某医院中央空调冷冻机房节能改造分析.pdf

节能技改广西节能2023年第2期 总第154期 在能源和环保两大主题下，很多医院完成了中央空调冷冻机房的全面节能改造工程。近年来，随着人们生活水平的提高和夏天极端天气的出现，大型三甲医院诊疗环境对于中央空调系统性能也愈加依赖，关乎着后勤服务保障质量和医院的形象。此外，空调能耗占建筑能耗的 40%-60%，在节能和环保主题愈加被重视的当下，节能减排，扼住三甲医院能耗上升的增速，减少能源浪费也逐步成为现代化医院精细化管理的主要方向之一。从各大商业建筑及医院建筑节能改造项目中发现，中央空调系统的节能占据十分突出的位置。本文针对苏州某三甲医院主院区中央空调机房节能改造项目，对改造前后的效果进行了全面客观的分析。一、概况苏州某三甲医院主院区坐落于苏州市姑苏区，中央空调集中供冷面积约 10 万平方米，夏季冷负荷共计约12113kW，包括门急诊楼冷负荷约 3833kW、外科楼冷负荷约 1150kW 及病房楼冷负荷约 7130kW。其中，冷冻机房位于病房楼地下负二层，2007 年投入运行，图 1 为其制冷系统原理图，可以看出机房内共安装 3台蒸汽型溴化锂制冷主机，每台制冷量为 3490kW，安装 1台螺杆机制冷主机，制冷量为 1800kW。安装 3 台 75kW 冷冻水循环泵，1 台 45kW 冷冻水循环泵；安装 3 台 110kW 冷却水循环泵，1 台 55kW 冷却水循环泵；冷冻水系统稳压装置安装于机房内部，保证系统压力稳定在 0.8MPa。按照设计说明要求，夏季冷冻水供回水温度在 7/12，可以保障医院诊疗住院环境的舒适性要求。二、冷冻机房改造前现状（一）主机部分改造前，冷冻机房所有设备已在 2007 年至 2020 年间运行了 13 年，其中溴化锂冷冻主机自 2016 年开始故障率攀升，第一部分硬件故障包括真空泵、蒸汽执行器及触摸屏损坏，冷凝器铜管腐蚀泄露，高温换热器、低温换热器及冷凝水换热器铜管腐蚀泄露等陆续发生；第二部分软故障包括溶液结晶，真空性能差，溴化锂溶液污染等层出不穷。因此，为保障每年夏季中央空调正常供冷，医院须提前至 4 月份就开始进行主机的运行调试，以便留有充分时间完成相关硬件维修及软故障调理。即使如此，医院仍旧难以有效解决溴化锂主机制冷量损耗严重及冷冻出水温度上升等突出问题。根据 3 台溴化锂的实际冷冻水进/回水温差及流量，计算出 3台溴化锂实际制冷量，分别约为额定制冷量的 66%、55%和70%。溴化锂主机制冷性能的降低，对医院夏季环境的舒适性造成了不利的影响。（二）管道部分改造前，冷冻机房内的管道错综复杂，包括蒸汽系统管道、冷却水系统管道、冷冻水系统管道。其中，冷却水开式管道系统全年 24 小时运行，已多次出现腐蚀漏水、甚至爆管等问题；冷冻水系统管道也开始出现腐蚀漏水现象。一但发生漏水爆管事故，对医院的运转造成严重影响。这是因为：一方面机房内层高 8 米，维修空间受限；另一方面机房内水压较大，空调运行季节水流难以快速截断放空。因此管道系统的老化问题对中央空调系统的运行造成了较大的安全隐患。（三）末端部分改造前的实际运行过程中，冷却水供/回水温度，分 别 为 33 /38，冷 冻 水 供/回 水 温 度，则 分 别 为14.5/17.3，远大于设计要求，导致全院中央空调问题报修量激增。一方面对于恒温恒湿要求的洁净区域，温度要求在22-25，湿度要求在 40%-60%。由于冷冻水出水温度高于空气露点温度，造成末端净化机组无法除湿，致使湿度参数超标。另一方面，对处于系统末端的病区，温度要求在 26，由于风机盘管的供水温度较高，导致病房环境温度高于 26。某医院中央空调冷冻机房节能改造分析李成浩图 1 冷冻机房制冷系统原理图38节能技改广西节能2023年第2期 总第154期 （四）环境部分改造前，溴化锂主机运行时蒸汽消耗量增加，另外，为确保蒸汽凝结水的有效排放，对凝结水管路改造后，直接排放至机房污水井内，因此造成机房内形成高温高湿环境。通过测温，机房内水泵电机外壳温度高达 75左右，湿度为80%左右，致使冷冻机房内设备运行环境恶劣。三、冷冻机房改造方案基于冷冻机房改造前高能耗低效率的现状，节能改造方案对机房原管道系统流程改变不大，主要在节能设备选择及控制方面进行了优化改造。