基于医院空调系统的局部优化分析

一、医院空调系统特性

随着人民生活水平的提高和医学科学的不断发展，医院建设越来越受到人们的重视。目前，许多医院先后进行了新建、改建或扩建工程，以求进一步实现现代化。为了顺应这些发展，医院建筑中的空调系统设计也面临着新的挑战。

首先，从使用性质来看，医院空调系统对于空气品质有着特定的要求。针对医院内不同类型、等级和功能的房间，空调系统必须慎重分区，需要对室内空调的设计参数、设备布置、卫生要求、使用时间、空调负荷等进行详细的调查研究、反复比较，才能进行合理的系统分区，以便能够确保各科室要求的参数达标，同时减少不同区域间的不利影响，便于管理和维护，降低运行费用。

其次，医院各房间内通风空调的运行时间也有不同需求。其中，门诊部（急诊除外）、诊疗中心、管理部门、洗衣房、厨房餐厅按作息时间运行；住院部、新生儿室、早产儿室、康复室、特别护理室夜间需要运行；紧急手术室、急救室、分娩室需要随时运行；值班室（医生、护士、药房、检查部门）要求独立运行；检查室（细菌）、X光室、同位素室、洁净病房、解剖室、太平间、动物房有阶段性运行需要。

第三，医院空调系统的标准较高。例如：手术室空调系统要求控制室内温度、湿度、压力、洁净度、细菌总数、有害气体浓度以及气流分布，同时保证室内人员所需的新风量。良好的手术室空调系统不仅指某个单项指标达到要求，还要全方位地实现“无菌环境保障体系”，在手术全过程中消除一切可能诱发术后感染的风险。

第四，医院空调系统能耗较大。医院房间温（湿）度要求较高且需易于调控，尤其是手术室、中心供应室、ICU、产房等特殊医疗功能单元，因级别和用途不同对温（湿）度也有着不同的要求，在一定程度上会造成系统运行状态的不经济性。

总体来说，较之常规建筑物，医院建筑空调系统应具备如下特点：空气净化和除菌；控制各区域的气流和风速；保证不同区域之间的合理气流流向和压力分布；保证医疗上必要的温度及湿度；排出废气和有害气体，保证室内空气新鲜；对排出废气进行处理，防止污染室外环境。

二、应用项目概况

上海中冶职工医院门（急）诊综合楼改扩建项目（以下简称“中冶医院项目”）是中冶科工集团的重点工程，位于上海市宝山区月浦镇核心地带——春雷路与四元路交叉区域，建成后平均每天可接纳1500人次就诊，将极大提升月浦镇的医疗水平，因而受到社会各界的广泛关注。

中冶医院项目的南侧与居民社区乐业二村紧连；东、北两侧分别为月浦镇的主干道春雷路与四元路；西侧紧邻医院原有的医技楼和住院楼。其中，新建门（急）诊综合楼由地下两层车库、地上16层框架结构主楼以及5层框架结构裙房组成，长88.5m，宽48.1m，总建筑面积34257.47m2。以抗震缝为界，整栋建筑分为一级抗震框架剪力墙结构和二级抗震框架结构，主楼高度为62.7m，裙房建筑高度为21.75m。

作为集门诊、医技、住院、办公等多功能于一体的大型综合性医院，中冶医院设计定位较高，功能复杂多样，空调系统分布为：一至五层为门诊区域，但四层设有妇科产房，五层设有手术部；六至十三层主要为住院病房，但七层设有中心供应室，八层设有ICU及内镜室；十四至十六层为行政办公区域；制冷机房设置在地下一层，各层均设有新风机房。

三、现有多源空调系统

针对中冶医院项目在空间、时间和需求三方面的用能差异，最终将新建门（急）诊综合楼从空间上划分为洁净、行政和医疗以及机房三类区域，并构建风冷、地源热泵和VRV三位一体的多源空调系统，即：风冷空调系统主要针对门诊、行政等用能集中区域；地源热泵与VRV两类则分别面向急诊、病房以及机房等不间断用能区域。具体展开如下：

（一）风冷热泵净化空调系统（为洁净区域制冷供暖）

五层手术部包括1间百级手术室、1间千级手术室、6间万级手术室、洁净走廊及附房，采用一台涡旋式风冷热泵机组，EER为2.89，COP为2.86；七层中心供应室为10万级净化区间，也采用两台（1用1备）涡旋式风冷热泵机组，EER为2.4，COP为2.57。上述两台风冷热泵机组均设置于5层屋面。

（二）风冷热泵普通空调系统（为行政与门诊区域制冷供暖）

二至四层门诊和十四至十六层行政办公区域采用风冷热泵系统，两台空气—水源热泵机组设置在五层屋面，EER为5.79，COP为5.82。经过上海市节能办专家实地论证，最终风冷热泵空调系统COP为4.3。

