某医院高效制冷机房空调系统及减碳设计

高腾飞

（顿汉布什（中国）工业有限公司，山东 烟台 264003）

0 引言

通过有关单位对该文件的深度剖析，发现该文件中明确提出了“到2030 年，我国大型公用建筑的节能效率将提高30%，整体节能水平将提高25%，节能环保的市场份额将提高40%”工作期望。2020 年，习近平在联合国第75次会议上宣称，中国将在2030 年前将达到碳达峰，并在2060 年以前实现碳中和工作计划。因此，开发和设计高效的制冷机房空调系统，不仅顺应国家政策与社会发展的需要，对节能减排工作的规范化有重要意义。

多名科研人员在开展这方面工作的研究后，强调高效制冷机房空调系统开发对社会节能发展工作的重要意义[1]，并在研究中，以某地区机场航站楼为试点区域，根据该区域空调系统的运行方式，对不同时段下系统的运行负荷进行计算，通过该方式，掌握系统在不同条件下的运行工况，为空调系统的优化设计提供技术层面指示。王天任等[2]科研技术人员在开展这方面的研究中，以层次分析法作为支撑，以热泵空调系统为例，对系统在长江水源环境下运行的适宜性进行分析，掌握空调的运行需求，为优化空调系统的运行提供全面的帮助。

根据上述研究可知，市场内现有的研究成果较多，都可以为空调系统的优化设计提供参考。因此，该文将在研究中，以某医院作为试点，开展机房空调系统与减排研究，结合现有研究成果进行设计。

1 制冷机房空调系统及减碳设计

1.1 冷热源设备选型与配置

对制冷机房空调系统中的冷、热源设备进行选型。医院治疗用房、控制室等设备配置费用高的病房，采用变制冷流量多联机空调的结构。针对核磁共振成像检查房间，考虑到其对环境湿度和温度都具有较高的要求，因此冷恒温恒湿机是独立的[3]。在冬季，医院虽然有供热，但是当地的空调系统的使用情况是无法在冬季采用空调制热。采用空气源热泵系统作为热源，对其进行研究。根据2 种不同的供暖要求，根据不同的热源选选择不同热源的风源热泵。表1 为空调系统中所需的冷热源设备基本信息记录表。

在扣除4 个空调系统的冷量后，确定该项目中冷源设备机组的组成为3 台高压定频离心式冷却机和2 台磁悬浮式冷却机，制冷量为7384 kW；额定工作制冷量为2813kW。在对冷热源设备选型和配置设计时，结合优化算法，确定空调水系统的最佳温度差，如公式（1）所示~公式（3）所示。

式中：ηh为医院大楼的小时负载率，Qh为不同时段医院空调负荷最大值，Qmax为逐时冷载荷的最大综合值，tD为全年医院空调室外干球的温度，tw为湿球温度；φ为房间同时使用系数，ηd为医院日负荷率，Qd为冷负荷综合最大值，COTR为负荷制冷能效，Δt为冷水供回水温差，η为医院建筑运行负荷率。

本研究中的60例多发性骨髓瘤患者中，Kappa阳性43例，CD138阳性表达率为100.00%，lambda阳性16例，见表1。

装备制造业的决策人员可以对企业发展的情况与当前企业的规模展开数据分析，研制出最适合企业当前发展的ERP系统。信息化与工业化的整合要注意与企业实际相结合，切忌生搬硬造。决策人员可以积极参考国内外的成功案例，分析成功的原因并适当运用。此外，企业的技术人员要及时更新并完善ERP系统，确保信息化与工业化整合度高，防止企业在高新技术上出现落后的情况。

按照空调系统的评估标准，当机组总装机容量达到1758 kW 且空调系统的年度能耗比在5.0 以上时，该机组的节能水平为1。因此，为保证空调系统的运行能效符合要求，对完成上述选型、配置后，对其平均设计能效比进行计算，如公式（4）所示。

1.2 输配子系统与水泵设计

在上述公式的基础上，对制冷机房的碳排放进行设计。制冷机房在运行的过程中，能源的消耗主要为电能。在不同负荷率条件下，机组最优能效组合运行条件下高效机房空调系统在医院运行阶段的年碳排放量应控制在8000 t/a以下，保证空调系统有更大的减碳潜力。

图1 二级泵全变流量系统结构图

式中：Cr为碳排放量；mr为制冷剂充足量；ye为设备使用寿命；GWPr为全球变暖潜值。

图2 水系统调节流程图

对水泵频率、台数、主机频率及台数、冷却水泵站数、冷却塔频率及台数进行调整。调整完毕后，将各设备的运行状况进行记录，并与以往资料进行对比，得出各工作条件下的制冷机组的年平均能量消耗率，然后反复地进行上述步骤，寻找最优的节能比[7]。

在医院空调房中，如果使用同一冷冻机，在不同的运行方式、运行过程中，在建筑、拆除等阶段都会产生大量的二氧化碳，但是在各个阶段的碳排放量有很大的差别，而且都是一次性的[8]。根据这一特点，可以推算出医院在使用制冷机房空调系统时产生的碳排放量，如公式（5）所示。

1.3 制冷机房空调系统平均设计能效比计算

根据上述公式，对负荷率影响因素进行分析。就医院大楼来说，如果采用更长的时间单位对整年负荷进行分析，就可视为不受同一时段因素的影响，而仅与日之户外天气状况不同而有所关联[4]。由于实际的运行负载速率是不断变化的，在设计阶段是很难估计的，因此该方法只是一个初步的操作策略，应该建立一个能源效率的实时监测体系[5]。该系统以大数据为基础，对不同组合的组合进行有效切换，使整个系统在不同的负载比例下都能有保证高效率地工作。

