医院空调系统概述

目录

医院空调系统概述... 1

一、             医院HVAC系统和传统HVAC系统的区别... 2

二、             HVAC系统的分类... 2

1.               全空气系统... 3

1)     有末端再热的单位风管定风量或变风量系统... 4

2)     有风机箱的单风管变风量系统... 5

3)     双风管系统... 6

4)     多区域系统... 8

2.               空气-水系统... 8

5)     空气-水诱导机组... 8

6)     风机盘管机组... 9

3.               全水系统... 10

7)     周边辐射... 10

8)     辐射板系统... 11

4.               以制冷剂为传热工质的单元式空调系统... 12

9)     整体式末端空调器... 12

10)     组装的单区域分体系统... 12

11)     组装式屋顶变风量（VAV）或定风量机组... 13

三、             医用空调系统的设备选择... 14

一、        医院HVAC系统和传统HVAC系统的区别

医院HVAC系统和传统HVAC系统设计的主要不同之处在于需要考虑设施内房间或区域之间的相对压力关系。一般情况下，气流从洁净区域流向较不洁净区域。

医院医护区域的空气过滤要求比其他大多数设施要高。《医院和医疗保健设施设计施工指南》及《ASHRA手册—AVAC应用篇》为这些区域的通风和湿度提供了指导和推荐（AIA2001; ASHRAE1999a）。

手术室的特殊考虑对HVAC系统的选择提出了限制。手术室的要求包括温度及湿度的精确控制、维持空间之间的压力关系、送风的过滤、对空气再循环的限制以及气流分布的通风有效性。

一套设计合理地HVAC系统能够提供可靠的运行，如恒定的温度、湿度和新风量，以及系统设施维护的方便的性。系统合理地维护能够保证室内空气品质（IAQ）以及系统的能量效率。考虑以后的设备管理替换以及正常维护的可行性也是设计的一个重要方面。

HVAC的空气系统大致可分为两类：定风量系统和变风量（VAV）系统。医院的医护区域通常可采用定风量系统，但如果变风量系统有很好的控制，同样可用于医护区域。对于需要维持房间之间相对压差关系的地方（如手术室和实验室）来说，定风量系统是最简单的设计方法； 对于房间之间不需要维持压差关系的地方（如行政管理区），通常采用变风量（VAV）系统。

ASHRAE第15号标准和当地法规限制在医疗保健设施中使用直接蒸发式（DX）制冷系统（ASHRAE200lb）。

二、        HVAC系统的分类

ASHRAE将集中式HVAC系统大致分为三类：全空气系统、全水系统以及空气-水系统（ASHRAE2000a,1993）。

全空气系统通过对空调房间送冷风来承担所有的显冷和潜冷负荷。在空调区域中不需要额外的除热方式，加热可以在集中式空气处理器中或者在区域内实现。

空气-水系统通过将空气和水分配给系统末端机组对房间进行空气调节，空气和水由集中机房的设备管理来实现冷却或加热，这些系统通常带有空气-水诱导机组和风机盘管机组。

全水系统对房间进行空气调节是通过集中冷冻站与换热器或末端设备之间的冷冻的水循环来完成的，而换热器或末端设备管理位于空调房间或者其相邻居的房间内，热水既可以由同一管道网络也可以由独立的管道系统来提供。典型的HVAC系统包括蓄热系统、除湿系统以及热回收系统。热回收系统通常成功地结合在暖通空调系统之中，在设计医疗保健设施中通常采用闭式循环热回收系统。

总结了医疗设施各功能区域通常推荐使用的HVAC系统。最后系统的选择应取决于实际布置、设施的设计标准、冗余要求和全寿命周期成本。

1.   全空气系统

在全空气系统中，由1台制冷机为1台或多台空气处理机组提供冷冻水。空气处理机组由以下几部分组成：把室外新风和回风混合的混合室、过滤器（中效或高效）、冷却或加热盘管以及风机，所有这些部件都组装在一个绝热的金属壳体内。空气从空气处理器通过风管系统（通常是中压）输送至末端机组，然后通过低压分配系统输送至房间。这些末端机组根据房间温度状况用热水、蒸汽或者电加热盘管来调整对空气的加热。使用回风或排风机将空气的从房间送回机组以再次循环或直接排出室外。

