多功能熱泵在潔凈手術室應用的節(jié)能性分析

1、多功能熱泵 在潔凈手術室應用的節(jié)能性分析,上海市衛(wèi)生建筑設計研究院 嚴建敏,前言 潔凈手術部冷熱源現(xiàn)狀 多功能熱泵機組原理 應用實例 結束語,目錄,改革開放三十多年來，我國醫(yī)院建設迅速發(fā)展，各地新建、改建了大量各等級的?？啤⒕C合性醫(yī)院，建立了較現(xiàn)代化的潔凈手術部。由于潔凈手術部的特殊性，成為醫(yī)院典型的高能耗部門。本文以醫(yī)院I級潔凈手術室能耗

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

3、外圍的清潔走廊使得手術室不含外圍護結構，潔凈手術室基本處于內區(qū)，設備、照明和人員熱負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區(qū)需要長期供冷。冬季在手術室工作前，室內熱負荷很小，仍需要進行供熱，在正常手術時隨著熱負荷的加大，空調系統(tǒng)又需要切換到供冷工況。,潔凈手術部冷熱源現(xiàn)狀,風冷熱泵機組,電加熱或熱水盤管,,現(xiàn)狀方案 1：冷熱源：風冷熱泵機組水系統(tǒng)：采用四管制或二管制；風系統(tǒng)：潔凈空調箱，再加熱采用電加熱

4、或熱水盤管,潔凈手術部冷熱源現(xiàn)狀,潔凈手術部冷熱源現(xiàn)狀,現(xiàn)狀方案 2：冷熱源：冷水機組+熱水鍋爐方案；水系統(tǒng)：采用四管制或二管制；風系統(tǒng)：潔凈空調箱，再加熱采用電加熱或熱水盤管,水冷冷水機組,鍋爐,,冷水機組,電加熱或熱水盤管,鍋爐,風冷熱泵機組,,現(xiàn)狀方案缺點,冷熱抵消存在同時使用冷凍機與鍋爐/電加熱的情況，能耗互相抵消,,現(xiàn)狀方案缺點,1 風冷熱泵機組：常規(guī)熱泵機組方案，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 冷水機組+熱水鍋爐方案：冷熱分為兩套系統(tǒng)，系統(tǒng)復雜系統(tǒng)效率低，能源粗放式利用,冷熱源一體機的工作原理是能量的回收和有效利用，它有壓縮機、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行切換，進行冷熱量調節(jié)和平衡的作用，系統(tǒng)的工作原理如圖所示。這樣的設備可代替鍋爐+冷水機組模式，實現(xiàn)

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

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

8、機組有別于空氣源熱泵和空氣源熱泵熱回收機組空氣源熱泵夏季制冷、冬季供熱；空氣源熱泵熱回收機組除了夏季制冷、冬季供熱外，在夏季制冷的同時能部分或全部進行熱回收提供熱水；多功能熱泵機組在全年任何季節(jié)都能單制冷，單供熱及同時制冷、供熱。,多功能熱泵機組與風冷熱泵機組、風冷熱回收熱泵機組的區(qū)別,,,多功能熱泵機組特別適用于江南地區(qū)潔凈手術部的凈化空調系統(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；,多功能熱泵機組優(yōu)點 -夏季及過渡季節(jié),,,,冬季手術室剛開始啟用時室內無余熱，此時為了達到室內溫度，循環(huán)空調箱需供熱；待手術進行后，手術室內有余熱產生，循環(huán)空調箱應制冷才能維持規(guī)定的室內溫度；采用了多功能熱泵機組即使在冬季，機組也能制冷，此時的冷量是在機組供熱的同時進行冷回收，免費提供空調冷量，真正能做到一機多用。,多功能熱泵機組優(yōu)點 - 冬季,,,

