双碳背景下综合医院冷热源思考

双碳背景下综合医院冷热源思考

赵海舟  朱性博   商艳霞

机械工业第六设计研究院有限公司 河南 450007

摘要:本文阐述了综合医院常用型式冷热源以及空调功能需求特点,并对双碳背景下能源供给的新思路：多能互补—分布式能源系统集成耦合技术，即采用综合能源、多能耦合，更加绿色高效。

关键词: 建筑全电气化;多能互补耦合;绿色、高效;智慧

随着国家绿色、双碳发展战略的深入实施，光伏、风电等可再生能源发电规模快速增长。根据国家《“十四五”可再生能源发展规划》等相关文件数据，2020 年我国可再生能源发电装机达到9.34亿千瓦，占发电总装机的 42.5%;可再生能源发电量2.2亿千瓦时，占总发电量约 30%，风电、光伏发电量占总发电量约 6%。规划到2025年，可再生能源总发电量达到 3.3亿千瓦时;“十四五”期间，可再生能源发电量增量在全社会用电量增量中的占比招过50%，风电和太阳能发电量实现翻倍:到2030年，风电、太阳能发电总装机容量达到12亿千瓦以上，非化石能源消费占比达到25%左右。预计2050年，全球80%左右的电力消费来自可再生能源;到2060年，我国非化石能源消费比重达到 80%以上。“建筑全电气化”，是未来碳中和的必然趋势(北方集中供暖除外)。也就是说在常规能源的可选择性条件下，建筑空调用吸收式制冷系统必将完全被电制冷（或其他高效制冷方式）替代。

医院建筑的整体能耗通常高于办公、酒店等公共建筑，医院建筑由于功能复杂系统多、用能时间长，因此能耗较高。而暖通空调系统又是医院建筑的能耗大户计，暖通空调系统的能耗约占医院整体能耗的40%，给医院造成不小的经济负担，因此医院的节能减排工作受到了越来越多的重视，而作为中央空调的心脏-冷热源无疑成为节能减碳的首先抓手。

良好的冷热源方案应该是造价低、运行可靠。一般的综合医院都是由门急诊楼、病房楼、医技楼、科研建筑、附属建筑等多个功能建筑组成。对于整个医院来说，采用区域供冷、供热，设置服务整个院区的集中冷、热源，通过管网供给各个功能建筑，是节省投资、减少运行费用和便于管理有效方法。切忌每个建筑都设一个冷冻机房。

医院项目常见的冷热源型式有以下几种：

1、电制冷机组+燃气锅炉（夏季通过电压缩机（螺杆式、离心式）机组将空调冷冻水降温，送到各个房间内进行制冷。冬季采用燃气锅炉提供空调热水和生活热水。）

2、电制冷机组+市政热源（夏季通过螺杆（离心）机组将空调冷冻水降温，送到各个房间内进行制冷。冬季采用市政热源通过换热装置提供空调热水和生活热水。）

3、溴化锂吸收式冷（热）水机组（溴化锂吸收式制冷机是以溴化锂为吸收剂，以水为制冷剂，夏季不消耗电能，而是利用废热、余热或油、气等为动力来制冷的。冬季其原理类似于锅炉，利用废热、余热或油、气等为动力提供空调热水及生活热水。有废热、余热的地区宜优先考虑次形式。）

4、土壤源热泵机组（把热交换器埋于地下，通过水在由高强度塑料管组成的封闭环路中循环流动，从而实现与大地土壤进行冷热交换的目的。夏季通过机组将房间内的热量转移到地下，对房间进行降温。同时储存热量，以备冬用。冬季通过热泵将土壤中的热量转移到房间，对房间进行供暖，并能提供一定量的生活热水。同时储存冷量，以备夏用，大地土壤提供了一个很好的免费能量存贮源泉，这样就实现了能量的季节转换。）

5、井水源热泵（夏季通过螺杆（离心）机组将空调冷冻水降温，送到各个房间内进行制冷、制热。通过地下井水为机组换热。）

6、风冷热泵（基本原理是基于压缩式制冷循环，利用冷媒做为载体，通过风机的强制换热，从大气中吸取热量或者排放热量，以达到制冷或者制热的需求。）

由于任何一种中央空调系统冷热源型式都没有绝对的优势，也不是传统意义上最好的，只有经过前期的充分选型分析和方案论证，才可以选出相对适合本项目的方案。

最为传统的电制冷机组+燃气锅炉及电制冷机组+市政热源，其应用也最广泛和普遍，也得到了大量的案例验证其稳定性。但并不是每个项目都有市政热源或者有自建锅炉房的条件的。

