多功能熱泵在潔凈手術(shù)室應(yīng)用的節(jié)能性分析

1、多功能熱泵 在潔凈手術(shù)室應(yīng)用的節(jié)能性分析,上海市衛(wèi)生建筑設(shè)計研究院 嚴(yán)建敏,前言 潔凈手術(shù)部冷熱源現(xiàn)狀 多功能熱泵機(jī)組原理 應(yīng)用實例 結(jié)束語,目錄,改革開放三十多年來，我國醫(yī)院建設(shè)迅速發(fā)展，各地新建、改建了大量各等級的專科、綜合性醫(yī)院，建立了較現(xiàn)代化的潔凈手術(shù)部。由于潔凈手術(shù)部的特殊性，成為醫(yī)院典型的高能耗部門。本文以醫(yī)院I級潔凈手術(shù)室能耗

2、分析為例，結(jié)合自己的設(shè)計經(jīng)驗，介紹一種新型冷熱源設(shè)備—多功能熱泵機(jī)組，在潔凈手術(shù)室的應(yīng)用情況。并結(jié)合工程實例進(jìn)行節(jié)能分析和計算，使?jié)崈羰中g(shù)部冷熱源設(shè)計更合理、更科學(xué)、更節(jié)能。,前言,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,www.themegallery.com,LOGO,,,,潔凈手術(shù)室空調(diào)統(tǒng)特點：一年四季處于制冷、制熱、再加熱的特殊狀況,醫(yī)院潔凈手術(shù)部的耗能特點與醫(yī)院一般科室有所不同。由于潔凈手術(shù)室通常采用雙走廊平面布局，

3、外圍的清潔走廊使得手術(shù)室不含外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，潔凈手術(shù)室基本處于內(nèi)區(qū)，設(shè)備、照明和人員熱負(fù)荷常年占絕大部分比重。,即使在冬季也需要制冷，但又不是十分典型的內(nèi)區(qū)需要長期供冷。冬季在手術(shù)室工作前，室內(nèi)熱負(fù)荷很小，仍需要進(jìn)行供熱，在正常手術(shù)時隨著熱負(fù)荷的加大，空調(diào)系統(tǒng)又需要切換到供冷工況。,潔凈手術(shù)部冷熱源現(xiàn)狀,風(fēng)冷熱泵機(jī)組,電加熱或熱水盤管,,現(xiàn)狀方案 1：冷熱源：風(fēng)冷熱泵機(jī)組水系統(tǒng)：采用四管制或二管制；風(fēng)系統(tǒng)：潔凈空調(diào)箱，再加熱采用電加熱

4、或熱水盤管,潔凈手術(shù)部冷熱源現(xiàn)狀,潔凈手術(shù)部冷熱源現(xiàn)狀,現(xiàn)狀方案 2：冷熱源：冷水機(jī)組+熱水鍋爐方案；水系統(tǒng)：采用四管制或二管制；風(fēng)系統(tǒng)：潔凈空調(diào)箱，再加熱采用電加熱或熱水盤管,水冷冷水機(jī)組,鍋爐,,冷水機(jī)組,電加熱或熱水盤管,鍋爐,風(fēng)冷熱泵機(jī)組,,現(xiàn)狀方案缺點,冷熱抵消存在同時使用冷凍機(jī)與鍋爐/電加熱的情況，能耗互相抵消,,現(xiàn)狀方案缺點,1 風(fēng)冷熱泵機(jī)組：常規(guī)熱泵機(jī)組方案，效率都比較低，制冷制熱能效比COP=3.0左右，而且二

5、管制無法同時制冷,空氣源熱泵,鍋爐,,現(xiàn)狀方案缺點,2 冷水機(jī)組+熱水鍋爐方案：冷熱分為兩套系統(tǒng)，系統(tǒng)復(fù)雜系統(tǒng)效率低，能源粗放式利用,冷熱源一體機(jī)的工作原理是能量的回收和有效利用，它有壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器、可變換熱器等組成。采用二個獨立回路的四管制水系統(tǒng)，作為系統(tǒng)的 熱源，風(fēng)扇-翅片換熱器功能是在蒸發(fā)器功能和冷凝器功能之間進(jìn)行切換，進(jìn)行冷熱量調(diào)節(jié)和平衡的作用，系統(tǒng)的工作原理如圖所示。這樣的設(shè)備可代替鍋爐+冷水機(jī)組模式，實現(xiàn)

