医院冷热源及其系统设计的探讨

1、传统冷热源与节能
（1）传统冷热源配置与思路
医院传统冷热源大多为冷水机组（多为压缩式）与锅炉（多为蒸汽）组合，并由冷热源集中供给大楼中各功能空间所需的冷媒与热媒。这种集中式冷源、热源供给系统的媒介与温度是以控制参数要求较高的空间而设定的，常常采用7℃冷水的冷媒和高压蒸汽的热媒，对于要求较低的空间则可采用调质或调量等措施进行运行调节，使得医院建筑各功能空间得以有效控制。这种传统冷热源及其配置理念其实来自于公共建筑。公共建筑各功能空间均为舒适性空调，差异不大，而医院却有两类不同控制要求的科室。
（2）传统冷热源配置的弊病
传统冷热源的本质是采用高温热源与低温冷源集中解决不同科室常温范围内的室内空调。这种传统冷热源及其配置正是医院节能的症结所在，庞大的集中供冷、供热系统限值了节能运行。在医院供冷系统运行中往往会出现如下一些问题：
1）为了保证关键科室湿度控制要求，在空调供冷工况下必须始终供给7℃（甚至更低）的冷水。过去为了保证关键科室温湿度要求常常采用传统的一次回风再加热，现在为了节能又不得不采用二次回风。由于这些科室热湿比较小，使得空调机组所需控制的机器露点温度更低，甚至不得不降低冷冻水水温。
2）空调期间随室外气温下降，为保证绝大多数一般科室的空调要求与节能需要，常常提高集中供给冷水的水温，客观上造成关键科室湿度超标。
3）大型医院的关键科室常常会处于空调内区，当全年空调水系统转为供热工况时，关键科室或部分房间仍需供冷。即使*关闭供热水系统，房间温度仍超高。为此需采用四管制空调水系统，但不符合空调节能要求，现又不得不采用二管制系统。
4）大多数医院由于种种原因在供冷季节系统实际运行中，无法保证7℃供水温度，关键科室温湿度难以保证。尤其是采用溴化锂吸收式冷源的场合。
同样，在供热系统运行中也出现如下一些问题：
a）医院常年供热的部门有的需要蒸汽、有的需要热水。负荷很大，对供热的要求不一，系统整合难度较大。这些部门位置分散、相隔较远，难以有效进行冷凝水热回收。
b）供热系统需敷设庞大的蒸汽管网，供热平衡性差，调节困难，对负荷扰动的反应滞后；使用灵活性较差，需要以较大的代价来满足个别部门的特殊要求，很多情况下甚至无法满足这些特殊要求。
c）热媒输送过程中动力损失和热力损失较大，普遍存在滴、冒、漏现象，这部分能耗不容忽视。不但需要大量的初投资和维护费用，也给医院带来噪声、视觉和环境污染。
（3）传统冷热源设计不适合现代医院
由于环保的要求，现代医院基本不再用燃煤锅炉，改为燃气、燃油锅炉，特别是燃气锅炉，其容量大小与燃烧效率和污染控制关系不太大，因此没有必要再采用集中锅炉或蒸汽供热网的传统设计。现代医院用能特点是供冷量、供热量大，冷热源供给介质主要是冷水和热水。用户侧分散且有两类不同控制要求、差异大。
由于医院建筑传统冷源、热源分置，一方面制冷机组产生低温冷媒同时排出非常可观的废热量，一方面又消耗大量能源用锅炉提供蒸汽。而且集中式供冷、供热系统对于两类不同控制要求的科室，难以提高整个系统的能源利用率。因此医院节能的关键应是冷热源的合理匹配、提高能源利用效率，而不是抑制需求，尤其不能降低环境控制质量，否则后患去穷。目前医院设施系统的设计理念是院内各功能科室分别设计。以各种功能科室特定空间为控制目标，由冷源、热源向控制目标直接输入，经调至合适的冷、热媒介量来实现的，同时也产生废热、废水、废气。冷媒主要供夏季医疗科室空调使用，热媒主要供应蒸汽和热水，用于消毒、生活热水、医疗供热、冬季供暖和食堂炊饮等。在冷源供冷和热源产热的同时，消耗了电或气等能源，并相应产生废热（冷），以排风、冷凝水或生活污水的形式排放到外环境中。传统节能的理念又是各个专业从各自角度提出的节能措施，无法形成综合措施。即使采用先进的技术，使用高效的设备，提高系统用能效率，终降低的能耗、减少的废热排放还是有限的。

2、传统冷热源思路的突破
如上所述，要达到真正节能这一目的，必须治本，必须改变传统冷热源形式与设施系统的设计理念。节能问题不是简单的提高效率，抑制需求，降低能耗，而是合理利用能量、采用合适能位的媒介，降低的仅仅是*能源消耗，同时将对环境的影响降低到小。
（1）改变传统冷热源配置
如何改变传统冷热源？设想有两股自来水，如果能*的将一股水的热量移到另一股水去，则一股水变为冷水，另一股水则成为热水，成为冷源、热源，所消耗的电量仅仅是两股水之间的热能搬运能量，没有废热排出。由于这一装置将冷热源组合在一起，称之为多功能冷热源一体机。各自产生冷量或热量，所消耗的能量只是转移热能。冷热源一体机两端同时供热、供冷，实现四管制空调系统十分方便。