根据野外调查，结合室内资料得到医疗废物处置中心项目停车场边坡的空间展布特征，由边坡空间展布建立三维模型。具体为：模型最高点（Z轴方向）海拔为3000m，最低点海拔为2800m，顺坡方向（X轴方向）长为640m，垂直于坡向（Y轴方向）宽为660m；边坡表层为人工填土层及第四系全新统残坡积层，模型岩性为侏罗系上统蓬莱镇组（J3p）中段砂质泥岩。

式中：EERad为平均设计能效比，Qad为冷水机全年供冷量，W1、W2、W3、W4、W5分别为整个机组、一级泵、二级泵、冷却泵和冷却塔的年平均耗电量。

根据上述公式，对制冷机房空调系统的节能率进行分析，得出了其节能效果的平均值，并根据计算结果对系统进行优化调整。

以T在区间[0,min{intervali} )服从均匀分布的情况为例仿真分析多脆弱性变换情况下NDD有效性，其余分布情况下的分析方法与下文类似.当T服从均匀分布时，

1.4 制冷机房碳排放设计

在站稳主阵地，课堂教学有了很大的提高以后，如何让自己的专业成长更进一步呢？笔者认为应该及时用文字记录、反思自己成长中的点点滴滴.如果把“站稳主阵地(课堂教学)”比作“锦”的话，那么“写”则是“花”，二者相得益彰，才是真正的锦上添花，那么如何“写”呢？

基于图1 所示的配置，该系统可以根据负载速率的不同自动优化。采用全链路中央空调系统，对二次水泵的供水温度及压差进行测试，并对终端能源阀门打开情况进行调整[6]。具体的调节流程如图2 所示。

根据水系统的作用半径、设计水流阻力等条件，对空调系统中的输配子系统及水泵进行设计。为保证医院制冷机房随负载速率改变，可以实时、更平稳地调节设备的工作，提升运行能效，采用二级泵全变流量系统，如图1所示。

2 实证分析

2.1 工程概况

这次研究的建筑为省立医院建筑，该建筑的总体面积约为14.5×104m2，由地上、地下构成，其中地上建筑的面积约为7.5×104m2，包括住院部、手术室、医疗就诊室和门诊室等若干个房间。其中，地下建筑包括车库、设备仓房与后勤室等若干个建筑。该建筑的总体高度约为73.5 m，地上层数为17 层，地下层数为2 层。

在该建筑空调系统设计前，对该建筑所在环境的基本条件进行分析，相关内容见表2。

上海申康医院发展中心在借鉴新加坡、香港等国家和地区经验的基础上，提出建立所辖所市级医院临床信息服务共享的“医联工程”，建成集中式的区域医学影像数据中心[23]。上海浦东新区实行医疗卫生综合配套改革，将区域内多家社区卫生服务中心和一家二级医院整合建立医疗联合体，启动放射科全数字化PACS改造，建立社区卫生中心放射科与医联体内二级医院影像科信息一体化[24]。

表2 建筑所在环境的基本条件与室外参数

2.2 高效制冷机房空调系统构成

为满足该医院的空调系统运行需求，设计如图3 所示的高效制冷机房空调系统结构。

图3 高效制冷机房空调系统结构

根据系统运行的需求，将该系统集成在医院建筑中。在该过程中，根据制冷水的用途和回路的阻力特点，选用两级恒温、变流量水泵。二级泵、热水泵采用变频调速技术，可根据远端差压信号进行变频操作，以达到节约电能的设计效果。手术部、PICU、NICU、产房和ICU 等需要净化的病房，应在中央空调房内分别设置冷热循环，并根据系统需求，选择对应的控制单元与协调终端，并选择螺旋型风冷热泵作为后备，保障系统在运行中的安全。

其中，空调制冷、热水系统的横向主干管路均采用同步型垂直管，使用高压膨胀罐的恒压注水。在设计中，通过静态和动态平衡阀使系统在运行中实现动态平衡。对应的空调水系统配有水处理设备，并在冷却水管路上安装冷凝器，以降低结垢、增加换热器的工作效率。

1.2.4 调查时间 调查分2次进行，第1次是久卧病患入院的第1周，照护者和久卧病患分别根据调查表测评。第2次是入院后的第5周。前后2次主要调查照护者对30°侧卧位翻身护理技能的掌握程度和患者压疮的发生情况。调查者为社区卫生服务中心的预防压疮护理组成员，调查者向照护者和久卧病患讲明调查目的，做到知情同意。调查照护者共50例，久卧病患160例，前后2次问卷调查均由调查者亲自填写，每次当场完成并回收，共发放照护者调查测评问卷100份，久卧病患压疮调查160份，有效回收率100%。

2.3 空调运行成本与碳排放量分析

按照该文提出的内容，对空调系统设计前三个月与设计后投入使用三个月的成本进行统计，其结果见表3。

表3 空调系统设计前1 个月与设计后投入使用1 个月的成本分析

在该基础上，统计空调系统设计前与设计后投入使用的碳排放量，其结果见表4。

表4 碳排放量

3 结论

根据上述研究，得到以下结论：根据表3 空调系统设计前1 个月与设计后投入使用1 个月的成本分析结果可知，按照该文的方法进行空调系统设计后，该医院的耗电量、电费、暖通空调耗蒸汽量、耗气费、耗电、耗气能源总价等各项能源消耗项目均呈显著的下降趋势，说明该文方法可以有效地控制对空调系统能源消耗，通过该方式，节约空调运行成本。同时，对空调系统设计前与设计后投入使用的碳排放量进行统计可知，设计后的空调运行碳排放量同步下降，说明该空调系统满足节能、环保等设计需求。