山西省人民医院空调设计说明书.docx
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山西省人民医院空调设计说明书
第一章工程简介
1.1工程概况
山西省人民医院住院部扩建工程座空调工程位于太原市中心城区双塔寺东街26号。
该医院交通便利，双回路保障供电安全，有城市热网普及。
该工程总建筑面积21415m2，地上10层，地下1层，地下层层高5.1米，地上一层层高5.1米，地上二层层高5.1米，地上三层及以上各层层高3.75米，建筑高度总高度41.85米（室外地坪至檐口），室内外高差0.35米。
本建筑分类为一类，设计使用年限为50年，类别为3类。
本建筑的耐火等级为一级。
抗震设防烈度按6度设防，按7度采取抗震措施。
结构类型为现浇钢筋混凝土框架结构。
维护结构为陶粒混凝土空心砖墙，外墙厚300mm，内墙厚200mm；屋面传热系数按照0.57W/（m2•K）计算；外窗为双层玻璃钢窗。
该工程地下室为食堂和设备用房，地上一层做化验和住院手续办理用，地上二层设有一个百级，四个万级洁净手术室及特护病房，地上三层以上为各科室住院部和办公室。
该工程作为综合性医院建筑，主要由护理站和病房组成，它既是病人治疗与康复的场所，又是病人生活起居的地方。
医院建筑与其他建筑相比，其使用功能十分复杂，并随着医疗技术的不断进步，诊疗设备的不断完善，医院功能将进一步加多。
由于它的主要对象是身体上或精神上都弱者的病人，其主要功能是有利于病人的诊断、治疗、抢救与康复。
因此它的功能关系复杂，卫生要求严格，是一个高性能的有机组合体。
医院空调方式除了能确保各室特殊的温、湿度与洁净度外，还对系统的初投资、运行费用、室内噪声和振动、污染的排除能力等有限大的影响。
空调方式的选择还特别强调其使用方便，维修量少，可靠性高，尤其是手术室、新生儿室、特别监护室等。
这也是因为考虑到国内医院中空调管理和维修力量较弱的缘故，如空调系统或运行调模式过于复杂，往往达不到应有的效果。
医院的空调系统设计还有如下特点：
（１）系统灵活并有备量。
系统的灵活性主要表现在对医疗技术的变革和诊疗设备更新的适应能力。
强调系统（包括冷、热源）灵活性并留有备量，在于适应医院建筑平面布置的更改、室内负荷变化，以及建筑的改建或扩建的需要。
（２）系统的消声减振要求高。
医院大多数的科室对消声减振要求高，否则会影响病人的康复，干扰医护人员正常的医疗工作，甚至影响一些精密的诊疗设备。
消声减振问题须综合考虑，这要从系统分区、系统形式的选择、设备的选用、机房的设置等方面进行综合考虑。
（３）系统要有节能对策。
医院空调的同时使用系统较低，有的（如病房等）部门需要全天运行，有的（如手术室等）部门需要短时运行，有的（如紧急处置室等）部门需要随时运行，造成峰谷负荷相差较大。
一些部门需要提前供热或供冷，延迟停止供热或供冷，造成系统季节转换的复杂性。
一般来说，医院空调的新风需要量较大，一些科室需要全新风。
这些都要求在系统设计时考虑相应的节能对策。
1.2室外气象参数
按照设计任务书中的要求，选取天津地区（或相近地区）的气象条件和建筑的维护结构、人员设置及设备情况，进行空调冷负荷、采暖热负荷计算。
该工程位于北纬四十度，空气透明度5级。
根据空气调节设计手册[2]，夏季空调室外计算参数为：
夏季室外计算干球温度 twpｘ=33.4℃
夏季空调室外计算湿球温度 twsｘ=26.9℃。
夏季室外计算平均日较差 Δtr=8.1℃取8℃
夏季平均室外风速 vｘ=2.6m/s
冬季空调日室外计算温度 twpd=-11℃
冬季平均室外风速vd=3.1m/s
1.3室内设计参数
按照国家有关医院建筑的设计规范[4]，结合本项目的具体建筑设计方案，确定不同功能房间的空调和采暖房间的室内空气参数如下表所示：
