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关于医院内区房间供冷方案的分析 
[当前位置:中国制冷网 > 工程案例 > 正文]   时间:2017-05-23   来源:中国制冷网   点击次数:353

1 项目概况

 

  该工程总建筑面积79387m2,地上10层均为门诊医技用房,每层建筑面积3976 m2,共39760m2;地下房间包括核磁、CT、直线加速器间等医疗设备间和车库,共39627 m2。地上房间除10层为净化手术区之外,其他9层均为门诊及配套房间,其中诊室全部布置在外区,内区房间以会议、候诊区、餐厅、办公、库房等为主,分布在不同楼层。为了简化分析,考虑房间功能具有代表性,将内区房间的功能分为3种,即会议室、候诊区和办公室。该楼没有标准层,以4层为例,平面图见图1

 

  经过经济技术比较,确定采用温度湿度独立控制空调系统,由干式风机盘管承担室内显热负荷,新风机组承担新风负荷+室内湿负荷;空调水系统为四管制;新风系统按照内、外区分开设置,且新风送入风机盘管送风管混合后送出。

1 4层建筑平面图

 

  2 内区供冷方案的分类

 

  内区房间供冷的可选择方案主要有冷却塔或新风供冷两种。冷却塔的形式分为开式和闭式两种,考虑到闭式冷却塔的造价远远高于开式冷却塔,所以下文中讨论的冷却塔供冷为开式冷却塔间接供冷方式。

 

  3 新风供冷

 

  利用室外自然冷源消除内区冷负荷是最为常见且节能的方式,根据DB 29-1532010《天津市公共建筑节能设计标准》中关于医疗卫生建筑的相关规定,内区房间的室内设计参数见表1。室外设计参数见GB 507362012《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》,不再赘述。

考虑节能和温度梯度的合理性,表1中内区房间的室内设计温度比外区房间高2(外区房间室内设计温度为20);另外,在冬季,人员舒适度对室内相对湿度的要求不高,且室内相对湿度本身较低,所以,新风只承担室内显热负荷,人员潜热负荷作为增加室内相对湿度的有利补充,不考虑新风除湿;最后,新风送风温度需要满足GB 507362012《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》的相关规定(送风温差510)。综合以上3点,可得出新风送风参数,见表2

由表2可以看出,候诊区由于新风量较大,送风温差可以满足要求,但是办公区和会议区的送风温差远远大于规定范围,如果室内冷负荷完全由新风承担的话,则需要采用加大新风量的方法来解决,即办公区和会议区需要加大为标准的2.6倍和3.5倍,这样做的后果是不仅增加了初投资、加大新风机组能耗,还会给吊顶管线的排布增加压力。

 

  4 冷却塔供冷

 

  冷却塔供冷的可行性受到室内风机盘管选型和室外气象参数的限制,而风机盘管的选型又由空调内区冷负荷和空调系统形式所决定。

 

  首先,内区房间冬夏两季的冷负荷不同,冬季可以不考虑人员潜热负荷和散湿量,但是夏季必须考虑;另外,冬夏两季的室内设计温度不同,夏季室内设计干球温度为26℃,同时造成人员显热由79W/人变为61W/人,且夏季室内相对湿度为60%,而冬季可以不考虑室内相对湿度的要求。通过计算可以得到各功能房间的冷负荷指标,见表3。由于内区房间没有围护结构冷负荷,新风机组夏季采用表冷除湿的方法对新风进行冷却、使新风承担部分室内显热负荷及某些房间新风量较大这3点原因,造成干式风机盘管承担室内显热负荷的比例很小,这种现象在候诊区表现得更为突出,室内负荷几乎全部由新风机组承担了。通过选型比较,可以得出内区干式风机盘管要比同功能外区房间小23个型号。

其次,需要计算当干式风机盘管承担全部内区冷负荷时的最高供回水温度。由于计算过程需要进行设备选型,通过对照具体的设备参数才能进行,所以本次计算只针对某一品牌干式风机盘管,且选型过程中没有放大型号,只是选择中挡风量下能够满足夏季制冷量的最小型号,具体过程不再赘述。另外,根据该工程的轴距8mx8m一跨、每跨布置2个风机盘管建立计算模型。参考《北京地区冷却塔供冷系统设计指南》 的计算方法计算,结果见表4