6、多功能冷熱源一體機(jī)，同時解決潔凈手術(shù)部冷凍去濕、再加熱的要求，達(dá)到恒溫恒濕控制的目的。,多功能熱泵機(jī)組原理,風(fēng)扇-翅片換熱器——在蒸發(fā)器功能和冷凝器功能之間進(jìn)行切換，進(jìn)行冷熱量調(diào)節(jié),多功能熱泵機(jī)組原理,,壓縮機(jī),平衡換熱（空氣）,,,風(fēng)扇-翅片換熱器——在蒸發(fā)器功能和冷凝器功能之間進(jìn)行切換，進(jìn)行冷熱量調(diào)節(jié),冷凍水,工況1：單制冷工況,,,多功能熱泵機(jī)組原理,,,,風(fēng)扇-翅片換熱器——在蒸發(fā)器功能和冷凝器功能之間進(jìn)行切換，進(jìn)行

7、冷熱量調(diào)節(jié),熱水,工況2：單制熱工況,,多功能熱泵機(jī)組原理,多功能熱泵機(jī)組原理,工況3：同時制冷制熱工況,,風(fēng)扇-翅片換熱器——在蒸發(fā)器功能和冷凝器功能之間進(jìn)行切換，進(jìn)行冷熱量調(diào)節(jié),,,冷凍水,熱水,,,,,,熱回收,冷熱都回收,,冷、熱源一體機(jī)組——能量提升機(jī) （四管制冷、熱水機(jī)組）,僅熱回收,,1. 部分熱回收,2. 全部熱回收,多功能熱泵機(jī)組與風(fēng)冷熱泵機(jī)組、風(fēng)冷熱回收熱泵機(jī)組的區(qū)別,,多功能熱泵

8、機(jī)組有別于空氣源熱泵和空氣源熱泵熱回收機(jī)組空氣源熱泵夏季制冷、冬季供熱；空氣源熱泵熱回收機(jī)組除了夏季制冷、冬季供熱外，在夏季制冷的同時能部分或全部進(jìn)行熱回收提供熱水；多功能熱泵機(jī)組在全年任何季節(jié)都能單制冷，單供熱及同時制冷、供熱。,多功能熱泵機(jī)組與風(fēng)冷熱泵機(jī)組、風(fēng)冷熱回收熱泵機(jī)組的區(qū)別,,,多功能熱泵機(jī)組特別適用于江南地區(qū)潔凈手術(shù)部的凈化空調(diào)系統(tǒng)。江南地區(qū)梅雨季、夏季濕度大，再熱量大，多功能熱泵機(jī)組能在制冷的同時回收冷凝熱，免費

9、提供熱水用于潔凈空調(diào)箱再加熱，對于四管制水系統(tǒng)，解決了在梅雨季、夏季鍋爐運行問題；,多功能熱泵機(jī)組優(yōu)點 -夏季及過渡季節(jié),,,,冬季手術(shù)室剛開始啟用時室內(nèi)無余熱，此時為了達(dá)到室內(nèi)溫度，循環(huán)空調(diào)箱需供熱；待手術(shù)進(jìn)行后，手術(shù)室內(nèi)有余熱產(chǎn)生，循環(huán)空調(diào)箱應(yīng)制冷才能維持規(guī)定的室內(nèi)溫度；采用了多功能熱泵機(jī)組即使在冬季，機(jī)組也能制冷，此時的冷量是在機(jī)組供熱的同時進(jìn)行冷回收，免費提供空調(diào)冷量，真正能做到一機(jī)多用。,多功能熱泵機(jī)組優(yōu)點 - 冬季,,,

10、應(yīng)用實例,,上海某一家三級甲等醫(yī)院潔凈手術(shù)室I級潔凈手術(shù)室面積56m2,高度3m,裝備有麻醉機(jī)，呼吸機(jī)，電刀等醫(yī)療設(shè)備。潔凈手術(shù)室要求,室內(nèi)溫度T=24±1℃，相對濕度φ=50±5%，手術(shù)室人員14人，手術(shù)室設(shè)在三層，上層為技術(shù)夾層。計算結(jié)果為：總冷負(fù)荷Q=49.29Kw總濕負(fù)荷d=2.1Kg/h循環(huán)風(fēng)負(fù)荷34.73Kw新風(fēng)負(fù)荷14.56Kw根據(jù)《醫(yī)院潔凈手術(shù)部建筑技術(shù)規(guī)范》（50333-2002）I級

11、潔凈手術(shù)室最小新風(fēng)量為1000m3/h，手術(shù)室控制區(qū)2.6×2.4m2,手術(shù)室控制區(qū)送風(fēng)量12000m3/h。正壓風(fēng)量500m3/h，排風(fēng)量500 m3/h。,應(yīng)用實例,,,,空調(diào)方案:各手術(shù)室空調(diào)自成系統(tǒng)，避免交叉感染，可以靈活使用；新風(fēng)集中控制；排風(fēng)獨立，并且與手術(shù)室自動門連鎖；手術(shù)室始終處于正壓受控狀態(tài),,應(yīng)用實例,,典型潔凈手術(shù)室空調(diào)系統(tǒng)圖,應(yīng)用實例,一次循環(huán)風(fēng)再加熱系統(tǒng)i-d圖,在凈化空調(diào)系統(tǒng)中大風(fēng)量

