上海市第一人民医院改扩建工程空调冷热源选择分析

作为典型的综合性医疗建筑，上海市第一人民医院改扩建工程（以下简称“改扩建工程”）包括门诊、急诊、住院、医技、保障、行政等多个医疗相关部门，其空调冷热源的配置必须在保障医院诊疗功能正常运转的前提下满足相关要求。本文拟结合改扩建工程的实际情况，首先从消防安全、医疗工艺要求、环保和维保习惯等方面对其空调冷热源的选择进行定性分析，然后建立计算模型，并基于能耗模拟对冷热源方案的经济性进行探讨，从定性和定量两方面对设计方案的合理性进行论证。

改扩建工程选址于上海市虹口区武进路86号地块，东起九龙路，北至哈尔滨路，西侧紧邻市级文保单位消防站，南侧与上海市第一人民医院现有院区相隔武进路，场地原为上海市虹口高级中学校园，建成后由住院医疗综合大楼（A楼，新建）、保留建筑（B楼，改建自原虹口中学教学楼）及A，B楼之间的连接体（新建）三部分组成，其建筑外观和总体布局如图1，2所示。

该工程总建筑面积48129m2，其中地下3层，建筑面积13499m2，主要为机动车库、设备用房、办公后勤用房及放射、核医学科检查用房；A楼地上共15层，建筑面积27841m2，建筑高度61.6m，设置了急诊急救、干保门诊、功能检查、洁净手术部、消毒供应中心、国际医疗中心、重症监护病房（ICU）及普通病房；B楼共4层，建筑面积5900m2，建筑高度16.4m，改建完成后1层为急诊室、输液区等，其余楼层为行政办公用房；用作急诊大厅的连接体为一建筑高度约15m的单层高大空间，建筑面积约550m2，内设连接A，B楼2层和3层的2条架空连廊。

相关文献及表1所示的笔者调研结果表明，由于医疗建筑所涉及的科室及功能众多，且各部门对暖通空调系统的要求不尽相同，甚至大相径庭，因此在具体项目中往往会出现电动压缩式水冷冷水机组、空气源热泵机组、多联机空调系统、直燃型溴化锂吸收式冷（温）水机组、燃气热水机组、燃气蒸汽锅炉等多种空调冷热源形式并存的状况。下文将结合改扩建工程的实际情况，分析消防安全、医疗工艺、环保要求、业主维保习惯等因素对确定空调冷热源形式的影响。

由于医院消毒灭菌工艺的需求，也常采用燃气蒸汽锅炉制备蒸汽供高压灭菌锅使用，笔者所调研的个别案例甚至统一采用燃气蒸汽锅炉作为空调一次热源和消毒灭菌用蒸汽源。表2给出了相关规范对锅炉房设置的要求。

图3为改扩建工程场地示意图。受消防安全因素的制约，该工程不能采用锅炉作为其空调热源，冬季可考虑采用热泵供热。

改扩建工程包括急诊急救、干保门诊、放射科和核医学科、消毒供应中心和手术中心、ICU、普通病房等医疗用房及行政办公等附属功能区，各类医疗用房及附属功能区对空调冷热源形式及使用时间的需求均有较大差别。

放射科和核医学科的共同特点之一就是利用各种大型医疗成像设备对病患进行检查，并通过医学影像辅助相关临床科室确诊患者的病情。表3列举了几种常见大型医疗成像设备的散热量及其对环境温湿度的要求。

为满足设备所处环境的温度要求，与其他医院科室夏季供冷、冬季供热的需求不同，放射科和核医学科的空调系统需常年向大型医疗设备用房持续供冷。

除表3所列设备的散热量外，MRI，DSA 及部分CT设备中的某些关键部件还会在运行时产生瞬时大密度热流。为保证系统稳定运行，上述关键部件通常由设备供应商集成供应的专用小型制冷系统制备冷水来进行冷却，需为该制冷系统预留良好通风条件的室外机位。

