用於濕度優先控製的新（xīn）風機組的探討

醫院環境控製有兩類：一類是量大麵（miàn）廣的一般科室如普（pǔ）通病房，隻需季節性舒適（shì）空調；另一類是數量相對較少的有無菌與（yǔ）濕度控製要求的如手術（shù）室等關鍵科室，需全年空調（diào），特別是濕（shī）度（dù）控製（zhì）是保障無菌（jun1）環境的關鍵因素。我（wǒ）國大型（xíng）綜合醫院常采用集中式空調係統，由醫院冷熱（rè）源集中供給各功能科室（shì）空調所需的冷凍水與（yǔ）熱水，這種（zhǒng）是最典型的醫院空調係統配置。但在運行中往往（wǎng）會出現一些（xiē）問題：
1、為了保證關鍵科室濕度控製要求，在空調供冷工況下必須始終供給7℃（甚至（zhì）更低）冷凍水。過去（qù）為了保證關鍵（jiàn）科（kē）室溫濕度控製常常采用傳統的一次（cì）回風再加熱，現在為了節能又不得不采用二次回風。由於這些科室熱濕比較小，使得空調機組所（suǒ）需（xū）控製的機器露點更低。
2、空調期間隨室外氣（qì）溫下降，為保（bǎo）證絕（jué）大（dà）多數一般科室空調要求與節能需要，常常提（tí）高集中供給冷凍水的水溫（wēn），客觀上造（zào）成關鍵科室濕度超標。
3、大型醫院的關鍵科室常常（cháng）處於空調內區，當全年空調水係統轉為供熱工（gōng）況時，關鍵科室內（nèi）部（bù）分房間仍需供冷。即（jí）使*關（guān）閉供熱水係統，房間溫度仍超高。為此不得不采用四管製空調水係統，不符合空調節能要求。
4、大多數醫（yī）院由於種種原因在供冷季節實際運行中係統冷凍水無法保證7℃供水溫度，關鍵科室溫濕度難以保（bǎo）證。尤其是采用（yòng）溴化鋰吸收式冷源的場所。
為（wéi）便於控製醫院一般科室與關鍵科室環境，提供係統能源利用效率，現在醫院空調設計者改變了原有全院集（jí）中供冷的模式（shì），或者將（jiāng）其分為兩個係（xì）統供給，或者單獨為關鍵科室配置空調冷（lěng）熱源。但對於既有醫院建築，采用這樣的技術來改造供冷係統花費的人力太大。大多數醫院不得不犧牲環境控（kòng）製以維持係（xì）統原狀。
本（běn）文依據《醫院潔淨手術部建築技術規範》GB 50333-2002的要求，探討在不改變醫院原有的供冷（熱）係統（tǒng）的前提下經濟、有效（xiào）的解決關鍵科室的溫濕度（dù）控（kòng）製，以及醫院（yuàn）一（yī）般科室與關鍵科室對冷凍水供水溫度需求矛盾。
1、新風（fēng）機組
如上所述，醫院一般科室與關鍵科室對冷凍水供水溫度（dù）需求不同，是因為兩者濕度控製的要（yào）求不（bú）同。為了避免采用因少數關鍵科室濕度控製而拉低（dī）整個醫院冷凍水（shuǐ）水溫的耗能措施，隻有將關鍵科室的新風（fēng）進行深（shēn）度處理以消除新風濕負荷，甚至可（kě）承擔室內濕（shī）負荷，降低原末端機組處濕要求，才有可能使末（mò）端機組使用較高水溫的冷凍水，這應是最簡易、有效的方法。或者說，這種改造思路是將整個醫院空調冷凍水溫由一般科室環（huán）境控製（zhì）要求（qiú）來確定，關（guān）鍵科室通過新風深度處理解決室內溫濕（shī）度控製。過去（qù）利用（yòng）新風預處理概念， 提高了原有係統（tǒng）的濕度處理能力，以改善室內空氣品質取得了成效。當時采用（yòng）全熱交換器、蒸發冷卻、溶液（yè）除濕以（yǐ）及冷卻去濕等技術措施提出了相應的專用新風機組，並進行（háng）了適（shì）用性的評價。