冷热源一体机不同于热泵，热泵有一个服务对象，当季节转换服务对象需求变化，需要设置四通阀进行转换，但总是一侧向服务对象供热或供冷，另一侧向室外排出废热，而冷热源一体机没有四通转换阀，两侧同时为对象服务，没有废热排出。冷热源一体机也不同于热回收机组，全年从两端同时供冷和供热，因为没有废热产生，也就不存在热回收。热回收机组与室外温度有关，而冷热源一体机全年都能用。冷热源一体机的大制约条件是两侧水温不可能很低或很高，或者说两侧水温差不能很大。如果一侧产生7℃的冷水，另一侧产生55℃的热水，正是它较为理想的运行范围，*适合空调使用。冷热源一体机*能满足空调需要产生7℃的冷水，而且同时可提供大量55℃的热水，*消除了因烧锅炉所产生的大量烟气排放。冷热源一体机的另一个制约条件是两端制冷量和供热量必须是匹配的。如果不平衡，则不平衡一端必须向外排热（冷）以保持两端平衡。
（2）改变传统冷热源设计理念
冷热源一体机*改变了传统设计理念，将原先以特定空间为控制目标，转变成以整栋大楼为控制目标。综合规划整栋大楼的能源供给，使之冷热量平衡，减少废热（冷）排放，从而将*能源消耗降低到较低。这种理念对医院建筑特别适合，现代医院建筑全年用水量大，即使在夏季也须消耗大量热水，是对这种理念的大支撑。加大空调系统的热水用量也是一条途径，如推荐四管制空调系统和一次回风再加热处理方式。这对医院关键科室更为适宜，因为医疗科室热湿比小，关键 科室往往处于内区，一次回风再加热处理方式不仅控制可靠而且提高机器露点，消耗多余的热水，并提升室内环境控制质量。这些措施原先被节能相关规范定义为耗能的措施，现在却因多功能冷热源一体机成为节能减排的控制模式。在冬季室内有供暖热负荷，同时有需供热水的场所，冬季热负荷与夏季冷负荷相比往往要小，病房需用大量热水是短时的，这时可以暂停供暖，利用建筑本体蓄热维持室内温度，用完热水后再恢复供暖，这样不仅节能而且提高了设备利用率，降低了造价，更关键的是降低了用热量。
除湿后再加热方式对沿海地区过渡季节空调也尤为重要。利用冷热源一体机可大力提倡一次回风再加热空调系统，加大了冷水的耗量，提高了室内控制质量。湿度控制是提高室内空气质量的关键。这样不仅充分利用了冷热能量，也减少了因两端不平衡而排放废热，既节能又环保。
采用多功能冷热源一体机是以整栋大楼保持冷热量平衡为目标，可实施综合考虑室内外环境的能量调节策略。根据设计项目的具体情况，选择不同容量的冷热源一体机组合方式，或选择单冷冷水机组与冷热源一体机组合方式，或选择分散式热源与冷热源一体机组合方式，进行调节。依据不同气候状态下不同冷热源的能量利用效率，实施较佳的能量调节，尽可能减少排放量，但不禁止任何场合下向室外排放废热。
（3）改变冷热源水系统设计
如上所述，必须改变全院集中供冷供热的传统模式，将有湿度控制的关键科室与一般科室分成两个系统，为采用不同能位的能源创造条件。单独确保关键科室供给7℃冷水，以便控制关键科室医疗环境，提高系统能源利用效率。在新建医院设计时就须做好系统分区，在平面布局上将关键科室适当集中，与一般科室分离。再根据不同功能科室的室内环境控制参数，如温湿度控制要求、无菌水平、洁净度级别、换气次数等，以及运行时间，将系统合理分区。如关键科室较大或较为独立，在设计时可为其设置独立系统或者配置独立小型冷热源。对于一般科室，可根据不同气候条件下采用分阶段调整冷水机组的设定温度，适当提高供水温度，一般情况下供水温度不超过12℃。但是对于既有医院建筑，采用系统分离的技术来改造原有系统花费的物力人力太大。大多医院要统一供给7℃冷水，使能耗增大；或者牺牲关键科室环境控制以维持系统原状。为了使既有医院关键科室原有空调机组能采用水温较高的供冷系统，又要保证其医疗环境控制，可推荐使用新风预处理方法，即采用湿度优先处理的机组或采用双冷源双盘管机组等方式进行深度冷却除湿，将关键科室新风预处理到更低的露点，消除新风湿负荷，甚至承担室内全部湿负荷。如关键科室已设置供过渡季节用的独立冷源，新风机组内也可设置两级冷却除湿装置，一级是水冷盘管利用大系统的冷水，二级装置可源于为关键科室设置的独立冷源。即利用不同能位的能源，实施合适的空气处理。这一方案改造量小，同样可达到较好效果。