热回收型风冷式热泵机组在医院洁净手术部中的应用

随着社会经济发展和人民生活水平的提高，风冷热泵机组越来越多的被采用。夏季，风冷热泵机组在运行的同时，会通过空气侧换热器向环境中散发出大量的冷凝热，冷凝热的排放不但使城市气温不断升高，而且在城市中心形成“热岛”效应。如果把这部分能量回收加以利用，不但可以节约能源、减少二氧化碳排放，而且可以保护环境。基于此，很多厂家开发了部分热回收型和全部热回收型风冷螺杆式热泵机组。这种机组在夏季运行时部分或者全部回收空调产生的冷凝热；在过渡季节可运行热泵热水器模式产生热水；在冬季则可运行热泵模式或热泵热水器模式。

热回收型风冷螺杆式热泵机组通常是在原机组压缩机和标准风冷冷凝器间串联一个热回收换热器，它将压缩机排出的高温气态制冷剂的热量传递给热回收换热器产生热水。通过控制热回收换热器的进出水温度或者标准风冷冷凝器的散热量来调节热回收量的大小。当夏季运行时，通过水侧热交换器、热回收换热器、空气侧热交换器三者之间通过控制实现相互切换 ，可实现空调制冷、制冷加热回收、热泵热水器三种模式；当过渡季节运行时，通过风侧热交换器和热回收换热器实现热泵热水器运行模式；当冬季运行时，通过空气侧热交换器、水侧热交换器、热回收换热器实现空调制热、热泵热水器、空调制热加热泵热水器三种模式。各种运行模式流程及阀门状态如图1和表1所示：  

图1 热回收型风冷螺杆式热泵机组原理

1— 压缩机；2，3，9，11—电磁阀；4—四通阀；5—风侧热交换器；6—热回收换热器；7，8，14，17，18—单向阀；10—电子膨胀阀；13—过滤器；15—储液器；16—水侧热交换器

表1 电磁阀、四通阀开关情况汇总

医院洁净手术部因其使用的特殊性，要求室内全年温湿度不变，因此全年要求使用空调。一般说来，医院洁净手术部的洁净手术室和辅助用房根据级别要求独立或合用净化空调系统，采用分散或集中处理新风的一次回风系统。在一般的设计中，医院洁净手术部在夏季和冬季的运行采用医院集中冷热源（离心冷水机组加市政热水或其它形式）提供空调冷热水，而在集中冷热源过渡季节停开或冬夏季故障时，运用风冷热泵（不带热回收）做为其过渡季节冷热源和备用冷热源。在其夏季和部分过渡季节的运行中，由于其采用一次回风系统，故需要一定的再热量，这部分再热量可由电，蒸汽或者热水提供。在医院无外部热源的情况下，这部分再热量只能靠电来提供。本文探讨了由热回收型风冷螺杆式热泵机组代替医院集中冷源在夏季同时给医院洁净手术部提供空调冷水和再热热水的系统方案。

在夏季，医院洁净手术部同时需要供冷和再热，这正好可以利用热回收型风冷螺杆式热泵机组的制冷加热回收模式，如表1中模式2。在制冷系统中增加一个热回收冷凝器，在制冷的同时通过这个增加的热回收冷凝器来加热热水，从而为洁净手术部提供免费的再热热水。

以下就医院洁净手术部夏季用方案一：医院集中冷源（水冷离心式冷水机组）提供空调冷水，用电提供再热量和方案二：热回收型风冷螺杆式热泵机组的制冷加热回收模式同时提供空调冷水和免费的再热热水这两个方案进行经济性比较。

3.2.1 理论分析

 根据《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005第5.4.5条规定：水冷离心式冷水机组在额定制冷量大于1163kW时其性能系数不应低于5.10，风冷螺杆式热泵机组在额定制冷量大于50kW时其性能系数不应低于2.80。若假定医院洁净手术部的制冷量为A，再热热量为B，电再热效率为100%，则两个方案耗电量如下：

方案一：夏季每小时的耗电量Q1=（A/5.10+B）kW

方案二：夏季每小时的耗电量Q2=A/2.80kW

若要Q1≥Q2，则B≥16.1%A。因此，抛开其它经济因素不计，仅就机组的耗电量进行经济性比较来说：只要洁净手术部的再热热量占到其制冷量达一定比例，方案二就能产生经济效益和节能效果。

3.2.2 实例分析

某地有一个医院工程，夏季医院总制冷量为5800kW，其中洁净手术部制冷量852kW，需要再热量190kW（洁净手术部所需再热热量为其制冷量的22.3%）。夏季空调运行时间为120天，洁净手术部每天折算成满负荷运行时间为6小时。医院用电价格按1元/kWh计算。

方案一：医院集中冷源选用封闭型离心式冷水机组三台，每台制冷量为1934kW，耗电量为349kW；冷水循环泵三台，每台耗电量55kW；冷却塔三台，每台耗电量15 kW；冷却水循环泵3台，每台耗电量45 kW。用集中冷源为洁净手术部提供空调冷水，用电为其提供再热热量。此时洁净手术部一个夏季制冷周期的运行费用约为：

Q1 =[852×（349×3+55×3+15×3+45×3）/5800+190]×6×120×1=284000元

方案二：医院洁净手术部选用两台部分热回收型风冷螺杆式热泵机组，每台制冷量为428 kW，部分热回收量为100.4 kW，热回收热水供回水温度45/40℃，耗电量为130kW，每台热回收热泵机组较不带热回收的机组需要增加的费用为45000元（采用方案一时做为过渡季节和备用冷热源的不带热回收风冷热泵机组的初投资仍存在）；为热泵选用的冷水循环泵三台（两用一备），每台耗电量7.5kW。用部分热回收型风冷螺杆式热泵机组为洁净手术部提供空调冷水和免费的再热热水。此时洁净手术部一个夏季制冷周期的运行费用为：

Q2=（130×2+7.5×2）×6×120×1=198000元

方案二与方案一比每个夏季制冷周期节约费用为：

Q=284000-198000=86000元

选用部分热回收型风冷螺杆式热泵机组比选用普通热泵机组增加的费用为45000×2=90000元，故投资回收期为90000/86000=1.05年。

另外，由于医院洁净手术部夏季的冷量由热回收型风冷螺杆式热泵机组提供，因此可减少做为集中冷源的离心机组及其配套的冷水循环泵、冷却塔、冷却水循环泵的初投资。

由以上分析可知，医院洁净手术部在夏季运用热回收型风冷螺杆式热泵机组可免费获得再热热水，比利用集中冷源（离心机组）加电再热的方案能带来明显的经济效益和节能效果。

对于洁净手术部夏季空调运行时间越长，需要的空调再热热量越大（此时可选用全热回收型风冷螺杆式热泵机组），洁净手术部用热回收型风冷螺杆式热泵机组的经济效益和节能效果越明显。另外，洁净手术部在过渡季节的部分运行时间里也同样需要制冷加热回收的运行模式，这更增加了洁净手术部用热回收型风冷螺杆式热泵机组的经济性和节能效果。

随着建设节约型社会的不断开展，空调领域的节能研究也日益深入。在医院洁净手术部中运用热回收型风冷螺杆式热泵机组提供空调冷水和免费的再热热水能产生明显的经济效益和节能效果，这种机组的应用，可以减少锅炉的使用，对于减少二氧化碳排放，保护环境具有深远的意义。