 从表4可以看出,由于采用温度湿度独立控制空调系统所带来的联锁反应,冷却塔供冷的供回水温度过低,以至于没办法实现(供水温度需要在4℃以上)。所以,内区冷负荷完全由冷却塔来承担是不可能的,解决方法有2个:首先,加大干式风机盘管的型号,增加其供冷能力,但是会增加初投资,且不节能,不推荐采用;其次,采用新风和冷却塔联合供冷(下文简称联合供冷)。下面来分析联合供冷的可行性。

 

  5 联合供冷

 

  先确定联合供冷的几个重要设计参数。

 

  1)新风送风温度

 

  冬季新风的送风温度越低,承担的冷负荷越大,冷却塔的负担越小,且新风的加热量越小,所以降低新风送风温度是有好处的。这里需要强调一点,在联合供冷工况下,新风可以和干式风机盘管的送风混合后送出,因为有冷却塔供冷的存在,所以干式风机盘管不会因为新风送风温度的高低而人为地选择开启或关闭,从而不会增加额外的能耗。这点和新风单独供冷不同,笔者认为如果为了实现新风单独供冷而开启风机盘管在现实运行中是很难实现的。另外,新风的送风温度需要满足防冻的要求,即最低送风温度为5℃,否则一旦空调热水阀门关断,需要送入新风时,会导致排管冻裂。

 

  下面来分析新风送风温度变化后混风送风温度是否可以满足送风温差为510℃的要求,混风送风温度的计算见式(1)(5)

 式(1)(5)Qx为新风承担的显热冷负荷,W;cp为空气的比定压热容,J/(kg∙℃);Mx为新风量,kg/s;tn为室内设计温度,℃;tx为新风送风温度,℃;Qf为干式风机盘管承担的冷负荷,W;Q为内区房间冷负荷,W; tf为干式风盘送风温度,℃;Mf为干式风盘送风量,kg/s;t为混风送风温度,℃。

 

  通过式(5)可以看出,混风送风温度和新风送风温度没有关系,也就是说,在负荷一定的情况下,采用混风送风方式时,送风温差是可以满足舒适度要求的;但是受到过渡季时冷却塔供水温度的影响,新风机组的加热量和冷却塔供冷设备的选型不能只满足冬季的需要,还要满足过渡季的使用要求。因此,下面分析如何确定冷却塔供冷的设计供回水温度和新风机组的加热量。

 

  2)冷却塔供回水温度

 

  由于受室外气象参数、冷却塔流量比和供回水温差等因素的影响,需要先假设两个前提:第一,为了尽量延长冷却塔的供冷时间,室外湿球温度的确定需要参考冬季和过渡季两个阶段,考虑到医院的供冷时间较长,根据甲方所提供的运行数据,可以将过渡季设定为316日~51日,以及101日~1114日这两个时间段,而冬季供暖时间按照天津市的相关规定为1115日~315日。综合以上两个阶段,并且将冷却塔供冷的保证率设定为80%,根据DEST提供的天津市室外气象参数可以得出,冷却塔供冷设计室外湿球温度为8.7℃。第二,通过计算和设备选型匹配,得到冷却塔的流量比可设置为60%,满足设计流量比不宜低于50%的要求(如果低于50%,冷却塔会有冻结的危险)

 

  综合考虑新风送风温度的变化所带来的冷却塔供水温度、供回水温差的变化,可以得出三者之间的关系,见图2(以办公区为例)

2 送风温度与冷却塔供水温度、供回水温差的关系

 

  图2中冷却塔供水温度指的是室外湿球温度8.7℃、冷却塔流量比60%时,不同供回水温差下的冷却塔供水温度;干式风机盘管供水温度是指不同新风送风温度下,干式风机盘管在承担不同冷负荷时所需要的供水温度。这2种温度曲线的交点即为冷却塔设计供水温度,然后通过这个交点做一条X轴的垂直线,与新风送风温度曲线的交点即为新风设计送风温度。通过图2可以看出,对于办公区来说,冷却塔的供水温度为11.9℃,供回水温差为3℃,此时新风送风温度为10℃。这样,可以得到以上3种功能区的相关参数,见表5

 

 

 

 

 

 


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