醫(yī)院潔凈手術(shù)部冷熱源具有特殊性和獨(dú)立性，但在目前常規(guī)設(shè)計(jì)中，采用普通的風(fēng)冷熱泵機(jī)組，不能同時滿足潔凈手術(shù)室供冷供熱的要求。為了滿足潔凈手術(shù)室恒溫恒濕要求，必須消耗大量的能源，造成明顯的不節(jié)能現(xiàn)象產(chǎn)生。文章介紹了一種多功能熱泵機(jī)組及其在潔凈手術(shù)室應(yīng)用的工程實(shí)例，提高了潔凈手術(shù)部的能源利用率，是一種值得推薦采用的新型節(jié)能技術(shù)。 

　　一、前言 

　　改革開放三十多年來，我國醫(yī)院建設(shè)迅速發(fā)展，各地新建、改建了大量各等級的專科、綜合性醫(yī)院，建立了較現(xiàn)代化的潔凈手術(shù)部。由于潔凈手術(shù)部的特殊性，其成為醫(yī)院典型的高能耗部門。筆者以醫(yī)院I級潔凈手術(shù)室為例進(jìn)行能耗分析，結(jié)合自己的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，介紹一種新型冷熱源設(shè)備――多功能熱泵機(jī)組在潔凈手術(shù)室的應(yīng)用情況，并結(jié)合工程實(shí)例進(jìn)行節(jié)能分析和計(jì)算，使?jié)崈羰中g(shù)部冷熱源設(shè)計(jì)更合理、更科學(xué)、更節(jié)能。 
　　 
　　二、潔凈手術(shù)部冷熱源現(xiàn)狀 

　　醫(yī)院潔凈手術(shù)部的耗能特點(diǎn)與醫(yī)院一般科室有所不同。由于潔凈手術(shù)室通常采用雙走廊平面布局，外圍的清潔走廊使得手術(shù)室不含外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，潔凈手術(shù)室基本處于內(nèi)區(qū)，設(shè)備、照明和人員常年產(chǎn)生大量熱負(fù)荷，即使在冬季也需要制冷，但又不是十分典型的內(nèi)區(qū)需要長期供冷。為保證手術(shù)室溫濕度控制，降低系統(tǒng)冷凍水水溫要求,夏季往往采用一次回風(fēng)再加熱，而冬季在手術(shù)室工作前，室內(nèi)熱負(fù)荷很小，需要進(jìn)行供熱，在正常手術(shù)時隨著熱負(fù)荷的加大，空調(diào)系統(tǒng)又需要切換到供冷工況。 

　　由于潔凈手術(shù)室一年四季處于制冷、制熱、再加熱這種特殊狀況，在以往的潔凈手術(shù)部設(shè)計(jì)方案中,冷熱源基本采用：風(fēng)冷熱泵機(jī)組；冷水機(jī)組+熱水鍋爐方案，水系統(tǒng)采用四管制或二管制，風(fēng)系統(tǒng)采用潔凈空調(diào)箱，再加熱采用電加熱或熱水盤管。由于普通風(fēng)冷熱泵機(jī)組不能同時滿足潔凈手術(shù)室供冷供熱的要求，潔凈空調(diào)箱往往采用冷卻去濕后再電加熱方案，來達(dá)到潔凈手術(shù)室恒溫恒濕要求。這種方案造成冷熱量互相抵消， 明顯存在不節(jié)能現(xiàn)象，使?jié)崈羰中g(shù)部成為高能耗部門。 
　　 
　　三、多功能熱泵機(jī)組原理 

　　多功能熱泵機(jī)組的工作原理是能量的回收和有效利用，它由壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器、可變換熱器等組成。采用兩個獨(dú)立回路的四管制水系統(tǒng)，一年四季可實(shí)現(xiàn)五種工況運(yùn)行（區(qū)別于熱泵熱回收機(jī)組）：空調(diào)單制冷；空調(diào)單制熱；空調(diào)制冷+熱回收器制熱水（無需外置設(shè)備自動平衡冷熱量）；空調(diào)制熱+熱回收器制熱水；熱回收器單獨(dú)制熱水。 

