溫濕度獨立控制在醫(yī)院潔凈手術室空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的應用

隨著我國醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)的迅速發(fā)展、醫(yī)院建設標準的提高、新得的醫(yī)療技術對室內(nèi)環(huán)境要求的不斷提高，以及醫(yī)院環(huán)境舒適性的不斷提升，醫(yī)院建筑已經(jīng)成為單位面積能耗最大的公共建筑之一。我國醫(yī)院平均建筑能耗是一般公共建筑的1.6～2倍，而潔凈手術室能源消耗強度是建筑物其它部分的8～10倍，是典型的能源消耗大戶。因此，研究降低醫(yī)院空調(diào)系統(tǒng)能耗的方法，對于當前的節(jié)能減排，特別是大型公共建筑的節(jié)能有著突出的意義。很多專家學者和設計人員對醫(yī)院建筑空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能作了深入研究。

為保障醫(yī)患安全健康環(huán)境，需要對空氣潔凈度及溫濕度進行控制，其中最為重要的是有效控制室內(nèi)細菌濃度，避免感染。手術室的溫濕度控制要求并不算嚴格，溫度要求21～25℃，相對濕度30～60%，因此按照《建筑節(jié)能與可再生能源利用通用規(guī)范》的要求，不能出現(xiàn)同時加熱和冷卻的冷熱抵消情況。但從我國已設計運行的大量醫(yī)院潔凈工程來看，由于潔凈手術室需要大的換氣次數(shù)，導致循環(huán)機組風量很大，送風溫差很小?？垦h(huán)機組控制濕度，通過冷卻降溫，必須使換熱器表面溫度低至露點溫度以下，才能析出水分，再利用熱源加熱至接近房間溫度的送風狀態(tài)點。這樣勢必造成大額的冷熱量抵消現(xiàn)象發(fā)生[1]。

一、溫濕度獨立控制系統(tǒng)簡介

溫濕度獨立控制系統(tǒng)采用的具體技術與傳統(tǒng)的制冷與除濕技術并沒有過多的差別，其實質(zhì)是采用了溫度與濕度兩套獨立的空調(diào)控制系統(tǒng)分別控制、調(diào)節(jié)室內(nèi)的溫度與濕度。

溫濕度獨立控制系統(tǒng)的基本組成為:處理顯熱的系統(tǒng)與處理潛熱的系統(tǒng)。兩個系統(tǒng)獨立調(diào)節(jié)、分別控制室內(nèi)的溫度與濕度，即利用濕度控制系統(tǒng)承擔建筑全部的潛熱負荷，實現(xiàn)對室內(nèi)濕度的控制，利用溫度控制系統(tǒng)，處理剩余的建筑冷(熱)負荷，實現(xiàn)溫度控制。顯然各種除濕方法都難免對室內(nèi)顯熱負荷產(chǎn)生影響，但是溫度控制系統(tǒng)可以承擔這種影響產(chǎn)生的顯熱負荷，從而實現(xiàn)對室內(nèi)溫度的控制[2]。

溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)的原理示意圖及其在hd圖上的空氣處理過程分別如圖1,2所示。由圖1可知，溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)的核心部件是獨立調(diào)濕新風機組和高溫冷水機組及其配套的干式末端[3]。其中高溫冷水機組的COP一般都在7.5以上。由圖2可知控制室內(nèi)相對濕度就是控制新風(狀態(tài)點W)經(jīng)過除濕(溶液除濕)降溫后的送風狀態(tài)點S與室內(nèi)狀態(tài)點N之間的含濕量差Δω，而控制室內(nèi)溫度就是控制室內(nèi)空氣經(jīng)等濕降溫后的L點與N點之間的溫差Δt[4]。由此可知，溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)的COP較常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)高30%以上，節(jié)能效果非常顯著，而且末端盤管干工況運行有利于控制感染,解決了醫(yī)院空調(diào)系統(tǒng)的兩大突出難題，因此非常適合在醫(yī)院潔凈手術室空調(diào)系統(tǒng)中應用[5]。

二、研究方案

以廈門市某百級凈化手術室為例，面積45m2，凈高3米，14名醫(yī)護人員（規(guī)范最高值）。

廈門室外狀態(tài)：夏季

冬季，相對濕度

室內(nèi)狀態(tài)為，相對濕度

機組送風量10000m3/h，新風量1000m3/h，

經(jīng)計算手術室總冷負荷,濕負荷，

根據(jù)室內(nèi)已知狀態(tài)點和熱濕比，計算可得循環(huán)機組送風狀態(tài)點：

查焓濕圖可得送風點其它參數(shù)：。

現(xiàn)行常用的兩種空氣處理方法為：

（一）核算比較夏季工況處理過程及節(jié)能情況

1.夏季新風不預處理與一次回風混合后冷卻除濕，再經(jīng)過加熱升溫后至送風狀態(tài)，如圖3。

圖3、夏季新風不預處理的一次回風過程

混合點C參數(shù)