表1-1不同功能房间的空调和采暖房间的室内空气参数
房间名称
夏季
冬季
干球温度（℃）
相对湿度%
干球温度（℃）
相对湿度%
病房
26~27
50~60
20~22
40~50
抢救室
25~27
50~60
21~23
40~50
ICU
24~26
50~60
22~24
40~50
分娩室
24~26
50~60
23~25
40~50
婴儿室
25~27
50~60
25~27
45~55
配药
26~28
50~60
20~22
40~50
医生办公
26~28
50~60
18~20
40~50
病员洗涤
26~28
50~65
16~18
30~50
手术室
23~26
50~60
24~26
55~60
1.4图纸内容
第二章负荷计算
2.1夏季冷负荷计算
房间得热量是指在某一时刻由室外和室内热源散人房间的热量之和，它分为显热得热和潜热得热。
显热得热指出于传导、对流和辐射进入室内的得热量，潜热得热指内于进入主内的的湿量引起的得热量。
冷负荷是指为维持室内设定的温度，在某一时刻必须由空气调节系统从房间带走的热量。
当得热量中含有辐射成分时，出于房间围护结构和室内家具等物体对于辐射热的吸收蓄热和放热效应，这部分辐射得热量在转换成冷负荷的过程中，会随房间热工性能和房间几何形状等条件的不同而发生不向的衰减和延迟，所以在某时间的房间得热量不一定等于房间冷负荷。
故空调冷负荷采用不稳定传热计算各种热源引起的负荷，目前的计算方法主要有两种：
谐波反应法和冷负荷系数法，本工程选择实际工程中常用的冷负荷系数法进行计算。
2.1.1维护结构负荷计算
（1）外窗通过日射得热负荷的计算：
式中xm——窗有效面积系数，xm=0.85；
xb——窗玻璃修正系数，xb=0.93；
xn——窗内遮阳设施的遮阳系数，xn=0.55；
F1——无遮挡部分窗面积；
Fc——外窗面积（包括窗框）；
Jc·max——透过标准窗玻璃的太阳总辐射照度，查《采暖通风与空气调节设计规范》得：
南向Jc·max=307Ｗ／ｍ２
东向Jc·max=533Ｗ／ｍ２
西向Jc·max=533Ｗ／ｍ２
北向Jc·max=142Ｗ／ｍ２
水平Jc·max=744Ｗ／ｍ２；
Ccl，CclN——冷负荷系数（CclN为北向冷负荷系数），无因次，并考虑“有内遮阳和无遮阳”因素。
（2）外窗温差传热形成的逐时冷负荷，可按下式计算：
式中xk——玻璃窗传热系数修正系，xk=0.75；
Kc——玻璃窗传热系数，Kc=2.7Ｗ／ｍ２；
Fc——外窗面积（包括窗框）；
twp——夏季空气调节计算日平均温度（℃），twp=33.4℃；
Δtk——夏季室外计算逐时温差；
tn——室内计算温度。
（3）外墙和屋顶传热形成的逐时冷负荷，可按下式计算：
式中Kw——外墙传热系数，Kw=1.64，墙体类型Ⅲ型，屋面传热系数Kf=0.57W/（m2•K）；
Fw——外墙面积；
t’10——外墙和屋顶的综合冷负荷计算温度的逐时值（℃）；
t10——外墙和屋顶的冷负荷计算温度的逐时值（℃）；
tdl——围护结构的地点修正值（℃）；
Cα——外表面放热系数修正值，Cα=1；
Cβ——外表面放热系数修正值，墙体Cβ=0.97，屋顶Cβ=0.94；
tn——室内计算温度。
注：
以上数据参数均来自参考文献[2]
2.1.2灯光负荷计算
由于病房为24小时连续使用，故其灯光负荷按照稳态计算；办公室按照每天连续使用10小时，查冷负荷系数表。
按照每平米200lｘ照度计算，折合20Ｗ／ｍ２。
2.1.3人员负荷计算
由于病房为24小时使用，故人员负荷按照稳态计算；办公室按照每天连续使用10小时，查冷负荷系数表。
人员显热负荷可按下式计算：