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

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

12、，小溫差是一大特點。采用一次循環(huán)風系統(tǒng)設計，大風量處理到“機器露點”，再通過再加熱把風量處理到送風狀態(tài)點。這樣很大部分冷熱量互相“抵消”。 經計算，I級潔凈手術室總冷量49.29Kw，其中新風冷量Q=1.2*1000*(92.06-48.37) =14.56Kw，回風冷量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，占全部冷負荷的56.40%，造成大量的能源浪費。,應用實例,為了保持手術室內的溫濕度，空調常常采用一次回風系統(tǒng)，二管制水系統(tǒng)。 而冷熱源往往考慮手術室過渡季節(jié)使用，采用與中央空調系統(tǒng)分開的獨立熱泵 機組。 采用熱泵機組，水系統(tǒng)二管制，空調系統(tǒng)一次回風再加熱，冷、 熱抵消不 節(jié)能，而采用冷水機組+熱水鍋爐，系統(tǒng)復雜投資高。二者均沒有解決空調系

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。,應用實例,多功能熱泵一體機有別于空氣源熱泵和空氣源熱泵熱回收機組，空氣源熱泵夏季制冷、冬季供熱；空氣源熱泵熱回收機組除了夏季制冷、冬季供熱外，在夏季制冷的同時能部分或全部進行熱回收提供熱水；冷熱源一體機在全年任何季節(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。。,應用實例,多功能熱泵一體機的特點,應用實例,多功能一體機主要特點,應用實例,,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； 冬季手術室在手術前室內無余熱，此時為了達到室內溫度，循環(huán)空調箱需供熱，待實施一臺手術后

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

17、成一定的能源浪費。,,應用實例,多功能熱泵機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箱，同一臺機組即可實現(xiàn)傳統(tǒng)方式中兩套設備才能達到的功能，實現(xiàn)冷熱量的綜合利用。這樣徹底解決了手術室冷熱量互相“抵消”的問題，是一個很好的節(jié)能方案。,,,多功能熱泵 +一次回風方案優(yōu)點,應用實例,我們以一家三甲醫(yī)院潔凈手術部16間潔凈手術室為例，其中Ⅰ級2間、Ⅱ級2間、Ⅲ級12間。潔凈手術

18、室冷量計算結果見表,各級潔凈手術室冷量匯總,對I級潔凈手術室節(jié)能分析一間I級潔凈手術室理論節(jié)能可達約27.8Kw以一家三甲醫(yī)院潔凈手術部（16間潔凈手術室）為例，潔凈手術室再加熱能量約163Kw，一年運行6*250=1500小時，年可節(jié)約24.5萬度用電量。潔凈手術部冷熱源采用多功能熱泵機組，比傳統(tǒng)的熱泵機組節(jié)能約30%,結論,結論,目前我院設計的潔凈手術部空調冷熱源，均采用多功能熱泵機組，取消空調箱內電再加熱器。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)院在建設潔凈手術部時，除了考慮降低空調設備總造價，還應關注能耗、運行費用等問題，不能因為多功能熱泵機組造價略高而放棄采用。,,夏季 手術室內區(qū)、 外區(qū)制冷,冬季 手術室內區(qū)制冷 外區(qū)供熱,,,潔凈手術部,,結論,綜上所述，熱泵機組設備系統(tǒng)運行調節(jié)能力較差，如沒有為節(jié)能運行多作考慮，也會導致運行費用的提高。而冷熱源一體機相當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。,結束語,在醫(yī)院空調系統(tǒng)中，冷熱源一體機特別適用于醫(yī)院特殊空調場合，如潔凈手術部、ICU、中心供應等，它能全年同時提供冷水和熱水，實現(xiàn)醫(yī)院空調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，是一種典型的空調節(jié)能方案。只要合理匹配多功能熱泵機組冷水與熱水的供應量，可極大的提高醫(yī)院的能源利用率，在醫(yī)院節(jié)能設計中具有重要的意

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

22、與熱回收機組不同，熱回收機組只能在制冷工況下進行熱回收，而多功能熱泵機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。,結束語,4. 多功能熱泵機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7.0～9.0，節(jié)能效果顯著。適合于室內溫濕度要求高的場合，如醫(yī)院、銀行、高級辦公樓等場所，這些地方全年內區(qū)需要制冷，而外區(qū)根據(jù)季節(jié)變