初探空氣源熱泵系統在某醫院的優化設計

　　【摘 要】本文結合某工程實例，針對某醫院采用的空氣源熱泵系統的實際應用效果進行總結分析，根據實際的運行數據，從技術性和經濟性兩方面進行綜合研究，探討了空氣源熱泵系統在醫院建筑中的優化設計。

　　【關鍵詞】空氣源熱泵;性能評估;優化設計

　　引言

　　醫院建筑具有使用要求高、功能復雜、總體能耗大等特點。暖通空調系統能耗可占醫院總能耗的50%以上，單位建筑面積的暖通空調能耗是辦公建筑的1.6～2.0倍;其中空調冷熱源的能耗約占暖通空調總系統能耗的50%，降低空調冷熱源系統的能耗是空調節能的關鍵，也是醫院節能的重點，人們在這方面開展了相關的研究工作。

　　1 項目概況

　　1.1醫院建筑能耗概況

　　該醫院是位于福建某三級甲等醫院。主要由病房樓、醫技樓、門急診樓、康復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生活用熱水.夏季供冷、冬季供暖的空調系統都是全天24小時運行.其單位面積的空調系統能耗較高。改造前，醫院的空調、生活熱水等的供應源于能源中心的燃油鍋爐和蒸汽型溴化鋰吸收式冷水機組。夏季通過燃油鍋爐產生的蒸汽提供給溴化鋰冷水機組制冷，冬季燃油鍋爐提供蒸汽，進行熱交換后，提供空調系統的供暖用熱水;全年的生活用熱水也是用燃油鍋爐產生蒸汽作為熱源。

　　1.2醫院改造方案

　　醫院運營成本的不斷攀升，給醫院帶來很大的負擔，故而，該醫院決定針對醫院的住院病房的其中A，B，C號樓進行考察、改進。這三棟樓的建筑面積將近3萬平米，空調協同及熱水供應系統地耗能量非常大。該次調研中，分別將該三棟樓的空調及熱水供應設備進行升級，均升級為兩組空氣源熱泵機組。其中一組冬季熱運行，夏季冷運行，可給樓中人員供熱。另一組全年運行，負責給樓中用戶提供熱水。

　　2 空氣源熱泵系統的應用

　　此次改進同時滿足了醫院這三棟樓的熱水供應及夏季供冷、冬季供暖的目的，給醫院節省了大量的柴油及電力能源。以上空氣源熱泵機組中包含的兩臺設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空調用冷熱源系統

　　雙螺桿壓縮機的使用，使得空氣源熱泵機組在運行時沒有那么大噪音、振動幅度小，并且具有較高的容積效率，負載大時可控制壓縮機增大輸出能量，反之則減少。殼管式熱交換機以及內螺紋外螺旋無縫紫銅管均是效率較高的，故而該系統中水側熱交換器能夠在高熱效率的條件下運行;空氣側熱交換器則是通過V型盤管樣式的設計，來提高熱量外散效率。此外，該機組采用并聯的方式布置數臺壓縮機，系統地可靠性則是通過壓縮機的冷媒回路來實現。

　　2.2生活熱水用熱源系統

　　冬季時節，該系統能夠同時提供生活熱水及空調降溫用的冷水，生活熱水通過空調設備制熱而非電加熱的方式產生，并且能夠在-5℃～-43℃的范圍內自動切換熱水供應模式來控制供應熱水的溫度。

　　2.3節能量監測系統

　　在改進后，該醫院采用電表計量額度控制的方式來監控改進系統的運行，如果電表中計數有異常，則能夠及時報警來提高醫院設備的安全性。

　　3 空氣源熱泵系統的技術性能評估

　　3.1節能量、節能率的確定方法

　　該醫院在設備改進前后的柴油及電力能耗情況分別是由改進前后設備柴油耗油量及改進后新設備的電量計數得出。而實際情況是，該醫院并沒有實時地統計空調系統地電力消耗，在改進實施后，對鍋爐柴油用量及改進設備的電量都進行了計量。故而改進前的電力消耗可通過設備在運行時的記錄報表而分析機組及水泵等設備的額定功率、運行了多少時間、設備的負載情況計算得出，改進后除了上述方法計算水泵等沒有計量耗電情況的設備的耗電量外，還需讀取耗電計量的機組設備的耗電量。

　　3.2節能量、節能率的確定

　　(1)改造后的鍋爐節能量

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

　　改造后空氣源熱泵機組和熱泵熱水機組全年運行耗能節能改造后空氣源熱泵機組和熱泵熱回收機組安裝了電表.故可通過計量數據統計分析得到其耗能量如下：

　　2011年機組耗電量2996640/kWh，折合標煤量898.992t。

　　在設備改進前，三棟樓中A樓采用兩臺蒸汽型溴化鋰冷水機組來完成夏季制冷功能;B樓則是兩臺螺桿式水冷冷水機組來完成，C樓中只有7、8層是調研范圍，只需一臺螺桿式水冷冷水機組來完成夏季制冷的目的。三棟樓中的機組在改進前均未分項計量其耗電量，其改進前的耗電情況(如圖1所示)可以通過改進后機組的運行數據從而推斷改進前機組的負載情況，并根據機組運行時間及額定的輸入功率計算得出。其具體的耗電情況如下所示：

　　2011年機組耗電量617980/kWh，折合標煤量185.394t。

　　(2)改造前后水泵及冷卻塔等設備的耗電量

　　由于節能改造前后水泵及冷卻塔等設備沒有進行獨立的分項計量，故根據改造后設備的運行時間和額定輸入功率等來計算這些設備的耗電量。改造前后水泵及冷卻塔等設備的耗電量如圖2所示。

　　3.3節能指標

　　(1)改造后的全年總節能量

　　該醫院改造后全年總節能量為改造前后鍋爐節能量、改造前螺桿式水冷冷水機組加蒸汽型溴化鋰冷水機組、水泵以及冷卻塔等設備的耗能量之和減去改造后空氣源熱泵機組、空氣源熱泵熱水機組以及水泵等設備的耗能量。節能改造后全年總節能量詳見表1。

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