醫院潔凈手術部冷熱源具有特殊性和獨立性，但在目前常規設計中，采用普通的風冷熱泵機組，不能同時滿足潔凈手術室供冷供熱的要求。為了滿足潔凈手術室恒溫恒濕要求，必須消耗大量的能源，造成明顯的不節能現象產生。文章介紹了一種多功能熱泵機組及其在潔凈手術室應用的工程實例，提高了潔凈手術部的能源利用率，是一種值得推薦采用的新型節能技術。 

　　一、前言 

　　改革開放三十多年來，我國醫院建設迅速發展，各地新建、改建了大量各等級的專科、綜合性醫院，建立了較現代化的潔凈手術部。由于潔凈手術部的特殊性，其成為醫院典型的高能耗部門。筆者以醫院I級潔凈手術室為例進行能耗分析，結合自己的設計經驗，介紹一種新型冷熱源設備――多功能熱泵機組在潔凈手術室的應用情況，并結合工程實例進行節能分析和計算，使潔凈手術部冷熱源設計更合理、更科學、更節能。 
　　 
　　二、潔凈手術部冷熱源現狀 

　　醫院潔凈手術部的耗能特點與醫院一般科室有所不同。由于潔凈手術室通常采用雙走廊平面布局，外圍的清潔走廊使得手術室不含外圍護結構，潔凈手術室基本處于內區，設備、照明和人員常年產生大量熱負荷，即使在冬季也需要制冷，但又不是十分典型的內區需要長期供冷。為保證手術室溫濕度控制，降低系統冷凍水水溫要求,夏季往往采用一次回風再加熱，而冬季在手術室工作前，室內熱負荷很小，需要進行供熱，在正常手術時隨著熱負荷的加大，空調系統又需要切換到供冷工況。 

　　由于潔凈手術室一年四季處于制冷、制熱、再加熱這種特殊狀況，在以往的潔凈手術部設計方案中,冷熱源基本采用：風冷熱泵機組；冷水機組+熱水鍋爐方案，水系統采用四管制或二管制，風系統采用潔凈空調箱，再加熱采用電加熱或熱水盤管。由于普通風冷熱泵機組不能同時滿足潔凈手術室供冷供熱的要求，潔凈空調箱往往采用冷卻去濕后再電加熱方案，來達到潔凈手術室恒溫恒濕要求。這種方案造成冷熱量互相抵消， 明顯存在不節能現象，使潔凈手術部成為高能耗部門。 
　　 
　　三、多功能熱泵機組原理 

　　多功能熱泵機組的工作原理是能量的回收和有效利用，它由壓縮機、冷凝器、蒸發器、可變換熱器等組成。采用兩個獨立回路的四管制水系統，一年四季可實現五種工況運行（區別于熱泵熱回收機組）：空調單制冷；空調單制熱；空調制冷+熱回收器制熱水（無需外置設備自動平衡冷熱量）；空調制熱+熱回收器制熱水；熱回收器單獨制熱水。 

　　在潔凈手術部冷熱源四管制設計中，其回路中蒸發器生產冷水，作為系統的冷源，冷凝器生產熱水，作為系統的熱源，風扇-翅片換熱器功能是在蒸發器功能和冷凝器功能之間進行切換，進行冷熱量調節，系統的工作原理如圖1所示。這樣多功能熱泵機組可代替鍋爐+冷水機組模式，實現一機多功能使用，同時滿足潔凈空調箱冷凍去濕、再加熱的要求，達到潔凈手術室恒溫恒濕的要求，實現節能的目的。 
　　 
　　四、應用實例 

　　 （一）I級潔凈手術室空調方案確定 

　　1.潔凈手術室基本參數 

　　上海某家三級甲等醫院的I級潔凈手術室面積為56m2,高度3m,裝備有麻醉機、呼吸機、電刀等醫療設備。潔凈手術室要求,室內溫度T=24±1℃，相對濕度φ=55%±5%，手術室人員12人，手術室設在三層，上層為技術夾層。我們采用《易思暖通空調設計系統》軟件(EASY HVAC.V1.6)進行空調負荷計算，計算結果為：總冷負荷Q=20471kcal/h，總濕負荷d=2.3kg/h，室內冷負荷8269kcal/h，新風負荷12202kcal/h。根據《醫院潔凈手術部建筑技術規范》（50333-2002），I級潔凈手術室最小新風量為1000m3/h，手術室控制區2.6×2.4m2,手術室控制區送風量12000m3/h。正壓風量500m3/h，排風量500m3/h。 

