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【HVAC】论文丨某医院手术部洁净空调新风系统改造技术应用及分析
2022-09-28       来源:暖通空调

摘要

通过现场调研和测试诊断,分析了某医院手术部洁净空调新风系统存在的主要问题。采取相应的改造技术,包括新风机组检查清洗、冷水机组更换改造、新风机组深度除湿再热改造及设置配套新风控制系统等,有效解决了现有的问题,使各手术室的温湿度均满足了设计和标准要求,改造效果显著。

关键词

医院手术部  新风系统  诊断分析  改造技术  深度除湿  改造效果

作者

广东省建筑科学研究院集团股份有限公司  路建岭  麦粤帮  唐毅  曾东杰
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引言

医院建筑作为一种特殊的公共建筑,其空调系统不同于舒适性空调系统。医院空调的主要功能是为了满足病房、手术室的使用要求,并为病人和医疗人员提供良好的室内环境 。

本文以某医院手术部洁净空调新风系统改造工程为例,对项目概况、诊断分析、改造技术应用和改造效果等进行介绍和分析。


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项目概况
该医院于2011年4月正式投入使用,手术部设置在住院楼11层(顶层),建筑面积约2 000 m2,共设置10间手术室和多间配套辅助房间,包括1间Ⅰ级洁净手术室、1间Ⅱ级洁净手术室和8间Ⅲ级洁净手术室。
该医院手术部设置单独的洁净空调系统,由1台风冷冷水机组、2台冷水泵(一用一备)、3台新风机组和8台空调机组组成(新风机组采用电加热升温冷却除湿后的新风,1台新风机组对应多台空调机组)。新风机组将室外新风集中冷却除湿后送至空调机组,空调机组将混合风处理后送至室内。


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系统分析

2.1 现场调研结果

通过现场调研可知,手术部洁净空调系统运行效果不佳,存在如下问题:

1) 在空调季节,手术室相对湿度经常在60%以上,在”回南天”或雨季,室内相对湿度更是达到75%以上。不满足设计和标准要求 。

2) 风冷冷水机组制冷能力较差,供水温度在10 ℃以上,明显高于7 ℃的设计要求。经厂家调试,供水温度仍无法满足要求。

3) 现有新风机组仅采用冷水盘管除湿,除湿能力有限,设计欠妥,没有考虑南方地区”回南天”及雨季等特殊天气时段的除湿需求。

4) 冷水污浊,含杂质多,水管过滤器存在堵塞现象。

2.2 改造前测试诊断分析

手术室内相对湿度偏高,主要受到新风机组除湿效果差的影响。对新风机组进行现场测试,以进一步了解其实际除湿能力。

2.2.1 测试仪表

测试仪表如表1所示。

2.2.2 测试结果分析

1) 新风机组风量测试。

新风机组风量测试结果如表2所示,可知1#和2#新风机组的风量满足要求,3#新风机组的风量偏小,不满足要求。应检查新风机组过滤器是否集尘堵塞、风机皮带是否松弛打滑及进出风管的风阀是否全开,确保3#新风机组的风量满足要求。

注:GB 50243—2016《通风与空调工程施工质量验收规范》规定,新风量的允许偏差应为0~10%。

2) 新风机组内部温湿度测试。

室外温湿度如图1所示。室外新风经冷水盘管冷却除湿后的温湿度如图2~4所示。由图1可知,测试期间,室外温度维持在26.5~28.0 ℃之间,相对湿度维持在94%~100%之间,属于典型的南方地区雨季天气。

室外温湿度曲线

2 1#新风机组内温湿度 

3 2#新风机组内温湿度

4 3#新风机组内温湿度 

由图2~4可知:1#新风机组内的空气温度维持在23.5~24.5 ℃之间,相对湿度维持在90%~100%之间;2#新风机组内的空气温度维持在25.0~26.5 ℃之间,相对湿度维持在85%~98%之间;3#新风机组内的空气温度维持在21.0~23.5 ℃之间,相对湿度维持在85%~92%之间。可见,室外新风经冷水盘管处理前后的含湿量变化不大,新风机组除湿能力较差,除湿效果无法达到设计和使用要求,急需对新风机组进行深度除湿改造。

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新风系统改造技术应用

根据空调系统诊断分析结果,对新风系统采取了如下改造技术。

3.1 常规检查清洗

对新风机组风机皮带进行了更换,对新风机组的过滤器、风管阀门及冷水管过滤器进行了全面的检查和清洗。

3.2 冷水机组更换改造

对风冷冷水机组进行了更换改造,在原位置安装2台空气源热泵机组,确保冷水供水温度不高于7 ℃,并对空调系统的冷水进行换水处理,确保冷水清洁无杂质。

3.3 深度除湿再热改造

根据现场测试结果得知,新风机组除湿能力较差,达不到设计要求,同时考虑南方地区”回南天”及雨季的特殊天气影响及现场条件,最终决定为新风机组增设独立的深度除湿再热机组,采用深度冷却除湿技术和冷凝再热技术,并委托专业设备厂家定制、现场组装。