溴化锂冷水机组可以利用废热热水或蒸汽制冷，在有合适热源利用的情况下，可以结合锅炉(或市政热力)供热，用作空调系统的冷热源，也可直接采用直燃式溴化锂冷热水机组制冷供热。但由于环保以及衰减过快等原因，近年来已少有应用。

水地源热泵是具备了利用地球水体所储藏的太阳能资源作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统，是清洁的可再生能源地一种技术。

井水源热泵是利用地球表面浅层的地下水，以此为冷热源的水源热泵效率非常高。但是，水源热泵目前存在着开发不合理的情况，井水回灌难落实，经常出现回灌井堵塞,无法做到100%回灌，造成地下水资源的浪费，并引起地面沉降。部分用户甚至不回灌，给环境造成了严重的影响。目前，部分地区虽然没有明文规定不允许开发建设水源热泵，但是相关的取水手续、环保抽查将越来越严格，未经审批私自取水使用水源热泵的相关处罚也是非常严厉。

土壤源热泵冷热水机组也能够冷暖两用，并且排热、取热都是与地下土壤换热，地下温度稳定，不像风冷热泵受室外气温影响严重，因而效率高并且具有环保、可再生的能源特征，受到国家的提倡和支持，有着越来越广泛的应用趋势。但由于需要设置室外埋管换热器系统，也会受到土地面积占用以及工程成本等方面的限制。

风冷热泵冷热水机组能够冷暖两用，不需要占用机房，也不需要配置单独的冷却系统，由于系统简单、安装方便，因而应用广泛，尤其是小型的户式空调系统中，大多配置的都是风冷热泵。但风冷热泵受室外空气状况的影响很大，由于效率低于冷水机组而用电需求大，只能用于中小型系统中;在低温时又启动困难并且衰减很快，在北方严寒地区受到限制，此外，室外噪音尤其是多台机组的共振，会对周围环境造成不容忽视的影响。

总之，中央空调系统的冷热源型式种类繁多，设计时要结合项目实际综合分析选出更加适合本项目的冷热源型式，有时甚至可以考虑采用复合型的冷热源型式，比如（电制冷+土壤源热泵的结合等），另外随着国家电能储备的提高，以及越来越多地方峰谷电电价政策的实施，热泵技术与蓄能技术强强联合，既可以利用热泵技术同时满足制冷和采暖的特性，又可采用蓄能技术进行电网的削峰填谷，既使用户使用到了廉价的采暖、空调方式，又解决了污染问题，还为电网的昼夜平衡做出了贡献，可以大幅度降低空调系统日间电力高峰时期的用电负荷。

若采用热泵技术和蓄能技术相结合的方式，使得该系统不但具有削峰填谷的功能，还可以一机三用（三工况热泵机组：制热工况、制冷工况和制冰工况），使用清洁的电能和地下免费的可再生能源，既为系统提供了稳定的冷、热源，又解决了燃煤的污染问题和燃油、燃气的高能耗问题。不但符合国家的环保政策，也符合用户的根本利益。

地源热泵以及冰（水）蓄冷技术均是国家大力提倡的建筑环保节能新技术。地源热泵充分利用土壤所含热能，改善了机组冬夏季的运行工况，并因夏天可制冷冬天可制热而提高了设备利用率。冰（水）蓄冷系统在宏观上可为国家实现移峰填谷，降低电网负荷，延缓发电厂及输配电设施的建设，在微观上则可充分利用峰谷电电价政策，为业主大幅降低系统运行费用。

因此，多能互补—分布式能源系统集成耦合技术必将成为未来医院能源供给的新的选项，还有多种综合能源技术可供选择：

可根据项目实际综合比对选出技术可行、柔性控制、安全可靠、经济合理的技术方案。

综合能源、多能耦合为综合医院绿色、低碳能源供给提供了新思路，而高效机房、智能控制同样不可或缺；通过高效的设备、节能深化设计水路系统、智能控制系统和能耗能效评价系统，使中央空调机房管理模式由粗放向精细化转变，通过数字化智慧管理，减少系统损耗，真正实现绿色、低碳、智慧。