温湿度独立控制在医院洁净手术室空调系统节能的应用

随着我国医疗卫生事业的迅速发展、医院建设标准的提高、新得的医疗技术对室内环境要求的不断提高，以及医院环境舒适性的不断提升，医院建筑已经成为单位面积能耗最大的公共建筑之一。我国医院平均建筑能耗是一般公共建筑的1.6～2倍，而洁净手术室能源消耗强度是建筑物其它部分的8～10倍，是典型的能源消耗大户。因此，研究降低医院空调系统能耗的方法，对于当前的节能减排，特别是大型公共建筑的节能有着突出的意义。很多专家学者和设计人员对医院建筑空调系统节能作了深入研究。

为保障医患安全健康环境，需要对空气洁净度及温湿度进行控制，其中最为重要的是有效控制室内细菌浓度，避免感染。手术室的温湿度控制要求并不算严格，温度要求21～25℃，相对湿度30～60%，因此按照《建筑节能与可再生能源利用通用规范》的要求，不能出现同时加热和冷却的冷热抵消情况。但从我国已设计运行的大量医院洁净工程来看，由于洁净手术室需要大的换气次数，导致循环机组风量很大，送风温差很小。靠循环机组控制湿度，通过冷却降温，必须使换热器表面温度低至露点温度以下，才能析出水分，再利用热源加热至接近房间温度的送风状态点。这样势必造成大额的冷热量抵消现象发生[1]。

一、温湿度独立控制系统简介

温湿度独立控制系统采用的具体技术与传统的制冷与除湿技术并没有过多的差别，其实质是采用了温度与湿度两套独立的空调控制系统分别控制、调节室内的温度与湿度。

温湿度独立控制系统的基本组成为:处理显热的系统与处理潜热的系统。两个系统独立调节、分别控制室内的温度与湿度，即利用湿度控制系统承担建筑全部的潜热负荷，实现对室内湿度的控制，利用温度控制系统，处理剩余的建筑冷(热)负荷，实现温度控制。显然各种除湿方法都难免对室内显热负荷产生影响，但是温度控制系统可以承担这种影响产生的显热负荷，从而实现对室内温度的控制[2]。

温湿度独立控制空调系统的原理示意图及其在hd图上的空气处理过程分别如图1,2所示。由图1可知，温湿度独立控制空调系统的核心部件是独立调湿新风机组和高温冷水机组及其配套的干式末端[3]。其中高温冷水机组的COP一般都在7.5以上。由图2可知控制室内相对湿度就是控制新风(状态点W)经过除湿(溶液除湿)降温后的送风状态点S与室内状态点N之间的含湿量差Δω，而控制室内温度就是控制室内空气经等湿降温后的L点与N点之间的温差Δt[4]。由此可知，温湿度独立控制空调系统的COP较常规空调系统高30%以上，节能效果非常显著，而且末端盘管干工况运行有利于控制感染,解决了医院空调系统的两大突出难题，因此非常适合在医院洁净手术室空调系统中应用[5]。

二、研究方案

以厦门市某百级净化手术室为例，面积45m2，净高3米，14名医护人员（规范最高值）。

厦门室外状态：夏季

冬季，相对湿度

室内状态为，相对湿度

机组送风量10000m3/h，新风量1000m3/h，

经计算手术室总冷负荷,湿负荷，

根据室内已知状态点和热湿比，计算可得循环机组送风状态点：

查焓湿图可得送风点其它参数：。

现行常用的两种空气处理方法为：

（一）核算比较夏季工况处理过程及节能情况

1.夏季新风不预处理与一次回风混合后冷却除湿，再经过加热升温后至送风状态，如图3。

图3、夏季新风不预处理的一次回风过程

混合点C参数

考虑风机温升1℃，C1参数

求L点参数，L点为o点等湿度线与φL=95%线的交点，即

所以，循环机组从C1点处理至L点表冷器冷量为：

再热至O点，送风状态点

2.新风集中处理至室内焓与一次回风混合后冷却除湿，再经过加热升温后至送风状态，如图4。

图4、夏季新风预处理的一次回风过程

新风处理至室内焓值，状态点W1：

新风冷负荷

新风与室内回风混合点为C点。经风机温升后

求L点参数，L点为O点等湿度线与线的交点，即

所以，循环机组从C1点处理至L点表冷器冷量为：

再热至O点，送风状态点

新风与循环机组总冷量为

以上两种处理方法区别仅仅是将新风处理全部交由循环机组还是部分新风机组处理部分循环机组处理，但由于新风处理深度不足，无法避免冷热抵消现象，因此总能耗是一样的[6]。

3.对新风集中深度处理至精准状态，正好能够抵消房间湿负荷，循环机组等湿处理至送风状态，如图5。

图5、夏季新风处理至精准状态的温湿度独立控制处理过程

新风若能正好消除房间湿负荷，则新风状态点如下：

新风冷负荷

深度处理后的新风与室内回风混合点为C点：,刚好为送风点含湿量。

则,接近为理想送风状态，经风机温升后为C1点，，循环机组冷量，从C1点等湿冷却到O点。

可采用变频冷媒直膨机对新风集中深度处理至10.5℃。或者采用冷冻水表冷组合变频冷媒直膨机组精准处理新风至最佳状态，避免冷热抵消现象发生。

总冷量为。

第三种处理方案节约冷量34.4KW,冷量节约率为58.7%。

完全无再热，冷热综合节能率为

（二）核算比较冬季工况处理过程及节能情况

厦门冬季设计工况：，相对湿度，，

图6、厦门气候冬季工况处理过程

新风含湿量低于7.3g/kg，新风直接与回风混合，如图6。

加上风机温升后，刚好达到送风状态点焓值46.5KJ/kg，保持恒定湿度加湿量为3120g/h，三种方式能耗值相等，均不存在冷热抵消的问题。查阅厦门逐时的温度数据，低于10℃的小时数大约550h，占全年小时数的比例6.3%。室外温度低于10℃，三种处理方法能能耗相当，只要室外温度高于10℃，第一、二种处理方法均会产生由于除湿需求造成的冷热抵消现象，因此全年综合节能量为68%[7]。

三、结语

过去常用的两种空气处理方法，均存在严重的冷热抵消现象，造成手术室能耗居高不下。从分析可以看出，为了消除房间内少量的湿负荷，花费房间需冷量约8～10倍的制冷量，是简单粗放的处理方式，是造成医院手术部位能耗大的重要原因。本研究空气处理方法的优点如下：

1.节能降耗，本处理方法精准的分析手术室热湿负荷状况，避免出现循环机组大风量冷却和再热的发生。以厦门地区气候核算，全年综合节能量为68%。用于高温高湿地区，避免冷热抵消，节能空间巨大。对于室外空气低温时段，1成新风直接与室内9成回风混合，再经风机温升，已接近送风状态，可避免新风预热再冷却的热冷抵消的能源浪费。

2.手术室循环机组冷热盘管负荷降低，1万风量机组由原来60KW和40KW变成8KW，电动阀门由DN50和DN40变成DN25即可，降低造价，提高控制精准度。

3.手术室循环机组为干盘管，无冷凝水产生，避免细菌藻类产生，提高空气质量。

4.由于变频直流冷媒机组控制送风温度比水阀更精准，因此，这一控制策略更能确保手术室控制精度，避免大口径水阀频繁启闭易于损坏的情况，由于温湿度耦合现象，控制滞后造成的波动。

本文来源：《产品可靠性报告》https://www.zzqklm.com/w/kj/32519.html