新風預處理概念被《醫院潔淨手術部建築技術規範》所接受，並在其第7.1.1條規定手術部（bù）宜新風集中處（chù）理。目前手術部（bù）空調（diào）係統模式是由（yóu）集中新風處理機組與手（shǒu）術室循環（huán）機組組成。但新風預處理又不*等（děng）同於新風集中處（chù）理。新風預處理主要目標是節能（néng）改造；新風集中處理的主要目標是消除新風中汙染物與高（gāo）溫高濕的幹擾，不僅保（bǎo）證手術室環境控製的（de）要求，而且也易實現整個潔淨手術部處（chù）於受控狀態。本文探討的新風處（chù）理（lǐ）機組，采用了直膨和水冷兩個冷源，將（jiāng）新風預處理與新風集中處理兩個概念結合在一起。

要使關鍵科室原有末端機組接受集中供冷係統的冷凍水，又要保證其醫療環境控製（zhì），必須將新風預處理到更（gèng）低的露點，消除新風濕負荷，甚（shèn）至承（chéng）擔室內（nèi）濕負荷。由於醫院關鍵（jiàn）科室較為分散，可安裝新風預處理機組場所不大，相比之下，采用冷（lěng）卻（què）除濕（shī）較為合適。如果設想的機組先充分利用係統的冷凍水對新風冷卻去濕，然後使用另外設置的直膨（péng）式係統蒸發器再（zài）次去濕冷卻達到所要求的的機器露點，最後利用自身冷凝器加熱控製到所需的送風狀態點，多於的冷凝水由機（jī）外風機冷凝器機組排出。這樣（yàng），所設想的新風機（jī）組內設置兩套盤（pán）管，第一套是水冷盤管，第二套是直（zhí）接蒸發盤管。由於兩個盤管冷量（liàng）來源（yuán）於兩個不同的冷源，因此稱為雙冷源專用新風機（jī）組。
雙冷源專用新風預處理係統結合（hé）了傳統（tǒng）集中冷凍水係統和直膨式（shì）空調（diào）係統的特點，在醫院節能運行（háng）中能達到單一冷源空調係統都無法達到（dào）的效果。本文以醫院手術部的空調為例，從三個運行工況說明雙冷源專（zhuān）用新風處理機組在醫院（yuàn）原有集中供冷（熱）的前提下（xià），解決（jué）關鍵科室環境（jìng）控製問題。
2、適用性分析
（1）夏季工況（kuàng）
新風集中處理已被潔淨手（shǒu）術部所采用，隻不過循環機（jī）組空氣處理方式不同，這反映了如何確定新風集中處理（lǐ）的終狀態點以及如何確定循環機組運行方（fāng）式的不同觀點與不同的技術措施。目前係統空調處理過程大致有以下五種：
1）一（yī）次（cì）回風再加熱係統；
2）二次回（huí）風（旁通（tōng））係（xì）統；
3）新風加（jiā）幹（gàn）盤管/無凝水係統；
4）係統層麵（miàn）上濕度優（yōu）先控製係統；
5）集中新風加室內自循環係統。
盡管《醫院潔淨（jìng）手術部建築技術規（guī）範》一再（zài）強調濕度（dù）優先控製，之前（qián）潔淨手術部大（dà）多套用的工業上傳統恒溫恒濕空調，即一次回風再加熱。後來因節能需要又開始采用二次回風（旁通）係統（tǒng），實施“濕度先行"自控係統。新風集中處理主要是消除新風負荷，以保持整個係統穩定。如果集（jí）中處理後新風承擔了全（quán）部負荷，則循（xún）環機組無需熱濕處（chù）理，簡（jiǎn）化為自循環機組。由（yóu）於（yú）潔淨手術室符合特點是：手術過程人員幾乎（hū）沒有變化，但手術電動器械與設備（bèi）使用時間與數量變化很大。因此濕負荷相對穩定，熱負荷變化較大。采用常規的“濕度先行"自（zì）控（kòng）往（wǎng）往難於（yú）奏效。如果手術部（bù）集中送風能首先消除室內濕負荷，再靠（kào）循環機組控製室內顯熱負（fù）荷，這樣就能從係統層（céng）麵上實現（xiàn）了“濕度優先控製"。如（rú）果循環機組內盤（pán）管供水（shuǐ）溫度被始終控（kòng）製在高於室內（nèi）露點溫度，則可實現幹盤管運行（háng）。但是對於手術室來說由於室內處於無菌狀態，不必像空氣途徑傳染的隔離病房沒有必要刻意（yì）維（wéi）持幹盤管運行，則可大大簡（jiǎn）化空調水係統。這種係統的關鍵是達到新風處理所需的機器露點或送風狀態，由於雙冷源專用新風處理機組利用二（èr）級冷卻去（qù）濕，不管係統冷凍（dòng）水溫如何，均可十分方便的保證。與傳統二次回風（fēng）係統相比，“濕度優先控製"係統能以更低的能耗（hào）維持室內空氣狀態N在（zài）容許範圍內。