1)      有末端再热的单位风管定风量或变风量系统

医院当前最常用的是有再热装置的定风量系统。能提供稳定压力关系的带有再热装置 的变风量系统目前应用也相当广泛。再热问题可能需要向地方管理当局说明。

这种系统的优点包括：

（1）HVAC设备采用集中式布置，易于维护。

（2）可以根据各种负荷在时间上的差异来确定的主要设备管理的最佳容量。

（3）可以有效地利用空气侧热回收装置。

（4）为多区域服务提供了很大的灵活性。

（5）提供了良好的除湿控制。

（6）可以很好地适合于建筑物的压力控制。

（7）可以很好地控制通风量。

（8）为高效过滤提供了机会。

这种系统的缺点包括：

（1）定风量系统中冷风再热使能量效率降低。

（2）初投资比单元式设备高。

（3）需要为设备管理间、竖井等等担供机械空间。

2)        有风机箱的单风管变风量系统

变风量末端机组调整风量，并根据房间温度状况利用热水、蒸汽或者电阻盘管来加热空气。为节约能源和控制温度，末端机组安装了风机来循环房间空气。风机箱既可以定流量排风也可以变流量排风。

其优点包括：

（1）设备采用集中式布置，易于维护。

（2）可以根据各种负荷的时间差异来确定主要设备的最佳容量。

（3）可以有效地利用空气侧热回收装置。

（4）对风机流量进行控制的变速驱运节省运行费用。

（5）为多区域服务提供了很大的灵活性

（6）提供了良好的除湿控制。

（7）可以很好地控制通风量。

（8）为高效过滤提供了条件。

（9）可以将室内空气用作再热的第一阶段。

其缺点包括：

（1）初投资比单元式设备高。

（2）需要特别注意噪声问题。

3)      双风管系统

双风管系统通过两根平行的风管将空气的从集中式机组分配至空调房间。一根风管输送冷风，另一根风管输送热风，从而能够在任何时候同时为供冷和供热提供空气源。

双风管系统是单风管系统的一个良好的替代品。它可以对温度和湿度进行良好的控制，有能力提供多种区域负荷，并能方便的地应对新增区域的扩容。该系统既可以是定风量系统，也可以是变风量系统。

A、        双风机、双风管（定风量或变风量）

双风机、双风管（DFDD）系统能够混合来自两台空气处理机组（AHU）的空气对房间进行空气调节。冷台空气处理机组吸入室外空气，使之回风混合，必要时可对送风进行冷却。通常对热回收装置进行控制。

中性（热台）空气处理机组对回风进行过滤和再循环。可以对这股气流进行加热。

B、        单风机、双风管（定风量）

集中式热风（热台）和集中式冷风（冷台）的送风由风管至末端机组（又风管），热风和冷风在末端机组进行混合，并且根据房间温度来调节出风量。末端机组根据房间温度状况来调节送风量。空气从房间回风至空气处理机组或者排出室外。

其优点是：

（1）设备采用集中式布置，易于维护。

（2）可以根据负荷的时间差异来确定主要设备的最佳容量。

（3）可以有效地利用空气侧热回收装置。

（4）对风机流量进行控制的变速驱动节省运行费用。

（5）为多区域服务提供了很大的灵活性。

（6）提供了良好的除湿控制。

（7）可以很好地对建筑物的压力进行控制。

（8）可以很好地控制通风量。

（9）为高效过滤提供了机会。

其缺点是：

（1）初投资比单元式设备高。

（2）可能需要很大的风管空间从而增加了建筑物高度。

（3）需要特别注意噪声问题。

4)      多区域系统

在多区域系统中，根据区域内温度调节装置的信号，通过使用集中式空气处理器的调节风阀混合冷空气和热空气，从而满足建筑面积物不同区域的需求。混合后的空气由若干服务于单区域的风管系统在建筑面积物内部进行分配。集中式冷冻站为集中式空气处理机组提供冷冻水。空气处理机组由以下几部分组成：室外新风的回风的混合室、过滤器（中效或高效）、冷却或加热盘管以及风机，所有这些部件都组装在一个绝热的金属壳体内。空气的从房间回风至空气的处理机组再循环或者排出室外。

