医院制冷系统节能管理的动态控制策略.docx
医院制冷系统节能管理的动态控制策略在大型综合医院中，制冷系统不仅是保障医疗环境舒适性的关键基础设施，更是保障医疗设备稳定运行、手术安全进行以及患者康复舒适的重要支撑。水冷式系统制冷主机因其高效能、稳定性及易维护等特点，在大型医院制冷系统中占据着重要地位。本文将从水冷式系统制冷主机的工作原理、设备配置、运行现状出发，深入探讨其动态控制策略，旨在提高医院制冷系统的能效，降低运行成本，并满足医疗环境的特殊要求。1、医院简介河北医科大学第一医院，是一所以脑病和心血管病诊疗为主要特色，集医疗、教学、科研、急救、预防保健和健康管理为一体的三级甲等综合性医院。2021年6月获批国家区域医疗中心第二批试点建设项目一一首都医科大学宣武医院河北医院。医院始建于1971年6月26日，现占地面积100亩，建筑面积26万平方米，医院职工2838人，编制床位2232张，有两个院区运行。医院秉承“规模要适度，学科有特色，管理精细化，运营有效率，医院有文化”精致医院建设理念，推动医院高质量发展，2022年全国三级公立医院绩效考核A+o2、制冷机组工作原理水冷式系统制冷主机以水为冷却介质，通过水泵循环将水在系统内反复进行能量传递，实现制冷效果。该系统主要由压缩机、冷凝器、蒸发器及辅助设备（如冷却塔、水泵、阀门等）组成。压缩机将制冷剂压缩成高温高压气体，进入冷凝器后与水进行热交换，使制冷剂冷凝成液体，并释放热量至冷却水中。随后，制冷剂在蒸发器中蒸发吸热，达到制冷目的，同时产生低温低压气体再次进入压缩机，完成循环。工作原理见图1水冷式制冷系统原理图。水冷式制冷系统原理图需冷却的设备冷却水图1水冷式制冷系统原理图3、医院制冷机组出水温度动态调节的基础从设计角度上讲，建筑总冷负荷受夏季室外温度影响，石家庄夏季空调计算温度为35.1,设定回水温度12。C的冷冻水进入蒸发器,被冷媒降温至7后进入末端设备（即需冷却的设备）。通常为保险起见,设计单位会将冷负荷放大,系数一般在1.3-1.5之间。即实际使用中，冷冻水系统7供水，12。C的回水所蕴含的冷量甚至可满足室外温度为39。C时整栋建筑的冷负荷。医院制冷换热站现在投入使用的1#离心机，2#离心机，3#螺杆机为定频机组，当出现富裕制冷量后，若不调节冷冻水水温，则冷冻水水温会在设定值的基础上进一步降低，但由于是定频机组，机组功率保持不变，造成电能浪费，如图2所示。图2定频机组运行温度图因此当室外温度为35.IC时，冷冻水出水温度还按设计工况的7。C供水，12。C的回水进行设定，机组满负荷运行，势必会造成一部分冷量得不到利用而浪费，且额外消耗更多的电能，造成双重浪费，因此对不同室外气象温度条件的冷冻水出水温度进行设定十分必要。从制冷原理的角度来看，制冷的本质是通过做功把热量从低温物体迁移到高温物体（即通过冷媒将热量由蒸发器转移至冷凝器）。压缩机作为冷源的主要耗能部件，其功耗取决于制冷剂的流量和压差。在制冷负荷不变、流量不变的情况下，冷凝器与蒸发器之间的温差越大，压缩机功耗越大。因此，通过提升蒸发温度（即提高冷冻水供水温度）、降低冷凝温度（即降低冷却水的回水温度）可以有效降低压缩机功耗。同时，提高冷冻水温度还有助于减少冷冻水管路传输的损耗。随着冷冻水温度的提高，冷冻水管路传输的损耗也大大降低，同时系统和末端设备结露现象减少，这又能使机组运行负载减轻，健康状况得以改善。但是冷冻水的温度不能无限制的提高，空调系统除了降低室内温度的功能外，还需要调节室内的湿度，而冷水机组除湿的原理就是使冷冻水系统的供水温度低于室内空气的露点温度，当空气与末端盘管接触时，空气中的水蒸气因低于露点温度而变成冷凝水排除，从而降低空气湿度。