現(xiàn)代醫(yī)院冷熱源設(shè)計問題及對策

  醫(yī)院有著自身的特點，也不能照搬一些常用的公共建筑節(jié)能措施，醫(yī)院是一種存在著較大節(jié)能潛力的公共建筑。首先應(yīng)該從需求的基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)出發(fā)，進行合理的能源布局。

現(xiàn)代醫(yī)院是一個較為復(fù)雜的建筑群，按照醫(yī)療用途可分為門急診、醫(yī)技（運用專門的診療技術(shù)和設(shè)備，協(xié)同治療的醫(yī)療技術(shù)科室）和病房樓，這幾個區(qū)域可獨立成棟，也可以置于一棟綜合樓中，一般以醫(yī)技為核心串聯(lián)門急癥和病房。還有與醫(yī)療區(qū)域相配套的行政、科研、實驗、食堂、浴室等后勤設(shè)施。醫(yī)院各個功能區(qū)域面積分配比例一般也是固定的，以各種配套區(qū)域較齊全的大型綜合性醫(yī)院和專科醫(yī)院為例，通常認(rèn)為面積配比大致如圖1或圖2所示，效率較高。

         醫(yī)院暖通系統(tǒng)的關(guān)鍵性問題

    1.1現(xiàn)有系統(tǒng)存在的問題

前文介紹了了醫(yī)院自身的能耗特點、需求和其常規(guī)的能源系統(tǒng)形式。但具體到醫(yī)院的暖通系統(tǒng)時，一般的設(shè)計思路將醫(yī)院視為功能單一的商住型建筑，內(nèi)部嵌套了局部性的、有特定要求的關(guān)鍵科室。由這樣的觀點出發(fā)，在實際工程中自然會出現(xiàn)將關(guān)鍵科室分包給專業(yè)的工程公司，其余的部分按照常規(guī)的空調(diào)系統(tǒng)進行設(shè)計的情況，其基本思路如圖 3 所示。沿著傳統(tǒng)的冷熱源設(shè)計思路和先入為主的“客觀”事實，最后會導(dǎo)致三種不同要求和狀態(tài)的相互耦合：

1）除濕和降溫這兩種要求被耦合到了一起，不能進行單獨的調(diào)控，新風(fēng)機組和室內(nèi)機組均要承擔(dān)潛熱負荷。

2 ）不同環(huán)境控制要求的科室被耦合到了一起，以集中的冷熱源進行供給，冷熱源的輸送媒介不得不滿足要求最高的科室需求。因此常常選擇 7℃冷凍水和高壓蒸汽。

3）不同的能位的冷熱源被耦合到了一起，如消毒用的蒸汽、生活熱水、供熱熱水統(tǒng)一用高能位的礦物類燃料鍋爐替代，甚至直接用電加熱。

這造成了以下一系列連鎖的問題：

1）除濕與降溫不解耦，關(guān)鍵科室的室內(nèi)循環(huán)機組仍然要承擔(dān)室內(nèi)的潛熱負荷，這可能導(dǎo)致室內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)出現(xiàn)凝結(jié)水，提供了適宜微生物成長的環(huán)境，成為微生物滋生和傳播的誘因，空調(diào)本身成了污染源。

2）滿足降溫要求的同時，為了達到關(guān)鍵科室醫(yī)療環(huán)境的全年控制的要求，除濕成為關(guān)鍵（濕度對微生物的滋生影響較大），關(guān)鍵科室要以濕度優(yōu)先控制；與此同時，一般科室是季節(jié)性舒適性空調(diào)，主要溫度控制，或者說對濕度控制不敏感。但整個醫(yī)院的冷凍水系統(tǒng)供水溫度需要始終維持 7℃、甚至更低。

3 ）隨著室外氣溫下降，顯熱負荷減小，但室內(nèi)潛熱負荷基本不變，為了一般科室節(jié)能的需要，常常提高冷凍水的溫度，其結(jié)果也顯而易見― ― 關(guān)鍵科室的濕度將超過要求。

4）關(guān)鍵科室為了達到控制要求（要求嚴(yán)格的控制濕度及小溫差大風(fēng)量的送風(fēng)等），不得不先用較低的冷凍水冷凍除濕，再采用一次回風(fēng)再電加熱的形式，造成了不必要的能源浪費，或者說以最高的能位、較大的能源代價才實現(xiàn)醫(yī)療活動所需求的室內(nèi)環(huán)境。圖3 框圖中的衍生配置，可以說是在既定的該設(shè)計框架內(nèi)，給出的優(yōu)化和解決辦法。例如回收廢熱用于手術(shù)室等關(guān)鍵科室的再熱和全院的生活熱水，過渡季節(jié)為滿足高要求的關(guān)鍵科室配置另一冷熱源。但以上這些問題都是相互聯(lián)系的、甚至有些似乎是矛盾的（安全性要求和節(jié)能、關(guān)鍵科室與一般科室的要求），在常規(guī)的系統(tǒng)形式和設(shè)計思路框架下，并不能完善的解決這些問題。以至于最后千方百計地提高設(shè)備和末端系統(tǒng)的效率、使用某種具體的節(jié)能手段，仍然是這種傳統(tǒng)思路的蝴蝶效應(yīng)的衍生。