系统优点包括以下几点：

（1）设备采用集中式布置。易于维护。

（2）可以根据负荷的时间差异来确定主要设备的最佳容量。

（3）可以有效地利用空气侧热回收装置。

（4）为多区域服务提供了很大的灵活性。

（5）提供了良好的除湿控制。

（6）使建筑物压力控制成为可能。

（7）可以很好地控制通风量。

（8）为高效和过滤提供了条件。

系统缺点包括以下几点：

（1）初投资比单元式设备高。

（2）需要为设备间、竖井等等提供机械空间。

（3）            可能需要很大的风管空间从而增加了建筑物高度。

2.   空气-水系统

5)      空气-水诱导机组

在新建或者改造工程中不推荐使用这些系统。这些系统在过去相当流行，工程师可能是在现存设施中遇到这种系统。下面的描述只是一些背景资料。

诱导系统的送风来自集中式空气处理机组（可以是高压也可以是低压），并连接到末端机组上。这种送风称为一次风，一次风经过喷嘴诱导入末端机组。通过压力的变化将房间内的一部分空气诱导流过机组，此为“诱导”称谓的由来。房间温度通过盘管来维持，房间温度调节装置通过控制阀来控制盘管中的流量下面介绍的这种系统的类型及其优缺点。

低压诱导机组：来自集中式空气处理系统的空调风以0.2～0.5in.w.g. (50~125Pa)的压力向房间诱导机组输送。

高压诱导机组：来自集中式空气处理系统的空调风以0.5in.w.g. (125Pa)的压力向房间诱导的机组输送。

变风量诱导机组

变风量诱导机组将一次风量调整为可接受的最小值。单位体积的一次风与3倍体积的房间空气能够提供满意的房间空气流动和气流组织。必要时，可以通过调整诱导机组中的再热盘管的热水流量来维持房间的温度。

诱导系统的优、缺点如下所示。

优点：

（1）没有转动部件，需要的维护量较少。

（2）安静，不存在噪声问题。

（3）可以进行局部控制。

缺点：

在地板高度外进行回风，可能从地板带回不受欢迎的污染物。

不能进行末端局部过滤器。设备厂家只提供亚麻布过滤器，某些病房需要进行局部过滤，而亚麻布过滤器不符合医院过滤器标准。

需要在室外墙上设一次风立管。需要多个竖井。在每个高度通常由1根一次风立管来供应两套机组运行，造价很高。毎个竖井都需要进行防火等级评估。穿墙的地方可能需要设防火阀。

不能进行局部加湿。集中式空气系统可能有湿度控制。

需要有全年可用的再热系统。

病房在例行维护过程中不能使用。机组需要定期进行维护。回风中产生微粒沉积。

6)      风机盘管机组

风机盘管机组包括翅片管盘管、过滤器和风机段三部分。风机使空气不断从室内循环经过盘管，而盘管内既可以是热水也可以是冷水。一些机组有电加热器或蒸汽盘管。过滤器通常是可清洗或可更换的低效（＜25%）过滤器，它可以保护盘管不被污垢和纤维阻塞。（虽然不赞成使用，但是这种机组可以与位于外墙的有调节风阀的开口相连，从而为通风系统提供室外新风。）风机盘管通常在地板上安装，不过也可以采用水平（吊顶）模式。风机盘管能够了通过多个出口排风，但是风机静压通常非常有限。通常将经过空调处理的室外新风用风管送至机组的回风侧或者直接送至室内，从而实现通风。