式中n——人员数目，病房按照床位的2倍计算，办公室按照5ｍ２/人计算；
q——一名成年男子轻劳动时显热散热量，q=58瓦/人；
Xt-T——人体显热散热冷负荷系数；
Cr——群集系数，Cr=0.9。
人员全热冷负荷可按下式计算：
式中n——人员数目，病房按照床位的2倍计算，办公室按照5ｍ２/人计算；
q——一名成年男子轻劳动时全热散热量，q=58瓦/人；
Xt-T——人体全热散热冷负荷系数；
Cr——群集系数，Cr=0.9。
人体散湿量可按下式计算：
Mw=n·
·g·10-6kg/s
式中Mw——人体散湿量，kg/s；
——群集系数；
g——成年男子的小时散湿量，g/h。
2.1.4新风负荷的计算
对空调房间送入必须的新风量，是保证工作人员身体健康的重要措施。
为了节约冷量和热量，除了由于室内产生有害气体，室内空气不能循环使用（如烧伤病房等）以外，方式允许采用回风循环使用的空调系统，应尽量利用回风。
各类房间送入新风量标准如下表所示。
表2-1医院新风量设计标准表
房间类型
办公室
大病房
小病房
手术室
餐厅
休息室
吸烟情况
无
无
无
无
有一些
无
新风量
（m3/h·人）
25
35
50
37（m3/m2·h）
20
30
新风显冷负荷的计算：
式中c——干空气的定压质量比热，c=1.01kJ/（kg•℃）；
ρ——干空气密度，取1.2kg/m3；
G——新风体积流量；
twp——夏季空气调节计算日平均温度（℃），twp=33.4℃；
tn——室内计算温度。
全空气空调系统新风冷负荷按下式计算：
Q＝Mo·（ho-hR）
式中Q——夏季新风冷负荷，kW；
Mo——新风量，kg/s；
ho——室外空气的焓值，kJ/kg；
hR——室内空气的焓值，kJ/kg。
2.1.5设备散热
手术室专用设备种类繁多，不同的手术室配置也不尽相同，在设计中确定详细的数据比较困难。
我们通过对基本设备的统计发现，除无影灯是稳定的散热源外，其它设备同时使用的概率很小，根据规范中的数据，按照10KVA计算，其形成的设备散热量应该在250W左右。
散热量面积指标大约为50w/ｍ２。
因此，设备散热量可以用下式计算:
Qs=50F
空调设备的散热主要是风机引起的，由于高效过滤器的设置，风机风压较高，一般百级手术室的循环机组风机配电容量在5.5-9kW之间。
常用的空调净化机组均采用内置电机，其散热量采用下式计算：
式中n1——同时使用系数，取1；
n2——安装系数，取0.8；
n3——负荷系数系数，取0.5；
η——电动机效率，取0.9；
CclM——冷负荷系数按照连续使用10小时取。
2.1.6负荷汇总
表2-2山西省人民医院住院部空调冷符合汇总表
楼层
空调面积（m2）
人数
冷负荷（W）
峰值时刻
散湿量（g/h）
新风量m3/h
新风负荷（W）
冷指标（W/m2）
总负荷
地下室
399
111
28941
20424
2430
6080
72
35021
1
1493
260
120684
17
47840
6500
16265
82
136948
2
552
92
98519
15
16924
2300
5755
115
104274
3
968
171
94439
14
31464
5620
14063
102
108502
4
957
175
87641
13
32200
5815
14551
93
102192
5
957
175
87641
13
32200
5815
14551
93
102192
6
957
175
87641
13
32200
5815
14551
93
102192
7
957
175
87641
13
32200
5815
14551
93
102192
8
957
175
87641
13
32200
5815
