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摘 要： 随着空调节能这一专题越来越受到人们的重视，许多新兴的节能空调系统被大力推广。而医用空调系统能耗都很高，文章通过对温湿度独立控制中的溶液调湿技术的介绍以及具体的案例分析，得出采用温湿度独立控制的空调系统具有明显的节能效果，比常规洁净空调系统节能约20%。
关键词： 医用空调 温湿度独立控制系统 溶液调湿技术
Abstract:With the subject of air conditioning energy more and more attention by people, many new emerging energy-saving air-conditioning system are extensive popularization. But medical air conditioning system consumes a lot of energy.This article introduces the temperature and humidity of the independent control solution regulating-humidity technology and analyzes the concrete cases. It demonstrated that the independent temperature and humidity controlled air-conditioning system has obvious effect in energy saving than conventional clean air conditioning system, Energy saving about 20%.
Keywords:Medical air conditioning Independent temperature and humidity control system Solution regulating-humidity technology
随着我国医学科技的不断发展和医药卫生水平的不断提高。医院对洁净区域、病房甚至是医院办公等区域的空气环境要求越来越严格，以确保患者的生命健康和医院的卫生需求。
但是，众所周知，医用中央空调系统中普遍存在能耗高、系统复杂、空气品质差、过度季节系统效率低等一系列的问题[1,2]。比如：洁净房间是医院内尘埃数和细菌数最少、洁净度要求较高的房间，需要严格控制室内温度、湿度、尘埃、细菌、有害气体浓度以及气流分布等。为满足室内自净要求，洁净房间的空调送风量远远大于普通房间，洁净房间的空调送风量大、能耗高、因此对于洁净区域空调在创造高度洁净的室内环境时，应特别注意空调系统的节能[1,2,4]。
因此，针对上述问题对医用空调系统选用一种更高效、节能并且能够确保空气品质的空调系统，无疑成为了现今医用空调设计的新话题。
一、 常规空调在医用领域存在的问题
现代医院病房、手术室、实验室等对室内空气品质控制的极为严格，《医院洁净手术不建筑技术规范》(GB 50333-2002)，《洁净手术室用空气调节机组》(GB/T319569-2004)等国家标准对医用空调系统经行了强制性规范要求。
针对医用空调的特殊性，医用机组需满足“规范”要求，保证室内空气的品质。较一般空调系统而言，医用空调系统主要具备的特点是：对过滤要求高，特别是手术室，需严格按照国家规范要求的洁净度；需满足净化区域对温湿度条件的高精度控制，保证室内恒温恒湿；要有防尘措施、过滤器便于检修和更换；由于潮湿的表冷器表面易滋生霉菌等，引起污染，必须定期对盘管进行灭菌处理[9]。
从运行原理分析可知，常规空调系统是通过冷却器同时对空气进行降温和除湿处理，产生低温、干燥的送风，实现排热排湿的目的。这种空气处理的方式会造成一些严重的问题，对室内空气品质、患者恢复健康等方面均会产生负面影响。其主要存在的问题如下――
（一）同时对空气进行降温、除湿，造成能源品位的极大浪费
