石兆玉医疗建筑供热空调系统的节能途径讲解学习.docx
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石兆玉医疗建筑供热空调系统的节能途径讲解学习
公共建筑节能设计标准和现代医院供热空调节能新技术应
用
一、医疗建筑供热空调系统的特点
1．根据北京《居住建筑节能设计标准》（2006年报批稿），将医院建筑划归公共建筑，应按国家《公共建筑节能设计标准》（2005年7月）进行设计。
2．根据医疗建筑的特点，大体上可以分为二类，一般病房更接近于民用住宅，全天24小时应满足均匀负荷要求；门诊、手术室、CT、核磁共振等大型诊治机室，白血病、烧伤、呼吸器官病等特殊病房以及实验动物饲养室等应按公共建筑进行设计，一般应符合工作负荷与值班负荷的不同要求。
3．对于医疗建筑，其室内环境，绝大多数应满足舒适性要求。
对室内温度、湿度、新风量、风速的要求，只需满足舒适性的范围即可，不同于工业过程设计，不需要设计成恒定参数。
4．医疗建筑，除对室内环境有舒适性要求外，还有消毒、洁净、无菌等要求，所以供热空调系统具有多种热媒的特点，往往同时有热水系统，蒸汽系统和空气系统并存的状况。
对于供暖系统常采用热水系统；对于舒适性空调系统常采用热水、空气系统；对于无菌、洁净系统则采用直流式全空气的空调系统。
5．根据以上特点，医疗建筑的设计参数可综合为下表：
医疗建筑供热、空调系统基本设计参数
建筑名称
室内温度
室内相对湿度
洁净标准
（级）
新风量
（%）
换气次数
（次/h）
风速
（m/s）
气流
噪声dB
（A）
室内风压
（Pa）
夏
冬
夏
冬
白血病房
22-26
22-26
V60
V60
100、无菌
217-330
0.15-0.3
水平层流
<45
正10-20
重烧伤病房
28-34
28-34
55
55
1000-10000
30%
300
0.2
层流
V45
正压
呼吸器管病房
23-30
23-30
40-60
40-60
100-1000
30%
300
0.2
层流
V45
正压
洁净手术室
20-24
20-24
40-60
40-60
100-1000
30%
300
0.2
层流
V45
正压
CT室
20-24
20-24
40-60
40-60
正压
核磁共振室
20-24
20-24
45-55
45-55
正压
实验动物饲养室
21-27
21-27
45-50
45-50
>30%
8-15
0.1-0.25
办公室
26-27
18-20
40-60
45-60
1-2
诊室、放射、治疗
26-27
18-20
40-60
45-60
1-2
般手术室、病房
23-26
22-26
40-60
45-60
1-6
二、《公共建筑节能设计标准》（GB50189-2005）的基本内容
1．概述
1）该标准为国家标准，自2005年7月1日起实施。
本标准适用于新建、改建和扩建的公共建筑节能设计。
原《旅游旅馆建筑热工与空气调节节能设计标准》GB50189-93同时废止。
建筑划分为民用建筑和工业建筑。
民用建筑又分为居住建筑和公共建筑。
公共建筑则包含办公建筑（包括写字楼、政府部门办公楼等）、商业建筑（商场、金融建筑等）、旅游建筑（旅馆、饭店、娱乐场所等）、科教文卫建筑（包括文化、教育、科研、医疗、卫生、体育建筑等）、通信建筑（为邮电、通讯、广播用房）以及交通运输用房（台机场、车站建筑等）。
目前，中国每年竣工建筑面积约为20亿m2,其中公共建筑约有4亿m2。
即占总建筑竣工面积的1/5左右。
2）按本标准进行的建筑节能设计,比既往的传统建筑设计节能
50%,即在保证相同的室内环境参数条件下,与未采取节能措施前的建筑设计相比较,全年运行过程中供暖、通风、空调与照明的总能耗比较。