当冷冻水温度逐渐升高时，会因冷冻水的饱和蒸气压力与室内空气饱和蒸气压力过于接近而影响除湿效果，造成室内空气湿度升高,因此,如何找出不同室外温度下对应的冷冻水供水温度是在保证末端设备正常工作下，实现降本增效的关键。4、医院冷冻水温动态调节的探索通常在湿度不高的初夏，空调系统主要以降温为主，设计冷量基本能满足室外40的建筑负荷，因此水温调节以40为基准值，考虑到天气温度偏差及水温传感器的偏差，尝试以室外温度两度为一组对应一个冷冻水供水温度进行调整，如表1所示。表1室外温度与冷水机组出水温度对应表室外温度()冷水机组出水温度()41-42739-40837-38935-361033-341131-321229-301327-281425-2615通常情况下，由于室外气温及太阳辐射的变化，建筑冷负荷会相应变化，因此将10:30-18:30设为固定出水温度，18:30-10:30根据手术室的具体需求，动态调节出水温度。医院的制冷系统分为供给医技病房楼的大系统和供给手术室的小系统。手术室的空调为精密性空调，对温湿度的控制要求较高，而医技病房楼的系统为舒适性空调，对温湿度的控制要求较低。当制冷机组的工况满足手术室的要求时，医技病房楼的末端设备的用冷需求皆可满足，因此通过手术室的参数来辅助冷冻水的调节变得十分重要。医院制冷系统运行如图3所示。图3医院制冷系统运行图随着2023年冬医院3万余平方米的新门诊楼启用，2024年夏季冷负荷增加了1/4,以往的调节策略并不完全适用于当前的实际情况。因此，在先前手术室回水温度控制的经验指导下，通过探索发现初夏季节，当手术室的回水温度控制在16以内时，手术室的温湿度能得到很好的保障。因此，在18:30-6:30时段，在保证手术室回水温度控制在16以内时，适当分阶段将冷冻水出水温度上调1-3；在6:30-10:30时段，室外气温处于缓慢上升状态，对冷冻水温度采取逐渐降低的策略，在10:30时达到当天设定出水温度，依次循环。典型的冷冻水温度调节曲线如图4所示。图4冷冻水温度调节曲线图周六日时，手术室使用率较平时相对下降，将当天的水温设定值升高1；如果周六日手术结束较早，也适当将傍晚及夜间水温升高的时间提前。5、医院冷冻水温动态调节的成效通过不断探索调节制冷系统的出水温度，在节能方面取得一定的成绩。一是以同期耗电量为例：2024年5月在增加了3万余平方米门诊楼供冷的情况下，制冷主机总用电量113117.59Kwh,较2023年同期降低8.40%。二是以每平方米供冷耗电量为例：2024年5-7月供冷面积为199194.8平方米,制冷机组日均每平米耗电量为0.047Kwh;2023年5-7月，供冷面积为123100平方米，制冷机组日均每平米耗电量0.065Kwho6、医院冷冻水温动态调节过程中遇到的问题初夏及夏末季节，室外空气湿度较低，室外空气波动较大，空调机组的主要作用是降温，此时水温调节范围较大。而当进入中夏，尤其是处于伏天时，室外空气的特点是温度较高，波动范围较小，且湿度较高，此时空调机组须优先降低湿度。而手术室的湿度要求会大大制约水温的调节，当水温设定较高时会影响湿度的处理，因此这个时期冷冻水温会长期处于较低温度，且调节区间较小，节能效果会受到一定的影响。7、结语大型医院水冷式系统制冷主机动态控制策略的实施，对于提高医院制冷系统的能效、降低运行成本、满足医疗环境特殊要求具有重要意义。随着物联网、大数据、人工智能等技术的不断发展，制冷系统的智能化水平也将进一步提升。通过更加精细化的数据分析和预测模型,实现制冷系统的智能调度和优化控制；通过更加智能化的故障诊断和预警系统，提前发现并解决潜在问题；通过更加便捷的远程监控和维护手段，降低维护成本和提高维护效率。这些都将为大型医院提供更加高效、稳定、节能的制冷解决方案。
