新风解决室内湿负荷的空气处理方式在净化手术室系统中的运用

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摘 要：文章结合无锡某医院净化空调系统设计，通过与传统的一次、二次回风处理方式作对比，得出新风解决室内湿负荷的空气处理方式在夏季工况时更节能。

关键词：净化空调系统；回风方式

按《医院洁净手术部建筑技术规范》（以下简称《规范》）的要求，手术室共分为4种类型：特别洁净手术室（I级手术室）、标准洁净手术室（Ⅱ级手术室）、一般洁净手术室（Ⅲ级手术室）、准洁净手术室（Ⅳ级手术室）；手术室要求全年实现恒温、恒湿，其温度指标为22℃～25℃，湿度指标为：Ⅰ、Ⅱ级手术室RH40%～60%，Ⅲ、Ⅳ级手术室RH35%～60%，在这两个指标中湿度指标的实现要比温度指标的实现更加耗能。湿度指标的实现又分为夏季工况的除湿处理和冬季工况的加湿处理两种情况，特别是夏季工况的除湿处理。因此在夏季工况采用何种方式实现净化空气湿度指标是节能设计的关键。

2012年，在设计无锡某医院净化手术室项目中，甲方非常注重节能的要求，因此选择“新风解决室内湿负荷”的方式，该处理方式相比传统的一次、二次回风处理方式，在夏季工况能达到很好的节能效果。下面就以该项目为例，将该处理方式在夏季工况的处理过程与传统的一次、二次回风处理方式作对比，详细阐述其节能效果。

该医院共有20间净化手术室，其中普通Ⅰ级手术室2间、眼科专用Ⅰ级手术室1间、Ⅲ级手术室13间（其中正负压切换手术室1间）、Ⅳ级手术室3间、Ⅲ级DSA手术室2间，以及配套的洁净走廊和洁净附房、清洁走廊和清洁辅房。该项目几乎涵盖了所有类型的手术室，非常有代表性。其中Ⅰ级手术室、正负压切换手术室全部采用一拖一系统，Ⅲ、Ⅳ级采用一拖二或一拖三系统，洁净走廊和洁净辅房由于范围较大分割成3个系统，清洁走廊和清洁辅房分割成2个系统，一共是15套循环空气处理系统。

该项目全年冷热源由甲方提供，采用二管制方式。

一、采用一次、二次回风处理方式达到的节能效果

（一）二次回风处理方式

当室内空气设定状态为温度23℃、相对湿度50%RH。其处理过程是室外新风（W点）经新风机组三级过滤及新风表冷器处理后达到与室内状态点等焓的露点温度――L点（温度：17.3℃、相对湿度90%RH）；处理后的新风与室内一次回风混合至C点，再通过循环机组表冷器进行降温除湿处理后达到L1点（温度：12℃～13℃、相对湿度90%RH），后与室内二次回风混合至C1点，一次、二次回风的比例要使得C1点正好落在室内送风状态点O点的等湿线上，再通过风机温升处理达到C2点，通过机组再热电加热器加热达到室内送风状态点O点，再经室内热、湿负荷处理后达到室内状态点N点。i-d图显示见图1。

在此情况下，新风机组和循环处理机组全部采用水盘管来实现降温除湿功能，而水系统供、回水温度为供水7℃、回水12℃，因此其能处理的空气温度最低一般不超过12℃。而除了I级手术室以外，其他级别手术室、走廊辅房系统室内送风状态点的露点温度基本已经接近12℃，根本无法实现二次回风系统所需要的低温。而在I级手术室情况下，由于新、回风比小，所以室内送风状态点的露点温度也在13℃以上，故通过水表冷器可以把部分一次回风和新风混合后的空气处理到比送风状态点的露点温度更低的温度，来达到所需的干燥度，中和剩余二次回风所含湿量，实现除湿指标。因而该二次回风处理方式在净化手术室系统中仅I级手术室可以采用。

