刘伟，梁明坤

(南京五洲制冷集团有限公司，江苏 南京 211000)

0 引言

医院中央空调系统运行时，为了保证空调效果，门窗都要求关闭，如果新风量不足会造成室内空气污浊，不利于病人的康复和医疗工作者的身心健康。如何提高空调系统运行的舒适度，同时降低空调系统运行费用是暖通设计师需要考虑的问题。在民用空调系统中温湿度独立控制系统由于其显著的节能特性得到越来越广泛的使用，在医疗卫生系统的空调系统设计中，由于医院新风的重要性，对新风的处理不但要求达到相应的露点温度的要求，同时还要保证新风的洁净度和品质，防止新风污染，本文综合考虑几种新风除湿方式提出了双冷源新风机组在医院新风处理中的适用性，并通过运行数据分析了双冷源新风机组的节能特性。

1 节能型空调系统设计

1.1 常规空调系统的弊端

目前，我国医院普通病房的空调系统，绝大多数采用风机盘管加独立新风方式，新风单独向每个房间送风，各病房之间空气互不串通，减少了病人交叉感染的机会。风机盘管系统有较好的调节灵活性，可根据需要开、停，当房间无人时还可方便地关掉风机盘管，而不影响其他房间，从而节省运行费用。

但风机盘管常处于湿工况下运行，盘管湿表面易滋生细菌和病毒成为室内的细菌源和尘埃源；另一方面风机盘管送风温差大，风速高，故舒适性稍差。很多工程将新风支管接至风机盘管尾部回风口附近，造成新风通过风机盘管表冷器时二次污染[1]。

1.2 温湿度独立控制空调系统的原理

温湿度独立控制空调系统分为湿度控制系统和温度控制系统两部分(图1)，湿度控制系统将新风进行深度除湿至绝对含湿量8g/kg(A)以下承担湿负荷，温度控制系统利用高温冷源通过干式风机盘管、干式空调箱或者辐射毛细管将室内空气降温后承担室内的热负荷。

图1 温湿度独立控制空调系统示意图

温湿度独立控制空调系统的优势：1) 冷冻水供水温度由7℃提高至15℃，大幅度提高制冷主机的制冷效率；2) 室内回风的盘管干工况降温工况运行，避免滋生病菌；3) 干式风机盘管送风温度高，吹风感不强，舒适度高；4) 温度、湿度分开控制，节能效果显著[2]。

2 香港大学深圳医院空调系统设计

2.1 香港大学深圳医院概况

香港大学深圳医院工程项目占地面积19.2万m2，总建筑面积36.7万m2，设总床位2 000张。医院采用“诊疗中心+重点专科”模式，设置综合门急诊、20个诊疗中心、12个医技中心以及特需诊疗中心，可容纳日门急诊量8 000～10 000人次，是设施一流、管理一流、服务一流，与国际现代化医院相接轨的区域性现代医疗中心。

该医院空调系统采用温湿度独立控制形式，温度控制系统采用高温冷水机组+干式风机盘管，湿度控制系统采用新风除湿机组。

2.2 新风处理方案

由于医院的特殊使用性质，对新风提出了严格的要求，有时为了保证室内空气品质，病人和家属在空调设备运行时又打开窗户通风，造成能源的浪费，因此,医院的新风系统是暖通设计非常重要的环节。

以前在医院新风量的设计中，有的设计师考虑以人员密度计算所需新风量[3]，有的设计师考虑以控制室内CO2浓度为设计目标[4]。以往许多医院在空调系统使用中发现存在新风量严重不足的问题,原因在于新风取值存在问题。现在不但要加大新风量，而且需要对新风单独进行除湿，目前可用于新风除湿的方法有：转轮除湿、溶液除湿和双冷源除湿等。

转轮除湿是采用固体吸附剂对空气进行除湿，潮湿空气通过转轮的除湿区域，空气中的水蒸汽被固体吸附剂吸收，形成干燥的送风，在再生区域，固体吸附剂失去水分，实现再生。转轮除湿效果好，出风含湿量小，缺点在于转轮再生时需要消耗大量的热源，耗能高，适用于需要低湿的环境。

溶液除湿是利用溶液的吸湿与放湿特性对空气湿度进行控制，具有除湿效率高，除湿效果好的优点。但用户担心除湿溶液离子是否会进入风系统，不建议在医院空调系统中使用。

双冷源除湿在冷冻除湿的基础上，利用现有成熟技术，运行可靠，能够充分利用高温冷源，提高整个系统的运行效率，建议在医院新风处理系统中采用。

3 双冷源新风机组节能技术

3.1 排风冷量热管热回收

目前热回收的方法主要有：全热交换器、转轮热回收、热管热回收。全热交换器和转轮热回收效率均很高，便于送、排风系统的布置，但会造成排风对新风的交叉污染，特别对于医院空调系统，对新风的交叉污染是不容许的，因此这两种热回收方式无法使用。

热管热回收利用蒸发制冷的原理，当热管蒸发端受热时，液体吸收热量迅速蒸发，蒸汽在微压差作用下流向冷凝端释放热量冷凝成液体，液体再流回蒸发段，如此循环热量由热管蒸发端传至冷凝端。热管冷凝段和蒸发段是两个完全独立的换热器，彼此分离，分别放置在新风进风段和排风段，不会造成排风对新风的污染，非常适合于医院这样对新风要求严格的场所。

