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1、多功能热泵 在洁净手术室应用的节能性分析,上海市卫生建筑设计研究院 严建敏,前言 洁净手术部冷热源现状 多功能热泵机组原理 应用实例 结束语,目录,改革开放三十多年来，我国医院建设迅速发展，各地新建、改建了大量各等级的专科、综合性医院，建立了较现代化的洁净手术部。 由于洁净手术部的特殊性，成为医院典型的高能耗部门。本文以医院I级洁净手术室能耗分析为例，结合自己的设计经验，介绍一种新型冷热源设备多功能热泵机组，在洁净手术室的应用情况。 并结合工程实例进行节能分析和计算，使洁净手术部冷热源设计更合理、更科学、更节能。,前言,洁净手术室空调统特点： 一年四季处于制冷、制热、再加热的特殊状况,医院洁净
2、手术部的耗能特点与医院一般科室有所不同。由于洁净手术室通常采用双走廊平面布局，外围的清洁走廊使得手术室不含外围护结构，洁净手术室基本处于内区，设备、照明和人员热负荷常年占绝大部分比重。,即使在冬季也需要制冷，但又不是十分典型的内区需要长期供冷。冬季在手术室工作前，室内热负荷很小，仍需要进行供热，在正常手术时随着热负荷的加大，空调系统又需要切换到供冷工况。,洁净手术部冷热源现状,风冷热泵机组,电加热或热水盘管,现状方案 1： 冷热源：风冷热泵机组 水系统：采用四管制或二管制； 风系统：洁净空调箱，再加热采用电加热或热水盘管,洁净手术部冷热源现状,洁净手术部冷热源现状,现状方案 2： 冷热源：冷水
3、机组+热水锅炉方案； 水系统：采用四管制或二管制； 风系统：洁净空调箱，再加热采用电加热或热水盘管,水冷冷水机组,锅炉,冷水机组,电加热或热水盘管,锅炉,风冷热泵机组,现状方案缺点,冷热抵消 存在同时使用冷冻机与锅炉/电加热的情况，能耗互相抵消,现状方案缺点,1 风冷热泵机组：常规热泵机组方案，效率都比较低，制冷制热能效比COP=3.0左右，而且二管制无法同时制冷,空气源热泵,锅炉,现状方案缺点,2 冷水机组+热水锅炉方案：冷热分为两套系统，系统复杂 系统效率低，能源粗放式利用,冷热源一体机的工作原理是能量的回收和有效利用，它有压缩机、冷凝器、 蒸发器、可变换热器等组成。采用二个独立回路的四管
4、制水系统，作为系统 的 热源，风扇-翅片换热器功能是在蒸发器功能和冷凝器功能之间进行 切换，进行冷热量调节和平衡的作用，系统的工作原理如图所示。 这样的设备可代替锅炉+冷水机组模式，实现多功能冷热源一体机，同时解 决洁净手术部冷冻去湿、再加热的要求，达到恒温恒湿控制的目的。,多功能热泵机组原理,风扇-翅片换热器 在蒸发器功能和冷凝器功能之间进行切换，进行冷热量调节,多功能热泵机组原理,压缩机,平衡换热 （空气）,风扇-翅片换热器 在蒸发器功能和冷凝器功能之间进行切换，进行冷热量调节,冷冻水,工况1： 单制冷工况,多功能热泵机组原理,风扇-翅片换热器 在蒸发器功能和冷凝器功能之间进行切换，进行冷
5、热量调节,热水,工况2： 单制热工况,多功能热泵机组原理,多功能热泵机组原理,工况3： 同时制冷制热工况,风扇-翅片换热器 在蒸发器功能和冷凝器功能之间进行切换，进行冷热量调节,冷冻水,热水,热回收,冷热都回收,冷、热源一体机组能量提升机 （四管制冷、热水机组）,仅热回收,1. 部分热回收,2. 全部热回收,多功能热泵机组与风冷热泵机组、风冷热回收热泵机组的区别,多功能热泵机组有别于空气源热泵和空气源热泵热回收机组 空气源热泵夏季制冷、冬季供热； 空气源热泵热回收机组除了夏季制冷、冬季供热外，在夏季制冷的同时能部分或全部进行热回收提供热水； 多功能热泵机组在全年任何季节都能单制冷，单供热及同时