12、，小溫差是一大特點。采用一次循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計，大風(fēng)量處理到“機(jī)器露點”，再通過再加熱把風(fēng)量處理到送風(fēng)狀態(tài)點。這樣很大部分冷熱量互相“抵消”。 經(jīng)計算，I級潔凈手術(shù)室總冷量49.29Kw，其中新風(fēng)冷量Q=1.2*1000*(92.06-48.37) =14.56Kw，回風(fēng)冷量Q=1.2*10000*（48.37-37.95）=34.73KW，再熱量Q=1.2*10000*(46.29-37.95)=27.8Kw?；ハ唷暗窒?/p>

13、的能量為27.8Kw，占全部冷負(fù)荷的56.40%，造成大量的能源浪費。,應(yīng)用實例,為了保持手術(shù)室內(nèi)的溫濕度，空調(diào)常常采用一次回風(fēng)系統(tǒng)，二管制水系統(tǒng)。 而冷熱源往往考慮手術(shù)室過渡季節(jié)使用，采用與中央空調(diào)系統(tǒng)分開的獨立熱泵 機(jī)組。 采用熱泵機(jī)組，水系統(tǒng)二管制，空調(diào)系統(tǒng)一次回風(fēng)再加熱，冷、 熱抵消不 節(jié)能，而采用冷水機(jī)組+熱水鍋爐，系統(tǒng)復(fù)雜投資高。二者均沒有解決空調(diào)系

14、 統(tǒng)再加熱的弊病，很明顯方案不盡合理。 而冷熱源一體機(jī)可以同時提供冷水和熱水，實現(xiàn)真正意義上的四管制，上述問 題就迎刃而解了。,應(yīng)用實例,多功能熱泵一體機(jī)有別于空氣源熱泵和空氣源熱泵熱回收機(jī)組，空氣源熱泵夏季制冷、冬季供熱；空氣源熱泵熱回收機(jī)組除了夏季制冷、冬季供熱外，在夏季制冷的同時能部分或全部進(jìn)行熱回收提供熱水；冷熱源一體機(jī)在全年任何季節(jié)（一般環(huán)境夏季在46℃，冬季在-10℃可工作， 極

15、端環(huán)境在50℃和-15℃都能工作）， 都能單制冷，單供熱及同時制冷、 供熱。。,應(yīng)用實例,多功能熱泵一體機(jī)的特點,應(yīng)用實例,多功能一體機(jī)主要特點,應(yīng)用實例,,江南地區(qū)梅雨季、夏季濕度大，再熱量大，冷熱源一體機(jī)能在制冷的同時回收冷凝熱，免費提供熱水用作再熱，對于四管制水系統(tǒng)，解決了在梅雨季、夏季鍋爐運行問題； 冬季手術(shù)室在手術(shù)前室內(nèi)無余熱，此時為了達(dá)到室內(nèi)溫度，循環(huán)空調(diào)箱需供熱，待實施一臺手術(shù)后

16、，室內(nèi)有余熱，循環(huán)空調(diào)箱應(yīng)制冷才能維持規(guī)定的室內(nèi)溫度，采用了冷熱源一體機(jī)即使在冬季機(jī)組也能制冷，此時的冷量是在機(jī)組供熱的同時進(jìn)行冷回收，免費提供空調(diào)冷量，該機(jī)組能做到一機(jī)多用。,,,應(yīng)用實例,,,,傳統(tǒng)一次回風(fēng)加再熱系統(tǒng)缺陷,,不能同時供冷供熱,冷熱能耗互相“抵消”,潔凈手術(shù)部冷熱源采用熱泵機(jī)組方案，一旦系統(tǒng)配置好了，就不能變動。為確保醫(yī)院手術(shù)室安全、可靠運行，常常在空調(diào)箱內(nèi)增加電加熱，以滿足手術(shù)室在不同季節(jié)、不同工況下運行，必然會造

17、成一定的能源浪費。,,應(yīng)用實例,多功能熱泵機(jī)組采用二個獨立回路的四管制水系統(tǒng)來同時提供冷水和熱水，并通過水系統(tǒng)上閥門的切換即可將冷熱量分配到所需空調(diào)箱，同一臺機(jī)組即可實現(xiàn)傳統(tǒng)方式中兩套設(shè)備才能達(dá)到的功能，實現(xiàn)冷熱量的綜合利用。這樣徹底解決了手術(shù)室冷熱量互相“抵消”的問題，是一個很好的節(jié)能方案。,,,多功能熱泵 +一次回風(fēng)方案優(yōu)點,應(yīng)用實例,我們以一家三甲醫(yī)院潔凈手術(shù)部16間潔凈手術(shù)室為例，其中Ⅰ級2間、Ⅱ級2間、Ⅲ級12間。潔凈手術(shù)