　　在潔凈手術(shù)部冷熱源四管制設(shè)計(jì)中，其回路中蒸發(fā)器生產(chǎn)冷水，作為系統(tǒng)的冷源，冷凝器生產(chǎn)熱水，作為系統(tǒng)的熱源，風(fēng)扇-翅片換熱器功能是在蒸發(fā)器功能和冷凝器功能之間進(jìn)行切換，進(jìn)行冷熱量調(diào)節(jié)，系統(tǒng)的工作原理如圖1所示。這樣多功能熱泵機(jī)組可代替鍋爐+冷水機(jī)組模式，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多功能使用，同時滿足潔凈空調(diào)箱冷凍去濕、再加熱的要求，達(dá)到潔凈手術(shù)室恒溫恒濕的要求，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。 
　　 
　　四、應(yīng)用實(shí)例 

　　 （一）I級潔凈手術(shù)室空調(diào)方案確定 

　　1.潔凈手術(shù)室基本參數(shù) 

　　上海某家三級甲等醫(yī)院的I級潔凈手術(shù)室面積為56m2,高度3m,裝備有麻醉機(jī)、呼吸機(jī)、電刀等醫(yī)療設(shè)備。潔凈手術(shù)室要求,室內(nèi)溫度T=24±1℃，相對濕度φ=55%±5%，手術(shù)室人員12人，手術(shù)室設(shè)在三層，上層為技術(shù)夾層。我們采用《易思暖通空調(diào)設(shè)計(jì)系統(tǒng)》軟件(EASY HVAC.V1.6)進(jìn)行空調(diào)負(fù)荷計(jì)算，計(jì)算結(jié)果為：總冷負(fù)荷Q=20471kcal/h，總濕負(fù)荷d=2.3kg/h，室內(nèi)冷負(fù)荷8269kcal/h，新風(fēng)負(fù)荷12202kcal/h。根據(jù)《醫(yī)院潔凈手術(shù)部建筑技術(shù)規(guī)范》（50333-2002），I級潔凈手術(shù)室最小新風(fēng)量為1000m3/h，手術(shù)室控制區(qū)2.6×2.4m2,手術(shù)室控制區(qū)送風(fēng)量12000m3/h。正壓風(fēng)量500m3/h，排風(fēng)量500m3/h。 

　　2.典型潔凈手術(shù)室空調(diào)方案 

　　潔凈手術(shù)部凈化空調(diào)系統(tǒng)采用新風(fēng)集中處理、各手術(shù)室單獨(dú)循環(huán)系統(tǒng)送風(fēng)方案（見圖2）。這種凈化空調(diào)系統(tǒng)的特點(diǎn)是, 各手術(shù)室空調(diào)自成系統(tǒng)，可避免交叉感染，而且各手術(shù)室也可以靈活使用，新風(fēng)集中控制有利于各手術(shù)室正壓要求。排風(fēng)采用獨(dú)立系統(tǒng)，并且與手術(shù)室自動門連鎖，當(dāng)手術(shù)室門關(guān)閉時排風(fēng)系統(tǒng)自動開啟。使手術(shù)室始終處于正壓受控狀態(tài),這是一個應(yīng)用于潔凈手術(shù)部較理想的凈化空調(diào)系統(tǒng)。 

　　3.空調(diào)送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)確定 

　　手術(shù)室室內(nèi)熱、濕負(fù)荷通常是恒定的，根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)熱濕比為ε/W=3595kcal/kg， 

　　凈化空調(diào)送風(fēng)量是一個定量，因此送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)也就確定了。通過計(jì)算送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)為Io=In-Q/1.2L=11.5kcal/kg，送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)確定后,我們分析一下I級潔凈手術(shù)室空調(diào)系統(tǒng)在I-D圖上的處理過程。 

　　4.典型潔凈手術(shù)室的I-D圖分析 

　　室內(nèi)循環(huán)空調(diào)系統(tǒng)采用一次循環(huán)風(fēng)系統(tǒng),根據(jù)新風(fēng)處理狀態(tài),在I-D圖上處理方法（圖3）。 

　　 新風(fēng)處理到室內(nèi)焓值，新風(fēng)不承擔(dān)室內(nèi)負(fù)荷，新風(fēng)空調(diào)箱僅承擔(dān)新風(fēng)負(fù)荷，室內(nèi)循環(huán)空調(diào)箱承擔(dān)全部室內(nèi)冷負(fù)荷，循環(huán)空調(diào)箱在濕工況下工作，此種方式在工程設(shè)計(jì)中經(jīng)常被采用。 

　　從I-D圖上分析，回風(fēng)N點(diǎn)與處理后的新風(fēng)L點(diǎn)混合，經(jīng)循環(huán)空調(diào)箱冷卻處理到L1點(diǎn)，再經(jīng)電加熱到送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)O點(diǎn)。很明顯上述處理過程大量冷熱能耗互相“抵消”，并且新風(fēng)空調(diào)箱和循環(huán)空調(diào)箱都在濕工況下工作，空調(diào)箱排水和手術(shù)室防水問題不能得到很好的解決。 