风机盘管的水系统可以是双管系统或4管系统。在4管系统中，供热和供冷可以同时使用，然而双管系统只能根据季节的变化单独进行供热或供冷。

系统优点有以下几个方面：

（1）能够经济地控制多种温度区域。

（2）节省空间，适合于空间高度受到限制的地方。

（3）适合于用低温水加热，如在有热回收装置的地方。

系统缺点有以下几个方面：

（1）某些风机和电动机的效率低低下。

（2）对于潜热负荷高的地方，除湿比较好困难。

（3）风机盘管需经常维护，定期更换过滤器以及对风机和电动机机进行定期润滑； 冷凝水排水盘很容易的产生阻塞和溢流，如果是在病房或者临床区域，还可能存在传染控制问题。

（4）风机噪声可能是较大。

（5）在某些季节，双管系统可能是失去温度控制能力。

（6）风机盘管系统的初投资有时比较高。

3.   全水系统

全水系统对房间进行的空气调节是通过集中冷冻站与换热器或末端设备之间的冷冻水循环来完成，而换热器或末淍设备是位于空调房间或者其相邻居的房间内。热水既可以由同一管路提供，也可以由独立的管路系统来提供。全水系统本身不能满足通风和除湿等要求。

7)      周边辐射

踢脚板（周边）辐射可以用补偿建筑物围护结构的热损失。地板附近较冷的房间空气向有热损失的外墙和窗户流动。当空气流向墙壁时，由于浮升力的作用而向上流动，流经温度较高的带翅片的辐射元件进行换热。可以通过调整翅片元件管中热媒（蒸汽或热水）的温度来控制器散热量。可以利用不同的控制装置对管中热水的流量进行调整，从而产生更大范围的热量输出。路易脚板散热器箱的形状、尺寸及热量输出都有很多种。它们可以明装在墙上、地板上，也可凹进在墙或地板中。护理区域不推荐使用封闭翅片管散热器。

其优点包括以下几个方面：

（1）能够灵活的满足每个房间及其特殊工况的需要。

（2）单位体积的水比空气的传输的热量多。

（3）如果房间布局重新设计或者改变，可以对管路进行更改。

（4）可以利用多种能源来制备热水或蒸汽（如天然气、石油、电、木材、煤、燃料电池或者太阳能集热器）。

（5）利用电动或非电动流量控制阀、手动控制阀或者变速循环水泵等控制方法，很容易满足舒适性要求。

（6）房间之间不会互相传播污染物。

（7）房间之间不会互相传播噪声。

（8）可以进行装潢和油漆，使之与房间周围色调或窗框颜色相配。

其缺点包括以下几个方面：

（1）只能供热。

（2）需要进行清洁。

（3）可能存在传染控制问题。

（4）可能需要防护罩。

8)      辐射板系统

辐射板通过发射和吸收热辐射为空间供热或供冷。在供热期间，热量计从辐射板发射出来并被房间内物体吸收。相反，辐射板也可以吸收房间内物体发出的热量从而实现供冷。水循环或电加热辐射板均可用于供热，但只有水循环辐射板可用于供冷。辐射系统是用来承担房间内显负荷的；因而全部的送风量只要满足新风通风量的要求即可。然而在供冷应用中，为吸收房间的潜热负荷，通风空气必须经过充分的除湿。在供冷应用中，冷凝水结露问题是通过露点和湿敏元件的联合使用来解决的，湿敏元件能够调节供水温度使其维持在房间露点温度之上。

其优点包括：

（1）不影响审美并且易于清洁。

（2）适用于各种类型的吊顶。

（3）最大限度地降低成本气流感。

（4）可充分利用室内地板面积（也就是不需要为风机盘管留空间）。

（5）无噪声。

（6）各区域可单位独控制。

（7）没有传染控制问题。

其缺点包括：

（1）比翅片管路易脚板的供热（冷）量低。

（2）需要单独的通风系统。

（3）比同类可比系统的初始投资高。

（4）在供冷应用中，除非冷冻水温度始终高于露点温度，否则可能出现结露。

4.   以制冷剂为传热工质的单元式空调系统

9)      整体式末端空调器

整体式末端空调器（PTAC）是通常用于单个房间供热和供冷的一类设备管理。这种机组是完全独立的，由风机、过滤器、直接蒸发式制冷盘管、压缩机、风冷冷却盘管以及冷凝风机组成，所有组件都是封装在一个外壳内，可穿墙安装。整体式末端器通常使用电阻盘管来供热。如果装备有合适制冷附件（四通阀）也可以买到作为热泵工作的机组。机组可以用装设尺寸和容量都有限的通风口。

