【轉】暖通家族華山醫院北院新建工程位于上海市寶山區，作為上海市政府“5+3+1”醫療服務工程重點項目，華山醫院北院的設計定位為集

【轉】暖通家族

華山醫院北院新建工程位于上海市寶山區，作為上海市政府“5+3+1”醫療服務工程重點項目，華山醫院北院的設計定位為集醫療、教育、科研于一體的三級甲等綜合性醫院。醫院占地 176 畝，總建筑面積為 72,000m2，床位數 600 張。醫院由病房樓、門診醫技樓、科研辦公樓、傳染樓、設備樓等建筑單體組成。其中病房樓高度為 45m，地上十層，地上建筑面積為 30190m2。門診醫技樓高度為 24m，地上四層，建筑面積為 31010m2。病房樓與門診醫技樓共用地下一層，建筑面積為 8280m2，主要用途為廚房、設備用房及停車庫。部分范圍為戰時核六級人防人員隱蔽部。

1、工程設計特點

一般情況下，醫療建筑的空調設計為了確保醫療工藝要求，會導致能耗較大。經計算，本工程設計空調總冷負荷為 8570kW，總熱負荷為 6050kW，平均冷、熱負荷指標分別為 119W/m2 和 84W/m2；設計消毒用蒸汽量為 1.5T/h，空調加濕用蒸汽量為1.1T/h。考慮到上述負荷需求，并為實現節能減排，本工程在降低能耗、提高能源綜合利用率方面做了如下工作：

（1）針對冷熱源系統的節能策略

1）作技術經濟比較選用冷熱源：采用能效比較高的電制冷冷水機組 + 燃氣鍋爐，并根據空調、生活、工藝的不同使用要求，分別配置熱水鍋爐和蒸汽鍋爐，避免熱源從高位向低位再交換時的能量損失。

2）作日負荷特性分析，合理配置主機：醫技、病房、科研樓的集中式空調系統選用 2750kW 離心機組兩臺 +1400kW 螺桿機組兩臺，螺桿機組恰好能滿足夜間空調需要。傳染樓與主體建筑分離較遠，使用情況較為獨立，因此采用獨立的小型氣源熱泵機組（帶熱回收）。

3）螺桿機組設計冷凝熱回收系統，夏季，在供冷的同時，回收冷凝熱，用以預熱生活用水或提供手術室再加熱熱水，實現能源再利用，節省一次能源消耗。

4）作季節負荷特性分析：對潔凈手術部、ICU、低溫藥庫，增設熱回收型風冷熱泵作為獨立冷源，過渡季節在供冷的同時，可提供再加熱熱水，從而最大限度滿足使用要求并節省日常運行能耗。

5）采用分布式供能系統，利用小型燃氣發電機組的余熱，供部分空調制熱或供部分生活熱水用熱。系統發電量為 250kW，可提供 370kW 的余熱。整套熱電聯供的分布式供能系統，可實現能源的梯級利用，提高能源的總體利用率，減少碳排量。

（2）針對冷、熱水輸配系統的節能策略：

1）冷水系統輸送采用 6℃ 水溫差（ 7/13℃），以減小輸水管管徑，并減少經常性的輸送動力能耗。

2）空調冷、熱水循環泵、熱回收水泵設變頻控制，適應系統負荷變化，節省水泵運行能耗。

（3）針對空調末端的節能策略

1）對于潔凈手術室排風、 ICU 排風、病房排風，均設置盤管型顯熱回收機組，回收排風預熱，預熱新風。

2）大規格空調箱風機采用變頻控制，變風量運行，節省運行能耗。

2、心得與體會

（1）冷源設備的選擇

醫技樓、病房樓、科研樓設計空調總冷負荷為8300kW。三棟樓各自的峰值負荷如圖 1 所示，其中病房樓 24 小時使用，其余兩棟樓的使用時間為7:00~18:00。負荷最小值為 700kW，發生于凌晨 0 點，此時空調系統僅為病房樓供冷，總體低負荷率的波動范圍從 8%~20% 不等。經統計，供冷季（ 5 月 ~10 月）總冷負荷小于 25%（既 2075kW）的出現頻率大于50%。正因為本工程負荷呈現出晝夜差異大，低負荷率出現頻率大等特點，設計選用了兩臺 2750kW的離心機組和兩臺 1400kW 的螺桿機組，作為系統冷源。螺桿機組恰好能滿足夜間空調需要，其能實現在 10%~100% 的負載率之間的無級調節。這樣 “ 兩大兩小，兩離心兩螺桿 ” 的組合，能匹配不同負荷需求，保持冷源系統高效運行。

工程使用后，設計院對冷源機組的運行情況進行了調研回訪。以 2016 年 6 月為例，當月室外平均溫度為 24℃，醫院的負荷需求如圖 2 所示。冷源運行時開啟 1 臺螺桿機或 1 臺離心機。各機組負載率情況詳見圖 3。