　　在凈化空調(diào)系統(tǒng)中大風(fēng)量，小溫差是一大特點(diǎn)。采用一次循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，大風(fēng)量處理到“機(jī)器露點(diǎn)”，再通過再加熱把風(fēng)量處理到送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)。這樣大部分冷熱量互相“抵消”。經(jīng)計(jì)算，互相“抵消”的能量Q=1.2×12000×(11.4-9.8)=23040kcal/h(26.8kW)，這樣造成大量的能源浪費(fèi)。 

　　5.潔凈手術(shù)部冷熱源確定 

　　為了保持手術(shù)室內(nèi)的溫濕度，潔凈手術(shù)部空調(diào)常常采用一次回風(fēng)系統(tǒng)，四管制水系統(tǒng)。而醫(yī)院考慮手術(shù)室過渡季節(jié)使用的要求，冷熱源往往采用與中央空調(diào)系統(tǒng)分開的獨(dú)立冷熱源，基本方案是：①普通熱泵機(jī)組；②冷水機(jī)組+熱水鍋爐。由于普通熱泵機(jī)組不能同時提供冷熱水，需采用電再加熱，造成冷、熱抵消不節(jié)能，而采用冷水機(jī)組+熱水鍋爐，系統(tǒng)復(fù)雜投資高，不能有效利用能源。二者均沒有解決空調(diào)系統(tǒng)再加熱的弊病，很明顯方案不盡合理。而多功能熱泵機(jī)組可以同時提供冷水和熱水，上述問題就迎刃而解了，實(shí)現(xiàn)真正意義上的四管制，達(dá)到節(jié)能的目的。 

　　（二）多功能熱泵機(jī)組在潔凈手術(shù)部的應(yīng)用 

　　1.多功能熱泵機(jī)組的優(yōu)點(diǎn) 

　　多功能熱泵機(jī)組有別于空氣源熱泵和空氣源熱泵熱回收機(jī)組，空氣源熱泵夏季制冷、冬季供熱；空氣源熱泵熱回收機(jī)組除了夏季制冷、冬季供熱外，在夏季制冷的同時能部分或全部進(jìn)行熱回收提供熱水；多功能熱泵機(jī)組在全年任何季節(jié)都能單制冷、單供熱及同時制冷、供熱。本人認(rèn)為：該機(jī)組特別適用于江南地區(qū)潔凈手術(shù)部的凈化空調(diào)系統(tǒng)，江南地區(qū)梅雨季濕度大，再熱量大，多功能熱泵機(jī)組能在制冷的同時回收冷凝熱，免費(fèi)提供熱水用于潔凈空調(diào)箱再加熱，對于四管制水系統(tǒng)，解決了在梅雨季、夏季的鍋爐運(yùn)行問題；冬季手術(shù)室內(nèi)無余熱，此時為了達(dá)到室內(nèi)溫度。循環(huán)空調(diào)箱需供熱，待手術(shù)進(jìn)行后，手術(shù)室內(nèi)有余熱產(chǎn)生，循環(huán)空調(diào)箱應(yīng)制冷才能維持規(guī)定的室內(nèi)溫度，采用了多功能熱泵機(jī)組即使在冬季，機(jī)組也能制冷，此時的冷量是在機(jī)組供熱的同時進(jìn)行冷回收，免費(fèi)提供空調(diào)冷量，該機(jī)組真正能做到一機(jī)多用。 

　　2.采用多功能熱泵機(jī)組，解決手術(shù)室冷熱量“抵消”不節(jié)能現(xiàn)象 

　　潔凈手術(shù)部冷熱源采用熱泵機(jī)組方案，一旦系統(tǒng)配置好了，就不能變動。為確保醫(yī)院手術(shù)室安全、可靠運(yùn)行，常常在空調(diào)箱內(nèi)增加電加熱，以滿足手術(shù)室在不同季節(jié)、不同工況下運(yùn)行，必然會造成一定的能源浪費(fèi)。而多功能熱泵機(jī)組采用二個獨(dú)立回路的四管制水系統(tǒng)來同時提供冷水和熱水，并通過水系統(tǒng)上閥門的切換即可將冷熱量分配到所需空調(diào)箱，同一臺機(jī)組即可實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)方式中兩套設(shè)備才能達(dá)到的功能，實(shí)現(xiàn)冷熱量的綜合利用。這樣徹底解決了手術(shù)室冷熱量互相“抵消”的問題，是一個很好的節(jié)能方案。 