18、室冷量計算結(jié)果見表,各級潔凈手術(shù)室冷量匯總,對I級潔凈手術(shù)室節(jié)能分析一間I級潔凈手術(shù)室理論節(jié)能可達(dá)約27.8Kw以一家三甲醫(yī)院潔凈手術(shù)部（16間潔凈手術(shù)室）為例，潔凈手術(shù)室再加熱能量約163Kw，一年運行6*250=1500小時，年可節(jié)約24.5萬度用電量。潔凈手術(shù)部冷熱源采用多功能熱泵機(jī)組，比傳統(tǒng)的熱泵機(jī)組節(jié)能約30%,結(jié)論,結(jié)論,目前我院設(shè)計的潔凈手術(shù)部空調(diào)冷熱源，均采用多功能熱泵機(jī)組，取消空調(diào)箱內(nèi)電再加熱器。通過幾年的

19、實際運行，收到很好的節(jié)能效果。因此我們在醫(yī)院在建設(shè)潔凈手術(shù)部時，除了考慮降低空調(diào)設(shè)備總造價，還應(yīng)關(guān)注能耗、運行費用等問題，不能因為多功能熱泵機(jī)組造價略高而放棄采用。,,夏季 手術(shù)室內(nèi)區(qū)、 外區(qū)制冷,冬季 手術(shù)室內(nèi)區(qū)制冷 外區(qū)供熱,,,潔凈手術(shù)部,,結(jié)論,綜上所述，熱泵機(jī)組設(shè)備系統(tǒng)運行調(diào)節(jié)能力較差，如沒有為節(jié)能運行多作考慮，也會導(dǎo)致運行費用的提高。而冷熱源一體機(jī)相當(dāng)于一個全自動冷熱量平衡系統(tǒng)，優(yōu)化了用戶冷熱量的分配，通過全

20、自動的微處理控制系統(tǒng)，實現(xiàn)機(jī)組對用戶的供冷、供熱量最佳匹配。因此采用新型冷熱源，對醫(yī)院節(jié)能具有積極意義。,結(jié)束語,在醫(yī)院空調(diào)系統(tǒng)中，冷熱源一體機(jī)特別適用于醫(yī)院特殊空調(diào)場合，如潔凈手術(shù)部、ICU、中心供應(yīng)等，它能全年同時提供冷水和熱水，實現(xiàn)醫(yī)院空調(diào)冷卻去濕再加熱功能，解決冷熱量互相“抵消”而造成大量不合理能耗，是一種典型的空調(diào)節(jié)能方案。只要合理匹配多功能熱泵機(jī)組冷水與熱水的供應(yīng)量，可極大的提高醫(yī)院的能源利用率，在醫(yī)院節(jié)能設(shè)計中具有重要的意

21、義，是一種優(yōu)先選擇的新型冷熱源。,,,,結(jié)束語,潔凈手術(shù)部空調(diào)能耗是醫(yī)院主要能耗之一，據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，約占醫(yī)院空調(diào)總能耗的30%。所以在醫(yī)院節(jié)能設(shè)計中，必須根據(jù)醫(yī)院所在地區(qū)的能源供應(yīng)具體情況，結(jié)合醫(yī)院手術(shù)室使用特點，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證，合理確定空調(diào)冷熱源，并利用新技術(shù)提高醫(yī)院空調(diào)系統(tǒng)的能源利用效率。多功能熱泵機(jī)組在醫(yī)院潔凈手術(shù)部的應(yīng)用，對提高醫(yī)院的能源利用率具有十分積極的作用。,結(jié)束語,3. 冷熱源一體機(jī)利用了制冷過程的冷凝熱，它

22、與熱回收機(jī)組不同，熱回收機(jī)組只能在制冷工況下進(jìn)行熱回收，而多功能熱泵機(jī)組在制冷或制熱工況下均能熱回收。而且可以同時供給冷凍水和熱水，并可根據(jù)用戶的意圖實現(xiàn)多種運行工況，同樣適合醫(yī)院許多場所。,結(jié)束語,4. 多功能熱泵機(jī)組具有全年同時制冷制熱功能，可實現(xiàn)不同供熱與供冷工況,而且綜合能效比高，COP可達(dá)7.0～9.0，節(jié)能效果顯著。適合于室內(nèi)溫濕度要求高的場合，如醫(yī)院、銀行、高級辦公樓等場所，這些地方全年內(nèi)區(qū)需要制冷，而外區(qū)根據(jù)季節(jié)變