某医院空调冷热源方案比较

纪峰

（泰安市建筑设计院有限责任公司，山东泰安 271000）

一个工程的项目方案设计对空调冷热源的选择非常注重，冷热源形式上的不同也会影响投资和能耗[1-2]。有关的设计人员会进行多次的调研和讨论，根据实际条件选择合适的冷热源[3-4]。医院建筑的空调冷热源系统一般是按照灵活并且具有余量的原则进行配置。冷热源系统的灵活性的主要体现在对医疗技术的变革和诊疗设备的更新速度以及适应能力[5-6]。冷热源系统具有灵活性并且有余量，适应医院建筑平面布置的变化，室内负荷的变化，医院建筑的改建或者扩建的情况。

1 项目概述

某医院是一所三级综合性医院，其是该区域的医疗服务中心之一，为周边地区的日常诊疗提供服务，其是作为医科大学的附属医院，该医院也承担着有关的科研和教学任务。预计规划床位有850 张，日门诊量大约5500 人次。总建筑面积大约19 万m2，地上面积大约13 万m2，地下 6 万m2。

2 负荷估算

主要的部门有门急诊、住院部、行政部、教学部，需要建设的总面积大约71200m2，其空调冷负荷在7930kW 左右，空调热负荷在6030kW 左右；医技部与科研部的建筑面积总和大约是33680m2，空调冷负荷在4040kW 左右，空调热负荷在3030kW 左右。总计：总空调冷负荷在11970kW 左右，总空调热负荷在9060kW 左右。

生活热水需要供应热负荷在1350kW 左右，总空调热负荷大约是9060kW。合计10410kW 左右，按0.8 计算同时使用的系数，需要配备热水负荷5205kW。

蒸汽量耗量：中心供应大约2t/h，食堂大约0.5t/h，合计大约2.5t/h。因为考虑到备用和管理的要求，打算配置两台1.5t/h 蒸汽锅炉。

3 空调方案初选

手术部的空调：按照不同净化等级手术室的具体要求，分别使用的是组合式净化空调机组。风冷热泵机组应用在冷热源，其与医院中央空调冷热源之间进行旁通连接，在过渡季节使用热泵机组，夏季和冬季使用中央空调冷热源。

急诊、行政、病房：空调末端使用的是传统的中央空调系统，风机盘管加新风系统应用在比较小的房间，空调箱应用在较大的空间。新风系统可以使用中效过滤的传统新风空调箱。

医技、科研部空调：因为医疗的专用设备和部分实验室对房间温湿度有特别的要求，所以空调的方式是采用中央空调系统以及特殊房间使用的风冷空调机组和小型多联机中央空调系统。

根据医院所在地区的具体条件，传统的中央空调系统的冷热源可以采用水冷离心式冷水机组加锅炉热交换机组或者地理管地源热泵系统。根据上述内容，全院除手术部外，空调冷热源设计有两个方案进行选择。

方案一：医技和科研部使用多联机；其余部门的冷热源采用地理管地源热泵系统，风机盘管加新风系统应用在空调的末端。按照冬季取热为依据确定地理管的数量，夏季的散热量如果不足则用冷却塔进行辅助。

方案二：冷热源采用水冷离心式冷水机组加锅炉热交换机组，风机盘管加新风系统应用在空调的末端。

4 系统配置

4.1 方案一：地理管地源热泵系统加多联机

夏季设计冷负荷要比冬季设计的热负荷高出1908kW，夏季的排热量要比冬季的取热量大，为了使地温场可以达到冬夏季热平衡，还能够节约初投资的成本，达到绿色环保的标准和要求[7]。使用地源热泵和闭式冷却塔的复合式系统，地源热泵不仅提供空调所需的冷热负荷，也为医院随时提供卫生生活热水。冷却塔是为了平衡冬夏季地理管区域的地温，使得不会出现热堆从而积影响换热。

初选的配置如下：拟配置四台地源热泵主机、一台高效高温全热回收主机、一台闭式冷却塔、其他循环水泵等辅助的设备。

主机运行模式：夏季：优先选择开启热回收热泵机组，在制冷的同时可以免费取得生活热水。按照具体的空调负荷的要求，空调的侧回水温度逐渐开启地源热泵机组。在地温数字的采集系统可以监测到地温升至设定的温度32℃时，联动开启冷却塔来进行辅助散热，防止地温升高导致热堆积。

