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摘要

介紹了液體循環式熱回收新排風空調機組的原理與流程、分類、優缺點，總結了其應用于醫療建筑的設計方法。以濟南某醫院門診醫技綜合樓為例，對應用液體循環式熱回收新排風空調機組的經濟性進行了分析。

關鍵詞

醫療建筑 液體循環式熱回收 新排風空調機組 交叉感染 經濟性 投資回收期

作者

山東省建筑設計研究院有限公司 趙建博 于曉明

廣州同方瑞風節能科技股份有限公司 王 聰

0 引言

近年來，隨著我國醫療事業的快速發展，醫療建筑越來越多，醫療建筑能耗受到越來越多的關注。在醫療建筑總能耗中，空調系統能耗占了很大的比例，一般為20%～40%，而空調系統能耗中新風能耗又占到了20%～30%。因此，空調新風系統采用有效的節能降耗技術對降低醫療建筑總能耗有著非常重要的意義。

新風系統中采用排風熱回收技術能有效降低新風系統負荷。液體循環式熱回收新排風空調機組由于其新排風不交叉、布置靈活等優點，非常適合應用在醫療建筑中。本文對液體循環式熱回收新排風空調機組（本文中所提及的液體循環式熱回收新排風空調機組均為分體式）作簡要介紹，對筆者近幾年來所做的醫療建筑中液體循環式熱回收新排風空調機組的設計進行總結，并以某工程為例分析其經濟性。

1 液體循環式熱回收新排風空調機組簡介

1.1 原理與流程

液體循環式熱回收新排風空調機組，也稱為中間熱媒式熱回收新排風空調機組，它是在新排風空調機組上分別設置水-空氣熱回收換熱器，2臺熱回收換熱器間通過液體循環泵和管道進行液體循環，將熱量傳遞給新風或者排風，從而預熱或者預冷新風。循環液體一般為水，在嚴寒和寒冷地區，為了防止結霜、結冰，宜采用乙烯乙二醇水溶液，并應根據當地室外溫度的高低和乙烯乙二醇的凝固點選擇采用不同的濃度。

液體循環式熱回收新排風空調機組流程如圖1所示。

圖1 液體循環式熱回收新排風空調機組流程圖

液體循環式熱回收新風空調機組在熱回收換熱器后側（按新風方向）按照實際需求增加1臺水-空氣換熱器，可以加熱或者冷卻熱回收換熱后的新風。

1.2 分類

液體循環式熱回收新排風空調機組從調節上分為帶水量調節裝置和帶風量調節裝置;從新排風熱回收換熱器配套關系可以分為一對一、一對多、多對一、多對多形式。

1.3 優缺點

液體循環式熱回收新排風空調機組優點如下：

1） 新風與排風通過中間液體傳遞能量，不直接接觸，不存在新排風交叉感染的風險。由于醫療建筑人員眾多且流動性強，服務對象為患者及醫護人員，既需要滿足患者康復的需要，又需要滿足長時間在醫療環境中工作的醫護人員的需要，所以對供暖空調系統的舒適性有更高的要求，空調通風系統需充分考慮空氣交叉污染問題。如果采用一般的熱回收方式，與新排風有接觸，容易產生交叉污染。

2） 熱回收換熱器通過管道連接，新排風空調機組為分體式，安裝靈活方便。醫療建筑中，功能和平面布局復雜，分體式安裝的液體循環式熱回收新排風空調機組布置靈活，其對應的室外新排風口能有效地拉開距離，避免短路。

3） 運行穩定可靠，使用壽命長。

4） 循環泵、熱回收換熱器均屬于常規產品，設備成本低，維修簡便。

液體循環式熱回收新排風空調機組缺點如下:

1） 新排風由于通過循環液體進行間接換熱，換熱效率較低，市場主流產品熱回收效率均低于65%，設備制造時通過換熱器換熱面積及過風風速的優化可保證熱回收效率不低于55%，該設備的熱回收效率通常為55%～65%。

