用於濕度優先控製的新風機組的探討

醫（yī）院（yuàn）環境控製有兩類：一類是量大麵廣的一般科室（shì）如普通病房，隻需季節性舒適空調；另一類是（shì）數量相對較少的有無（wú）菌與濕度控製要（yào）求的如手術室等關鍵科室，需全年空調，特別（bié）是濕度控製是保障無菌環境的關鍵因素。我（wǒ）國大型綜合醫（yī）院常采用集中式空調係統，由醫院冷熱源集中供給各功能科室空調所需的冷（lěng）凍水與熱水，這種是最典型的醫院空調係統配置。但在運行中往往會（huì）出現一些問題：
1、為了保證（zhèng）關鍵科室濕（shī）度控製要求，在空調供冷工況下必（bì）須始終供給7℃（甚至更低）冷（lěng）凍水。過去（qù）為了保證關鍵科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（le）節能又不得不采（cǎi）用二次（cì）回風（fēng）。由於這些科室熱濕（shī）比較小，使得空調機組所需控製的機器（qì）露點更低。
2、空調期（qī）間隨室外氣溫下降，為保證（zhèng）絕（jué）大多數一般科室空（kōng）調要求與節能需要，常常提高集中供給冷凍（dòng）水的水溫，客觀上造成關鍵科室濕度超標。
3、大型醫院的關（guān）鍵科室常（cháng）常處於空調內區，當全年空調水係統（tǒng）轉為供熱工況時，關鍵科（kē）室內部分房（fáng）間仍需供冷。即使*關閉（bì）供（gòng）熱水係（xì）統，房間溫（wēn）度仍超高。為此不得不采用四管製空（kōng）調水係統，不符合空調節（jiē）能要求（qiú）。
4、大多數醫（yī）院由於種種原因在供（gòng）冷季節實（shí）際運行（háng）中係統冷凍水無（wú）法（fǎ）保證7℃供水溫度，關鍵科室（shì）溫（wēn）濕度難以保證。尤其是采（cǎi）用溴化鋰吸收式冷源的場所。
為便於控製醫院一般科室與關鍵（jiàn）科室環境，提（tí）供係（xì）統能（néng）源（yuán）利用效率，現（xiàn）在醫院空調設計者改變了原有（yǒu）全（quán）院集中供冷（lěng）的模式，或者將其分為兩（liǎng）個係統供給，或者單獨（dú）為關鍵科室配置空調冷熱源。但對於既有（yǒu）醫院（yuàn）建築，采用這樣的技術來（lái）改（gǎi）造供冷係（xì）統花費的（de）人力太大。大（dà）多數醫院不得不犧牲環境控製以維持係統原狀。
本文依據《醫院潔淨手術部（bù）建築技術規範》GB 50333-2002的要求，探討在（zài）不改變醫院原有的供冷（熱）係統的前提下經濟、有效的解決關鍵科室的溫濕度控製（zhì），以及醫院一般科（kē）室與關鍵科室對冷凍水供水溫度需求矛（máo）盾。
1、新風機組
如上（shàng）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（shì）因為兩者濕（shī）度控製的（de）要求不（bú）同。為了避免采用因少數關鍵科室濕度控製而拉低整個醫院冷凍水水溫的耗能措施，隻有將關鍵科室的新風進行深度處理以消除新風濕負荷，甚至可承擔室內濕負（fù）荷，降低原末端（duān）機組（zǔ）處濕要求，才有可能使末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（bān）科室環境控製要求來確定，關鍵科室通過新風（fēng）深度處理解決室內溫濕度控製（zhì）。過去利用新風預處（chù）理概念， 提高了原有係統的濕度處理能力，以改善室內空氣品質取得（dé）了成效。當時采用全熱交換器（qì）、蒸發冷卻、溶液除濕以（yǐ）及冷卻去（qù）濕等技術措施提出了相應的專（zhuān）用新風機組，並進行了適用性的評價。