其中公共建筑的照明节能设计应符合国家现行标准《建筑照明设
计标准》GB50034-2004的有关规定。
随着人民生活水平的提高,我国建筑用能占全国能源消费总量的1/4~1/3。
而公共建筑（特别是大型商场、高档旅游饭店、高档办公楼等）的全年能耗,约50~60%用于供暖和空调制冷系统,20~30%用于照明。
因此,在公共建筑的节能中供热、空调制冷的节能占有重要地位。
3）影响公共建筑的供热、空调制冷能耗,主要是二个方面的因素：
一个是建筑物外围护结构的传热,大约占到20%~50%,其中夏热冬暖地区（含福州、厦门、广州、深圳、南宁、北海、梧州等）约占20%；夏热冬冷地区（南京、合肥、九江、武汉、上海、杭州、长沙、南昌、桂林、重庆、成都、贵阳、绵阳等）约占35%；寒冷地区（兰
州、太原、唐山、北京、天津、大连、石家庄、西安、拉萨、济南、青岛、郑州、洛阳、徐州等）约占40%;严寒地区（A区：
海拉尔、满州里、齐齐哈尔、哈尔滨、牡丹江、佳木斯等；B区：
长春、乌鲁
木齐、通辽、四平、呼和浩特、沈阳、哈密、鞍山、张家口、酒泉、吐鲁番、西宁、银川、丹东）约占50%。
另一个重要因素是建筑物供热、空调制冷和照明系统能耗。
应该注意到：
越是北方，越是寒冷地区，建筑物围护结构散热能耗占的比重越大；越是南方，建筑物围护结构散热能耗占的比重越小，反而供热、空调制冷系统能耗占的比重越大。
因此，建筑节能，在改善建筑物围护结构保温性能和遮阳性能的同时，还必须提高建筑物供热、空调制冷和照明系统的能效，两者缺一不可，不可偏废。
本设计标准就是在改善围护结构保温性能和遮阳性能的同时，努力提高供热、空调
制冷系统的能效，由两个方面，共同实现节能50%的目标。
4）本节能设计标准，节能50%的节能目标，是以1980年的公共建筑做为“基准建筑”。
在相同的室内环境参数下（主要指室内温度、湿度），以“基准建筑”全年暖通空调和照明能耗作为100%，然后以节能50%为目标，相应调整围护结构、供热空调与照明的相关参数，从而制定本设计标准的有关规定。
1980年“基准建筑”的有关参数见下表：
1980年“基准建筑”传热系数（w/m2.k）
外墙
屋顶
外窗
其他
哈尔滨
1.28
0.77
3.26
遮阳系数，均取0.80,供暖、燃煤锅炉效率0.55,空调冷源为水冷机组：
离心机能效比4.2，螺杆机能效比3.8，照明参数25w/m2。
北京
1.70
1.26
6.40
上海
2.00
1.50
6.40
广州
2.35
1.55
6.40
在编制标准的过程中，为达到节能50%的目标，各部分所承担的节能比例如下：
从北方至南方，围护结构分担的节能率约为25~13%；
供热空调系统分担的节能率约20~16%；照明设备分担的节能率约
7~18%。
2．室内环境节能设计计算参数主要是室内设计温湿度和新风量的确定。
室内设计温、湿度的设计，与能耗多少有密切关系。
在加热工况下，室内设计温度每降低1C,能耗可减少5~10%;在冷却工况下，室内设计温度每提高1C,能耗可减少8~10%。
因此，为了节能，不宜盲目提高室内设计温度的标准。
空调系统新风量的设计，主要有二个目的：
一是稀释室内有害物质的浓度，使CO2的日平均值保持在0.1以内，满足人员的卫生要求；二是补充室内排风和保持室内正压。
其具体数值，见每一部分有关表格给出的数据。
3．建筑围护结构热工设计这部分属于建筑与建筑热工设计。
主要内容是根据各城市的建筑气候分区，规定了建筑外围护结构（屋面、外墙、外窗等）的传热系数和遮阳系数的限值。
外围护结构的传热系数限值是以1980年的有关数值为基数，考虑了不同建筑气候分区所承担的围护结构的节能百分比，而计算出来的。