由于采用冷凝除湿方法排除室内余湿，冷源的温度需要低于室内空气的露点温度，考虑传热温差与冷媒输送温差，空调系统的冷冻水温度约为7℃。在空调系统中，显热负荷（排热）约占总负荷的50%~70%，而潜热负荷（排湿）约占总负荷的30%~50%。占总负荷一半以上的显热负荷本可以采用高温冷源带走，却与除湿一起共用7℃的低温冷源进行处理，造成能量利用品位的极大浪费[3]。
（二）再热处理造成大量能源浪费
对于洁净房间，室内参数要求精确控制，夏季采用冷凝除湿方法排除室内余湿，冷源的温度需要低于室内空气的露点温度，这将导致除湿后的空气温度过低。为了保证室内的恒温恒湿，就必须对除湿后的空气进行电再热，以满足送风参数要求。这样的冷却、再热的空气处理过程造成了大量冷热抵消的能源浪费。
（三）过度季节系统效率降低
过度季节时，由于洁净室的全能恒温恒湿要求，所以冷机仍然开启，这就导致冷机低负载运行，系统效率降低。
（四）空气处理的显热潜热比难以与室内热湿比的变化相匹配
常规空调系统，通过表面冷却器对空气进行冷却和除湿，其吸收的显热与潜热比只能在一定的范围内变化。当建筑热湿比超出冷凝除湿处理范围时，冷凝除湿只能控制温度和湿度两个参数中的一个，将会造成“过冷”（只控制湿度，温度失控）、“闷”（只控制温度，湿度失控）等不利情况的出现[3]。
（五）加湿方式存在问题
常规空调系统中，南方地区洁净房间多采用电加湿的方式对空气进行加湿处理，此种方式虽然加湿量控制精确，但存在能耗大的缺陷和水质问题引起的加湿器结垢、堵塞等问题。
（六）室内空气品质问题
常规新风机组的过滤器表面在使用时间较长后会积累大量的灰尘，这些灰尘成为了送风的二次污染源。当空气吹过表面布满灰尘的过滤器时，灰尘被带入送风中，增加了送风中的可吸入颗粒物含量。
世界空调业内最权威机构美国采暖、制冷和空调工程师协会(ASHRAE) 对不同相对湿度下，细菌、病毒滋生情况以及各种呼吸道疾病发病几率而进行的研究结果显示：当相对湿度为95%时，大多数细菌、病毒都能正常存活，而且呼吸系统疾病发病率极高[6,8]。
在常规系统中，靠使空气通过冷表面对空气进行降温除湿，会就导致冷表面成为潮湿表面甚至产生积水，这样的潮湿表面就成为霉菌、军团菌等危害人体健康的微生物繁殖的最好场所，从而形成送风的二次污染。
二、温湿度独立控制――溶液调湿技术
常规空调系统承担着排除室内余热、余湿、CO2与空气异味等任务。寻求解决以上问题的方法，现在打破这一常规，通过新风来满足排除余湿、CO2与异味的要求；通过其他的系统排除室内余热。由于无需承担除湿任务，因此可用较高温度的冷源实现排除余热的任务。这便是温湿度独立控制的核心思想[3,6-8]。
基于这一思想，许多方式的温湿度独立控制被研发，应用。这里介绍一种现今技术比较成熟，使用也比较广泛的技术：溶液调湿技术。溶液调湿技术实现了对空气的湿度控制，使其能够完全承担室内湿负荷，从而能够使用高温冷源排除室内余热。
（一）溶液调湿
溶液调湿技术是采用具有调湿功能的盐溶液为工作介质，利用溶液的吸湿与放湿特性对空气进行控制。盐溶液与空气中的水蒸气分压力差可以使二者进行水分传递。对于盐溶液的选择一般采用溴化锂溶液，其沸点高达1265℃，无色、无嗅，不会挥发到空气中污染空气，同时具有一定的杀菌除尘功能，益于提高室内空气品质。
溶液调湿的工作原理是当溶液表面水蒸气压力低于空气的水蒸气压力时，溶液吸收空气中的水分，空气被除湿；反之，溶液中的水分进入空气中，溶液浓缩再生，空气被加湿。
（二）溶液调湿工作方式
1.夏季工况
新风处理：室外新风由外界提供的高温冷水(14℃/19℃)预冷除湿后，进入溶液调湿单元除湿。低湿状态的新风与回风混合后由外界提供高温冷水对混风进行降温，达到送风状态点。
溶液调湿：除湿单元内，溶液吸收新风中的水分后，浓度变小，为恢复吸收能力，稀溶液被送入再生单元使用新风进行再生，再生后的浓溶液再送入除湿单元，如此进行循环。
2.冬季工况
新风处理：室外新风由外界提供的热水(40℃/35℃)预热后，进入溶液调湿单元加湿。加湿后的新风与室内回风混合，再经过热水加热盘管加热至送风状态点。
溶液调湿循环：加湿单元内，溶液向干燥的新风释放水分，浓度变大，为使其能够一直不断地保持加湿能力，浓溶液被送至再生单元与新风进行热湿交换。吸水稀释后的溶液再度被送入加湿单元，如此进行循环。