　　3.潔凈手術(shù)室節(jié)能計(jì)算和分析 

　　通過對I級潔凈手術(shù)室能耗分析，一間I級潔凈手術(shù)室理論節(jié)能可達(dá)約26.8kW。我們以一家三甲醫(yī)院潔凈手術(shù)部（20間潔凈手術(shù)室）為例，潔凈手術(shù)室再加熱能量約200kW，一年可節(jié)約36萬千瓦用電量。潔凈手術(shù)部冷熱源采用多功能熱泵機(jī)組，比傳統(tǒng)的熱泵機(jī)組節(jié)能約30%。目前我院設(shè)計(jì)的潔凈手術(shù)部空調(diào)冷熱源，均采用多功能熱泵機(jī)組，取消空調(diào)箱內(nèi)電再加熱器。通過幾年的實(shí)際運(yùn)行，收到很好的節(jié)能效果。因此我們在建設(shè)潔凈手術(shù)部時，除了考慮降低空調(diào)設(shè)備總造價(jià)，還應(yīng)關(guān)注能耗、運(yùn)行費(fèi)用等問題，不能因?yàn)槎喙δ軣岜脵C(jī)組造價(jià)略高而放棄采用。 

　　綜上所述，熱泵機(jī)組設(shè)備系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)節(jié)能力較差，如沒有為節(jié)能運(yùn)行多作考慮，也會導(dǎo)致運(yùn)行費(fèi)用的提高。而多功能熱泵機(jī)組相當(dāng)于一個全自動冷熱量平衡系統(tǒng)，優(yōu)化了用戶冷熱量的分配，通過全自動的微處理控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)組對用戶的供冷、供熱量最佳匹配。因此采用新型冷熱源，對醫(yī)院節(jié)能具有積極意義。 
　　 
　　五、結(jié)束語 

　　1.在醫(yī)院空調(diào)系統(tǒng)中，冷熱源一體機(jī)特別適用于醫(yī)院特殊空調(diào)場合，如潔凈手術(shù)部、ICU、中心供應(yīng)等，它能全年同時提供冷水和熱水，實(shí)現(xiàn)醫(yī)院空調(diào)冷卻去濕再加熱功能，解決冷熱量互相抵消而造成大量不合理能耗，是一種典型的空調(diào)節(jié)能方案。只要合理匹配多功能熱泵機(jī)組冷水與熱水的供應(yīng)量，可極大地提高醫(yī)院的能源利用率，在醫(yī)院節(jié)能設(shè)計(jì)中具有重要的意義，是一種優(yōu)先選擇的新型冷熱源。 

　　2.潔凈手術(shù)部空調(diào)能耗是醫(yī)院主要能耗之一，據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，約占醫(yī)院空調(diào)總能耗的30%。所以在醫(yī)院節(jié)能設(shè)計(jì)中，必須根據(jù)醫(yī)院所在地區(qū)的能源供應(yīng)具體情況，結(jié)合醫(yī)院手術(shù)室使用特點(diǎn)，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證，合理確定空調(diào)冷熱源，并利用新技術(shù)提高醫(yī)院空調(diào)系統(tǒng)的能源利用效率。多功能熱泵機(jī)組在醫(yī)院潔凈手術(shù)部的應(yīng)用，對提高醫(yī)院的能源利用率具有十分積極的作用。 

　　3.冷熱源一體機(jī)利用了制冷過程的冷凝熱，它與熱回收機(jī)組不同，熱回收機(jī)組只能在制冷工況下進(jìn)行熱回收，多功能熱泵機(jī)組在制冷或制熱工況下均能熱回收。而且可以同時供給冷凍水和熱水，并可根據(jù)用戶的意圖實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)行工況，同樣適合醫(yī)院許多場所。 

　　4.多功能熱泵機(jī)組具有全年同時制冷制熱功能，可實(shí)現(xiàn)不同供熱與供冷工況,而且綜合能效比高，COP可達(dá)7.0～9.0，節(jié)能效果顯著。適合于室內(nèi)溫濕度要求高的場合，如醫(yī)院、銀行、高級辦公樓等場所，這些地方全年內(nèi)區(qū)需要制冷，而外區(qū)根據(jù)季節(jié)變換需制冷或制熱。