（二）一次回风处理方式

这种方式适用于除I级手术室以外的其他系统，假设室内空气设定状态为温度23℃、相对湿度50%RH。其处理过程是室外新风（W点）经新风机组三级过滤及新风表冷器处理后达到与室内状态点等焓的露点温度――L点，（温度17.3℃、相对湿度90%RH）；处理后的新风与室内一次回风混合至C点，然后通过风机温升处理达到C1点，再通过循环机组表冷器进行温度处理后达到L1点（温度：12℃～13℃、相对湿度90%RH），后通过机组再热电加热器加热达到室内送风状态点O点，再经室内热、湿负荷处理后达到室内状态点N点。i-d图显示见图2。

（三）一次回风、二次回风处理方式的优缺点

1.优点

该处理方式目前在净化空调系统的处理方案中被广泛采用，主要有以下优点：

（1）系统冷源只要冷冻水即可满足要求。一般情况下，医院冷冻机房或热泵机组能提供的夏季冷冻水的进水温度为7℃，回水温度为12℃；用水表冷器处理空气，一般处理的极限温度为12℃，低于这个温度，水表冷器就已经很难实现了，更不要说进水温度高于7℃的情况了。而这种处理方式，其室内送风状态点的露点温度也均在12℃以上，新风处理温度更是达到17.3℃，这样通常情况下的冷冻水可以满足使用要求。

（2）系统用水表冷器来进行处理，其自动控制可以实现比例调节，控制精度比较高，控制平稳。

（3）系统新风量可以按《规范》规定的最小新风量来取值，新风处理的工况点相同，新风集中供应系统可以任意组合，系统对新风机组的要求低，造价也低。

（4）由于该处理方式每台循环处理机组的表冷器均有一定的除湿能力，因此即使在新风机出现故障的情况下，系统也能勉强运行，从这个角度讲，系统安全性较高。

正因为有上述优点，因此这种处理方式在净化手术室工程中被广泛采用。

2.缺点

（1）在夏季工况运行模式下，系统能耗较大，运行成本高。

（2）对冷冻水供水温度要求高，水温超过9℃，湿度指标很难达标。

二、采用新风解决室内湿负荷的处理方式达到的节能效果

（一）空气处理过程

假设室内空气设定状态为温度23℃、相对湿度50%RH。其处理过程是：室外新风（W点）经新风机组三级过滤及新风水表冷器处理后达到――L点（一般温度：13℃、相对湿度90%RH），然后再经过新风机组内配置的、带压缩机的直接蒸发氟表冷器处理到比室内送风状态点更低的露点温度――L1点（一般温度：10℃～11℃、相对湿度90%RH），使得新风达到足够的干燥度，然后经新风机组配置的再热电加热器加热到L2点后送风，在循环机组内和室内回风混合达到C点，再通过风机温升后达到C1点。一般情况下，此时的温度已经高于室内送风状态点的温度，需要通过循环机组的表冷器将空气降温达到送风状态点的温度，部分循环系统如果湿度过低，还需要适当的加湿后达到室内送风状态O点，再经室内热、湿负荷处理后达到室内状态点N点。i-d图显示见图3。

（二）该处理方式的优缺点

1.优点

相比一次、二次回风处理方式来说在夏季工况运行条件下，节能显著，其主要的节能原因如下：

（1）由于该模式下，仅新风参与降温除湿处理，因此除湿处理总风量大大减少，即使新风增10%～30%，也能达到减少能耗的目的。

（2）回风的“高温”被充分利用来加热除湿后的空气，这样这部分能量非但不成为除湿的负担，还变身成为可利用的能量，大大减少了再热能源消耗。

（3）在两管制情况下，一次回风、二次回风处理方式的再热能源是采用电加热方式，这种方式的能耗比甚至不到1：1，即1KW的电量输入，产生的热量不足1KW，这样其电量消耗就更大。而在新风解决室内湿负荷的处理方式下，新风深度除湿增加的能耗是通过表冷器和带氟盘管的压缩机实现的，该部分设备的能耗比最少要达到1：2.5（即1KW的电量输入，产生的冷量可达到2.5KW）。因此再热消耗的能源更大，而此种处理方式新风除湿后空气的再热只有用电加热到一定温度（保证不低温送风和防止结露），其余热量全部吸收回风的热量，这样能耗就大大降低了。