（三）地源热泵空调系统（为急诊、病房区域制冷供暖）

一层急诊、三至五层以及六至十三层病房区域空调系统冷热源为地源热泵机组，采用两台部分热回收地源热泵机组（EER为5.86，COP为6.13）和1台高温地源热泵机组（COP4.48），设于地下一层空调机房内。由于选用多台部分热回收地源热泵机组，系统安全性高。该机组可在10%～100%制冷（热）量之间实现无级调节，因而主机负荷调节性能很好。经过上海市节能办专家的实地论证，最终地源热泵空调系统COP为4.8，完全符合上海市可再生能源建筑应用示范项目标准。

（四）VRV空调系统（为机房区域制冷供暖）

十四层的计算机房和电话机房采用1立的VRV空调室外机，EER为2.67，COP为3。

四、局部优化分析

综合医院建筑的空调系统总体可以划分为洁净、普通行政与医疗以及机房三类区域，但在实际运行中，洁净区域由于局部环境的洁净度要求和使用工况（如温度、湿度和时段），可能与整体空调系统运行的步调不一致，进而导致经济成本的浪费。下面仍以中冶医院项目中产房和ICU（重症监护病房）为例作以说明。

（一）产房空调系统优化

由于中冶医院产房区域（1间待产室、1间产房、1间隔离产房）定位为顺产手术间，因而院方不要求做层流式洁净空气处理系统。原方案将该区域纳入风冷热泵普通空调系统制冷供热范围，冷热源按照室内温度达到25℃～27℃设计。在夏季供冷和冬季供热季节，利用风冷热泵机组和循环泵来制冷或制热，过渡季节（按照3个月计算）基本靠室外空气来调节，早期采暖可利用风机内电加热来调节温度。然而，由于此环境中产妇体质较弱，室内需常年维持较热环境，故与常规空调系统的制冷供暖需求存在较大差异。经过深入分析，若产房空调系统改造为VRVIII“一拖多”系统，运行成本将大大降低，而分体商用“一拖一”吸顶机则由于能够适应房间独立使用而更加经济。系统按照使用期限15年时间考虑，以上3套系统运行的费用测算见表1。

表中数据没有考虑过渡季节新风除湿耗能以及设备独立维护费用。因此，如改成分体商用“一拖一”吸顶机系统，系统正常寿命期内的过渡季节理想情况下耗能费用可节省180万元。

（二）ICU空调系统

中冶医院项目中的ICU夏季总冷负荷为95KW，冬季空调温度总热负荷为30KW。原设计冷热源由地下一层地源热泵机房部分热回收机组提供。基于系统使用期限15年时间这一前提，原设计理念为：在夏季制冷和冬季供热季节，ICU随同地源热泵系统需要正常运行；在过渡季节（按照3个月时间计算），若室外温度比较适宜，则基本考虑通过室外新风来调节室内温度，如室内温度过高或过低，启动地源热泵机组实现10%～100%的冷负荷无级调节。

然而，ICU冷却除湿却使预想发生改变。在夏季制冷季节，由于ICU病区内要求湿度保持在65%以内，而上海地区又属于高热高湿气候，为满足ICU新风机组除湿输入，要求冷源必须调节至7℃，这势必导致地源热泵机组处于高耗能状态；在过渡季节，为了湿度保持在65%以内而开启的无级调节功能地源热泵机组，循环水泵耗电量基本没有减少，因而总耗电量较之一套小规模的风冷热泵机组仍显浪费。

按照使用期限15年时间考虑，利用现有地源热泵系统和重新配置一套小规模风冷热泵系统的运行费用存在较大差别，具体测算见表2。

表中数据没有考虑过渡季节新风除湿耗能，以及地源热泵机组设备长时间不使用的维护费用。因此，如改成独立系统，理想情况下的耗能费用可节省1508万元，从而更好提升整体空调系统的运行效率。

五、结束语

基于中冶医院项目案例分析，可以发现合理细分用能区域对于医院空调系统的规划和设计具有至关重要的作用，高洁净要求或严重污染的房间或独立自成体系区域等，最好单独成为一个系统。在兼顾温度、湿度、新风量、压力、洁净度、细菌总数、有害气体浓度、气流分布尤其是使用时段等众多因素后，在整体中央空调系统的框架下针对特定区域进行局部优化，特别是在确保压力平衡和充足换气量的前提下采用变风量（VAV）系统或者独立设立分系统往往更加节能，医院空调系统的整体运行效率和综合经济效益也会得到进一步完善和提升。 （编辑 刘鲁）