对于南方地区，夏季需要空调的城市，由太阳辐射造成的冷负荷往往超过由外围护结构传热引起的冷负荷。
因此，为了减少夏季太阳辐射的影响，必须设置遮阳措施。
为此，除严寒地区外，其他地区都规定了遮阳系数的限值。
1）几条强制性条文，必须严格执行
1本节能设计标准，第4.1.2条强制性规定：
“严寒、寒冷地区建筑的体形系数应小于或等于0.40”。
建筑体形系数，是指建筑外围护结构的外露面积与所包围的建筑体积之比（m2/m3）。
建筑体形系数，表示单位建筑面积所包函的外围护结构面积大小，该值越大，建筑的散热损失越大，建筑能耗愈大，为节能给出了强制性的限值。
2设计标准第4.2.2条，给出了在规定的建筑体形系数下，围护结构传热系数和遮阳系数的强制性的限值。
根据地区的冷暖，外墙传热系数为0.45~1.5w/m2k（基准建筑为1.28~2.35w/m2k）,在节能建筑的设计中必须遵守（因限值太多，不一一列出）。
3设计标准第4.2.4条强制性规定：
“建筑每个朝向的窗（包括透
明幕墙）墙面积比均不应大于0.7。
当窗（包括透明幕墙）墙面积比
小于0.4时，玻璃（或其他透明材料）的可见透射比不应小于0.4”。
玻璃的传热系数比较大，建筑窗墙比越大，冷、热负荷愈大。
为了节能，窗墙比必须给以强制性的限定。
窗墙比限定在0.7以下，在考虑建筑立面的美观、透亮的同时，能有效遏制窗墙比盲目增大的发展趋势。
4设计标准第4.2.6条强制性规定：
“屋顶透明部分的面积不应大于屋顶总面积的20%”。
这条强制性规定也是为了遏制太阳辐射引起的冷、热负荷的过多增加。
实测证明：
屋顶透明部分的面积过大，常常造成冬季室温过冷、夏季室温过热现象。
2）围护结构热工性能的权衡判断
设计标准第4.3节规定，上述几条强制性条文，若在节能建筑设计中不能满足时，必须进行围护结构的权衡判断。
权衡判断的基本方法是将设计建筑中的超标部分改为规定内的数值，计算全年能耗值，作为参照建筑。
然后将设计建筑中的有关围护结构的热工性能提高，计算全年能耗，若其值小于、等于参照建筑的全年能耗，则修改后的设计建筑为达标的节能建筑。
4．采暖、通风和空气调节节能设计这部分内容较多，只进行最主要方面的介绍。
1）冷热负荷计算。
在5.1.1条中，明确规定：
在“施工图设计阶段，必须进行热负荷和逐项逐时的冷负荷计算”。
目前，设计人员常常将热、冷负荷的估算指标，做为单体建筑施工图设计阶段的冷热负荷的依据，结果导致装机容量大，管道直径大，水泵配置大、末端设备大的“四大”现象。
为了遏制上述设计错误，将该条文规定为强制性条文是合理的。
2）明确规定集中采暖系统应采用热水作为热媒，即强调集中采暖系统应采用热水系统。
这是因为热水系统与蒸汽系统比较，不但供暖效果好而且易于调节，有利节能。
3）对于公共建筑内的高大空间（如大堂、候车（机）厅、展厅等），宜采用辐射供暖方式。
这种方式比散热器供暖方式不但供暖效果好，而且节能15%左右。
4）第5.3.1条规定：
“使用时间、温度、湿度等要求条件不同的空气调节区，不应划分在同一个空气调节风系统中”。
对于医院，各种不同用途的建筑，其室内环境要求各不相同，不但有温、湿度的不同要求，而且还有洁净、无菌等要求。
因此，对于医院，特别是手术室、不同类型的诊治机室和各种特殊病房，往往需要设计成各自独立的全空气空调系统。
5）第5.3.2条规定：
“房间面积或空间较大、人员较多或有必要集中进行温、湿度控制的空气调节区，其空气调节风系统宜采用全空气-空气调节系统，不宜采用风机盘管系统。
这里所说的风机盘管是空调系统的一种室内末端装置，所谓带有风机盘管的空气系统，是一种水系统与风系统相组合的空调系统，一般称水-风空调系统。
