某医院手术部洁净空调新风系统改造技术应用及分析*

2021-03-16广东省建筑科学研究院集团股份有限公司路建岭麦粤帮曾东杰

暖通空调 2021年1期

关键词：新风冷水风量

广东省建筑科学研究院集团股份有限公司路建岭麦粤帮唐毅曾东杰

0 引言

医院建筑作为一种特殊的公共建筑，其空调系统不同于舒适性空调系统。医院空调的主要功能是为了满足病房、手术室的使用要求，并为病人和医疗人员提供良好的室内环境[1]。

本文以某医院手术部洁净空调新风系统改造工程为例，对项目概况、诊断分析、改造技术应用和改造效果等进行介绍和分析。

1 项目概况

该医院于2011年4月正式投入使用，手术部设置在住院楼11层(顶层)，建筑面积约2 000 m2，共设置10间手术室和多间配套辅助房间，包括1间Ⅰ级洁净手术室、1间Ⅱ级洁净手术室和8间Ⅲ级洁净手术室。

该医院手术部设置单独的洁净空调系统，由1台风冷冷水机组、2台冷水泵(一用一备)、3台新风机组和8台空调机组组成(新风机组采用电加热升温冷却除湿后的新风，1台新风机组对应多台空调机组)。新风机组将室外新风集中冷却除湿后送至空调机组，空调机组将混合风处理后送至室内。

2 空调系统诊断分析

2.1 现场调研结果

通过现场调研可知，手术部洁净空调系统运行效果不佳，存在如下问题：

1) 在空调季节，手术室相对湿度经常在60%以上，在“回南天”或雨季，室内相对湿度更是达到75%以上。不满足设计和标准要求[2]。

2) 风冷冷水机组制冷能力较差，供水温度在10 ℃以上，明显高于7 ℃的设计要求。经厂家调试，供水温度仍无法满足要求。

3) 现有新风机组仅采用冷水盘管除湿，除湿能力有限，设计欠妥，没有考虑南方地区“回南天”及雨季等特殊天气时段的除湿需求。

4) 冷水污浊，含杂质多，水管过滤器存在堵塞现象。

2.2 改造前测试诊断分析

手术室内相对湿度偏高，主要受到新风机组除湿效果差的影响。对新风机组进行现场测试，以进一步了解其实际除湿能力。

2.2.1测试仪表

测试仪表如表1所示。

表1 测试仪表及测试参数

2.2.2测试结果分析

1) 新风机组风量测试。

新风机组风量测试结果如表2所示，可知1#和2#新风机组的风量满足要求，3#新风机组的风量偏小，不满足要求[3]。应检查新风机组过滤器是否集尘堵塞、风机皮带是否松弛打滑及进出风管的风阀是否全开，确保3#新风机组的风量满足要求。

表2 新风机组风量测试结果

2) 新风机组内部温湿度测试。

室外温湿度如图1所示。室外新风经冷水盘管冷却除湿后的温湿度如图2～4所示。由图1可知，测试期间，室外温度维持在26.5～28.0 ℃之间，相对湿度维持在94%～100%之间，属于典型的南方地区雨季天气。

图1 室外温湿度曲线

图2 1#新风机组内温湿度

图3 2#新风机组内温湿度

图4 3#新风机组内温湿度

由图2～4可知：1#新风机组内的空气温度维持在23.5～24.5 ℃之间，相对湿度维持在90%～100%之间；2#新风机组内的空气温度维持在25.0～26.5 ℃之间，相对湿度维持在85%～98%之间；3#新风机组内的空气温度维持在21.0～23.5 ℃之间，相对湿度维持在85%～92%之间。可见，室外新风经冷水盘管处理前后的含湿量变化不大，新风机组除湿能力较差，除湿效果无法达到设计和使用要求，急需对新风机组进行深度除湿改造。

3 新风系统改造技术应用

根据空调系统诊断分析结果，对新风系统采取了如下改造技术。

3.1 常规检查清洗

对新风机组风机皮带进行了更换，对新风机组的过滤器、风管阀门及冷水管过滤器进行了全面的检查和清洗。

3.2 冷水机组更换改造

对风冷冷水机组进行了更换改造，在原位置安装2台空气源热泵机组，确保冷水供水温度不高于7 ℃，并对空调系统的冷水进行换水处理，确保冷水清洁无杂质。

3.3 深度除湿再热改造

根据现场测试结果得知，新风机组除湿能力较差，达不到设计要求，同时考虑南方地区“回南天”及雨季的特殊天气影响及现场条件，最终决定为新风机组增设独立的深度除湿再热机组，采用深度冷却除湿技术和冷凝再热技术，并委托专业设备厂家定制、现场组装。

