供给。

（4）放射科的CTDR室与其控制室、检验科均考虑单独多联机空调，消除室内余热。

4 空调通风设计

空调风系统的划分原则以建筑平面布置、使用功能及防火分区为基础。门急诊大厅、医疗街净高不高，均采用风机盘管加新风系统，气流组织采用顶送顶回，两层通高大厅，采用侧送顶回的方式。门诊内区与外区分设新风机组独立运行，过渡季内区直接利用室外新风消除室内余热，可降低过渡季空调运行能耗，减少开机时间。

病房、诊室、办公室等小空间房间设置风机盘管加独立新风系统。

检验科使用洁净空调，检验科的大厅采用带亚高效的净化多联机室内机加集中新风系统的形式；实验室和标本制作等区域使用新风直流式全空气空调系统。

电梯厅、公共卫生间等设置风机盘管来消除室内余热。

5 空调水系统设计

本项目分门诊外区、门诊内区、病房区、净化区四个分区空调水系统：净化区采用四管制水系统；门诊内区冬季仍然有较大热负荷，采用常年供冷两管制系统；门诊外区与病房区采用夏季供冷、冬季供热两管制系统。

空调水系统均为一级泵变流量系统。冷冻水泵及空调热水泵分别设置，冬夏季分泵节能运行。管道循环系统均采用竖向异程，水平同程的敷设方式。在每层回水干管上设置静态平衡阀以减小水力失调，在风机盘管回水管上设置带温控电动两通开关阀，在新风机组、空调机组回水管上设置比例积分电动两通调节阀。

空调冷热水系统均采用开式膨胀水箱进行定压、补水，开式膨胀水箱设置于屋面电梯机房顶。空调冷冻水、冷却水及热水系统均采用全自动化学加药装置对空调水进行处理，实现阻垢、缓蚀和杀菌除藻的作用。

6 节能设计

本工程采用的普通离心式冷水机组（制冷量1 758 kW）制冷性能系数COP大于等于5.94，部分负荷性能系数IPLV大于等于5.75；螺杆式冷水机组（制冷量870 kW）制冷性能系统COP大于等于5.52，部分负荷性能系数IPLV大于等于5.9；涡旋式风冷热泵机组（四管制）制冷性能系数COP大于3.3，制热性能系数COP大于3.2，部分负荷性能系数大于3.2；燃气/燃油真空热水锅炉额定制热效率大于94%。以上能效指标优于文献3对空调冷热源能效指标的要求：冷水机组、风冷热泵COP提高6%，燃气热水锅炉热效率提高6%。同时离心式冷水机组与螺杆式冷水机组的部分负荷性能系数满足文献3的要求。

过渡季与冬季采用冷却塔免费供冷，减少主机运行时间，降低运行费用。冷却塔设置平衡管，相对加大冷却塔积水盘浮球阀至溢流口段的容积，避免停泵时泄水和停泵时补水浪费。

空调风系统采用温度自动控制，根据室内的负荷的变化自动调节空调负荷。组合式空调机组根据电动两通调节阀开度、风机盘管根据电动两通开关阀的通断调节水量以适应负荷的变化。空调末端均采用风机盘管+新风的形式，可独立启停的房间数量比例达到整个项目的90%以上。

空调冷热水采用一级泵变流量系统，竖向异程水平同程，在每层回水干管上设置静态平衡阀以减小水力失调。空调水系统耗电输冷比为0.021 2＜0.022（计算限值），耗电输热比0.009 3＜0.010（计算限值），满足文献3第4.3.9的要求。空调水系统分门诊外区、门诊内区、病房区、净化区四个系统，分区设置能量计量装置。每层供水管处均设置能量计，计量该层该区域的冷热量，方便成本核算。

空调新风机组单位风量耗功率小于0.24，平时用送排风机的单位风量耗功率小于0.27，符合文献2第4.3.22的要求。组合式新风机组，均设置与排风联动的二氧化碳检测装置，有效减少新风量，节约能耗。组合式新风机组、风机盘管等设备采用低阻力、高效率的净化过滤设备；空气净化装置初阻力不应大于20 Pa、除菌效率不小于90%、除尘重效率不小于95%。所有空调通风设备均选用低噪声产品，送排风管上设置消声器，以满足文献5的要求。

所有多联机空调制冷剂连接管等效长度不超过70 m，且均采用高效节能设备，其制冷综合性能系数IPLV值比文献3规定的要求值提高8%所有分体空调内外机连接管长度不大于3 m，不应大于5 m，且均采用高效节能设备，其能效值不应低于文献6中表2中能效等级2级的规定。