新風集中處理二次回風（旁通）係統

幹盤管處理係統  

濕度優先處理係統

有的工程公司從大多數（shù）醫院的係統冷凍水溫太高（gāo）的實踐出發，直接將冷凍除濕機設置在新（xīn）風機組內，稱為“抽濕"。見下（xià）圖：

這種做法引起一些爭論。新風先經水冷盤管降溫去濕（shī）處理後進入該除濕（shī）機的蒸發器再進行除濕降溫處理，後經該機的冷凝器進行等濕升溫處理，原設想既可以把送風濕度降低到盡可能低，又可升高送風溫度，最後送（sòng）入循環機組進行等濕降溫處理，既取消了再加熱又實現了末（mò）端機組幹盤管運（yùn）行。本認為十分節能，但是實際運行存在（zài）控製問題，就達到同一露點來（lái）說（shuō），水冷盤管供冷量是由係統冷凍水溫決定的，第二級蒸發器（qì）製冷量也隨（suí）之變化，冷凝器發熱量又隨蒸發器製冷量而變化（大約1.3倍），因此（cǐ）經過冷凝器後的送風溫度往（wǎng）往高於設（shè）計溫度，不得不再（zài）設（shè）置（zhì）二級水冷盤再冷（lěng）卻（què）。但（dàn）有時送風溫度也會（huì）比設計溫度低，則又需要設置電加熱器再加熱。從圖中可以看出，係統結構複雜，由於係統（tǒng）存在反複（fù）再加熱或再冷卻，能耗反而大，且相應時間慢，控製不方便。相比來說，雙冷源的專用新風機組，由於設置兩個冷凝器可以較為方便的解決上述控製問題，首先控製新風（fēng）經水冷盤管和（hé）蒸發（fā）器兩（liǎng）級降溫除濕達到所需（xū）的機器露點問題，消除係統全部濕負荷，再控製冷凝器加熱量達（dá）到所需的送風溫（wēn）度，多餘的（de）熱量由機外冷凝器排（pái）出。降低了循環機組等濕冷（lěng）卻的能耗，*可（kě）以使用較高水溫的冷凍水（shuǐ），完成關鍵科室的環境控製。這樣就可在不改變醫院原有的（de）供冷係統十分方便、有效的（de）解決關鍵科室的溫濕度控製。
（2）冬季工況（kuàng）
如上（shàng）所述關鍵科室，如（rú）手術部常（cháng）常（cháng）會處於醫院建築的內區，在冬季（jì）空調水係統轉為（wéi）供熱工況（kuàng）時，外區供熱，內（nèi）區仍需供冷。另（lìng）外手術部在手術（shù）前由於沒有熱負荷（hé）需要進行供熱，而當正常手術時又需要切換到供冷工（gōng）況。為此在大型醫院（yuàn）不得不采用四管製係統，不但造（zào）價昂貴，係統管路複雜，而且運行能耗大。現實中有些四管製空調由於無法解決冬天的冷源問題，導致冬（dōng）天無法供冷，四管製形同虛設。如果設置了雙冷源專用新（xīn）風機組，在冬季工況下盡（jìn）管水盤管中（zhōng）運行的是熱水，直接蒸發（fā）盤管仍可處於製冷狀態，在手術開始前，隻需開（kāi）啟熱水盤管，關閉直膨係統（tǒng），對室外的空氣進（jìn）行加熱加濕處理，室內的循（xún）環機組也對循環空氣進行加熱。當（dāng）手術進行時，熱水管關閉，再開啟直接蒸發盤管（guǎn），對新風進（jìn）行製冷。利（lì）用直膨式（shì）的蒸發器和冷凝器總能保證集中處理新風穩定在某（mǒu）個（gè）狀態點，這個狀態使得新風能消除（chú）手術（shù）室內的設計熱負荷，室內負荷的變化則（zé）由循環機組再加熱解決。按（àn）照計算，對於手術室這個狀態大約為12℃機器露點，無需同時供冷水（shuǐ）和熱水的四（sì）管製係統也能有效控製關鍵科室（shì）的溫濕度。