冬季：在低负荷时可以开启热回收热泵机组，高温制热运行，从而取得生活热水，在生活热水已经制取完成后，可以放入空调制热中。在变冷时慢慢增加开启地源热泵机组就可以得到生活用水以及空调的热负荷需要。

过渡季节：开启高温全热回收机组，机组高温制热运行取得生活用水。

4.2 方案二：水冷式冷水机组加锅炉热交换机组

夏季使用冷水机组加开式冷却塔用于制冷、冬季制热使用燃气锅炉。全年的生活热水可以由太阳能热水器和燃气热水锅炉提供。

具体的配置如下：预计配置6 台离心式冷水机组、6 台开式冷却塔、6 台承压热水锅炉、太阳能热水器、换热机组、再加上循环水泵等其他配套辅助设备。运行模式：夏季冷水机组空调制冷，空调热水由冬季锅炉提供。生活热水要先使用太阳能热水器，如果不足时用锅炉提供。

5 系统经济分析

5.1 系统初投资分析

方案一：地源热泵机房机组、水泵等大约880 万元，地理管工程大约1500 万元，空调末端工程大约930 万元，多联机工程大约1050 万元，税费大约360 万元，大约合计4720 万元。

方案二：冷水机组、锅炉、水泵等大约1230 万元，空调末端工程大约1320 万元，太阳能热水器工程大约205 万元，税费大约240 万元，合计大约2995 万元。

5.2 系统运行费用分析

运行费用进行大约的计算：供冷季为4 个月，供热季为4 个月：急诊加住院部全月全日供热和供冷，供冷2880h，供热2880h；其他每个月22 个工作日，每天空调10h，供冷880h，供热880h。急诊和住院楼按占总地源热泵系统能耗的55%计算。急诊和住院楼冬季按占锅炉总能耗的36%计算，住院楼生活热水按占锅炉总能耗的10%计算。行政、教学楼冬季按占锅炉总能耗的54%计算。

电费按照1 元/度计算，燃气在冬季按4.30 元/m3计算，其他时间则按4.20 元/m3计算。锅炉热效率按93%计算，换热机组效率按91%计算。运行费用只是计算主机的部分，末端部分两种系统能耗一样，所以没有计算室内机部分。

空调使用的季节系数取0.55（不一样的季节和时间段，系统运行的负荷也就不一样），在很少的时间里才能满负荷运行。通常10%的时间，其负荷在90%以上；30%的时间，负荷在60%以上；60%的时间，负荷在40%左右，依据中国行业标准（JB/T 4329—97）。

生活热水太阳能不保证率：夏季按照30%计算，过渡季按照50%计算，冬季按照30%计算。

方案一：地源热泵系统全年总的运行费是在398 万左右，医技、科研部多联机空调全年运行费用在95 万元左右，全年运行费用大约493 万元。

方案二：冷水机组运行费用大约330 万元，锅炉供空调费用大约430 万元，锅炉供生活热水费用大约75 万元，全年运行费用835 万元，具体分析见表1。

表1 经济分析对比 单位：万元

6 总结

方案一的初投资费用比方案二多出1725 万元，方案一与方案二的总运行费用比较，方案一费用更少，能节省342 万元，费用高出部分的静态回收期约为6 年。

近几年，地理管地源热泵系统的发展速度较快，渐渐成熟起来，是比较绿色的节能建筑方案之一，经济效益和社会效益都比较高，与此同时，也节省了锅炉房和换热机房的面积，减少了裙楼屋面冷却塔的数量，噪声相对来说比较小。

全院冷热源推荐采用的方案是：手术部采用风冷热泵，医技和科研部可以采用多联机空调，其余部分可以采用地理管地源热泵系统。可以在手术部分冷热泵系统和地理管地源热泵系统之间增加旁通阀，过渡季节手术部可以采用风冷热泵系统，而在其他季节可以使用地理管地源热泵系统，使地理管地源热泵系统发挥其最大作用，从而节省医院空调的年运行费用。