空氣熱回收在醫院中的應用

１工程概況

新疆維吾爾自治區克孜勒蘇柯爾克孜自治州人民醫院主要功能為醫技、住院、全科醫師示范培訓用房，業務用房及設備電氣用房等。總建筑面積48184.92ｍ2地上建筑面積44509.30ｍ2，地下建筑面積3675.62ｍ2）。地下１層，地上１２層，建筑高度為57.8ｍ。  

該工程冷熱源為設置在地下１層的直燃型溴化鋰吸收式冷熱水機組。冬季設計出水溫度分別為75℃／55℃和60℃／50℃。其中，75℃／55℃的熱水用于部分房間散熱器供暖、新風加熱及生活熱水系統；60℃／50℃的熱水通過高、低區２套全自動換熱機組換成45℃／35℃熱水，供全樓地板輻射供暖系統使用。夏季設計供回水溫度為9℃／14℃，供全樓風機盤管＋新風系統制冷使用。

本文重點介紹該工程空調排風、病房衛生間排風及空調房間排風熱回收系統，下面對排風熱回收

原理、熱回收計算、換熱器形式選取、運行模式及其防結露措施設計等方面進行探討。調查數據表明，空調工程中處理新風的能耗約為總能耗的25％～30％。若回收利用排風余熱處理新風可以取得很好的節能效益和環境效益，尤其在冬季實施熱回收，效果尤為顯著。

２集中排風系統設計

該工程平面布局合理、左右對稱，除了１～３層，其余樓層房間功能多為標準病房和醫生辦公室。出于建筑外立面的考慮，屋頂女兒墻高度為5.3ｍ，熱回收系統的機組及其風管可直接放在屋頂上，不會影響建筑物外立面的整體美觀效果。寒冷地區室外設計參數如表１所示。

如圖２所示，排風系統設置：辦公、走道及內區房間空調排風由土建豎井集中排出；３～１２層病房排風由各衛生間土建豎井集中排出；內區獨立排風的房間，如配液室、污洗室、配餐室等房間，在每層設置低噪聲管道風機，排風由土建豎井集中排出。以上三部分排風通過鍍鋅鐵皮風道作集中回收處理，風道保溫采用50ｍｍ 厚橡塑材料，外做0.8ｍｍ厚鍍鋅鋼板保護殼。排風由設置在屋頂的２臺組合式板式熱回收機組集中回收處理后排出。回收后的帶一定熱量且基本無污染雜質的新風，送入新風豎井內。污物間交叉污染可能性較大，每個污物間設置獨立的排風機，排風不回收。熱回收機組的新、排風管設有空調機組專用空氣凈化裝置，并且設置在每層的新風機組均設有駐電極空氣凈化裝置（代替中效袋式過濾器Ｆ８），可進一步起到凈化、殺菌、除臭的作用，并可有效防止交叉污染。

排風熱回收原理

３換熱器的選擇

一般情況下，全熱回收方式適合在嚴寒或寒冷地區應用。全熱回收換熱器一般有轉輪式和板翅式。但全熱排風熱回收裝置容易造成新風與排風的交叉污染，不宜應用于潔凈場所，比如酒店客房或醫院病房等場合，所以此類場合需要采用顯熱回收的方式。不同的室外環境，熱回收裝置產生的回收效果有一定差異，氣候寒冷、濕度較小的地區宜采用顯熱回收裝置。該工程選用板式顯熱回收方式，并在新風和排風進入換熱器之前加設了過濾裝置。

板式換熱器通常由光滑金屬或者非金屬塑料板裝配而成，形成基本的波紋板交叉疊積平面通道。板間形式以隔板分隔為Ｕ 形、三角形等不同斷面形狀的空氣通道，在一定的設備體積條件下，氣流與板材直接接觸的面積增大

４熱回收計算

全樓新風系統總新風量為198000ｍ3／ｈ，排風量按新風量的75％計算，２臺熱回收機組的送風量為100000ｍ3／ｈ，送風機功率為45ｋＷ，回風量為75000ｍ3／ｈ，排風機功率為37ｋＷ。考慮到同時使用的可能性不大，熱回收機組內的送風機和排風機均按變頻風機設計。

