現代醫院冷熱源設計問題及對策

  醫院有著自身的特點，也不能照搬一些常用的公共建筑節能措施，醫院是一種存在著較大節能潛力的公共建筑。首先應該從需求的基礎性數據出發，進行合理的能源布局。

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

         醫院暖通系統的關鍵性問題

    1.1現有系統存在的問題

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

1）除濕和降溫這兩種要求被耦合到了一起，不能進行單獨的調控，新風機組和室內機組均要承擔潛熱負荷。

2 ）不同環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，關鍵科室的室內循環機組仍然要承擔室內的潛熱負荷，這可能導致室內空調系統出現凝結水，提供了適宜微生物成長的環境，成為微生物滋生和傳播的誘因，空調本身成了污染源。

2）滿足降溫要求的同時，為了達到關鍵科室醫療環境的全年控制的要求，除濕成為關鍵（濕度對微生物的滋生影響較大），關鍵科室要以濕度優先控制；與此同時，一般科室是季節性舒適性空調，主要溫度控制，或者說對濕度控制不敏感。但整個醫院的冷凍水系統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，但室內潛熱負荷基本不變，為了一般科室節能的需要，常常提高冷凍水的溫度，其結果也顯而易見― ― 關鍵科室的濕度將超過要求。

4）關鍵科室為了達到控制要求（要求嚴格的控制濕度及小溫差大風量的送風等），不得不先用較低的冷凍水冷凍除濕，再采用一次回風再電加熱的形式，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醫療活動所需求的室內環境。圖3 框圖中的衍生配置，可以說是在既定的該設計框架內，給出的優化和解決辦法。例如回收廢熱用于手術室等關鍵科室的再熱和全院的生活熱水，過渡季節為滿足高要求的關鍵科室配置另一冷熱源。但以上這些問題都是相互聯系的、甚至有些似乎是矛盾的（安全性要求和節能、關鍵科室與一般科室的要求），在常規的系統形式和設計思路框架下，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備和末端系統的效率、使用某種具體的節能手段，仍然是這種傳統思路的蝴蝶效應的衍生。

   2 現有問題的對策

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

1）除濕和降溫的解耦 ― ― 采用溫濕度獨立控制的系統。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中，潛熱負荷全部由新風機組承擔，室內末端的循環機組則負責室內溫度的調控，當然該系統也會因醫療不同要求又會有所區別。

2）不同環境控制要求的科室的解耦 ― ― 采用兩個不同的水系統和風系統回路。空調設備就是為了實現各種醫療活動所需要的環境控制水平，既然關鍵科室與一般科室的要求迥異，就應該輔以不同的系統來實現各自的環境要求。

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能位的冷熱源，如鍋爐產生高壓蒸汽，熱回收產生生活熱水，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療環境設定合理的控制參數，正確估計冷（熱）負荷以及確定合適的系統冗余量。如室內溫度、濕度、換氣、無菌要求等，以及人員密度、設備容量等，常常因為負荷估計偏大，而造成冷凍空調設備過大，不利于節能。另外系統冗余度與醫療科室風險控制相關。不同的醫療風險要求HVAC系統提供相應的環境控制能力，通常一般科室冗余量偏低，關鍵科室冗余量偏高。過高估計醫療風險、提高控制要求，更不利節能運行。這解決了以上提到的這些問題：

1）由于新風沒有致病菌，要求關鍵科室新風承擔全部濕負荷，或者說新風機組處于濕工況。

2）關鍵科室室內循環機組只承擔顯熱負荷，保持在干工況運行，解決了醫院最難以控制的空調污染源，也避免了關鍵科室靠再熱量對環境控制。

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

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

    筆者認為，整個醫院的暖通系統需要成為保障醫療環節整體措施中的一部分。醫院HVAC系統是醫療與感染控制的一個環節，一種手段。本文從整體出發，提出保障醫療環境的冷熱源與暖通空調體系初步框架構建原則。

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

可見，只有改變傳統的冷熱源組合形式，綜合考慮、總體規劃醫院冷熱源，配置適合醫療環境控制的暖通空調系統，根據實時的負荷調整至合適的運行策略，才是開展醫院節能工作的正確方針。