2） 熱回收換熱器按照顯熱方式進行換熱，不能回收潛熱。

3） 由于配備循環水泵、膨脹罐、循環管路等，新排風空調設備初投資有所增加；由于配備循環水泵且2臺熱回收換熱器增加了空氣阻力，機組運行費用有所增加。

2 液體循環式熱回收新排風空調機組在醫療建筑中的設計總結

液體循環式熱回收新排風空調機組設計中確定循環液體及合理的質量百分比、新排風熱回收換熱器的設計選型計算、循環水泵膨脹罐的計算與選擇等常規設計可詳見相關手冊和圖集，本文不再詳述。筆者主要對這幾年所做的醫療建筑工程中液體循環式熱回收新排風空調機組的設備型式設計、控制系統設計、液體循環管路設計等進行總結。

2.1 設備型式設計

隨著市場容量的增加，目前市場上有很多專業廠家生產液體循環式熱回收新排風空調機組，但也有廠家僅用2個簡單的新風機組來做這種設備（一個做新風，一個做排風），只考慮風量足夠，而熱回收換熱器沒有經過專業的設計計算選型，導致熱回收換熱面積不夠從而降低熱回收效率。因此，設計選型應參考專業廠家生產的產品，設計師應建議建設單位從專業廠家采購產品。

目前市面上生產的液體循環式熱回收新排風空調機組按照風機是否變頻分為定風量機組和變風量機組。定風量機組配合定風量末端使用，變風量機組配合變風量末端使用。在實際醫療建筑設計中，可以根據機組服務區域的特點選擇定風量或者變風量機組，從而達到更加節能的目的。

機組中的液體循環系統的液體循環泵、膨脹罐及相關附屬設備在設計中建議集中放置在排風機組內，這種設計在各種管道設備較多的醫療建筑工程中有如下優點:產品安裝、維修方便，在后期維修保養中不會發生扯皮的情況。但這樣會增大排風機組設備體積，在設計中應預留充分的設備安裝和維修空間。

2.2 控制系統設計

在醫療建筑工程建設中，為了避免設備招標漏項和施工中出現責權不明確的情況，建議設計的液體循環式熱回收新排風空調機組自帶控制柜及控制系統，設備材料表中對相應新排風機組的控制及檢測系統提出詳細要求。根據具體項目特點，新風空調機組控制及檢測系統可以包括但不限于。風機啟停控制、運行狀態檢測及故障報警，電動風閥、防火閥連鎖啟閉控制，電動水閥啟閉控制及調節，粗效過濾器狀態檢測及堵塞信號報警，盤管防凍信號及連鎖控制，凈化裝置啟閉控制、運行狀態檢測及故障報警，進風溫度檢測、PM2.5濃度檢測，送風溫濕度檢測，加濕器啟停控制、運行狀態檢測及故障報警，溶液泵啟停控制，與相應熱回收排風空調機組連鎖控制，機房內液晶控制面板，樓內熱回收新排風機組集中控制、顯示等;排風機組控制及檢測系統可以包括但不限于：風機啟停控制、運行狀態檢測及故障報警，電動風閥、防火閥連鎖啟閉控制，排風溫度檢測，溶液泵啟停控制，與相應熱回收新風空調機組連鎖控制，樓內熱回收新排風機組集中控制、顯示等。

液體循環式熱回收新排風空調機組間信號連接線及線管建議由機組廠家提供性能參數，設計單位復核，空調施工單位采購并施工。

2.3 液體循環管路設計

當循環液體采用乙二醇溶液時，由于乙二醇溶液與鋅接觸時會發生化學反應，因此液體循環管路管材不得使用含鋅的材質。

雖然液體循環式熱回收新排風空調機組布置靈活，但新排風機組間的液體循環管路不宜過長，以免造成熱回收效率降低過多，在醫療建筑工程設計中一般以不超過20～30 m為宜。

3 液體循環式熱回收新排風空調機組在醫療建筑中的經濟性分析

濟南某醫院門診醫技綜合樓工程采用風量2 000、3 000 m3/h的新排風空調機組各2組，風量4 000 m3/h的新排風空調機組5組，風量5 000 m3/h的新排風空調機組8組，新/排風總量70 000 m3/h。下面就采用液體循環式熱回收新排風空調機組和普通新排風空調機組的經濟性進行分析。