14551
93
102192
9
911
173
91520
13
31832
7619
19065
102
110585
10
700
69
66604
13
12696
2625
6568
104
73172
总计
9809
1751
322180
56169
140551
95
1079465
2.2冬季热负荷校核
设计热负荷计算，宜按照稳定传热计算法计算，将传热量作为空调房间的热负荷。
对采暖负荷，采用校核的方法进行计算，即选取代表性房间，算得各自的冬季采暖负荷，得到建筑单位热指标。
校核各房间在冬季工况下是否能达到设计标准，最后经加总得到冬季供热符合。
其中，热负荷的计算方法如下。
2.2.1围护结构基本耗热量
围护结构基本耗热量按下式计算
Q1=KF（tn–tw’）a
式中K——围护结构的传热系数，W/m2·℃；
F——围护结构的面积，m2；
a——围护结构的温差修正系数。
高度修正。
由于一二层房间净高大于4米，需要考虑高度附加耗热量，规范规定为房间高度大于4米时，每高出1米附加2％，总的附加率不大于15％。
2.2.2冷风渗透耗热量
本设计属于高层建筑，在计算冷风渗透耗热量时需要考虑风压和热压的共同作用，所以首先要计算门窗的综合修正系数m值。
ch——计算门窗中心线标高为h时的渗透空气量对于基准渗透量的高度修正系数（当h<10m时，按基准高度h=10m计算）
式中b——门窗构造系数，本工程b=0.78；
n——渗透空气量的朝向修正系数。
而按上式确定m值时，需要先确定压差比C值。
式中Cr——热压差系数，Cr=0.2~0.5；
hz——中和面标高；
Cf——风压差系数，内部流动阻力较小时Cf=0.7，内部流动阻力较大时Cf=0.3～0.5
如计算得出C≤-1时，则表示在计算层处，即使处于主导风向朝向的门窗也无冷风渗入，或已有空气渗出。
此时，同一楼层所有朝向门窗冷风渗透量，均取零值；
如计算得出C≥-1，根据计算出的m≤0时，则表示所计算的给定朝向的门窗已无冷空气渗入，或已有室内空气渗出，此时，处于给朝向的门窗冷风渗透量，取为零值。
如计算得出m≥0时，该朝向的门窗冷风渗透耗热量按下式计算确定
式中Cp——冷空气的定压比热，Cp=1kj/（kg·℃）；
L——单位长度渗入空气量，m3/h·m；
l——门窗缝隙的计算长度，m。
冷风渗透耗热量按下式计算：
Q2=0.278VρwCp（tn–tw’）
式中V——经门、窗隙入室内的总空气量，m3/h；
ρw——供暖室外计算温度下的空气密度，kg/m3；
Cp——冷空气的定压比热，这里为1Kj/kg·℃。
选择典型房间计算其热负荷，取平均值得68W／m２，经校核热指标和各房间冷指标，各房间冷指标均大于其热指标，即系统只要满足房间夏季冷负荷就一定满足冬季热负荷。
该工程供热面积为11000m2，则建筑热负荷为750kW。
第三章冷热源设计
3.1概述
高级民用建筑中央空调系统的投资约占建筑总投资10%以上，其中，空调冷热源部分占空调总投资的50%-70%，故冷热源形式的不同，它的初投资和能耗差别很大，需要在选取上遵循一定的原则和方法。
冷热源形式的不同，它的初投资和能耗差别很大，在满足经济性的前提下，也不能忽略衡量和评价空调系统节能设计的主要能耗指标。
空调冷热源的选择须按安全性、可靠性、经济性、先进性、适用性的原则进行综合技术经济比较来确定，具体考虑以下因素：
1）能源、环保和城建
太原为山西省省会，山西省煤炭储量丰富，是全国电力生产大省，电力供应充足且价格低廉。
由于重工业发展成熟，燃气供应质量较高，能够满足生产和生活需要，而且市区设有燃气管道，建筑接入方便经济。
虽然有汾河纵贯全城，但城市用水紧张。
