大型医院综合楼空调能耗分析和冷热源选择要点

2023年4月23日发(作者：中国陶瓷餐具十大品牌)

第40 卷第 4 期

2021 年4 月

文章编号：（）

20211003­0344 4­041­4

建 筑 热 能 通 风 空 调

BuildingEnergy&Environment

Vol.40No.4

Apr.2021.41~44

大型医院综合楼空调能耗分析和冷热源选择要点

吴丹芸

中国中元国际工程有限公司

摘 要：大型医院门诊医技住院综合楼面积较大， 功能复杂， 其全年空调能耗比大多数公共建筑大许多， 医院的运

本文对大型综合医院的

营管理模式以及部分功能房间的使用需求不同， 导致医院建筑有其独特的空调运行特点。

门诊医技住院综合楼的能耗分析和空调冷热源选择方法以及设计注意事项进行简要探讨。

关键词：能耗分析 运行特点 冷热源

EnergyConsumptionandHeating&Cooling

SourceDesignofMedicalCentre

WUDan­yun

ChinaIPPRInternationalEngineeringCo.,Ltd.

Abstract:

Mostmedicalcentrehaslargearea,complexfunction,sotheannualenergyconsumptionofairconditionis

largerthanotherpublicbuildings.Themanagementmodeandrequirementofhospitalaredifferent,thisallleadto

hospitalconstructionhasitsuniqueairconditioningoperationcharacteristics.Inthisarticle,theenergyconsumptionof

hospitalandselectionmethodofairconditionsource,andthemattersneedingattentionindesignwasdiscussed.

Keywords:

energyconsumption,characteristicsofoperation,heating&coolingsource

以及现 作为暖通设计

近十年随着我国对医疗设施的大力发展， 影响医院空调能耗的因素有很多，

代医学技术的快速更新，人们对健康保障要求提高， 工程师可能更多想到的是空调负荷计算时需要计算

新用地 新风负荷等， 但是

各一线及二线城市的医院建设规模越来越大， 的部分， 如围护结构、 人员设备照明、

2

，甚至超过 万

20 10 m

建设的医院其规模大多超过 医疗建筑作为特殊的公共建筑更需要考虑实际运行

2

万、 的综合医疗建筑群体也屡见不鲜， 即使在 万状况对能耗的影响， 主要包括： 门诊量和住院量、 室内

30m

输配系统能耗等。

工况设计点、 冷源主机运行能效、

建筑围护结构 ）

1

建筑围护结构传热性能参数是影响空调负荷最 经被广泛认知， 据资料统计，

直接的因素，进而直接影响空调系统能耗的大小。从 公共建筑的倍， 医院空调能耗占医院总能耗的

后经过这么多 合理设计

《公共建筑节能设计标准》 年执行 所以如何选择空调冷热源形式， ，

2009 50%~60%

年的工程实践， 外墙和屋面的保温做法已经基本成熟， 能源输送系统， 并有效的运行维护将有着更为重要的

这部分的能耗占比

只需要注意避免冷桥的能耗损失， 现实意义。

并不大。而对于外窗，由于医院比较注重自然采光通

风， 以及就诊人员的感受， 通常外窗面积较大， 因此相

一线城市市中心的三甲医院改扩建工程也一般都做

2

到接近万。 然而医疗建筑是能耗 “大户” ， 这点已

10m

医院的能耗一般是常规

1.6~2.0

1

医院空调能耗影响因素

收稿日期：

2020­3­13

作者简介：吴丹芸 （）， 女， 本科， 高工； 北京市西三环北路号中国中元国际工程有限公司 （）；

1977~5100089E­mail:***************

·42·建 筑 热 能 通 风 空 调 2021年

比较于外墙此部分能耗在围护结构中占比较大。

2

） 人员、 设备、 照明

医院建筑中人员主要包括病人、 加湿量的大小， 所以对于不同地区不同等级的医院，

医护人员、 陪护 由

家属等， 尤其以上午和下午门诊及探视时段的人员密 于新风负荷占比较大， 室内工况点需要结合医院使用

度大， 流动性大。如门诊大厅及候诊区域， 挂号交费取

药人流集中， 且很多为陪护人员，

普遍心情焦虑步幅

加快， 在计算人员负荷时按照轻型劳动与中度劳动之

间的劳动强度取值

[1]

