初探空氣源熱泵系統(tǒng)在某醫(yī)院的優(yōu)化設(shè)計(jì)

　　【摘 要】本文結(jié)合某工程實(shí)例，針對(duì)某醫(yī)院采用的空氣源熱泵系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)行總結(jié)分析，根據(jù)實(shí)際的運(yùn)行數(shù)據(jù)，從技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性兩方面進(jìn)行綜合研究，探討了空氣源熱泵系統(tǒng)在醫(yī)院建筑中的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

　　【關(guān)鍵詞】空氣源熱泵;性能評(píng)估;優(yōu)化設(shè)計(jì)

　　引言

　　醫(yī)院建筑具有使用要求高、功能復(fù)雜、總體能耗大等特點(diǎn)。暖通空調(diào)系統(tǒng)能耗可占醫(yī)院總能耗的50%以上，單位建筑面積的暖通空調(diào)能耗是辦公建筑的1.6～2.0倍;其中空調(diào)冷熱源的能耗約占暖通空調(diào)總系統(tǒng)能耗的50%，降低空調(diào)冷熱源系統(tǒng)的能耗是空調(diào)節(jié)能的關(guān)鍵，也是醫(yī)院節(jié)能的重點(diǎn)，人們?cè)谶@方面開(kāi)展了相關(guān)的研究工作。

　　1 項(xiàng)目概況

　　1.1醫(yī)院建筑能耗概況

　　該醫(yī)院是位于福建某三級(jí)甲等醫(yī)院。主要由病房樓、醫(yī)技樓、門急診樓、康復(fù)樓和行政辦公樓等九棟建筑組成。其中病房樓需要全年供應(yīng)生活用熱水.夏季供冷、冬季供暖的空調(diào)系統(tǒng)都是全天24小時(shí)運(yùn)行.其單位面積的空調(diào)系統(tǒng)能耗較高。改造前，醫(yī)院的空調(diào)、生活熱水等的供應(yīng)源于能源中心的燃油鍋爐和蒸汽型溴化鋰吸收式冷水機(jī)組。夏季通過(guò)燃油鍋爐產(chǎn)生的蒸汽提供給溴化鋰?yán)渌畽C(jī)組制冷，冬季燃油鍋爐提供蒸汽，進(jìn)行熱交換后，提供空調(diào)系統(tǒng)的供暖用熱水;全年的生活用熱水也是用燃油鍋爐產(chǎn)生蒸汽作為熱源。

　　1.2醫(yī)院改造方案

　　醫(yī)院運(yùn)營(yíng)成本的不斷攀升，給醫(yī)院帶來(lái)很大的負(fù)擔(dān)，故而，該醫(yī)院決定針對(duì)醫(yī)院的住院病房的其中A，B，C號(hào)樓進(jìn)行考察、改進(jìn)。這三棟樓的建筑面積將近3萬(wàn)平米，空調(diào)協(xié)同及熱水供應(yīng)系統(tǒng)地耗能量非常大。該次調(diào)研中，分別將該三棟樓的空調(diào)及熱水供應(yīng)設(shè)備進(jìn)行升級(jí)，均升級(jí)為兩組空氣源熱泵機(jī)組。其中一組冬季熱運(yùn)行，夏季冷運(yùn)行，可給樓中人員供熱。另一組全年運(yùn)行，負(fù)責(zé)給樓中用戶提供熱水。

　　2 空氣源熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用

　　此次改進(jìn)同時(shí)滿足了醫(yī)院這三棟樓的熱水供應(yīng)及夏季供冷、冬季供暖的目的，給醫(yī)院節(jié)省了大量的柴油及電力能源。以上空氣源熱泵機(jī)組中包含的兩臺(tái)設(shè)備采用如下所示的配置：

　　其一消耗10701124熱量，輸入功率是206/290kW。

　　其二消耗366/454熱量，輸入功率是102kW。

　　2.1空調(diào)用冷熱源系統(tǒng)

　　雙螺桿壓縮機(jī)的使用，使得空氣源熱泵機(jī)組在運(yùn)行時(shí)沒(méi)有那么大噪音、振動(dòng)幅度小，并且具有較高的容積效率，負(fù)載大時(shí)可控制壓縮機(jī)增大輸出能量，反之則減少。殼管式熱交換機(jī)以及內(nèi)螺紋外螺旋無(wú)縫紫銅管均是效率較高的，故而該系統(tǒng)中水側(cè)熱交換器能夠在高熱效率的條件下運(yùn)行;空氣側(cè)熱交換器則是通過(guò)V型盤管樣式的設(shè)計(jì)，來(lái)提高熱量外散效率。此外，該機(jī)組采用并聯(lián)的方式布置數(shù)臺(tái)壓縮機(jī)，系統(tǒng)地可靠性則是通過(guò)壓縮機(jī)的冷媒回路來(lái)實(shí)現(xiàn)。

　　2.2生活熱水用熱源系統(tǒng)