方案选择 3 台制冷量 3516kW、COP 值 5.9 的离心式制冷主机替代原溴化锂主机；选择 1 台制冷量 1934kW、COP 值 6.9 的磁悬浮制冷主机代替原螺杆主机；选择更换原 4 台冷冻水泵及 4 台冷却水泵，并对每台水泵加装变频控制；选择更换原机房内的空调水管、阀门，并加装江森群控系统。节能改造周期选择在 2020 年度夏季空调停机后至 2021 年夏季空调开启前。节能改造目的在于系统性解决老旧设备老化及衍生问题，改善医院环境，提升能源利用率。四、冷冻机房改造效果分析2021 年 4 月份，冷冻机房在历经 7 个月的节能改造后，所有设备能够平稳运行、且各项功能均达到设计要求。现对冷冻机房节能改造效果作如下分析。（一）运行效果分析改造后，机房内设备更新性能提升，机房环境、照明、噪音问题也大大改善，整体焕然一新。新主机的制冷能力强，出水温度可调可控，冷冻水出水温度稳定维持在设定值，整体制冷效果优良，提升了医院诊疗环境的舒适性。改造前，中央空调机房内设备无法联动，需按照操作规程逐个独立开启。改造后，中央空调机房自动化程度显著提高。电制冷主机的控制系统较为先进，可根据设定出水温度自动调节压缩机的运行工况。此外，机房控制室内 BA 系统可以远程一键启动，控制界面直观醒目，可远程清晰地查看中央空调系统各主要设备的运行状况和技术参数，大大增强了运行效率和可靠性，助力后期精细化管理的落实与提升。（二）维护成本支出分析表 2 为改造前主机维护费用。2016 年至 2020 年总支出在 240 万元左右，平均每年 48 万元左右。另外，机房内水泵、水管等设备问题维护费用也在增加。市场上进口品牌的同制冷量的电制冷空调主机价格在 130 万左右，且每年维护费用约固定在 18 万。因此，从维护运行的成本角度出发，空调机房的更新迭代不仅保障了医院夏季空调系统的运行，还极大地降低了使用维护成本，每年可节约 30 万元左右。（三）运行能耗费用分析医院每年 5 月份开启夏季中央空调系统，10 月份停机，现对比分析改造前后第一个制冷周期内的能耗数据，分析采集能耗数据时间为 2021 年 5 月份至 10 月份及往年同期数据。表 2 为改造前后蒸汽消耗量统计表，可以看出，节能改造后 2021 年 510 月份蒸汽使用量为 11271.3 吨，主要用于全院消毒灭菌及热水换热设备，使用量相对固定；节能改造前 2020 年 510 月份蒸汽使用量为 22673.8 吨，较改造后蒸汽增加部分主要为旧溴化锂空调主机蒸汽使用量，约11402.5 吨。按照外购热力 1 百万千焦=0.0341 吨标准煤（蒸汽：1 吨=2.612 百万千焦）核算，可节省 1015.61 吨标准煤；按照蒸汽费 290 元/吨核算，改造后制冷期内蒸汽费用减少330.67 万元。因此，改造后制冷期 510 月份能耗支出费用共计节约184.2 万元，共节省 762.07 吨标准煤，可减少二氧化碳排放1899.84 吨。五、结论苏州市某三甲医院通过实施中央空调冷冻机房节能改造项目，增强了后勤服务保障质量，提升了医院的形象。冷冻机房通过安装能效比更高、性能更可靠的离心式及磁悬浮主机，淘汰了使用 13 年之久的蒸汽型溴化锂主机，更新了水泵、管道等附属部件，强化了 BA 控制系统，解决了冷冻机房系统运行不可靠、末端制冷效果差，及环境恶劣等突出问题。通过改造前后维护费用对比分析，该医院每年可节约维护成本约 30 万元，每年可节约能耗费用 184.2 万元。因此 2020 年度的冷冻机房节能改造项目完成后，医院 2021 年度较上一年度，同比节约费用共计 214.2 万元，节约能耗762.07 吨标准煤，减少二氧化碳排放 1899.84 吨，经济效益和节能效益较为可观。（作者单位：核工业总医院）表 1 改造前主机维护费用（单位：万元）20162017201820192020维护费4441446743表 2 改造前后蒸汽消耗量（单位：吨）5 月6 月7 月8 月9 月10 月合计2020 年2725.93904.35113.95318.63563.252047.8522673.82021 年1902.1183918901900.118391901.111271.3节约量823.82065.33223.93418.51724.25146.7511402.539