對于一個特定的顯熱換熱器，其顯熱效率只取決于換熱器本身的結構、新風量及排風量，與新風及排風的參數無關。依據廠家提供資料，顯熱效率為70％。

４．１各狀態點參數的確定

顯熱回收效率ε

式中ＧS為新風量，ｍ3／ｈ；Ｇｍｉｎ為送風量和排風量中的較小值，ｍ3／ｈ；ｔ１，ｔ２分別為新風的進、出口溫度，℃；ｔ３為排風進口溫度，℃。

４．１．１　冬季工況

冬季新風出口溫度ｔ２：

冬季排風出口溫度ｔ４：

經計算，ｔ２＝8.0℃，ｔ４＝6.7℃（見圖３），排風露點溫度ｔ４Ｌ＝6.0℃（由圖４可得）

圖３板式顯熱熱回收器冬季原理圖

圖４新、排風焓濕圖

４．１．２夏季工況

夏季新風出口溫度t′2：

夏季排風出口溫度ｔ′４：

經計算，夏季新風出口溫度ｔ′２＝27.3℃，夏季排風出口溫度ｔ′４＝27.47℃。

４．２防霜凍計算

由于新風溫度的降低，排風熱回收裝置的排風側溫度也隨之降低，由此造成排風側可能產生冷凝水，甚至出現霜凍直至霜堵的現象，影響排風熱回收裝置的正常使用。因此，設計時考慮了冬季防霜凍措施。

假定冬季保證熱回收機組正常使用，需在新風入口設置空氣預熱裝置，預熱器出口溫度ｔ０計算如下

所需加熱量Ｑ：

式（６），（７）中Ｇｐ為排風量，ｍ3／ｈ；ｃｐ為空氣比定壓熱容，ｋＪ／（ｋｇ?Ｋ）；ρ為空氣密度，ｋｇ／ｍ3。經計算，ｔ０＝５℃，Ｑ＝346.42ｋＷ。

４．３回收能量的計算

冬季新風出口溫度ｔ２：

經計算，ｔ２＝１２．９℃。

冬季回收熱量：

夏季回收熱量：

經計算，Ｑｄ＝202ｋＷ，Ｑｘ＝48.16ｋＷ。阿圖什市夏季通風室外計算溫度為28.8℃，供暖度日數（ＨＤＤ１８）為3833℃?ｄ，空調度日數（ＣＤＤ２６）為１℃?ｄ。結合以上計算結果，夏季不作熱回收處理，排風通過旁通排風機直接排至室外。

如表２所示，當ｔ１＝０℃時，設混風率Ａ 為88.2％，則綜合熱效率為37.2％。

當室外溫度為5.9℃時，通過換熱后進風溫度為12.8℃，若保證熱回收機組在冬季正常使用，當室外溫度低于5.9℃時即低于排風露點溫度，可能有凍結危險，可開啟送風旁通回路使從空調房間出來的部分空氣經過熱回收裝置與新風進行換熱，從而對新風進行預處理，換熱后的排風以廢氣的形式

排出，經過預處理的新風與回風混合后處理到送風狀態送入室內，以保證進風溫度高于12.8℃。熱回收式空氣處理機組旁通回路上的電磁閥開度由設置在板式換熱器回風出口的溫度傳感器的反饋信號決定，以保證換熱器中由于低于露點溫度而形成的冷凝水在冬季不凍結。可見，在室外溫度低于5.9℃的工況下，開啟旁通回路上的電磁閥進行混風，以確保換熱器熱空氣排風口不結霜，機組混風工況的綜

合熱效率均在３５％以上，其節能效果令人滿意。

如果室內外溫差較小，就沒有必要使用排風熱回收，因此在新風的入口處設置了旁通風機。旁通

風機的設置有利于過渡季節減小熱回收段的阻力消耗，從而減少風機能耗。

５空氣熱回收機組全年運行模式

５．１冬季工況運行模式

新風：室外新風→熱回收機組→新風機組→室內；

排風：室內排風→熱回收機組→室外。

５．２夏季、過渡季節工況運行模式

新風：室外新風→新風機組→室內；

排風：室內排風→旁通排風機→室外。

上述工況需按季節運行。

６排風熱回收自動控制要求

排風熱回收機組停機、檢修、室內外溫差較小或極端天氣等狀況出現，將導致機組無法使用，此時開啟２臺備用變頻排風機箱，熱回收機組停機的同時旁通排風機箱開啟，熱回收機組ＤＤＣ自控系統見圖５。

圖５熱回收機組控制原理

排風熱回收機組控制要求如下：

１）機組需配置風機壓差檢測器，有自控要求。

２）該機組設置防霜凍控制器。

　  ３）開關風閥與送排風聯鎖開啟，排風溫度低于設定值時自動關閉風閥及送排風機。

４）通過比較室內外空氣比焓差控制旁通閥及旁通風機的開啟。