隨著室外溫度的逐步升高，醫院對于空調負荷的需求增大，負荷率逐步提高。六月負荷最大值為2420kW。以單臺離心式冷水機組額定容量 2750kW為滿負荷。系統在負荷率低于 50% 的情況下，使用1400kW 的螺桿機，螺桿機負載率（工作日）能保持在 75% 以上；在負荷率高于 50% 時使用 2750kW 的離心機，離心機負載率（工作日）能保持在 65% 以上。這樣的負荷和冷機的匹配情況，能使醫院使用更靈活，提高了冷機的運行效率，降低了運行成本。

（2）分布式供能系統

本項目采用分布式供能系統的原因是：

分布式供能系統是一種綜合的供能方式，分布式能源站靠近用戶或在用戶場地內，使用一次能源獨立供電，并利用余熱供熱、制冷、供應熱水，可實現能源綜合階梯利用。分布式供能以其高效、低排放、安全可靠等優勢，成為了國家及地方大力推廣的節能減排技術。在這樣的推廣背景下，本工程依據上海市政府相關文件要求，采用燃氣內燃機為主機的分布式供能方案，輔助主要能源系統，以減少外網用電量。

分布式供能系統設計難點在發電機組機型選定、容量的確定以及回收系統設計方案的確定。不同方案和主機類型，其工作原理不同，初投資不同，回收能力不同，經濟收益也會相差很大。

對本工程全年各季節、全天 24 小時的電、熱負荷作詳細計算，并統計調研資料，經歸納得出了各類負荷的最大值和最小值如表 1 所示。

由負荷分析得知，本工程無論是用熱負荷或用電負荷其日夜峰谷差值都較大，考慮到內燃發電機組變工況運行特別是低負荷運行時性能不太理想，因此，希望配置的內燃發電機組應盡可能在額定工況下運行。

因此本工程分布式供能系統的設計原則為：“以熱（冷）定電，熱（冷）電平衡”， “并網不上網”，機組的發電量自發、自用、自平衡，分布式發電機組的總裝機容量不大于相應電力系統接入點的上級變壓站單臺主變容量的 30%。余熱供熱，匹配一部分空調熱負荷需求，這樣既實現了能源的梯級利用，又提高了發電機組的運行效率，降低了主機設備初投資。

空調最低熱負荷為 270kW，生活熱水最低熱負荷為 700kW。相對而言，生活熱水負荷穩定，因此考慮以匹配生活熱水負荷的 50%，確定熱電聯產產熱量不小于 350kW。與此同時， 350kW 的產熱量，也能保證最低空調熱負荷需求，在過渡季可以不開鍋爐，僅回收燃氣發電機余熱，為建筑供暖。

以 350kW 產熱量及一次能源利用率不小于 70%的要求，確定燃氣發電機的發電量為 250kW。系統的具體設計方案如下：

1） 250kW 內燃發電機組一臺 + 板換 + 蓄熱水箱（ 80T）（僅供生活熱水用）；

2） 250kW 內燃發電機組一臺 + 板換 + 蓄熱水箱（ 80T）（供生活和空調熱水用）；

3） 250kW 內燃發電機組一臺 + 溫水型吸收式冷水機組一臺（ 70USRT） + 蓄熱水箱（30T）（原設容積式水箱兼用）

以分布式供能系統的經濟效益，對比各設計方案，如表 2 所示。

根據電、熱（冷）負荷的特性和大小，結合發電機組的性能特性并考慮到對工程的總體的影響和投資回報期等因素，設計采用方案 2（ 250kW 內燃機一臺 + 板換 + 蓄水箱）的熱電兩聯供系統。

該方案發電機組的發電容量與醫院的用電負荷的低端相配合，余熱產量為 370kW，占整個熱源系統負荷的 6%。余熱熱水管網與鍋爐一次水系統并網，白天提供生活用水用熱；夜間當生活用水無法消耗全部余熱時。冬季：經板換（原有）制備 60/50℃熱水供空調加熱，其他季節：利用容積式水箱適當蓄熱。此種配置可使內燃機組盡可能在額定工況下運行，能保證機組全年有足夠多的運行小時數，機組的余熱輸出得到充分利用，保證機組達到年平均總熱效率＞ 70%，年平均熱電比＞ 55%。

該系統驗收時，順利通過了連續 72h 的試運行 測 試， 燃氣耗量為5040Nm3/h（ 熱值8600kcal/m3），發電量為 17460kW·h，提供生活熱水供熱量10150kW·h，提供空調熱水供熱量8270kW·h。測試期間發電效率為 35%，一次能源利用率為 71%。符合上海市《分布式供能系統工程技術規程》的不小于 70% 的要求。

作者：上海建筑設計研究院有限公司葛春申