目前，太原市年平均水资源总量为6.34亿立方米，联合国规定，人均水资源量小于500立方米为极度缺水，而太原人均占有水资源量仅为173立方米，是一个严重缺水的城市。
目前太原城市环境脆弱，需要对环境友好的建筑设备和技术。
20世纪70年代发现含氯或溴的合成制冷剂对大气层有破坏作用，而且造成非常严重的温室效应，所以在选用制冷剂上也是建筑环境保护的重要内容之一。
根据《蒙特利尔议定书》修正协议，作为当前重要的制冷工质R22即将在全球范围内禁用。
但是中央空调系统使用寿命一般为15～30年，因而，空调系统制冷剂R22的替代不容延缓。
R-134a、R-410A和R-407C是近期合适的R-22替代工质。
R-134a是一种与R-12热力性质较为接近的纯物质，没有温度滑移;避免了使用混合工质的诸多麻烦，较适合于空调或其它蒸发温度较高的场合。
R-134a与R-22相比制冷系数较高，但其容积制冷量较低，需要大的压缩机容积排量和大管路设计。
R-134a比较适合在大中型空调设备中应用。
同时在小型空调中已有多年的应用经验，其各项替代研究较为成熟。
2）建筑物用途、规模和冷热负荷
该建筑为大型公用建筑，全年24小时运行，总建筑面积21415m2，地上10层，地下1层，地下层层高5.1米，地上一层层高5.1米，地上二层层高5.1米，地上三层及以上各层层高3.75米，建筑高度总高度41.85米（室外地坪至檐口）。
该建筑的夏季冷负荷为934kW，冷指标92.33W/m2，是目前建筑节能重点监控单位，在冷热源的选取上需要考虑政府政策倾斜，以获得最大的社会和经济效益。
3）初投资和运行费用
初投资包括土建费、设备费、安装费（含材料费）、电力增容费，年运行费包括能耗费（即水费、电费、燃料费、维修费、人工费等）。
两者采用一定的利率，在整个建筑的全生命周期进行动态比较，为冷热源的选取提供经济分析的依据。
4）机房条件、消防、安全和维护管理
5）设备特征和能效比
能效比是在额定工况和规定条件下，空调进行制冷运行时实际制冷量与实际输入功率之比。
这是一个综合性指标，反映了单位输入功率在空调运行过程中转换成的制冷量。
空调能效比越大，在制冷量相等时节省的电能就越多。
3.2技术经济分析
3.2.1提出方案
根据以上方案的选择原则，现提出以下四种的空调冷热源方案：
方案1水冷冷水机组+城市热网；
方案2直燃型溴化锂吸收式式冷热水机组；
方案3地源热泵系统；
方案4风冷热泵式冷热水机组。
3.2.2方案介绍
空调工程冷热源方案的选择首先应该考虑空调工程的使用性质和具体使用要求，地制宜，全面分析，按初投资、年运行费、能源供应、环境影响等因索进行综合评价。
应该选择的是能源结构合理、能源利用率高，对环境的不利影响最小的设计方案.通过以上分析可得以下讨论。
方案1：
（水冷冷水机组+城市热网）
水冷冷水机组技术比较成熟，运行可靠，制冷效率较高，性能系统数COP值一般在3.9-5.7之间，使用寿命在20-30年以上。
目前常用的水冷冷水机组包括容积式和离心式。
离心式压缩机属速度型，活塞式、螺杆式压缩机属容积型。
离心式压缩机主要靠高速叶片将能量传递给管道中连续流动的制冷剂气体使之获得极大的速度，同时提高压力。
具有制冷量大，单位功率机组的重量轻，体积小，占地少，没有气阀，活塞，活塞环等易损零件，可实现无油压缩，运转平稳可靠，设备基础轻，供气脉动性小维护费用低等优点。
不足之处是效率较低，单机容量必须较大，变工况适应能力不强，而且噪声较活塞式大。
螺杆式压缩机属容积型回旋式压缩机中的一种，由于不出现余隙容积中剩余气体的再膨胀过程，在转子，机壳之间具有很小的间隙，相互之间没有滑动摩擦所以内效率和机械效率都比较高。
由于它无吸排气阀装置，易损件少维护管理方便，使用寿命长，目前已得到广泛应用而且必将获得进一步推广。