6、制冷、供热。,多功能热泵机组与风冷热泵机组、风冷热回收热泵机组的区别,多功能热泵机组特别适用于江南地区洁净手术部的净化空调系统。 江南地区梅雨季、夏季湿度大，再热量大，多功能热泵机组能在制冷的同时回收冷凝热，免费提供热水用于洁净空调箱再加热，对于四管制水系统，解决了在梅雨季、夏季锅炉运行问题；,多功能热泵机组优点 -夏季及过渡季节,冬季手术室刚开始启用时室内无余热，此时为了达到室内温度，循环空调箱需供热； 待手术进行后，手术室内有余热产生，循环空调箱应制冷才能维持规定的室内温度； 采用了多功能热泵机组即使在冬季，机组也能制冷，此时的冷量是在机组供热的同时进行冷回收，免费提供空调冷量，真正能做到
7、一机多用。,多功能热泵机组优点 - 冬季,应用实例,上海某一家三级甲等医院洁净手术室 I级洁净手术室面积56m2,高度3m,装备有麻醉机，呼吸机，电刀等医疗设备。洁净手术室要求,室内温度T=241，相对湿度=505%，手术室人员14人，手术室设在三层，上层为技术夹层。 计算结果为： 总冷负荷Q=49.29Kw 总湿负荷d=2.1Kg/h 循环风负荷34.73Kw 新风负荷14.56Kw 根据医院洁净手术部建筑技术规范（50333-2002）I级洁净手术室最小新风量为1000m3/h，手术室控制区2.62.4m2,手术室控制区送风量12000m3/h。正压风量500m3/h，排风量500 m3/
8、h。,应用实例,空调方案: 各手术室空调自成系统，避免交叉感染，可以灵活使用； 新风集中控制； 排风独立，并且与手术室自动门连锁； 手术室始终处于正压受控状态,应用实例,典型洁净手术室空调系统图,应用实例,一次循环风再加热系统i-d图,在净化空调系统中大风量，小温差是一大特点。采用一次循环风系统设计，大风量处理到“机器露点”，再通过再加热把风量处理到送风状态点。这样很大部分冷热量互相“抵消”。 经计算，I级洁净手术室总冷量49.29Kw，其中新风冷量Q=1.2*1000*(92.06-48.37) =14.56Kw，回风冷量Q=1.2*10000*（48.37-37.95）=34.73KW，再
9、热量Q=1.2*10000*(46.29-37.95)=27.8Kw。互相“抵消”的能量为27.8Kw，占全部冷负荷的56.40%，造成大量的能源浪费。,应用实例,为了保持手术室内的温湿度，空调常常采用一次回风系统，二管制水系统。 而冷热源往往考虑手术室过渡季节使用，采用与中央空调系统分开的独立热泵 机组。 采用热泵机组，水系统二管制，空调系统一次回风再加热，冷、 热抵消不 节能，而采用冷水机组+热水锅炉，系统复杂投资高。二者均没有解决空调系 统再加热的弊病，很明显方案不尽合理。 而冷热源一体机可以同时提供冷水和热水，实现真正意义上的四管制，上述问 题就迎刃而解了。,应用实例,多功能热泵一体机
10、有别于空气源热泵和空气源热泵热回收机组，空气源热泵夏季制冷、冬季供热；空气源热泵热回收机组除了夏季制冷、冬季供热外，在夏季制冷的同时能部分或全部进行热回收提供热水；冷热源一体机在全年任何季节（一般环境夏季在46，冬季在-10可工作， 极端环境在50和-15都能工作）， 都能单制冷，单供热及同时制冷、 供热。 。,应用实例,多功能热泵一体机的特点,应用实例,多功能一体机主要特点,应用实例,江南地区梅雨季、夏季湿度大，再热量大，冷热源一体机能在制冷的同时回收冷凝热，免费提供热水用作再热，对于四管制水系统，解决了在梅雨季、夏季锅炉运行问题； 冬季手术室在手术前室内无余热，此时为了达到室内温度，循环空