其优点有：

（1）初始投资低。

（2）利于分户计量。

（3）只需要建筑面积物周边很小的一部空间。

其缺点有：

（1）除湿控制能力差。

（2）没有热回收装置 。

（3）由于是多套机组，增加了维护工作量。

（4）在冷凝量大的期间有排除冷凝液的问题。

（5）通风控制能力有限。

（6）噪声可能是很大。

（7）对建筑围护结构图产生影响。

（8）产生气流感，气流组织不好。

（9）不能对内部空间进行空调。

（10）过滤能力差。

（11）比集中式空调系统的效率低。

10) 组装的单区域分体系统

组装式单区域分体采用一套能够完全独立地进行供热和供冷的组装式（制造厂装配的）设备。系统由1室内机和1室外机组成，二者之间通过制冷剂管路和控制进行连接。室内机由送风机、过滤器、直接蒸发式冷却盘管，以及加热设备例如热水、蒸汽、电阻加热器等组成。室外机有压缩机、冷却盘管和冷凝风机。也可以买到作为热泵工作的机组。组装式单区域分体系统通常是由一个房间温度调节装置进行控制的，每个区域配备有一台机组。

其优点包括：

（1）初始投资低，但比组装工屋顶系统高。

（2）可以用于室外可用空间受到限制的情况。

其缺点包括：

（1）要占用建筑物内部空间。

（2）当使用热回收装置时需要单位独的泄压装置。

（3）室内机与室外机之间的距离有一定限制。

（4）分区供应能力有限。

（5）除湿控制能力差。

（6）比集中式系统能耗大。

（7）处理通风空气的能力有限。

11) 组装式屋顶变风量（VAV）或定风量机组

组装式屋顶变风量空调系统采用组装式（制造厂装配的）设备。机组完全独立，包括送风机、直接蒸发式制冷盘管，以及（在需要时）煤气燃烧器、热水、蒸汽或电阻加热器等加热装置，还有过滤器、压缩机、冷却盘管的冷凝风机。机组通常州配有室外空气的回收装置 ，热回收装置有不泄压、大气泄压或者动力泄压的风机。机组通常安装在屋顶边缘，不过也可以安装在支撑结构或地面上。空气的从机组通过风管系统（通常为低压）分配至末端机组，然后通过低压分配系统输送至房间。末端机组根据房间温度状况来调节送风量并使用热水、电阻盘管对空气进行加热处理。有时为了节能，末端机组还配备风机对室内空气进行再循环。有时一个单位独的集中式热风（热台）系统输送热风至末端机组（双风管），冷热风在末端机组进行混合，通过调整气流量可以满足房间的温度要求。空气从房间回风至机组以实现再循环，或者直接排出。采用回/排风机可以实现这个目的，也可采用排风（溢流）机来辅助送风机。变风量（VAV）系统通常设置旁通，以避免蒸发盘管在低负荷期间结冰。

定风量系统不包括上述变风量（VAV）系统组件。

其优点是：

（1）对于需要多区域的建筑物，其初投资较低。

（2）布置紧凑，不占用室内设备间，使用很少的竖井空间。

（3）除湿控制优于组装式单位区域系统。

（4）通过变风量运行可以用达到节能的效果。

其缺点是：

（1）可能影响力建筑物的美观。

（2）维修费用高于冷冻水系统。

（3）处理通风空气的能力有限。

（4）过滤能力有限。

（5）对建筑面积结构有一定承载力要求；并需穿透屋顶。

（6）实现房间压差控制的能力有限。

（7）可能不能提供精确的温度控制。

三、        医用空调系统的设备选择