这一条规定，实际上说清楚了，在高大空间宜采用集中全空气空调系统，房间空间不大时宜采用集中的水-空空调系统亦即风机盘管空调系统”。
6）第5.3.14条规定：
当送风量大于或等于3000m3/h的直流式空调系统或设计新风量大于或等于4000m3/h的空调系统，且新风和排风温差大于、等于8C,宜设置排风热回收装置，且额定热回收效率不应低于60%。
对于医院的特殊病房、手术室和诊治机室，由于洁净、无菌等要求，不但送风量大而且必须全部排掉，称为直流式全空气空调系统。
由于排风具有相当的冷、热能量（冬天为热量，夏天为冷量），简单的全部排掉是一种能量的极大浪费。
因此设置排风热回收装置，冬天用排风加热新风，夏天用排风冷却新风，具有很明显的节能效果。
7）为了提高水系统和风系统中的水泵、风机的输送能效，在本节能设计标准中，都给出了具体的限值。
其中集中热水采暖系统，规定了循环水泵的耗电输热比（EHR）,在空调的冷、热水系统里，将控制输送能效比（ER），在空调风系统里，将限制风机的单位风量耗功率（Ws）。
8）为了控制水系统的热损失不超过5%，为了减少风管的冷量损失；水管、风管必须保温，并对其保温材料的热阻给出了限值。
为防止夏季冷水管结露，还必须进行保温的校核计算。
9）节能设计标准，对公共建筑的冷热源方式也作了明确规定，强调推广电厂的热电冷联供，多种能源（热、电、燃气）的复合利用以及水（地）源热泵技术。
、
燃煤的火力发电厂，发电效率只有30%，其中近50%的热量通过冷却塔冷却成为低品位的热量散至大气中。
热电厂的功能，就是除了发电外，能将大量的冷却废热用于供热、制冷，系统能效可提高到70%以上。
优先发展热电厂是节能的重要途径。
天然气是一种洁净、环保能源。
其能效利用最高的方式是采用联合循环的热、电、冷联供。
天然气先在燃气轮机或内燃机内燃烧发电，其烟气在余热锅炉中产生过热蒸汽在汽轮机中进行第二次发电，然后将余热用来供热、制冷。
这种多种能源的复合利用，具有广阔发展前景。
夏天制冷、冬天制热的制冷机称为热泵，用电制冷制热的热泵称为电热泵，用热（热水、蒸汽、燃气）制冷制热的热泵称为热源热泵。
用水温或地温作为热泵的自然热源称为水（地）源热泵。
用水（地）源热泵可以显著提高其性能系数，有重要的节能意义。
10）标准第5.4.2条，作为强制性条文规定：
“除了符合下列情况之一外，不得采用电热锅炉、电热水器作为直接采暖和空气调节系统的热源”。
因为煤电能效只有30%，再加电网损失，用电作为供热、空调的热源，其系统能效只有27%，是一种高投入、高能耗的供热、空调方式，作为强制性条文加以限制是必要的。
11）为了达到50%的节能目标，标准对热源、冷源的效率进行了强制性规定（见第5.4.3、5.4.5、5.4.8和5.4.9条）：
对于燃煤的蒸汽、热水锅炉，其额定热效率为78%；燃油的蒸汽、热水锅炉额定热效率为89%。
对电制冷（热）机组的性能系数（COP,额定制冷工况）、能效比（EER,运行工况）和蒸汽、热水、直燃型溴化锂吸收式冷（温）水机组和性能参数都给出了限定性的指标。
三、供热空调的节能潜力和节能技术措施对于公共建筑,一项重要的节能潜力和节能措施是改善围护结构保温性能和遮阳性能,以减少冷、热负荷。
另一项节能的重要措施是提高供热、空调系统的能效，这部分内容主要包括：
①提高冷热源的效率；②减少水网、风网的冷热损失；③改善水网、风网的电耗输送效率；④消除用户冷、热不均造成的冷、热损失；⑤克服供（冷、热）大于求（冷、热需求）的无效损失和更新空调中的降温除湿工艺过程的能耗挖潜技术以及多种能源的复合循环利用。
对于蒸汽系统,必须重视冷凝水回收问题。
对于减少水网、风网的沿途冷、热损失而进行的管道保温措施,目前已有成熟的技术,这里不再详述。