溶液调湿系统内自带热泵系统，冷凝器排热用于浓缩再生溶液和热泵的制冷量用于降低除湿溶液的温度从而提高其除湿性能[5-6,10]。
（三）溶液调湿的优势
由于温度和湿度采用独立控制，避免常规系统中热湿联合处理带来的能耗损失；冷机制取高温冷水，蒸发温度提高，冷机COP可提高[3,7]；溶液调湿系统处理湿负荷，高温冷机承担负荷减少，冷冻水流量随之减少，降低了水系统输配能耗。
可精确控制温湿度，避免出现室内湿度过高或过低现象。常规系统难以同时满足温、湿度参数的缺点得以解决，也可以满足不同房间热湿比不断变化的要求。
过渡季节可以利用自然通风带走余湿，缩短空调系统运行时间。
溶液可以有效去除细菌和可吸入颗粒物，经净化空气，大大减少了清洗、更换空调过滤器的频率。避免了送风的二次污染，而且除湿过程完全取消潮湿表面，杜绝霉菌滋生，满足环境要求，保证室内人员健康舒适。
三、案例分析
（一）工程概况
上海某三甲医院的数字血管造影机房（简称DSA）改扩建工程（洁净手术要求）。总建筑面积约438m2，地上共3层，一层为更衣室、DSA室、DSA控制室等；二层为读片室、激光相机室、导管室、医办等；三层为医办、会议室和空调机房。
（二）系统介绍
本项目一层大部分区域为净化区域，DSA室洁净度为十万级，其他区域洁净度为三十万级。二层为一般医疗房间、三层为办公区，均采用风机盘管加独立新风系统。
系统采用温湿度独立控制系统，新风由溶液调湿新风机组预冷除湿后，送入空调箱与回风混合至送风状态点，送入室内。系统采用高温风冷热泵，夏季提供14℃/19℃高温冷冻水、冬季提供40℃/35℃热水供空调末端使用。
（三）溶液调湿系统与常规系统比较
经过详细负荷计算，室内的负荷。
现以本工程一层洁净区域全空气系统为例，对溶液调湿系统与常规医用洁净系统做比较，分析其各自特点及其优劣。
1.溶液调湿系统
结合本溶液调湿处理方式主要特点，本工程溶液调湿空气处理流程。
根据图详细计算，溶液调湿系统各状态点参数。
由上述空气处理流程及计算表可知，W―L’过程为新风在溶液除湿机组里的处理过程。其中W―L为新风通过冷盘管预冷除湿，制冷量22.78KW，L―L’过程为新风经过溴化锂溶液再降温除湿的过程，制冷量12.28KW。最后状态L’的新风送至空调箱经过等含湿量降温达到送风状态O点送出。
2.常规洁净空调系统
若本工程采用常规洁净空调系统，根据其主要特点画出空气处理流程。
根据图详细计算，常规洁净空调系统各状态点参数。
由上述空气处理流程及计算表可知，W―L过程为新风在常规新风机组里的处理过程，制冷量30.73KW。新风处理后L状态的新风送至空调箱，与回风N混合至状态C,再通过空调箱冷盘管制冷到L’状态，制冷量24.8W。L’最终通过再热处理至送风状态O点。
3.两不同系统的设备比较。
四、经济性分析
（一）初投资估算
（二）能耗估算
计算条件：
空调运行时间：空滤到手术室的特殊运行要求，夏季运行模式按150天计算，冬季运行模式按80天计算，12小时/天；
上海市电价按0.86元/kWh计。运行能耗对表。
空调系统经济性综合比较，采用温湿度独立控制空调系统，每年可节约运行费用约3.3万元，其运行费用仅为常规空调系统的75%，考虑初投资增加19.6万元，6年即可收回初投资，经济效益比较显著。
五、结束语
以上分析了现有热湿联合处理方式的空调系统在医疗系统中存在的问题，继而提出热湿分开、独立处理的空调运行策略，即温湿度独立控制。
通过对温湿度独立控制中的溶液调湿技术的介绍以及具体的案例分析，得出采用溶液吸湿完成空气除湿，能够保证医院较高的空气品质，无论在新风处理机还是风机盘管处，都不存在凝水，根除了霉菌，军团菌等病菌的滋生条件，溶液本身具有杀菌除尘作用，增强了系统健康安全性。采用溶液与空气直接接触，由溶液捕捉空气中的可吸入颗粒物，再通过溶液过滤器去除，避免了中效过滤器清洗，更换的一系列问题。也解决了洁净室新风除湿后需再热的问题，杜绝了冷热抵消，同时具有明显的节能效果，比常规洁净空调系统节能约20%。
（责任编辑 凌云）
参考文献
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