考慮風機溫升1℃，C1參數(shù)

求L點參數(shù)，L點為o點等濕度線與φL=95%線的交點，即

所以，循環(huán)機組從C1點處理至L點表冷器冷量為：

再熱至O點，送風狀態(tài)點

2.新風集中處理至室內(nèi)焓與一次回風混合后冷卻除濕，再經(jīng)過加熱升溫后至送風狀態(tài)，如圖4。

圖4、夏季新風預處理的一次回風過程

新風處理至室內(nèi)焓值，狀態(tài)點W1：

新風冷負荷

新風與室內(nèi)回風混合點為C點。經(jīng)風機溫升后

求L點參數(shù)，L點為O點等濕度線與線的交點，即

所以，循環(huán)機組從C1點處理至L點表冷器冷量為：

再熱至O點，送風狀態(tài)點

新風與循環(huán)機組總冷量為

以上兩種處理方法區(qū)別僅僅是將新風處理全部交由循環(huán)機組還是部分新風機組處理部分循環(huán)機組處理，但由于新風處理深度不足，無法避免冷熱抵消現(xiàn)象，因此總能耗是一樣的[6]。

3.對新風集中深度處理至精準狀態(tài)，正好能夠抵消房間濕負荷，循環(huán)機組等濕處理至送風狀態(tài)，如圖5。

圖5、夏季新風處理至精準狀態(tài)的溫濕度獨立控制處理過程

新風若能正好消除房間濕負荷，則新風狀態(tài)點如下：

新風冷負荷

深度處理后的新風與室內(nèi)回風混合點為C點：,剛好為送風點含濕量。

則,接近為理想送風狀態(tài)，經(jīng)風機溫升后為C1點，，循環(huán)機組冷量，從C1點等濕冷卻到O點。

可采用變頻冷媒直膨機對新風集中深度處理至10.5℃?；蛘卟捎美鋬鏊砝浣M合變頻冷媒直膨機組精準處理新風至最佳狀態(tài)，避免冷熱抵消現(xiàn)象發(fā)生。

總冷量為。

第三種處理方案節(jié)約冷量34.4KW,冷量節(jié)約率為58.7%。

完全無再熱，冷熱綜合節(jié)能率為

（二）核算比較冬季工況處理過程及節(jié)能情況

廈門冬季設計工況：，相對濕度，，

圖6、廈門氣候冬季工況處理過程

新風含濕量低于7.3g/kg，新風直接與回風混合，如圖6。

加上風機溫升后，剛好達到送風狀態(tài)點焓值46.5KJ/kg，保持恒定濕度加濕量為3120g/h，三種方式能耗值相等，均不存在冷熱抵消的問題。查閱廈門逐時的溫度數(shù)據(jù)，低于10℃的小時數(shù)大約550h，占全年小時數(shù)的比例6.3%。室外溫度低于10℃，三種處理方法能能耗相當，只要室外溫度高于10℃，第一、二種處理方法均會產(chǎn)生由于除濕需求造成的冷熱抵消現(xiàn)象，因此全年綜合節(jié)能量為68%[7]。

三、結(jié)語

過去常用的兩種空氣處理方法，均存在嚴重的冷熱抵消現(xiàn)象，造成手術室能耗居高不下。從分析可以看出，為了消除房間內(nèi)少量的濕負荷，花費房間需冷量約8～10倍的制冷量，是簡單粗放的處理方式，是造成醫(yī)院手術部位能耗大的重要原因。本研究空氣處理方法的優(yōu)點如下：

1.節(jié)能降耗，本處理方法精準的分析手術室熱濕負荷狀況，避免出現(xiàn)循環(huán)機組大風量冷卻和再熱的發(fā)生。以廈門地區(qū)氣候核算，全年綜合節(jié)能量為68%。用于高溫高濕地區(qū)，避免冷熱抵消，節(jié)能空間巨大。對于室外空氣低溫時段，1成新風直接與室內(nèi)9成回風混合，再經(jīng)風機溫升，已接近送風狀態(tài)，可避免新風預熱再冷卻的熱冷抵消的能源浪費。

2.手術室循環(huán)機組冷熱盤管負荷降低，1萬風量機組由原來60KW和40KW變成8KW，電動閥門由DN50和DN40變成DN25即可，降低造價，提高控制精準度。

3.手術室循環(huán)機組為干盤管，無冷凝水產(chǎn)生，避免細菌藻類產(chǎn)生，提高空氣質(zhì)量。

4.由于變頻直流冷媒機組控制送風溫度比水閥更精準，因此，這一控制策略更能確保手術室控制精度，避免大口徑水閥頻繁啟閉易于損壞的情況，由于溫濕度耦合現(xiàn)象，控制滯后造成的波動。

本文來源：《產(chǎn)品可靠性報告》http://k2057.cn/w/kj/32519.html