3.2 排风蒸发冷却和冷凝水综合利用

受到双冷源新风机组安装位置的限制，无法安装制冷系统室外机，只能考虑将排风作为制冷系统的排热源，而受到房间正压控制的需要，排风量只有新风量的80%左右，排风不能完全带走制冷系统的冷凝热。因此考虑采用蒸发冷却的方式，在排风量一定的情况下利用水蒸发吸热的特性加大排风带走的热量，满足机组制冷系统的需求。同时利用机组除湿过程中产生的冷凝水，利用提升泵送至蒸发冷却器的补水箱，减少蒸发冷却器的水的补充量。

3.3 冷凝热回收

双冷源新风机组承担室内的湿负荷的处理，送风含湿量8g/kg(A)时，对应的露点温度仅为10.5 ℃，新风送风温度仅为11 ℃。过低的送风温度易造成新风口结露，同时无法对送风温度进行调节，影响舒适度和过渡季节的使用。

因此必须考虑对除湿后的新风进行再热，再热可以采用电加热、蒸汽加热或者热水加热，但这几种方式都需要外加热能量。为了节约能源的消耗，充分利用制冷系统产生的排热，双冷源新风机组中设置冷凝热再热盘管，将制冷系统产生的冷凝热部分引入，根据需要对除湿后的新风进行再加热至设定的温度后送至室内。

4 空调系统运行分析

4.1 双冷源新风机组空气处理过程

医院门诊楼空调系统室内设计干球温度26℃，湿球温度19.5℃，空调系统建成后试运行期间在室内空调参数满足要求的情况下对X-MZ-B1-2型号为CXS8N-6.4P的双冷源新风机组进行了测试，双冷源新风机组新风处理过程见图2，排风换热过程见图3。

图2 双冷源新风机组新风处理示意图

图3 双冷源新风机组排风处理示意图

4.2 双冷源新风机组现场测试数据

测试过程分为3个阶段：1) 测试热管热回收器的效率；2) 测试双冷源新风机组制冷效率和除湿效率；3) 验证空调系统运行效果。

在满足空调室内需求和接近设计工况新风参数的条件下(深圳地区夏季空调室外计算干球温度33.5℃，湿球温度27.9℃)，通过调节送风机和排风机变频器，将送风风量和排风风量调整到设计风量，调整冷冻水调节阀，将冷冻水量调整到设计水量，测试状态数据见表1。

表1 测试状态数据

在不运行再热换热器的情况下测试机组的各项运行数据，包含双冷源新风机组冷冻水温差、经过热管后干温度、送风干温度和相对湿度、机组运行功率(不包含送回风风机功率)，新风送风参数采用机组自带的温湿度传感器测量，另在热管后布置干球温度计，测试过程持续1h，每5min记录一组数据共计记录20组测试数据，数据平均值见表2。

表2 测试数据Ⅰ

最后用称重法测量了1h内表冷器冷凝水量和蒸发器冷凝水量，冷凝水称重数据见表3。

表3 测试数据Ⅱ

4.3 双冷源新风机组测试结果分析

1) 热管热回收效率

新风进口干球温度33.21℃，经过热管后干球温度29.96℃，新风量8 060m3/h，回风干球温度25.76℃，排风量6 457m3/h，热管热回收效率计算如下：

热管换热器为铜管套铝翅片换热器，设计成6排换热器，从测试效果来看，基本达到设计效果。

2) 双冷源新风机组制冷性能系数和除湿性能系数

首先计算处理新风所需要的总冷量，再扣除冷冻水输入的冷量，得到机组制冷系统和热管热回收产生的冷量，计算机组制冷性能系数。

双冷源新风机组处理新风所需总制冷量:

双冷源新风机组不包含冷冻水冷量后机组处理新风的冷量。

由于表冷器后无法布置测点，只能通过热平衡法计算冷冻水的冷量来推算表冷器的冷量：

Q2=Q1-ρ×C×V×Δt=146.5-

双冷源新风机组制冷性能系数：

3) 双冷源新风机组除湿性能系数

根据称重所得蒸发器1h内的除湿量计算机组除湿性能系数：

由于对排风冷量进行了回收对新风进行预冷，同时采用排风蒸发冷却技术降低了制冷系统的冷凝压力，提升了双冷源新风机组的制冷效率，制冷性能系数和除湿性能系数都比常规冷冻除湿有了显著提高。

从空调系统运行效果来看，高温、高湿环境干式风机盘管和双冷源新风机组联合运行，保证室内设计的温湿度要求，深圳地区供冷季节长，在部分过渡季节热负荷不高的情况下可以不开启风机盘管，只运行双冷源新风机组，控制新风机组合适的送风温度即可控制室内的温湿度。

5 结语

双冷源新风机组运用了排风热管热回收技术、高温冷源预冷技术、排风蒸发冷却技术，机组制冷性能系数和除湿性能系数较常规除湿形式有了显著的提高。冷凝热回收技术的应用可以灵活调节新风送风温度，经过一个供冷季的运行表明该配套双冷源新风机组的温湿度独立控制空调系统能够适应医院空调系统的特殊性，具有显著的节能特性。