3.1 回收冷熱量計算

濟南夏季室外空調計算參數:干球溫度34.7 ℃、濕球溫度26.8 ℃、比焓84.9 kJ/kg、含濕量19.4 g/kg；冬季室外空調計算參數：干球溫度-7.7 ℃、濕球溫度-9.3 ℃、比焓-5.2kJ/kg、含濕量1.1 g/kg：該工程室內設計干球溫度：夏季26 ℃、冬季20 ℃。

夏季工況，當室外干球溫度高于26 ℃時，開啟乙二醇溶液泵，進行熱回收；冬季工況，當室外干球溫度低于15 ℃時，開啟乙二醇溶液泵，進行熱回收。根據選定的新排風機組（風量為10 000 m3/h），對換熱盤管在冬夏季不同室外計算參數下的熱回收效率進行計算，結果見表1。

通過對表1中幾種室外溫度下效率的計算可知，熱回收機組的效率全部能維持在60%以上。雖然表1中的幾種室外溫度工況點效率不能代表所有室外溫度工況點的效率，結果理想化且具有偶然性，但是以上幾種室外工況點計算出的效率也能定性地反映出機組在所有室外工況點的效率。所以，為了簡化計算，后續計算效率取60%。

濟南月平均干球溫度如表2所示。

由表2可知，濟南市高溫天氣集中出現在6—8月，低溫天氣普遍出現在11月至次年3月，以6—8月、11月至次年3月分別計算液體循環式熱回收機組夏季和冬季的熱回收量。該醫院夏季逐時干球溫度高于26 ℃時開啟熱回收機組，冬季逐時干球溫度低于15 ℃時開啟熱回收機組。每天開啟熱回收機組的時長為10 h，時間段為08:00—18:00。由濟南氣象參數表逐時干球溫度篩選出符合上述要求的時長，則新風經過熱回收換熱器后的溫度及逐時平均室外溫度下的熱回收量如表3所示。

3.2 經濟性分析

液體循環式熱回收新排風空調機組較普通新排風空調機組初投資有所增加，由于增加了熱回收換熱器、循環泵等，使得機組運行費用也增加。但是，通過回收冷熱量可以減少新風系統的供冷供熱量，從而減少空調系統運行費用。通過2個方案的初投資、運行費用的比較，計算出液體循環式熱回收新排風空調機組的靜態投資回收期，對其經濟性進行分析。

3.2.1 初投資（見表4）

3.2.2 年運行費用

該工程夏季空調運行時長按750 h計算，冬季空調運行時長按1530 h計算；當地電費0.9元/（kW·h）；夏季空調系統采用冷水機組，綜合COP為4.0；冬季采用市政供暖，用熱費用為0.3元/（kW·h）。

新排風空調機組年運行費用如表5所示。

液體循環式熱回收新排風空調機組較普通新排風空調機組夏、冬季減少的空調系統年運行費用見表6。

該工程液體循環式熱回收新排風空調機組較普通新排風空調機組全年減少的運行費用為8.63萬元。

3.2.3 靜態投資回收期

該工程液體循環式熱回收新排風空調機組靜態投資回收期為2.09 a。假設液體循環式熱回收新排風空調機組使用壽命為15 a，使用周期內可以減少費用111.45萬元。

通過以上計算分析可以得出，液體循環式熱回收新排風空調機組較普通新排風空調機組雖然增加了初投資和機組本身運行費用，但減少了空調系統運行費用，大約2 a可以收回初投資，之后每年減少的運行費用較可觀。該工程設計選用的是定風量液體循環式熱回收新排風空調機組，而在實際醫療建筑工程設計中，可以根據機組所服務區域的特點選擇變風量機組，根據房間標定的污染物濃度實現變風量運行，不僅可以提供更高品質的空氣，還可以更大程度地減少運行費用，產生更好的經濟效益。

4 結語

在節能減排越來越重要的今天，各項通風空調節能技術越來越多地應用在實際工程中。液體循環式熱回收新排風空調機組具有新排風不交叉、布置靈活、減少運行費用等優點，在醫療建筑工程中會得到越來越廣泛的應用。

本文引用格式：趙建博，于曉明，王聰.液體循環式熱回收新排風空調機組在醫療建筑中的設計總結及經濟性分析[J].暖通空調，2021，51（7）：78-81

拓展知識：