每台新风机组配置1台独立的深度除湿再热机组,由室外机、蒸发器、冷凝器、制冷剂管道及辅助部件组成。其中,室外机安装在新风机组外部附近通风良好的位置;蒸发器安装在新风机组内部紧挨冷水盘管下风侧位置,对新风进行深度除湿;冷凝器安装在新风机组内部靠近中效过滤器上风侧位置,对新风进行冷凝再热,热量不够时电加热辅助。

改造后洁净空调系统深度除湿的空气处理过程如图5所示。

空气处理过程示意图  

由图5可知,新风机组承担系统全部湿负荷和部分冷负荷,空调机组仅承担系统部分冷负荷。新风机组首先将室外新风深度冷却除湿到L1点,然后再热至L1点,使处理后的新风相对湿度不高于75% ,随后新风与室内回风混合至C点,再经空调机组冷却(等湿冷却,干工况运行)至O点,最终送至室内。随着室外温湿度和室内热湿负荷的变化,空气处理过程中,若C点与O点重合,则空调机组无需处理混合风,直接送至室内;若C点位置低于O点,则空调机组加热处理混合风,然后送至室内。

3.4 配套新风控制系统

为有效控制新风机组除湿效果,并实现节能运行,为每台新风机组开发了一套独立的控制系统,由控制配电箱、可编程逻辑控制器(PLC)、电气元件、温度传感器、电动调节阀及线缆等组成。其中,控制配电箱固定安装在新风机组附近;PLC及相关电气元件置于控制配电箱内;温度传感器分别安装在新风机组内除湿再热机组蒸发器的下风侧(监测机器露点温度)、新风机组进风管上(监测进风温度)和新风机组送风管上(监测送风温度);电动调节阀安装在新风机组冷水出水管上(调节冷水流量)。安装完成后对新风控制系统进行调试,确保相关设备动作准确可靠和传感器监测数据准确有效,最终实现新风控制系统对新风机组准确、及时、高效的监测和调控。

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改造效果及分析

对新风机组性能和手术室温湿度进行测试,检验新风系统改造效果。

4.1 新风机组性能测试
4.1.1 新风机组风量测试

新风机组风量测试结果如表2所示。虽然在新风机组内部安装了深度除湿再热机组的蒸发器和冷凝器,增加了新风机组自身的阻力,但通过更换新风机组风机皮带和清洗过滤器,3台新风机组的风量均有所增加,其中,3#新风机组的风量增加明显,3台新风机组的风量均已满足要求。

4.1.2 新风机组空气温度测试

新风机组进风温度、机器露点温度和送风温度测试结果如图6~8所示。

6 1#新风机组空气温度曲线 

7 2#新风机组空气温度曲线

8 3#新风机组空气温度曲线

由图6~8可知:受温度传感器测点位置不同的影响,3台新风机组的进风温度(即室外新风温度)稍微有差别,但基本一致,整个测试过程新风机组进风温度先升后降,维持在28.0~34.0 ℃之间,属于典型的夏季温度工况;1#新风机组的机器露点温度维持在11.8~13.4 ℃之间,送风温度维持在21.2~23.8 ℃之间;2#新风机组的机器露点温度维持在10.7~11.6 ℃之间,送风温度维持在20.9~22.6 ℃之间;3#新风机组的机器露点温度维持在10.1~11.0 ℃之间,送风温度维持在21.9~23.4 ℃之间。测试过程中3台新风机组的机器露点温度和送风温度均比较稳定且满足设计要求,从而保证了新风机组的除湿效果和送风相对湿度不高于75%的要求,较好地保护了新风机组末端过滤器,同时创造了较为干燥的运行环境,满足卫生要求。
4.2 手术室温湿度测试

对手术室内的温湿度进行测试,并与改造前的测试结果进行对比,如图9、10所示。

手术室改造前后温度曲线 


10 手术室改造前后相对湿度曲线

由图9、10可知:改造前,除了1#手术室的温度稍微偏高外,其余手术室的温度在23.2~24.8 ℃之间,满足设计和标准要求,但各手术室的相对湿度明显偏高,在79%~84%之间,不满足设计和标准要求;改造后,各手术室的温度在22.0~24.5 ℃之间,相对湿度在48%~57%之间,两者均满足设计和标准要求。可见,改造后各手术室的温湿度明显改善,均满足设计和标准要求,改造效果明显。


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结语

通过对某医院手术部洁净空调系统现场调研和测试诊断分析,深入了解到其存在原设计不合理、日常运行管理不到位、系统不平衡及温湿度较难控制(特别是在南方地区的”回南天”)等问题,从而影响了手术室的室内环境和空气品质,不仅造成能源浪费,而且无法创造良好的医疗环境。

基于上述调研和测试结果,采取了相应的改造技术和措施,有效解决了洁净空调系统的问题,使各手术室的温湿度满足了设计和标准要求,改造效果显著,对医院洁净空调系统的设计和改造具有参考价值。

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