　　2.典型潔凈手術室空調方案 

　　潔凈手術部凈化空調系統采用新風集中處理、各手術室單獨循環系統送風方案（見圖2）。這種凈化空調系統的特點是, 各手術室空調自成系統，可避免交叉感染，而且各手術室也可以靈活使用，新風集中控制有利于各手術室正壓要求。排風采用獨立系統，并且與手術室自動門連鎖，當手術室門關閉時排風系統自動開啟。使手術室始終處于正壓受控狀態,這是一個應用于潔凈手術部較理想的凈化空調系統。 

　　3.空調送風狀態點確定 

　　手術室室內熱、濕負荷通常是恒定的，根據設計參數熱濕比為ε/W=3595kcal/kg， 

　　凈化空調送風量是一個定量，因此送風狀態點也就確定了。通過計算送風狀態點為Io=In-Q/1.2L=11.5kcal/kg，送風狀態點確定后,我們分析一下I級潔凈手術室空調系統在I-D圖上的處理過程。 

　　4.典型潔凈手術室的I-D圖分析 

　　室內循環空調系統采用一次循環風系統,根據新風處理狀態,在I-D圖上處理方法（圖3）。 

　　 新風處理到室內焓值，新風不承擔室內負荷，新風空調箱僅承擔新風負荷，室內循環空調箱承擔全部室內冷負荷，循環空調箱在濕工況下工作，此種方式在工程設計中經常被采用。 

　　從I-D圖上分析，回風N點與處理后的新風L點混合，經循環空調箱冷卻處理到L1點，再經電加熱到送風狀態點O點。很明顯上述處理過程大量冷熱能耗互相“抵消”，并且新風空調箱和循環空調箱都在濕工況下工作，空調箱排水和手術室防水問題不能得到很好的解決。 

　　在凈化空調系統中大風量，小溫差是一大特點。采用一次循環風系統設計，大風量處理到“機器露點”，再通過再加熱把風量處理到送風狀態點。這樣大部分冷熱量互相“抵消”。經計算，互相“抵消”的能量Q=1.2×12000×(11.4-9.8)=23040kcal/h(26.8kW)，這樣造成大量的能源浪費。 

　　5.潔凈手術部冷熱源確定 

　　為了保持手術室內的溫濕度，潔凈手術部空調常常采用一次回風系統，四管制水系統。而醫院考慮手術室過渡季節使用的要求，冷熱源往往采用與中央空調系統分開的獨立冷熱源，基本方案是：①普通熱泵機組；②冷水機組+熱水鍋爐。由于普通熱泵機組不能同時提供冷熱水，需采用電再加熱，造成冷、熱抵消不節能，而采用冷水機組+熱水鍋爐，系統復雜投資高，不能有效利用能源。二者均沒有解決空調系統再加熱的弊病，很明顯方案不盡合理。而多功能熱泵機組可以同時提供冷水和熱水，上述問題就迎刃而解了，實現真正意義上的四管制，達到節能的目的。 

　　（二）多功能熱泵機組在潔凈手術部的應用 

　　1.多功能熱泵機組的優點 

　　多功能熱泵機組有別于空氣源熱泵和空氣源熱泵熱回收機組，空氣源熱泵夏季制冷、冬季供熱；空氣源熱泵熱回收機組除了夏季制冷、冬季供熱外，在夏季制冷的同時能部分或全部進行熱回收提供熱水；多功能熱泵機組在全年任何季節都能單制冷、單供熱及同時制冷、供熱。本人認為：該機組特別適用于江南地區潔凈手術部的凈化空調系統，江南地區梅雨季濕度大，再熱量大，多功能熱泵機組能在制冷的同時回收冷凝熱，免費提供熱水用于潔凈空調箱再加熱，對于四管制水系統，解決了在梅雨季、夏季的鍋爐運行問題；冬季手術室內無余熱，此時為了達到室內溫度。循環空調箱需供熱，待手術進行后，手術室內有余熱產生，循環空調箱應制冷才能維持規定的室內溫度，采用了多功能熱泵機組即使在冬季，機組也能制冷，此時的冷量是在機組供熱的同時進行冷回收，免費提供空調冷量，該機組真正能做到一機多用。 