11、调箱需供热，待实施一台手术后，室内有余热，循环空调箱应制冷才能维持规定的室内温度，采用了冷热源一体机即使在冬季机组也能制冷，此时的冷量是在机组供热的同时进行冷回收，免费提供空调冷量，该机组能做到一机多用。,应用实例,传统一次回风 加再热系统缺陷,不能同时供冷供热,冷热能耗互相“抵消”,洁净手术部冷热源采用热泵机组方案，一旦系统配置好了，就不能变动。为确保医院手术室安全、可靠运行，常常在空调箱内增加电加热，以满足手术室在不同季节、不同工况下运行，必然会造成一定的能源浪费。,应用实例,多功能热泵机组采用二个独立回路的四管制水系统来同时提供冷水和热水，并通过水系统上阀门的切换即可将冷热量分配到所需空
12、调箱，同一台机组即可实现传统方式中两套设备才能达到的功能，实现冷热量的综合利用。这样彻底解决了手术室冷热量互相“抵消”的问题，是一个很好的节能方案。,多功能热泵 + 一次回风方案优点,应用实例,我们以一家三甲医院洁净手术部16间洁净手术室为例，其中级2间、级2间、级12间。 洁净手术室冷量计算结果见表,各级洁净手术室冷量汇总,对I级洁净手术室节能分析 一间I级洁净手术室理论节能可达约27.8Kw 以一家三甲医院洁净手术部（16间洁净手术室）为例，洁净手术室再加热能量约163Kw，一年运行6*250=1500小时，年可节约24.5万度用电量。 洁净手术部冷热源采用多功能热泵机组，比传统的热泵机组
13、节能约30%,结论,结论,目前我院设计的洁净手术部空调冷热源，均采用多功能热泵机组，取消空调箱内电再加热器。通过几年的实际运行，收到很好的节能效果。因此我们在医院在建设洁净手术部时，除了考虑降低空调设备总造价，还应关注能耗、运行费用等问题，不能因为多功能热泵机组造价略高而放弃采用。,夏季 手术室内区、 外区制冷,冬季 手术室内区制冷 外区供热,洁净手术部,结论,综上所述，热泵机组设备系统运行调节能力较差，如没有为节能运行多作考虑，也会导致运行费用的提高。 而冷热源一体机相当于一个全自动冷热量平衡系统，优化了用户冷热量的分配，通过全自动的微处理控制系统，实现机组对用户的供冷、供热量最佳匹配。因此
14、采用新型冷热源，对医院节能具有积极意义。,结束语,在医院空调系统中，冷热源一体机特别适用于医院特殊空调场合，如洁净手术部、ICU、中心供应等，它能全年同时提供冷水和热水，实现医院空调冷却去湿再加热功能，解决冷热量互相“抵消”而造成大量不合理能耗，是一种典型的空调节能方案。只要合理匹配多功能热泵机组冷水与热水的供应量，可极大的提高医院的能源利用率，在医院节能设计中具有重要的意义，是一种优先选择的新型冷热源。,结束语,洁净手术部空调能耗是医院主要能耗之一，据有关资料统计，约占医院空调总能耗的30%。所以在医院节能设计中，必须根据医院所在地区的能源供应具体情况，结合医院手术室使用特点，通过技术经济论
15、证，合理确定空调冷热源，并利用新技术提高医院空调系统的能源利用效率。 多功能热泵机组在医院洁净手术部的应用，对提高医院的能源利用率具有十分积极的作用。,结束语,3. 冷热源一体机利用了制冷过程的冷凝热，它与热回收机组不同，热回收机组只能在制冷工况下进行热回收，而多功能热泵机组在制冷或制热工况下均能热回收。而且可以同时供給冷冻水和热水，并可根据用户的意图实现多种运行工况，同样适合医院许多场所。,结束语,4. 多功能热泵机组具有全年同时制冷制热功能，可实现不同供热与供冷工况,而且综合能效比高，COP可达7.09.0，节能效果显著。适合于室内温湿度要求高的场合，如医院、银行、高级办公楼等场所，这些地方全年内区需要制冷，而外区根据季节变换需制冷或制热的空调系统。,