下面就其他6个方面的内容做一些介绍。
1．变室温调节对于公共建筑,包括医院,如办公楼、门诊楼、诊治机室等,一般都是白天使用。
过去,不管上班、下班,一律按上班的室内标准供冷、供热,这是一种极大的能源浪费。
据统计,公共建筑耗能大,这种供（冷、热）大于求（冷、热需求）的运行方式是重要原因。
改变供大于求的运行方式的技术措施就是实现变室温调节：
如医院,对办公楼、门诊楼、诊治机室,上班时间按上班的室内标准（冬季18C，夏天25C）供冷、供热；下班时间，冬季按值班采暖运行
（室温8C）,夏季空调停运。
对于民用住宅，一般病房，实行白天、夜间（睡眠时间）不同室温的方式运行。
实践证明，夜间在人们睡眠期间，室温比白天降低1-2C，人会具有更好的舒适感。
目前,无论冬季供暖,夏季空调,都已研制成功了变室温调节器。
这种调节器,用户可以根据自己的需求,自由设定上班、下班,白天、夜间,周末、节假日的室温标准。
设定一旦确认,调节器即可按设定要求，自动进行调节、控制。
这种调节、控制，对于热水供暖系统，是靠改变循环水量来实现，对于空调系统，则是通过改变风量来完成的。
对于热水供暖系统，如果白天按上班的室温标准（18C）运行16小时，夜间按值班采暖要求（室温8C）运行8小时，则可节约热能20%，是相当可观的。
从过去的全天恒室温运行，到变室温调节，无论从理念到技术，都是比较简单，容易实现的。
只要人们提高了节能的自主意识，那么供热、空调系统的节能，根据先易后难，首先应该从大力推广变室温调节开始。
2．多热源的联网运行
《公共建筑节能设计标准》第5.1.2条明确规定：
“严寒地区的公共建筑，不宜采用空气调节系统进行冬季采暖，冬季宜设热水集中采暖系统。
对于寒冷地区，应根据建筑等级、采暖期天数、能源消耗量和运行费用等因素，经技术经济综合分析比较后确定是否另设置集中采暖系统”。
根据这条规定，我国属于严寒地区的东北、内蒙和山西北部以及西北地区的北部，冬季都应该设置独立的热水集中供暖系统。
由于我国是以燃煤为主的国家，因此热水集中供暖系统，其热源绝大多数是以燃煤锅炉为主。
为了提高燃煤锅炉的热效率（从55%到80%以上），主要的技术措施是：
①增大锅炉容量，目前我国的热水锅炉容量最大的已达90MW（130t/h）;②充分利用热电厂供热（电站锅炉效率可达90%）,我国现已规定，30万kw以下容量的发电厂，必须是同时供电、供热的热电厂；③实现多热源联网运行。
为了提高供热系统的能效，我们更关心的是锅炉的工作效率（即运行效率）。
有的锅炉虽然额定（设计）效率很高,但锅炉的设计,运行匹配不合理,相当数量的锅炉不能满负荷运行,结果造成锅炉运行效率的低下。
实现多热源联网运行的目的,是通过多种热源的协调、匹配充分发挥热电厂供热和大容量锅炉的节能优势,尽量让效率高的锅炉满负荷运行,进而提高热源的平均运行效率,达到节能的目的。
3．实行热计量收费
本标准规定：
无论空调系统，供热系统都应设置调节装置，特别是在散热器处，必须强制装设恒温阀。
同时在热入口安装热量计量装置，实行按热收费。
实行按计量收费，从节能的意义上考虑，主要是能消除系统的冷热不均，节能潜力为20~30%。
冷热不均，主要是流量分配不均造成的：
室温「C）
相对流量（实际流量/设计流量）
4.4
0.16
11.3
0.31
7.5
0.71
19.9
1.42
20.2
2.40
这组数据说明，对于供暖系统，流量不足室温过低；流量过多，室温过高。
同样，对于空调系统，水系统流量不足室温过高，流量过多，室温过冷。
推行计量收费，一个重要内容是加装各种流量调节阀，提高供热系统和空调系统的调节性能，实现流量的均匀分配，从而消除系统的冷热不均。