　　2.采用多功能熱泵機組，解決手術室冷熱量“抵消”不節能現象 

　　潔凈手術部冷熱源采用熱泵機組方案，一旦系統配置好了，就不能變動。為確保醫院手術室安全、可靠運行，常常在空調箱內增加電加熱，以滿足手術室在不同季節、不同工況下運行，必然會造成一定的能源浪費。而多功能熱泵機組采用二個獨立回路的四管制水系統來同時提供冷水和熱水，并通過水系統上閥門的切換即可將冷熱量分配到所需空調箱，同一臺機組即可實現傳統方式中兩套設備才能達到的功能，實現冷熱量的綜合利用。這樣徹底解決了手術室冷熱量互相“抵消”的問題，是一個很好的節能方案。 

　　3.潔凈手術室節能計算和分析 

　　通過對I級潔凈手術室能耗分析，一間I級潔凈手術室理論節能可達約26.8kW。我們以一家三甲醫院潔凈手術部（20間潔凈手術室）為例，潔凈手術室再加熱能量約200kW，一年可節約36萬千瓦用電量。潔凈手術部冷熱源采用多功能熱泵機組，比傳統的熱泵機組節能約30%。目前我院設計的潔凈手術部空調冷熱源，均采用多功能熱泵機組，取消空調箱內電再加熱器。通過幾年的實際運行，收到很好的節能效果。因此我們在建設潔凈手術部時，除了考慮降低空調設備總造價，還應關注能耗、運行費用等問題，不能因為多功能熱泵機組造價略高而放棄采用。 

　　綜上所述，熱泵機組設備系統運行調節能力較差，如沒有為節能運行多作考慮，也會導致運行費用的提高。而多功能熱泵機組相當于一個全自動冷熱量平衡系統，優化了用戶冷熱量的分配，通過全自動的微處理控制系統，實現機組對用戶的供冷、供熱量最佳匹配。因此采用新型冷熱源，對醫院節能具有積極意義。 
　　 
　　五、結束語 

　　1.在醫院空調系統中，冷熱源一體機特別適用于醫院特殊空調場合，如潔凈手術部、ICU、中心供應等，它能全年同時提供冷水和熱水，實現醫院空調冷卻去濕再加熱功能，解決冷熱量互相抵消而造成大量不合理能耗，是一種典型的空調節能方案。只要合理匹配多功能熱泵機組冷水與熱水的供應量，可極大地提高醫院的能源利用率，在醫院節能設計中具有重要的意義，是一種優先選擇的新型冷熱源。 

　　2.潔凈手術部空調能耗是醫院主要能耗之一，據有關資料統計，約占醫院空調總能耗的30%。所以在醫院節能設計中，必須根據醫院所在地區的能源供應具體情況，結合醫院手術室使用特點，通過技術經濟論證，合理確定空調冷熱源，并利用新技術提高醫院空調系統的能源利用效率。多功能熱泵機組在醫院潔凈手術部的應用，對提高醫院的能源利用率具有十分積極的作用。 

　　3.冷熱源一體機利用了制冷過程的冷凝熱，它與熱回收機組不同，熱回收機組只能在制冷工況下進行熱回收，多功能熱泵機組在制冷或制熱工況下均能熱回收。而且可以同時供給冷凍水和熱水，并可根據用戶的意圖實現多種運行工況，同樣適合醫院許多場所。 

　　4.多功能熱泵機組具有全年同時制冷制熱功能，可實現不同供熱與供冷工況,而且綜合能效比高，COP可達7.0～9.0，節能效果顯著。適合于室內溫濕度要求高的場合，如醫院、銀行、高級辦公樓等場所，這些地方全年內區需要制冷，而外區根據季節變換需制冷或制熱。