在改扩建工程中，放射科和核医学科被设置在地下1层。根据大型医疗成像设备制造商的要求，综合考虑其工作时间、独立温湿度控制、设备用房位置、设备运行特点等方面的特殊性及医务人员、病患的热舒适，并保证医疗设备的正常运行，除MRI的磁体间和设备间采用恒温恒湿空调系统通过无磁性风管及风口送回风外，其余场所均采用多联机空调系统。

洁净医疗区的空调水系统通常采用四管制系统，其空调冷热源设备也应能随时按需提供冷热水。再次，手术室、ICU 属于医疗建筑中的生命支持区域，为保证在单一设备故障状态下不会引起室内环境出现较大的波动，空调冷热源应设置备用设备。

该改扩建工程的洁净医疗区和其他非洁净功能区分别设置独立的空调冷热源。洁净医疗区采用能全年同时制冷、制热运行的空气源热泵机组，设置备用设备，确保生命支持区域室内环境的稳定。

经进行系统改造后,停用燃油锅炉，院区内各建筑单体分别增设空气源热泵机组作为空调冷热源，再辅以多联机空调系统，运行费用和环保两方面的问题得以妥善解决。因此，在改扩建工程的设计初期，业主从使用习惯及保护中心城区环境的角度出发，强烈要求设计单位沿用空气源热泵机组作为空调冷热源，使新、老院区的空调冷热源形式保持一致。

改扩建工程中仅有消毒供应中心的高压灭菌设备和手术中心的净化空调系统加湿需使用蒸汽。在新、老院区均无条件设置蒸汽锅炉的情况下，可沿用原院区的蒸汽制备方式，即就地设置小型电蒸汽发生器及采用电热（极）式蒸汽加湿器。

相比于其他类型的公共建筑，医院建筑的单位面积能耗较高。我国医院建筑的整体能耗在90~220kW·h/(m2·a)之间，上海地区11家三甲医院2002—2007年的单位面积能耗均超过200kW·h/(m2·a)，空调系统的能耗约占56.7%，且总能耗上升趋势明显。下文通过建模计算，比较上述设计方案和常规基准方案的能耗及经济性。

按改扩建工程的建筑设计图纸，采用Revit软件建立了能耗计算模型，如图4所示。运用能耗分析软件Trace700对设计方案和基准方案的能耗进行模拟计算。2种计算工况的主要设置见表4。

基准方案和设计方案的能耗对比如图5所示，2种方案全年空调等效电耗分别约为296.9 万kW·h和232.7万kW·h，设计方案相对于基准方案节能21.6%。

图6显示了设计方案的空调系统能耗组成情况。计算结果表明，由于改扩建工程的体量相对较小，空调风、水系统的输送能耗占比较低,冷、热源耗电量分别占空调系统总能耗的33%和47%。因空气源热泵冬季运行的COP低于夏季，即使在该工程所处的夏季冷负荷高于冬季热负荷的夏热冬冷地区，空气源热泵作为热源的运行能耗也高于其制冷运行能耗。

基于对基准方案和设计方案的空调冷热源设备初投资估算，根据上海市相关部门发布的现行电力和天然气资费标准，并结合能耗模拟计算结果，对2种方案的经济性进行了比较，如表5和图7所示。

合理选择空调冷热源是暖通空调设计的一项重要内容，相关规范对此亦有基本规定，但每个具体工程都有其自身的特点，空调冷热源的选择也应结合工程的实际情况进行。笔者以上海市第一人民医院改扩建工程为例，从定性和定量2个方面析了该项目空调冷热源选择的合理性。定性分析表明，消防安全、医疗工艺及业主的使用习惯等因素对空调冷热源形式的选择有很大影响；从能耗和经济性两方面的定量分析可知，空气源热泵与多联机系统的组合设计方案比水冷冷水机组与燃气热水锅炉的基准方案更有优势。