   2 現(xiàn)有問題的對策

拋開上述種種問題，筆者試圖將對現(xiàn)有問題核心的三個耦合進行分析，并嘗試著對其進行解耦，以提出相應(yīng)的對策。

1）除濕和降溫的解耦 ― ― 采用溫濕度獨立控制的系統(tǒng)。由于處理潛熱負荷的同時一定也會處理一部分顯熱負荷，溫度與濕度是無法分開獨立處理的。在溫濕度獨立控制的系統(tǒng)中，潛熱負荷全部由新風(fēng)機組承擔(dān)，室內(nèi)末端的循環(huán)機組則負責(zé)室內(nèi)溫度的調(diào)控，當(dāng)然該系統(tǒng)也會因醫(yī)療不同要求又會有所區(qū)別。

2）不同環(huán)境控制要求的科室的解耦 ― ― 采用兩個不同的水系統(tǒng)和風(fēng)系統(tǒng)回路?？照{(diào)設(shè)備就是為了實現(xiàn)各種醫(yī)療活動所需要的環(huán)境控制水平，既然關(guān)鍵科室與一般科室的要求迥異，就應(yīng)該輔以不同的系統(tǒng)來實現(xiàn)各自的環(huán)境要求。

3）不同的能位的冷熱源的解耦 ― ― 采用不同能位冷熱源。按冷熱源輸送媒介溫度采用相應(yīng)能位的冷熱源，如鍋爐產(chǎn)生高壓蒸汽，熱回收產(chǎn)生生活熱水，高溫冷凍水，低溫冷凍水以及利用自然能源的免費供冷與供熱。

4）這些解耦的前提要特別注意對不同醫(yī)療環(huán)境設(shè)定合理的控制參數(shù)，正確估計冷（熱）負荷以及確定合適的系統(tǒng)冗余量。如室內(nèi)溫度、濕度、換氣、無菌要求等，以及人員密度、設(shè)備容量等，常常因為負荷估計偏大，而造成冷凍空調(diào)設(shè)備過大，不利于節(jié)能。另外系統(tǒng)冗余度與醫(yī)療科室風(fēng)險控制相關(guān)。不同的醫(yī)療風(fēng)險要求HVAC系統(tǒng)提供相應(yīng)的環(huán)境控制能力，通常一般科室冗余量偏低，關(guān)鍵科室冗余量偏高。過高估計醫(yī)療風(fēng)險、提高控制要求，更不利節(jié)能運行。這解決了以上提到的這些問題：

1）由于新風(fēng)沒有致病菌，要求關(guān)鍵科室新風(fēng)承擔(dān)全部濕負荷，或者說新風(fēng)機組處于濕工況。

2）關(guān)鍵科室室內(nèi)循環(huán)機組只承擔(dān)顯熱負荷，保持在干工況運行，解決了醫(yī)院最難以控制的空調(diào)污染源，也避免了關(guān)鍵科室靠再熱量對環(huán)境控制。

3）除濕與降溫的解耦，一般科室的溫度優(yōu)先和關(guān)鍵科室的濕度優(yōu)先共存成為了可能。4）不同科室的解耦，關(guān)鍵科室的安全性保障不將與一般科室節(jié)能相矛盾，僅僅關(guān)鍵科室新風(fēng)機組采用低溫冷凍水系統(tǒng)，關(guān)鍵科室循環(huán)機組和一般科室可采用高溫冷凍水系統(tǒng)，在保障醫(yī)療環(huán)境的前提下實現(xiàn)了節(jié)能。

5）利用冷水機組熱回收，供給大耗量的生活熱水，及醫(yī)技設(shè)備室恒溫恒濕空調(diào)的再熱。

    筆者認(rèn)為，整個醫(yī)院的暖通系統(tǒng)需要成為保障醫(yī)療環(huán)節(jié)整體措施中的一部分。醫(yī)院HVAC系統(tǒng)是醫(yī)療與感染控制的一個環(huán)節(jié)，一種手段。本文從整體出發(fā)，提出保障醫(yī)療環(huán)境的冷熱源與暖通空調(diào)體系初步框架構(gòu)建原則。

醫(yī)院建筑與一般的辦公建筑不同，需要在安全性（高冗余量）和節(jié)能（低冗余量）之間去尋找一個很好的平衡點，在保障醫(yī)療環(huán)境、達到該區(qū)域醫(yī)療環(huán)境要求的前提下，實現(xiàn)有序的節(jié)能。除了常規(guī)的節(jié)能措施外，如采用高效率冷熱源、發(fā)展地源與水源熱泵、提高系統(tǒng)輸配效率等等，本文提出了醫(yī)院節(jié)能三個關(guān)鍵問題與對策，降溫和除濕的解耦 ― ― 采用溫濕度獨立控制的系統(tǒng)；不同環(huán)境控制要求的科室的解耦― ― 采用兩個不同的水系統(tǒng)和風(fēng)系統(tǒng)回路；以及不同的能位的冷熱源的解耦 ― ― 采用不同能位冷熱源。前提就是合理設(shè)定不同醫(yī)療環(huán)境的控制參數(shù)，正確估計冷（熱）負荷以及確定合適的系統(tǒng)冗余量。

可見，只有改變傳統(tǒng)的冷熱源組合形式，綜合考慮、總體規(guī)劃醫(yī)院冷熱源，配置適合醫(yī)療環(huán)境控制的暖通空調(diào)系統(tǒng)，根據(jù)實時的負荷調(diào)整至合適的運行策略，才是開展醫(yī)院節(jié)能工作的正確方針。