。不同于常规公共建筑，

医院的医

疗设备种类繁多， 主要为检查诊断、 治疗、 实验、 数据存

储等几类用途， 主要集中在放射科、 病

放疗科、 核医学、

理科、 检验科、 内镜中心、 信息中心等区域的大型医疗

设备、 检查流水线、 数据存储等，

其发热量都较大， 且为

常年稳定热源， 此部分耗能在全年空调能耗中占比较

大， 不可忽视。医院建筑中有大量没有外窗的内区房

间、 医疗主街电梯厅等精装区域、 大型医疗设备检查

治疗区等都需要白天也开启照明设施， 此部分照明负

荷也是常年稳定能耗。

3

） 新风负荷

医院建筑的新风需求较大， 主要作用为稀释室内

污染物， 补充局部排风， 以及调节空气流向，

按照 《综合

医院建筑设计规范》 冷源主机的

GB51039COP IPLV

的要求各功能房间的新 和 是影响耗电量的一个

风换气次数大多高于

2 /h

次， 尤其一线城市的大型综 主要因素， 其中

合医院由于室内人员密度大， 建议门诊医技区房间的 负荷的时候，

新风量提高到次。另外，由于医疗功能房间内湿

3/h

度过高容易滋生细菌， 建议新风处理到室内等含湿量

线，这些因素都造成新风负荷远高于常规公共建筑，

通常占空调负荷的

40%~50%

， 这也是构成医院能耗高

的一个重要因素。

4

） 门诊量、

床位数

医院门诊量和床位使用率是影响空调运行能耗 温度降低， 具体耗电量增加数值需要和设备

的一个重要因素。对于一线城市的大型综合三甲医院 厂家核实。

日门诊量充足， 很多都是投入使用不久日门诊量和住

院人数基本就饱和了， 人流密度达到 “双峰型” ， 即上午

9~11 2~4

点和下午 点就诊人员和探视人员量都达到

峰值， 这种情况与设计负荷曲线基本一致， 能耗较大。 单位风量耗功率， 需要减小风系统的阻力和提高风机

而对于非一线城市的医院由于门诊量往往没有达到 效率， 主要控制作用半径， 风管风速，

饱和，空调运行能耗可通过合理的运行模式来降低，

比如在非高峰期时后勤人员可以通过提高供水水温 。

夏季）、 关闭部分主机、 净化空调切换至风冷机组供能 主风管风速建议控制在（

等方式人为减小冷热源供应， 从而达到了降低能耗的 议

目的。风机效率应高于， 国内

5

） 室内设计工况点的选择

室内设计工况点主要是温度和湿度的选择，

不同 比的因素较多， 包括流量、 扬程、

工况点直接影响新风负荷。从表、 中可以看出对于

12

夏季工况， 室内相对湿度对于新风负荷的变化影响最

大， 对于冬季工况同样也是室内相对湿度直接影响到

情况慎重选择， 减少不必要的能耗。

表1 不同室内工况点的夏季新风负荷

室内 室内相对 风量 等湿 等焓

温度/℃ 湿度/% /m /h 负荷/kW 负荷/kW

26 60 1000 10 7.8

26 55 1000 11.4 8.7

26 50 1000 12.9 9.7

25 60 1000 11 8.8

25 55 1000 12.4 9.7

25 50 1000 13.8 10.6

表2 不同室内工况点的冬季新风负荷

室内 室内相对 风量 等湿 等焓

温度/℃ 湿度/% /m /h 负荷/kW 负荷/kW

3

22 50 1000 10.8 8.9

22 40 1000 10.8 6.9

20 50 1000 10.2 7.8

20 40 1000 10.2 6.1

6

） 冷源主机能效

COP

更主要的反映在夏季最热月峰值

IPLV

是反应部分负荷时能效的一个指

标，对于夏热冬冷以及夏热冬暖地区的大型医疗建

筑， 由于其供冷时间长冷源主机的能效选择需要更为

注意。另外，冷冻水供回水温度和温差也直接影响冷

机耗电量， 据统计对于电制冷冷水机组： 温差不变， 供

水温度下降益， 耗电量增加约左右。供水温度不

1 3%

变， 供回水温差增加

1

益， 耗电量增加较少。如果供水

温差增加，

7

） 输配系统能耗

输配系统包括风机和水泵， 主要体现在风机的单

位风量耗功率和水泵的耗电输热 （冷） 比。对于风机的

以及风机效率等。

空调通风的作用半径不易过长， 由于医院空调通风系

统应按照功能科室划分， 其输送半径不宜大于

100m

6m/s

左右，房间内支风管建

2m/s

左右。施工时控制弯头转弯半径、

支风管倒角

连接、 不使用高风速联箱等。

0.6

大多数风机厂家基本可做到。影响水泵耗电输热 （冷）

输送距离、 效率等， 其

中提高水泵效率的节能效果比较明显， 根据厂家数据，

第 40 卷第 4 期

吴丹芸： 大型医院综合楼空调能耗分析和冷热源选择要点 ·43·