新風預處理概念被《醫院潔淨手術部建（jiàn）築技術規（guī）範（fàn）》所接受，並在其第7.1.1條（tiáo）規定手術部宜新風集中處理。目前手術部空調（diào）係統（tǒng）模式是由集中新風處（chù）理機組與手術室循環機組組成。但新風預處理（lǐ）又不*等同於新風集中處理。新風預處理主要（yào）目標是節能改造；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，不僅保證手術（shù）室環境控製的要求，而且（qiě）也（yě）易實現整個（gè）潔淨手（shǒu）術部處於受控狀態。本文探討的新風處理機組，采用（yòng）了直膨和水冷兩個冷源，將新風預處理與新風集（jí）中處理兩（liǎng）個（gè）概念結合在一起。

要使（shǐ）關鍵科室原有末端（duān）機組接受集中供冷係統的冷凍水，又要保證（zhèng）其醫療環（huán）境控製，必須將新風預處理到更低的露點，消除新風濕負荷，甚至承擔室內濕負荷。由於醫院關鍵科室較為分散，可安裝新風預處理機組（zǔ）場所不大，相比之下，采用冷卻除濕較為（wéi）合適。如果設想（xiǎng）的機組先（xiān）充分利用係統（tǒng）的冷凍水對新風（fēng）冷卻去（qù）濕，然後使用另外設置的直膨式係統蒸發器再次去濕冷卻達（dá）到（dào）所要求的的機器露點，最後利用自身冷凝器加熱控製到（dào）所需的送風狀態點，多於的冷凝水由機外風（fēng）機冷凝器機組排出。這樣，所設想的新風機組內設置兩套（tào）盤管（guǎn），第一套是水冷盤（pán）管，第二套是直（zhí）接蒸發盤管。由（yóu）於兩個盤管冷量來源於兩（liǎng）個不同的冷源，因此稱為雙冷源專用（yòng）新風（fēng）機組。
雙冷（lěng）源專（zhuān）用新風預處理係統結合了（le）傳統集中冷凍水係統和直膨式空調係統的特（tè）點，在醫院節能運行中能達到單一冷（lěng）源空調係統（tǒng）都無法達到的效果。本文以醫院手術部的空調為例，從三個運（yùn）行工況說明雙（shuāng）冷源專用新風處理（lǐ）機組在醫院（yuàn）原有（yǒu）集中供冷（熱）的前提下，解決關鍵科室環境控製問題。
2、適用性分析
（1）夏季（jì）工況
新風集中處理已被潔淨（jìng）手術部所采用，隻不過循環機（jī）組空氣處理方（fāng）式不同，這反映了如何確（què）定新風集中處理的終狀態點以及（jí）如何確定循環機組運行方（fāng）式的不同觀點與不（bú）同的技術措施。目前係統空調處理過程（chéng）大致有以下（xià）五種：
1）一次回風再加熱係統；
2）二次回風（旁（páng）通）係（xì）統；
3）新風加幹盤管/無凝水（shuǐ）係統；
4）係統層（céng）麵上濕度優先控製係統；
5）集（jí）中新風（fēng）加室內自循環係統。
盡（jìn）管《醫院潔淨手術部建築技術規範（fàn）》一再強調濕（shī）度優（yōu）先控製，之前潔（jié）淨手術部大多套用的工業上傳統恒溫恒濕空調（diào），即一次回風再（zài）加熱。後來因節（jiē）能需要又開始（shǐ）采用二次回風（旁通）係統，實施“濕度先行"自控係統。新風（fēng）集中處理主要是消除新風負荷，以保（bǎo）持整個係統穩定。如果集中處理（lǐ）後（hòu）新風承擔了全部負荷，則循環機組無需熱濕處理，簡化為自循環機（jī）組（zǔ）。由於潔（jié）淨手術（shù）室符（fú）合特點是：手術過程人員幾乎沒有變化，但手術電動器械與設備使用（yòng）時間與數量變化很大。因此濕負荷相（xiàng）對穩定，熱負荷變化較（jiào）大。采用常規的“濕度先行"自控往往難於奏效。如果手術部集中送風能首先消除室內濕負荷，再靠循環機組控製室內顯熱負荷，這樣就能從係統層麵上實現了“濕度優先控製"。如果循環機組內盤管供水（shuǐ）溫度（dù）被始終控製在高於室內（nèi）露點溫度，則可實（shí）現幹盤管運行。但是對於手術室來說由於（yú）室內處於（yú）無菌狀態（tài），不必像空（kōng）氣途徑傳染的隔離病房沒（méi）有必要刻意維持幹盤管（guǎn）運行，則可大大（dà）簡化空調水係統。這（zhè）種係統的關鍵是達到新風處理（lǐ）所需的機（jī）器露（lù）點或送（sòng）風狀態，由（yóu）於雙冷源專用新風處理機（jī）組利用二（èr）級冷卻去濕，不管係統冷凍水溫如何，均可十分（fèn）方便的（de）保證。與傳統二次回風係統（tǒng）相比（bǐ），“濕度優先控製"係統能以更低的能耗維持室內空氣狀態N在容許範圍內（nèi）。