每台新风机组配置1台独立的深度除湿再热机组，由室外机、蒸发器、冷凝器、制冷剂管道及辅助部件组成。其中，室外机安装在新风机组外部附近通风良好的位置；蒸发器安装在新风机组内部紧挨冷水盘管下风侧位置，对新风进行深度除湿；冷凝器安装在新风机组内部靠近中效过滤器上风侧位置，对新风进行冷凝再热，热量不够时电加热辅助。

改造后洁净空调系统深度除湿的空气处理过程如图5所示。

图5 空气处理过程示意图

由图5可知，新风机组承担系统全部湿负荷和部分冷负荷，空调机组仅承担系统部分冷负荷。新风机组首先将室外新风深度冷却除湿到L1点，然后再热至L′1点，使处理后的新风相对湿度不高于75%[2]，随后新风与室内回风混合至C点，再经空调机组冷却(等湿冷却，干工况运行)至O点，最终送至室内。随着室外温湿度和室内热湿负荷的变化，空气处理过程中，若C点与O点重合，则空调机组无需处理混合风，直接送至室内；若C点位置低于O点，则空调机组加热处理混合风，然后送至室内。

3.4 配套新风控制系统

为有效控制新风机组除湿效果，并实现节能运行，为每台新风机组开发了一套独立的控制系统，由控制配电箱、可编程逻辑控制器(PLC)、电气元件、温度传感器、电动调节阀及线缆等组成。其中，控制配电箱固定安装在新风机组附近；PLC及相关电气元件置于控制配电箱内；温度传感器分别安装在新风机组内除湿再热机组蒸发器的下风侧(监测机器露点温度)、新风机组进风管上(监测进风温度)和新风机组送风管上(监测送风温度)；电动调节阀安装在新风机组冷水出水管上(调节冷水流量)。安装完成后对新风控制系统进行调试，确保相关设备动作准确可靠和传感器监测数据准确有效，最终实现新风控制系统对新风机组准确、及时、高效的监测和调控。

4 改造效果及分析

对新风机组性能和手术室温湿度进行测试，检验新风系统改造效果。

4.1 新风机组性能测试

4.1.1新风机组风量测试

新风机组风量测试结果如表2所示。虽然在新风机组内部安装了深度除湿再热机组的蒸发器和冷凝器，增加了新风机组自身的阻力，但通过更换新风机组风机皮带和清洗过滤器，3台新风机组的风量均有所增加，其中，3#新风机组的风量增加明显，3台新风机组的风量均已满足要求[3]。

4.1.2新风机组空气温度测试

新风机组进风温度、机器露点温度和送风温度测试结果如图6～8所示。

图6 1#新风机组空气温度曲线

图7 2#新风机组空气温度曲线

图8 3#新风机组空气温度曲线

由图6～8可知：受温度传感器测点位置不同的影响，3台新风机组的进风温度(即室外新风温度)稍微有差别，但基本一致，整个测试过程新风机组进风温度先升后降，维持在28.0～34.0 ℃之间，属于典型的夏季温度工况；1#新风机组的机器露点温度维持在11.8～13.4 ℃之间，送风温度维持在21.2～23.8 ℃之间；2#新风机组的机器露点温度维持在10.7～11.6 ℃之间，送风温度维持在20.9～22.6 ℃之间；3#新风机组的机器露点温度维持在10.1～11.0 ℃之间，送风温度维持在21.9～23.4 ℃之间。测试过程中3台新风机组的机器露点温度和送风温度均比较稳定且满足设计要求，从而保证了新风机组的除湿效果和送风相对湿度不高于75%的要求，较好地保护了新风机组末端过滤器，同时创造了较为干燥的运行环境，满足卫生要求。

4.2 手术室温湿度测试

对手术室内的温湿度进行测试，并与改造前的测试结果进行对比，如图9、10所示。

图9 手术室改造前后温度曲线

图10 手术室改造前后相对湿度曲线

由图9、10可知：改造前，除了1#手术室的温度稍微偏高外，其余手术室的温度在23.2～24.8 ℃之间，满足设计和标准要求，但各手术室的相对湿度明显偏高，在79%～84%之间，不满足设计和标准要求；改造后，各手术室的温度在22.0～24.5 ℃之间，相对湿度在48%～57%之间，两者均满足设计和标准要求[2]。可见，改造后各手术室的温湿度明显改善，均满足设计和标准要求，改造效果明显。