（3）過渡季節工況
大多數醫（yī）院一般（bān）科室是季節性空調，集中供冷係統（tǒng）在過渡季節是停止運行的，有的醫院不（bú）得不開啟一台冷水機組專門供關鍵科室，運行效率不高。有的醫院專為關（guān）鍵科室單獨設置小型冷熱源，供給新（xīn）風機組和循環機組。對於普通空調來說，在過渡季節由於（yú）氣候轉涼負荷減少，可以實施變新風量（liàng）運行，利（lì）用新（xīn）風冷量來實（shí）現節（jiē）能（néng）。但是對於醫院關鍵科室（shì）特別是手術室（shì），由於需要嚴（yán）格的梯度壓差控製，無法改變新風量（liàng）。對於有濕度控（kòng）製的（de）關鍵科室，在加（jiā）大新風量的同時（shí），也就意味著將額外的（de）濕負荷帶入室內，尤其是沿海地區，加大了濕度控製難度（dù）。在南方過渡季節，溫度不高、濕度偏大。特（tè）別是梅雨季節，采（cǎi）用二次（cì）回風空調係統的關鍵科（kē）室難以有效控製濕度。同樣，如果在原（yuán）係統增設了雙冷（lěng）源專用（yòng）新風機（jī）組，隻（zhī）要運行直膨式係統，調節蒸發器（qì）的供冷量（liàng）與（yǔ）冷（lěng）凝器（qì）供熱（rè）量，就可以有效實現溫濕度的控製。
3、節能性分析
從（cóng）上述分析中可知，采用雙（shuāng）冷源新風處理（lǐ）機組，可在有效解決關鍵科室溫濕（shī）度控製的前（qián）提下，不需（xū）要改變原來係統的結（jié）構，實施節能改造最簡（jiǎn）易（yì）的方法。在係統的能耗分析中，采用雙冷源新風機組也可（kě）以達到節能的目的。
（1）采用雙冷源新風（fēng）機組，使得醫院集中供冷係統可以一般科室要求提高冷凍水溫，由於冷水機組的（de）性能（COP）隨供水溫（wēn）度升高而提高，一般來說，供冷水溫度每提高1℃，節能8%～10%，節能效果相當可觀。
（2）雙冷（lěng）源新風機組中充分利用了冷凝器的熱（rè）量，避免消耗過多的再（zài）加熱的能量。
（3）雙冷源新（xīn）風機（jī）組中直膨式蒸發器直接與空氣進行換熱，而不是傳統的二次換熱，換熱效率大大（dà）提（tí）高，避免了二次換熱引起的損失。
（4）采用雙冷（lěng）源新風機組，可以實施濕度優先控製，室內（nèi）空氣循環機（jī）組隻需（xū）對空氣進（jìn）行降溫、升溫處理，需（xū）要的能源少。同時，末端機組可以使（shǐ）用溫度較高的冷凍水。
除此之外，使用雙冷源新風（fēng）機組（zǔ）避免了對原有係統的大（dà）規模改造以及避免了原有係統在低效率工況下的運行情況，在一（yī）定程度（dù）上節約了能源。