新（xīn）風集中處（chù）理二次回風（旁通）係統

幹盤（pán）管處理係統  

濕度優先處理係統

有的工程公司從大多數醫院的係統冷凍水溫太高的實踐出（chū）發（fā），直接將冷凍除濕機設置在新風機（jī）組內，稱為“抽濕"。見下圖：

這種做法引起一些爭論。新風先經水冷盤管降溫去濕處理後進入該除濕機的蒸發器再進行（háng）除濕降溫處理，後經該機的冷凝器進行等濕升溫處（chù）理，原設想既可以把送風濕度降低（dī）到盡可能低，又可升高送風溫度，最後送入循環機組（zǔ）進行等濕降溫處理，既取消了再加熱（rè）又實（shí）現了末（mò）端機組幹盤管運行。本認為十分節能，但是實際運行存（cún）在控製問題，就達到同一露點來說（shuō），水冷盤管供冷量是由係統冷凍水溫決定（dìng）的，第二級蒸發器製冷量也隨之變化，冷凝器發熱量又隨蒸發器製冷量而變化（大約1.3倍），因此經（jīng）過冷凝器後的送風溫度往往高於設（shè）計溫度，不得不再設置二（èr）級水冷盤再冷卻。但有時（shí）送（sòng）風溫度也會比設計（jì）溫度低，則又需要設置電加熱（rè）器再加熱。從圖中可以看出，係統結構複雜（zá），由於係統存在反複（fù）再加熱（rè）或再冷卻，能耗反而大，且（qiě）相應時間（jiān）慢，控製不方便。相比來（lái）說，雙冷源的專用新風機組，由於設（shè）置兩個冷凝器可以較為（wéi）方便的解決上述控製（zhì）問題，首先控製新（xīn）風經水冷盤管和蒸發器兩級降溫除濕達到所需的機器露點（diǎn）問題，消除係統全部濕負荷，再控製冷凝（níng）器（qì）加熱量達到（dào）所需（xū）的（de）送風溫度，多餘的熱量由機外冷凝器排出。降低了（le）循環機組等（děng）濕冷卻的能耗，*可以使用較高水（shuǐ）溫的冷凍水，完成關鍵科（kē）室的環（huán）境控製。這（zhè）樣就可在（zài）不改變（biàn）醫院（yuàn）原有的供冷係統十分方（fāng）便、有效的（de）解決關鍵科室的溫濕度控製。
（2）冬季工況
如上所述關鍵科室，如手（shǒu）術部常常會處於醫院建築的內區，在冬季空調水係統轉為供熱工況（kuàng）時，外（wài）區供熱，內區仍（réng）需供冷。另外手術部在手術（shù）前由於沒有（yǒu）熱負荷需（xū）要進行供熱，而當（dāng）正常手術（shù）時又需要切換到供冷工況。為此在大型醫院不得不（bú）采用四管（guǎn）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（yuán）問題，導致冬天無（wú）法（fǎ）供冷，四管製（zhì）形同虛設。如果設置了雙冷源專用新風機組，在冬季工況下盡管水盤管中運行的是熱水，直接蒸發盤管仍可處於製（zhì）冷狀態，在手術開始前（qián），隻需開啟熱水盤管，關閉直膨係統，對室外的空氣進（jìn）行加熱加濕處理，室內的（de）循環機組也對循環空氣進行（háng）加熱。當手術（shù）進行時，熱（rè）水管關閉，再開啟直接蒸發盤管，對新風（fēng）進行製冷。利用直膨（péng）式的蒸（zhēng）發器和冷凝器總能保（bǎo）證集中（zhōng）處理新風穩定在某個狀態點，這個狀態使得新風能消除手術室內的設計熱負荷，室內負荷的變化（huà）則由循環機組再加熱解決。按照計（jì）算，對於手術室（shì）這（zhè）個狀態（tài）大約為12℃機器露點，無需同時供冷水和熱水的四管製係統也能有效控（kòng）製關鍵科室（shì）的溫濕度。