在该处理模式下，每个循环系统的新风量有所增加，与一、二次回风处理方式相比，室内空气品质有明显的改善。

系统冷源不再受甲方供水温度的限制，而可以通过自身配置的压缩机功率来调节。

2.缺点

（1）由于每个循环处理系统的新、回风比不同，而系统又采用的集中新风处理方式，一台新风机组会拖好多个循环处理系统，而一个新风处理系统新风处理的状态是固定的，因此新风处理的状态点只能按同一个新风系统内对新风干燥度要求最高的系统来考虑，当这个系统满足要求时，理论上其他系统就需要做一定的加湿处理。因此采用该方式设计，循环机组必须选择新、回风比相近的系统构成新风集中处理系统，导致新风系统数量增加，即投资成本增加。在该项目中，共采用了6套新风处理系统，而一般净化空调处理方式最多只要3～4台新风机组即可。

（2）为了使新风获得足够的干燥度，必须将新风处理到很低的温度，但即使采用了带氟盘管、压缩机的新风机组，新风的处理温度一般不能低于10℃，因此循环系统不能按《规范》规定的最小新风量来取值（因为这样新风处理温度要低于10℃才能保证室内23℃，50%RH状态的实现），新风量必须比《规范》规定的最小新风量要大一定的系数（1.2～1.3），从而来提升新风的处理温度，使其高于10℃。

（3）目前市场上配套的压缩机是开关量控制的，一旦启动全部启动，关闭是逐台关闭。为了保护压缩机，每台压缩机开关机之间必须有一个自保护时间间隔，因此就可能导致室内温湿度参数的波动，压缩机功率越大，波动越大。

（4）在该处理模式下，主循环空气处理机组所配表冷器只起到温度处理功能，不再承担湿度处理功能，一旦新风机组出现故障，室内湿度处理就处于瘫痪状态。

（5）由于新风机组增加了氟盘管和压缩机系统，新风机组相比单纯水盘管机组不但价格增加很多，而且自动控制更复杂，自控成本也更高。

三、结束语

综上所述，通过对两种处理方式的分析，可以很明显地看出“新风解决室内湿负荷”的处理方式更节能。针对两种处理方式分别进行相应的负荷计算，并将相关能耗转化为电量消耗作了一个理论计算表，通过该计算表显示，在夏季工况运行条件下，“新风解决室内湿负荷”的处理方式相比一次回风、二次回风处理方式节能31.5%。该项目采用新风解决室内湿负荷的方式处理，假设所有系统全部运行，相比一、二次回风处理方式每小时可以节省电量258度，如果按每天平均运行8小时、每个月工作25天、每年有8个月按夏季工况运行，则每年可节电41.28万度电，这个数字是相当可观的。目前该项目已经完工并投入使用，由于采取了必要措施解决上述缺点，经过一个夏季工况的运行检验，系统运行效果非常理想，完全符合预期设想。但是在应用该方式时必须考虑它存在的缺点，完善设计方案，否则效果将适得其反。或许也正是因为这个原因，目前该处理方式在净化手术室工程中还没有得到大面积的推广，希望通过经验的分享给予从业者一点启发，为国家节能减排进一点绵薄之力。 （编辑 刘鲁）

参考文献

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[2]李城宽.浅议净化空调系统的节能措施[J].行业前沿，2007（04）：48-50

[3]耿鹏.浅析净化空调系统的节能技术措施[J].科技论坛，2006（09）：265