当水泵效率从提高到时， 大多数水泵电耗下

0.650.75

降可下降

10%~15%

。

8

） 运行管理问题

根据对多家医院的运行情况调研， 很多二三线城

市的医院自动化运行管理程度不高， 甚至有的大型医

院仍采用就地手动控制， 供冷季，

供热季和过渡季无 设置净化空调系统。手术部和静脉配液等净化区域内

法找到最佳运行模式， 经常出现小温差大流量， 空调 部人员、 设备、 灯光发热量大。净化区为了保证内部净

过滤器没有及时清洗更换导致风机运转却送风不足

等能源浪费的问题。大型医疗建筑冬夏季空调水量差

异较大，在季节切换时很容易造成水力失衡的问题。 大于普通舒适性空调的风量。这些因素都导致净化区

过渡季内区发热量大， 无法通过合理的空调水路切换

达到合理又节能的降温。

2

医院空调系统运行特点

1

） 运行时间长

根据对医院运行状况的调研数据，选取寒冷地

区、 夏热冬冷地区、 夏热冬暖地区的部分城市， 列表比

较空调运行时间。从表

3

可看出由于本文前述的各种

能耗因素，以及大量内区房间常年发热量稳定存在，

大型医院综合楼的空调供冷时间都比较长。

表3 不同地区大型综合医院运行时间统计

序号 医院名称及类型 规模（m ） 供冷时间 供冷天数 供热时间 供热天数

1 天津市某大型综合医院 120000 5.1~9.15 135 10.15~次年3.31 165

2 北京市某大型综合医院 900000 5.9~9.15 126 11.10~次年4.10 150

3 北京市某大型综合医院 330000 5.10~10.15 155 11.1~次年4.10 159

4 北京市某大型综合医院 110000 5.10~10.1 140 11.1~次年4.1 150

5 北京市某儿童医院 73000 5.1~10.10 150 10.15~次年4.15 180

6 山东省某二线城市大型综合医院 150000 5.15~9.1 120 11.5~次年3.20 135

7 山东省某二线城市大型综合医院 285000 5.15~9.21 140 11.5~次年4.5 150

8 湖南省某二线城市大型综合医院 240000 5.1~10.1 150 11.1~次年3.1 120

9 浙江省某二线城市综合医院 100000 5.20~10.20 150 11.20~次年3.20 120

10 四川省成都市某民营医院 70000 5.15~10.15 150 11.15~次年3.15 120

11 广东深圳某大型综合医院 140000 5.1~11.1 180 12.30~次年1.30 30

12 广东省某二线城市大型综合医院 120000 5.1~10.20 170 12.30~次年1.30 30

224 h/

） 空调季全天运行， 空调水系统需要根据

10h

运行区划分

对于大型医院综合楼， 通常都包括门诊，

医技和

住院三大部分， 在空调季住院部和急诊都需要全天

24h 10h

运行， 而门诊和医技区大多只运行白天 ），

（为

了降低空调运行能耗， 空调水系统应将这两部分分开

输送。

3

） 高峰低谷运行时段能耗差异较大

在夏季大型医院综合楼白天门诊及探视时段空 要先调查工程用地状况， 对浅层地热能资源进行勘察，

调负荷较大， 而在夜间仅有住院、 急诊和重症监护等

区域需要供应空调，往往这两部分负荷差异较大， 根 的可行性及经济性， 之后需要估算采用地源热泵系统

据工程经验， 医院低谷运行时负荷占高峰负荷的

15%

~20%

。

4

） 净化空调特殊运行要求

大型综合医院通常都有较大的净化区域，

主要有

洁净手术部、 中心供应灭菌后、 静脉配液、 生殖中心、 净

化实验室等， 这些区域需要根据不同的空气净化等级

化等级， 对于围护结构密闭性有严格要求导致热量散

不出去。维持空气洁净等级要求的送风量较大，远远

域需要全年内长时间供冷， 而对于夏热冬暖地区和部

分夏热冬冷地区甚至全年需要供冷。另外，由于净化

空调冷负荷大， 空气降温除湿要求高， 送风精度要求

高， 导致制冷除湿后时需要较大再热量， 常规做法多采

用电再热，耗电量较大。综合这些因素都要求配置空

调冷源时需充分考虑净化空调的需求， 并结合其运行

特点选择合理节能的空调形式。

3

医院空调系统冷热源选择要点

3.1 基本原则

每个医院空调系统冷热源的确定都需要考虑很

多因素， 归纳总结有以下几点：

1

） 建筑条件， 地理位置， 医院定位。

2

） 优先考虑技术稳定可靠，

性能成熟的形式。

3

） 投资造价， 运行能耗， 维护管理。

3.2 几种常见冷热源形式选择注意事项