不足之处是噪声较大，单机容量不宜太小。
活塞式压缩机是传统型容积式压缩机，目前使用最为广泛。
这种机型工艺比较成熟，有宽阔的工作压力范围，变工况适应性较强，热效应较螺杆式压缩机稍低，额定转速一般较低，输气有脉动，运转有一定的振动。
且结构较复杂，易损件多，维修周期短。
噪声相对于离心式压缩机和螺杆式压缩机要低，在中小型制冷中占主导地位。
一般来说，离心式压缩机和螺杆式压缩机适用于大型制冷空调设备，活塞式压缩机常用于中小型制冷空调设备。
表3-1压缩机适用范围表
机组类型
活塞式压缩机
转子式
涡旋式
螺杆式
离心式
适用符合（kW）
<300
<5
4-40
100-1200
〉1000
根据本工程的负荷大小和特点，要求具有较高的可调性，故选取螺杆式冷水机组。
方案2：
（直燃型溴化锂吸收式冷热水机组）
直燃型溴化锂吸收式冷热水机组简称“直燃机”，是直接燃烧天然气、煤气、柴油等各种燃料，以水/溴化锂作介质的冷热源设备。
其机组主要有以下特点：
1）利用热能（或余热、废热、排热等）为动力，与电动冷水机组比可明显节约电耗。
因此，在电力比较紧张的地区，或有余热可以利用的场合，此机组更具有意义，但是应该注意，其若与一次能源的消耗机比较，它一般来说是不节能的。
2）制冷机组是在真空状态下运行，没有高压爆炸危险，安全可靠；除屏蔽泵以外，无其它震动部件，运行安静，噪声低。
3）以溴化锂水溶液为工质，其中水为制冷剂，溴化锂为吸收剂。
4）制冷量范围广，在20%-100%的负荷内可进行冷量的无级调节，并且随着负荷的变化调节溶液循环量，有优良的调节性能。
方案3：
（地源热泵系统）
在我国传统的舒适性室内环境控制技术中，北方一般以燃烧煤锅炉解决冬季取暖问题，南方则以水冷机组解决夏季空调制冷问题。
20世纪80年代后，经济的高速发展和人们生活水平的迅速提高，对供热和空调的需求快速增长，对室外环境质量的要求也不断提高，供热、制冷的方式越来越多样化。
从可持续发展的角度看，采暖空调用能必须提高能源利用效率，努力寻找可再生的能源，地热空调就是一种节能环保型的新型空调。
地源热泵系统是一种利用土壤、地下水或地表水（江、河、湖、海）进行冷热交换，将土壤、地下水或地表水作为热泵系统的冷热源的一种空调系统，冬季把地能（土壤、地下水或地表水）中的热量“取”出来，供给室内采暖，此时地能为“热源”；夏季把室内热量取出来，释放到土壤、地下水或地表水中去，此时地能为“冷源”。
4、方案4（风冷热泵式冷热水机组）
风冷热泵机组夏季运行制冷性能系数值在3.4左右，低于水冷式冷水机组。
冬季运行制热性能系数值在2.3-2.5左右，有明显的节能意义。
但该方案初投资费用和运行费用等都比较高，不是非常经济，另外冬季室外的空气温度白天总是高于夜晚，对于仅在白天使用的建筑物如办公楼、商场等可采用风冷热泵机组，对于全天〔24h）要求供暖医院病房楼采用风冷热泵机组最好增设辅助加热器，还有设于屋面的热泵及循环水泵的嗓声和振动对下部房间有一定的影响，所以若采用此方案一定要做好消声减振措施接，另外，热泵机组与水泵不应直置于病房、手术室等房间的屋面。
3.2.3初投资比较
初投资费用为土建费、设备费、安装费（含材料费）、电力增容费之和。
土建费按1100元/m2计;安装费按设备费折算，方案1一3为20%，方案4按12%计;电力增容费按550元/kW计。
将以上数据，折算到单位面积结果见下表：
表3-2方案初投资比较表
初投资
方案1
方案2
方案3
方案4
（元〕
183．3
194．7
182．2
277．4
3.2.4年运行费用比较
年运行费为固定费和运行费之和。
年运行费最低的方案为较经济方案。
1）
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