由于冷热不均，系统浪费热量、冷量约在20~30%，因此,实行计量收费，把因冷热不均损失掉的热量、冷量找补回来，对于节能有重要意义。
对于这一点，不少业内人员，尚未认识。
现在，反复加以说明，具有很强的针对性。
4.分布式变频循环水泵的应用
5.温、湿度独立控制的空调系统
任何一个公共建筑，包括医院，不管其功能如何，室内环境都有温度、湿度的要求，除了满足人的舒适性，还要稀释CO2浓度，排除室内有毒的发挥性气体。
过去传统的空气调节系统，是把空气，先整体进行降温除湿，然后再送入要空调的房间。
整体降温除湿的方法，是把空气整体降温至露点温度，使空气中多余的水蒸汽冷凝成水，然后将其湿度合格的空气加热到送风温度，再送入空调房间。
这种传统
的冷凝除湿降温工艺，缺点是使空气整体过冷加热，造成冷热量的极大浪费。
现在国内外，正在积极的推广温、湿度独立控制的空调系统，顾名思义，即是将空调房间的空气降温系统与空气除湿系统完全分成两个独立系统。
室内的空气降温由18~21C的冷水系统（高温水源）通过干式风机盘管或辐射板实现（室温25C）。
18~21C的冷水，可以
由废水、地下水源或制冷机提供。
采用18~21C冷水降温，可以避免空气的过冷、再热，节能是明显的；即使采用制冷机提供18~21C的
冷水，由于蒸发温度的提高，制冷机的性能系数也会显著提高。
空气的除湿功能是由新风系统独立完成的。
新风通过溶液除湿全热回收装置，使空气湿度达标。
在此同时，送入房间的新风，通过置换的方式，稀释CO2和排除室内有毒的挥发性气体。
溶液除湿全热回收装置中的溶液吸收新风中的多余水蒸汽，达到新风除显目的。
而吸
收水蒸汽的溶液又经室内排风加热，将从新风吸收过来的水蒸汽又释放到大气中，起到除湿器的再生作用。
靠新风系统直接除湿，避免了冷凝除湿因过冷的热量损失，而且又回收了排风系统的废热，实现了热量的循环利用。
经理论计算和工程实践，这种温、湿度独立控制的空调系统比传统系统节能56~67%，具有很大的推广意义。
新风
湿度控制系统二^
室外排风
溶液除湿全热回收器
温度控制系统
夏：
高温水源冬：
供热热源
水辐射板
~干式风机盘管f室内温度控制
除湿新风室内环境
控制室内湿度、CO2排风
图一温、湿度独立控制的空调系统
对于医院，无论是一般病房还是手术室、特殊病房都可以采用这种温、湿度独立控制的空调系统。
6.分布式能源系统
分布式能源系统是相对于传统的集中式供能系统而言的，通常是指小规模的、分散方式的供能系统。
一般发电容量为几kw至50MW的小型模块机组，布置在用户附近，对用户（如公共建筑）进行独立的电、热、冷供应。
分布式能源系统也称为建筑电热冷联供系统。
这种能源系统，建筑所需用电，一般由燃气---蒸汽联合循环发电机组（容量小的采用内燃机和汽轮机联合发电）自备提供，跟电网实行联网不送电，电力不足，由电网补充。
发电装置产生的废热由余热锅炉、吸收式制冷机、热泵、除湿全热回收器等转换成蒸汽、热水、冷水、冰,为建筑提供热量、冷量、借以控制室内的温度、湿度。
这种分布式能源系统可以做到多种能源的复合利用，能源不同品位的转换，利用蓄能，实现电负荷的峰、谷互补其节能的综合效率可高达80%,如果与温、湿度独立控制的空调系统相结合，节能效果更加明显。
这种分布式能源系统，在我国刚刚起步，最早是在上海浦东国际机场工程中应用，已有数年的运行经验。
北京燃气集团大楼的以燃气内燃机发电的分布式能源系统已进入初步运行阶段。
北京某国际商业广场能源中心的工程也正在筹建中。
图二分布多能源管理系统
7.闭式冷凝水回收系统
1）冷凝水回收的必要性
1蒸汽系统中，冷凝水回收后可节约热能10%左右。
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