1+/

） 常规电制冷冷水机组锅炉市政换热

设计时需要充分考虑医疗建筑能耗特点，

满足供

冷， 供热时的高峰和低谷负荷需求， 要兼顾过渡季内区

供冷需求， 严寒和寒冷地区提前和延后供热的需求等，

在选型配置时采用大小冷机锅炉搭配、 冷机变频等。

/

2+

） 地源热泵常规供能系统

由于医院能耗大， 对于绿建要求高的医院可考虑

利用可再生能源达到节能效果， 如地源热泵和水源热

泵系统。但是大型综合医院体量较大，红线内占地面

积都较大， 可敷设地埋管的面积有限， 因此如果采用地

源热泵系统大多数采用部分地源热泵 部分常规系

+

统的复合冷热源方式。需要注意的是在确定方案前需

并应进行岩土热响应试验， 评估地埋管换热系统实施

的供能量占总能源需求量的比例，

由于地源热泵系统

·44·建 筑 热 能 通 风 空 调 2021年

投资较高需要做经济技术比较， 根据工程经验建议如

果地源热泵比例低于

30%

就没有必要设置了。 用室外空气能量， 使风冷机处于自然冷却状态， 从而节

3+

） 水源热泵常规供能系统

水源热泵与地源热泵系统类似， 方案确定前需要

先评估水源热泵系统的运行对当地地下水环境的影 也可以采用多功能四管制机组作为净化空调冷

响， 水量、 热源， 该机组通过内置辅助换热器，

并勘探地下水深度、 水温、 水质等情况， 完成 可实现全年同时制

水资源论证报告后才能进行下一步的方案设计。 冷和制热， 达到冷热平衡时的能效比可到以上。 但是

4

） 直燃型溴化锂机组系统

因为直燃型溴化锂机组的制冷能效不如电制冷

机组高， 所以笔者认为只有当工程用地的用电供应受

限， 或者燃气供应优惠较多的情况下才适合采用此种 所有净化机组都采用四管制机组。根据工程经验一般

方式。使用时推荐采用一机多用的一体化机组， 净化空调的再热总量占夏季制冷总量的， 所

提高

综合能效。选型配置时需要注意合理选择机组高压发

生器， 并且需满足医院内生活热水日负荷变化需求。

3.3 净化空调冷热源的几种配置方式

3.3.1供冷渊热冤季采用集中冷渊热冤源+初冬季冬季末

期设置风冷冷水机组

这种常规方式的优点是充分利用高效的集中冷

源，

减小风冷机组的投资和室外占地面积。但是在实

际运行时大多会出现净化区冷水供应温度偏高， 室内

湿度过大的问题。造成这种情况的原因较多，

比如系

统输送距离长，保温未做好导致沿途能耗损失较大，

水力失衡，过渡季内区供冷时无需低温冷冻水等原

因， 解决时如果采用降低冷冻水供水温度将造成极大

的能源浪费。此时建议采用集中净化新风系统， 在净

化新风机组内增设深度除湿段，

利用压缩机蒸发器再

次降温除湿， 此种方式耗电量较大， 并且需要选择合

适的室外机放置位置， 或额外提供冷却水给冷凝器降

温。建议净化新风机组智能化控制设置两种控制模

式， 即冷水盘管段与深度除湿段分别切换，

便于根据

冷冻水温和室内外工况进行切换， 同时循环机组也应

设置对应新风深度除湿工况时的冷水盘管和电再热

工作模式。

3.3.2 单独设置风冷冷水机组作为净化区空调冷源

鉴于上述问题， 在近两年的医疗建筑设计中出现

了净化空调冷源单独设置的方案，

净化区制冷时全部

由风冷冷水机组提供冷冻水， 这样可基本解决供水温

度高除湿不够的问题， 但是在机组选型时应该注意根

据当地室外气候条件选择可低温制冷的机组， 并且考

虑可靠性和使用灵活性台数选择应大于等于两台并

留有部分富裕量， 另外应校核单台机组是否可满足手

术部等净化区夜间最低负荷的使用需求。从节能角度

出发，北方地区建议采用自然冷却型风冷冷水机组，

大部分时间室外环境温度都较低， 在过渡季可充分利

省压缩机能耗。

3.3.3 采用多功能四管制机组作为净化空调冷热源

8

在设置时要注意尽量充分利用制冷时产生的热量，

提

高机组能效， 建议可采用以下两种方式：

1

） 如果用于再热， 需要核算总再热量后权衡是否

30%~40%

以建议不用全部采用四管制机组， 可采用多台多种风

冷机组搭配的方式。

2

） 如果热量用于生活热水预热一次水， 建议设置

水箱， 储水量满足生活热水至少

1

小时用量， 以缓解生

活热水负荷波动较大带来的影响。

4

总结

总而言之， 如果想降低大型综合医院的能耗，

需要

对不同地区不同等级的医院做深入调查， 并进一步分

析研究， 针对医院特点选择合理的能源形式并制定运

行模式， 才能降低医院的投资和运行成本， 不断促进我

国医院建设的良性循环和长远发展。

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