（3）過渡季節（jiē）工況
大（dà）多數醫院一（yī）般科室是季節性空調，集中供冷係統在過（guò）渡（dù）季節是停止運行的，有的醫（yī）院不得不開啟一台冷水機組專門供關鍵科室（shì），運行效（xiào）率不高。有的醫院專為關鍵科（kē）室單（dān）獨設置小型冷熱（rè）源，供給新（xīn）風機組和循環機組。對於普通空（kōng）調來說，在過渡季節由於氣（qì）候轉涼負荷減少，可以實施變新風量運行，利用新風冷量來實現節能。但是對於醫院關鍵科室特（tè）別是手術室，由於需（xū）要嚴格的梯度壓差控製，無法改變新風量。對於有濕度控製的關鍵（jiàn）科室，在加大新（xīn）風量的同時，也就意味著將額外的濕負荷帶入室內，尤其是沿海地區，加大了（le）濕度控製難度。在南方過渡季節，溫度（dù）不高、濕（shī）度偏大。特別是梅雨季節（jiē），采用（yòng）二（èr）次回風（fēng）空調係統的關鍵科室難以有效控製濕度。同樣，如果在（zài）原係統增設了雙冷源專用新風（fēng）機組，隻要運行直膨式係統（tǒng），調節蒸發器的供冷量與冷凝器供熱（rè）量，就可以（yǐ）有效實現溫濕度的控製。
3、節能性分析
從上述分析中可（kě）知，采用雙冷源新風處（chù）理機組，可（kě）在有效解（jiě）決關鍵科室溫（wēn）濕度控製的前提下，不需要改變原來係統的結構，實施節能改造最簡易的方法。在係統的能耗分（fèn）析中，采用雙冷（lěng）源新風機組也可以達到節能的目的。
（1）采（cǎi）用雙冷源新（xīn）風機組（zǔ），使得醫院集中供冷（lěng）係統可以一般（bān）科（kē）室要求提高冷凍（dòng）水溫，由於冷水機組的性能（COP）隨供水溫度升高而提高，一（yī）般來說，供冷水溫度每提高1℃，節能8%～10%，節能效果相當可（kě）觀。
（2）雙冷源新風機組中充分（fèn）利用（yòng）了（le）冷凝器的熱量，避免消耗過多的再（zài）加熱（rè）的能量。
（3）雙冷源新風機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，換熱效率大大提高，避免（miǎn）了二次換熱引起的損失。
（4）采用雙冷源新風機組，可以實施濕度優（yōu）先控製，室內空氣循環機（jī）組隻需對（duì）空氣進行降溫、升（shēng）溫處理，需要的能源少。同時（shí），末端機組可以使用溫度較高的（de）冷凍水。
除（chú）此之外，使用雙冷（lěng）源新風機組避免了對原有係統的大規模改（gǎi）造以及避免了原有係統（tǒng）在低效率工況下的（de）運行情況，在一定程度上節約了能源。