　　冬季時(shí)節(jié)，該系統(tǒng)能夠同時(shí)提供生活熱水及空調(diào)降溫用的冷水，生活熱水通過(guò)空調(diào)設(shè)備制熱而非電加熱的方式產(chǎn)生，并且能夠在-5℃～-43℃的范圍內(nèi)自動(dòng)切換熱水供應(yīng)模式來(lái)控制供應(yīng)熱水的溫度。

　　2.3節(jié)能量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

　　在改進(jìn)后，該醫(yī)院采用電表計(jì)量額度控制的方式來(lái)監(jiān)控改進(jìn)系統(tǒng)的運(yùn)行，如果電表中計(jì)數(shù)有異常，則能夠及時(shí)報(bào)警來(lái)提高醫(yī)院設(shè)備的安全性。

　　3 空氣源熱泵系統(tǒng)的技術(shù)性能評(píng)估

　　3.1節(jié)能量、節(jié)能率的確定方法

　　該醫(yī)院在設(shè)備改進(jìn)前后的柴油及電力能耗情況分別是由改進(jìn)前后設(shè)備柴油耗油量及改進(jìn)后新設(shè)備的電量計(jì)數(shù)得出。而實(shí)際情況是，該醫(yī)院并沒(méi)有實(shí)時(shí)地統(tǒng)計(jì)空調(diào)系統(tǒng)地電力消耗，在改進(jìn)實(shí)施后，對(duì)鍋爐柴油用量及改進(jìn)設(shè)備的電量都進(jìn)行了計(jì)量。故而改進(jìn)前的電力消耗可通過(guò)設(shè)備在運(yùn)行時(shí)的記錄報(bào)表而分析機(jī)組及水泵等設(shè)備的額定功率、運(yùn)行了多少時(shí)間、設(shè)備的負(fù)載情況計(jì)算得出，改進(jìn)后除了上述方法計(jì)算水泵等沒(méi)有計(jì)量耗電情況的設(shè)備的耗電量外，還需讀取耗電計(jì)量的機(jī)組設(shè)備的耗電量。

　　3.2節(jié)能量、節(jié)能率的確定

　　(1)改造后的鍋爐節(jié)能量

　　鍋爐的節(jié)能量主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：空氣源熱泵機(jī)組夏季替代蒸汽型溴化鋰機(jī)組供冷。空氣源熱泵機(jī)組冬季替代鍋爐供暖;空氣源熱泵熱水機(jī)組全年替代鍋爐制取生活用熱水。節(jié)能改造前后鍋爐柴油耗量均有數(shù)據(jù)記錄，2009年柴油耗量1580t、2011年柴油量710t、其中節(jié)省柴油量870t、折合標(biāo)煤量1267.677t。

　　改造后空氣源熱泵機(jī)組和熱泵熱水機(jī)組全年運(yùn)行耗能節(jié)能改造后空氣源熱泵機(jī)組和熱泵熱回收機(jī)組安裝了電表.故可通過(guò)計(jì)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析得到其耗能量如下：

　　2011年機(jī)組耗電量2996640/kWh，折合標(biāo)煤量898.992t。

　　在設(shè)備改進(jìn)前，三棟樓中A樓采用兩臺(tái)蒸汽型溴化鋰?yán)渌畽C(jī)組來(lái)完成夏季制冷功能;B樓則是兩臺(tái)螺桿式水冷冷水機(jī)組來(lái)完成，C樓中只有7、8層是調(diào)研范圍，只需一臺(tái)螺桿式水冷冷水機(jī)組來(lái)完成夏季制冷的目的。三棟樓中的機(jī)組在改進(jìn)前均未分項(xiàng)計(jì)量其耗電量，其改進(jìn)前的耗電情況(如圖1所示)可以通過(guò)改進(jìn)后機(jī)組的運(yùn)行數(shù)據(jù)從而推斷改進(jìn)前機(jī)組的負(fù)載情況，并根據(jù)機(jī)組運(yùn)行時(shí)間及額定的輸入功率計(jì)算得出。其具體的耗電情況如下所示：

　　2011年機(jī)組耗電量617980/kWh，折合標(biāo)煤量185.394t。

　　(2)改造前后水泵及冷卻塔等設(shè)備的耗電量

　　由于節(jié)能改造前后水泵及冷卻塔等設(shè)備沒(méi)有進(jìn)行獨(dú)立的分項(xiàng)計(jì)量，故根據(jù)改造后設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間和額定輸入功率等來(lái)計(jì)算這些設(shè)備的耗電量。改造前后水泵及冷卻塔等設(shè)備的耗電量如圖2所示。

　　3.3節(jié)能指標(biāo)

　　(1)改造后的全年總節(jié)能量

　　該醫(yī)院改造后全年總節(jié)能量為改造前后鍋爐節(jié)能量、改造前螺桿式水冷冷水機(jī)組加蒸汽型溴化鋰?yán)渌畽C(jī)組、水泵以及冷卻塔等設(shè)備的耗能量之和減去改造后空氣源熱泵機(jī)組、空氣源熱泵熱水機(jī)組以及水泵等設(shè)備的耗能量。節(jié)能改造后全年總節(jié)能量詳見(jiàn)表1。

　　推薦閱讀：低碳能源對(duì)中國(guó)能源安全性提高的意義