杨洋

分布式供能有助于构建节能环保及可持续的能源系统。我国北方地区天然气资源丰富，近年来，燃气冷热电三联供发展迅速，其系统工程也在北方的医院中广泛应用。本文以陕西省某三甲综合医院工程为依托，在分析该院综合医疗楼不同季节典型日冷热电需求的基础上，设计出满足医院用能需求的燃气冷热电三联供系统，使其产生的电力满足用电需求，排出的废热通过余热利用设备向该楼供热、供冷，同时向该楼和医院洗衣房供热水。通过设计研究，实现了医院节能和经济运行的双重目标。

研究背景及意义。作为分布式供能中使用最广泛的冷热电三联供，即CCHP（Combined Cooling，Heating and Power），是一种将发电、供热（采暖和供热水）以及供冷三种供能结合在一起的总能系统。CCHP系统技术成熟、建设简单、投资相对较低且经济上有竞争力，已在医院、学校、酒店宾馆、商业中心、办公写字楼、城市综合体、工业园区等建筑楼宇、楼群中推广使用。随着医疗建筑就医环境的提升增大了医院对能源的需求，在满足医院用能的前提下，采用CCHP设计不仅可以响应国家节能减排的号召，而且可以有效减少医院的费用支出。

项目概况。本文研究的陕西省某三级甲等综合医院，开设病床1500张，其中综合医疗楼建筑面积约82000m²，建筑层数：地下2层，地上18层；建筑总高度：88m。

传统供能设计

供电设计。综合医疗楼共投入使用3台变压器，其中1#变压器容量为3150kVA，所带负荷为该楼照明、动力和消防负荷；2#变压器容量为3150kVA，所带负荷除该楼照明、动力和消防负荷外，还有医技负荷；3#变压器容量为2500kVA，所带负荷有照明、动力和消防以及医技负荷。医技负荷为一级负荷中特别重要的负荷，消防负荷为一级负荷，其余照明、动力负荷从一级到三级负荷根据场所要求划分不同。

供冷设计。根据医院空调冷、热负荷情况，考虑到同时使用系数，在动力中心制冷机房内设置3台19XR-5052372CPS52型离心式水冷高温冷水机组，每台制冷机组制冷量2220kW（600RT），用电负荷298kW。

供热设计。根据医院热负荷情况，在动力中心燃气锅炉房内设置4台MF型ZZS2.8-0.7-98/70天然气铸铁模块热水锅炉，作为综合医疗楼空调系统、卫生热水系统，动力中心洗衣房热水系统及医院其他医疗建筑采暖系统的热源。天然气热值约为Q=7980kcal/Nm³，供气压力0.1～0.2MPa。每台热水锅炉耗气量为333.0Nm³/h。

燃气冷热电三联供系统设计

负荷分析。综合医疗楼常用电最大负荷为5000kW（不包括消防负荷和备用负荷），空调制冷最大负荷为7000kW（内含预留手术净化部分负荷1200kW），空调采暖最大负荷为8000kW（内含预留手术净化部分负荷1500kW），卫生热水最大负荷为2000kW，动力中心洗衣房热水最大负荷为800kW。医院要求全年连续供电，中央空调冬季供热、夏季供冷、春秋季（过渡季节）少量供冷，卫生热水全年24小时集中供应。用能分为五个部分：用电、空调供冷、空调供热、卫生热水和洗衣房热水，各季节典型日逐时负荷曲线如图1至图3。

系统方案设计。本系统主要由1台燃气内燃发电机组（电功率为9500kW，热输出为8200kWth）与1台烟气热水型溴化锂吸收式冷热水机组（制冷量为4000kW，供热量4300kW）组成，以天然气为燃料，产生的电力满足综合医疗楼的用电需求，排出的废热通过余热利用设备向综合医疗楼供热、供冷，同时向综合医疗楼、医院洗衣房供热水。系统配置如图4。

系统最佳运行时间。本文研究的医院项目属北方地区，冬季、夏季均要求较长时间供热、供冷，且整个供冷季或供热季每天24h内各时段的冷、热负荷也变化较大，而冷热负荷的变化直接影响系统的运行状态，影响燃气发电机组的运行小时数和负荷率，最终影响到节能减排的实际效果和经济效益。本系统的年运行时间不宜少于一个供暖季加上一个供冷季，即冬季4个月加上夏季4个月共计约240天，每天的运行时间不宜少于上班时间加上下班后住院部病区关灯休息前的时间和上班前一个小时内的热水负荷小高峰时间，即早晨6：00～晚上9：30，宜为16h左右。由于春秋季只有热水供应和少量的供冷需求，没有供热需求，因此在冷热负荷需求较少的春秋季，即过渡季节不宜长时间运行系统设备。

系统与电网的连接方式。燃气冷热电三联供系统的发电运行模式一般有三种，即独立自用、并网售电、并网不售电。本文研究的医院燃气冷热电三联供系统属楼宇型系统，只要燃气发电量全部“自发自用”，并且保持系统的发电量始终低于该院综合医疗楼在各个时段的实际使用电量，且从市电网购入部分电能，这样既可减少电费支出获得较好的经济效益，又可通过合理配置系统各设备，确保供电可靠，实现“并网不售电”。

系统能耗及经济分析。根据当地电、气、水基本价格，使用一般性代数仿真GAMS软件求解出综合医疗楼各季节典型日用能及其费用后，对投入CCHP前后全年总费用进行对比分析，如图5所示。

因投入燃气冷热电三联供系统装置之后较之传统供能能源有所减少，费用也大为降低，故采用燃气冷热电三联供系统，利用分布式供能技术是实现医院建筑节能的一种有效途径，同时可大大减少医院用能的费用支出。针對医疗建筑用能特点，在供热需求量高的冬季和供冷需求量高的夏季开机运行燃气冷热电三联供系统装置最为经济，可有效降低用能费用，在春秋季节则不宜长时间开机运行。

结论与展望

本文研究表明，冷热电三联供系统适合于冷热电负荷相对稳定、常年需要供冷或者供热的医院项目。由于医疗建筑用电和用热（用冷）量都较大，且全年都有比较稳定的冷、热、电等用能需求，符合冷热电三联供系统的功能特点，因此该系统对于医院这样的用能单位来说是一个比较合适的选择，可以提高用能效益，为医院节省一定的用能开支。随着国家政策的不断推新完善，在以后的医院项目设计中，作为高效率、环保的能源利用方式，燃气冷热电三联供系统装置肯定会在国家的政策鼓励下大力推广。2016年8月1日起，《绿色医院建筑评价标准》国家标准正式实施，绿色医院建设提上了医院管理者的议事日程：医院建筑能效系统在三级医院强制性部署，并在二级医院规划建设中强烈推荐，而燃气冷热电三联供系统技术可助力医院实现绿色、安全、高效的运营与管理。endprint