某三甲医院空调系统节能方案

文_彭国斌 远大能源利用管理有限公司

1 项目概况

某三甲医院综合大楼总建筑面积为263853m2，实际运行空调面积为230000m2，建筑高度为98.2m，是以医疗、门诊、病房为主要使用功能的综合性建筑。

空调机房位于综合楼地下一层，主要有3 台6978kW燃气直燃机组，1 台4650kW燃气直燃机组，4650kW，2330kW 离心机组各1 台，总装机容量27866kW。最大制冷负荷时开3 台6978kW直燃机可满足要求，制热负荷最大2 台6978kW直燃机可以满足要求。

冷冻水系统为分区二次泵变频系统，分病房、门诊、裙房三个区域，一次泵为定流量运行，与冷水机一一对应，连锁随冷机连锁启停，直燃机一次泵设一备用泵；二次泵采用变频控制，与各自的用户端匹配，每个空调水回路均在最不利点设置压力传感器，来控制二次泵的运行。每台主机冷水出水管进一次泵前安装有计量表，二次泵出水总管进分水器前安装有计量表。空调冷热水系统补水分别采用膨胀水箱补水定压，水箱位于B 栋屋顶水箱间。

机房水泵间布置了四组分集水器：裙房热水分集水器、裙房冷水分集水器、病房分集水器、门诊分集水器。

裙房区域全年有供冷需求，裙房区域的空调水系统采用四管制；病房区域的空调水系统采用二管制。病房采用竖向及水平同程式空调水系统；裙房采用异程、同程式空调水系统，且管路上安装有差压动态平衡阀。

冷却塔采用横流式，位于裙楼Ⅰ段的五层屋面上，采用变频控制。3 台冷却塔为一组，负责电冷机的冷却；11 台冷却塔为一组，负责直燃机的冷却。冷却水泵位于空调机房，与主机一一对应，采用变频控制。

2 系统存在问题

该医院空调系统运行已有多年，在冷水系统运行中，在制冷高峰期，存在以下问题：

①冷水供应采用分区冷水二级泵变流量系统，初级泵为定流量泵与冷水机组一一对应，初级泵和总回水间设有平衡管，用于平衡初级泵和二次泵流量和压力。由于安装位置的原因造成一次泵出水和总回水产生旁通，造成6#主机电空调的制冷量无法送出去。

②医院手术室净化空调设计为4 管制运行，全年都有进行制冷、采暖运行，同时由于系统与医院的舒适性空调系统并联在一起，造成舒适性空调系统温度按净化空调运行，造成医院整体能耗费用升高。

③整体能源价格变化：天然气供应紧张及价格变化大、电力价格一直下降；造成医院空调能源费用居高不下。

3 系统检测

3.1 二次泵运行情况检测

二次泵大部分时间全部运行，利用超声波流量计及功率计对每台泵都进行单独的检测，检测结果显示，门诊楼分支单台水泵的额定流量只有额定流量的80%，其它分支单台水泵大部分都能达到额定流量，甚至有的超额定流量。各个水泵在各自分支开启多台水泵的情况下，流量都会有较大幅度的下降，大部分只有额定流量的73%，下降最严重的只有额定流量的53%。当所有二次泵都开启的情况下，二次侧总流量为2560m3/h，仅是水泵额定流量（所有二次泵额定流量总和）的64%，并且二次泵流量不受一次侧流量的影响。一次水泵流量并联运行时影响小于二次水泵。一次泵流量为2865m3/h、二次泵全部开启时流量为2560m3/h。一次泵流量大于二次泵流量300m3/h。

3.2 手术室净化空调实际运行工况

4 月份制冷：4000kW；制热：4000kW。1、2、3、11、12月份制冷量：2500kW，制热与大系统同时供应。5、6、7、8、9、10 月份制热量：2500kW，制冷与大系统同时进行。

4 原因分析

4.1 一次侧与二次侧流量不匹配

从检测到的数据看出，一旦开启3 台主机时候，一次侧水泵的流量会超过二次泵正常运行情况下的流量，造成在开启三台或更多主机的时候回流现象比较的严重，造成6#主机的短路现象。

4.2 平衡管的安装位置与设计不相符

平衡管起到平衡一次和二次水系统水量的作用。当末端负荷增大时，回水经旁通管流向供水总管；当末端水流量减小时，供水经旁通管流向回水总管。平衡管是水泵扬程的分界线，由于一次泵和二次泵是串联运行，需要根据管道阻力确定各自的扬程，平衡管二次泵变流量系统中具有较重要的位置。在机房平面布置图上平衡管与6#主机进口管的中心距离有1.2m，实际现场安装的位置仅有0.4m，并且平衡管长度稍有点偏短，造成6#主机容易短路。

4.3 二次泵输送能力有待加强

从检测结果不难看出，在二次泵都开启的情况下，各二次泵均在效率较低的情况下运行，二次泵系统的实际流量远小于额定流量，造成主机的负荷无法送出去。

4.4 手术室净化空调

根据《医院洁净手术部建筑技术规范》GB50333-2013 有关规定，手术室的空调一般设计1 套制冷系统、1 套制热系统，末端系统采用四管制末端，通过自动恒温恒湿箱控制进行控制，空调主机提供冷、热源，那么手术室的空调必须具备同时制冷、制热功能。

5 系统改造方案

5.1 方案一

调整一次侧的流量，但流量应控制在主机的承受能力范围内，不能过小，过小会容易造成主机事故。在调整一次泵流量的首先调整好主机靶流动作值为7℃温差的流量（860m3/h）的60%，再来调整一次侧流量。

5.2 方案二

改善二次泵的输送能力，从实测结果可以看出，其实在大部分分时间内只需开启两台二次泵，没有必要开启三台二次泵，因为开启三台二次泵与开启两台二次泵二次侧的流量的变化不大，建议平常运行的时候只开启两台二次泵。更换裙房及病房分支二次泵各一台，更换后的流量为三台二次泵额定流量的90%（也即流量为1350m3/h），扬程由原来的16m 及24m 分别更换为24m及28m。

5.3 方案三

平衡管改小并且在系统总管无平衡管的另外一端增加平衡管道。通过与医院的沟通、系统安全性及现场的情况分析：①由于调整阀门的方式不利于节能，同时调整困难；②改进水泵投入大，且由于医院的运行时间长，改造的时间无法满足；③决定采用方案三的方式进行改造。

满足医院手术室及ICU 病房4 管制净化空调要求的前提下节能：

方案一：增加3 模块式风冷冷水/热泵机组，满足夏天的除湿再热及冬天的发热设备制冷要求，风冷冷水/热泵机组额定COP 为制冷：3.55、制热：3.22；夏季利用其作为除湿再热机组，冬季作为发热设备制冷机组；手术室另一种工况由大系统进行供应。

方案二：改造一台4650kW 燃气直燃机组为热泵冷却水作为采暖系统，出力制冷量：2900kW、制热量：4000kW，满足同时制冷、采暖要求，综合COP2.2。

方案三：燃气直燃机组增加烟气板式热交换器回收排气中的余热，回收烟气余热加热热水作为采暖用；6978kW 燃气直燃机组每小时能够回收余热折合天然气18m3产生热水4m3/台。

方案四：冬天利用冷却塔制冷减少开机时间，按历年开机时间冬天利用冷却塔制冷3 个月计算节约能耗576000kWh，节约标准煤232.7t。

6 节能效果

对医院空调系统及主机改造后大大的改善医院的手术室效果，同时整体降低了医院的空调系统的能耗。经过综合评估，在医院门诊及住院人数不断增加的情况下，节约标准煤2143t。