某传染病医院闭式空气源热水系统设计

于雷 [1] 任中杰 [1] 郭娜 [2] 朱彦波 [1] 金秋 [1]

1.中建八局第一建设有限公司 山东省济南市 250100 2.山东绿地泉控股集团股份有限公司 山东省济南 市 250221

[摘 要] 本文通过论证传染病医院热水供应系统中热源的选择、热水管网系统形式的优劣，经过严谨的设计计算，为集中热水系统的设计提供了数据支持，为空气源热泵和辅助加热设施的选型提供了依据。

[关键词] 传染病医院；集中热水；空气源热泵

1.引言

集中热水系统作为传染病医院设计的重要组成部分，关系着医护人员使用的舒适度及病人使用的安全性。而在传染病医院设计时，热水系统选型的重要性经常被忽视，没有经过严谨的设计计算，导致系统选择不合理，设备选型过大的设计案例屡屡发生，不仅会造成投资和能源的浪费，而且会影响热水使用效果，给医护人员和病人带来不便。因此，传染病医院中集中热水系统的设计，要从经济性、功能性和使用性等多方面考虑，做到经济、实用、安全。

2.工程概况

该传染楼项目位于浙江省，地上5层，建筑面积7720平方米，建筑高度23.63m，床位数106床。建筑功能如下：一层：新冠门诊、呼吸道发热门诊、肺结核门诊、肝炎门诊、肠道门诊、二层：肠道、肝炎患者病房，医护工作区，医护更衣，医护办公区。三层：呼吸道患者病房，医护工作区，医护更衣，医护办公区。四层：烈性传染病疑似、留观患者病房，医护工作区，医护更衣，医护办公区。五层：烈性传染病确诊患者病房，医护工作区，医护更衣，医护办公区。

3.集中热水系统设计

3.1 确定热源

考虑到本工程周围没有稳定的市政热源，且该传染楼与病房楼距离较远，若借用病房楼的热源供热，需要室外埋设热水管道，热损太大，不经济。考虑到屋面有绿化需要，若直接在屋面敷设太阳能集热板，将影响屋面绿化种植，进而影响整个项目绿地率。综上所述，考虑到公共建筑可再生能源利用的需求，本工程采用空气源热泵作为主热源。为了满足浙江省《民用建筑可再生能源应用核算标准》DB33/1105-2014中关于空气源系统的最小装机功率要求，该传染楼空气源的装机功率至少为30.6kW。

3.2 确定热水管网供水方式

空气源热泵作为主热源时，一般将空气源热泵机组放置在屋顶，然后设置供热水箱和热泵循环泵，实现水箱中冷热水的换热。当向病房供应热水时，还需要再设置一套变频供水机组供水。这种常见的热水供水方式为开式热水供水系统，其优点是不需要设置安全阀或膨胀罐,供水压力较平稳^[1]，缺点是需要占用屋顶机房面积，设置水箱，水质容易受到污染。考虑到本工程的特殊性，传染病房的热水系统应尽可能避免受到污染，且热水供水温度需要达到60℃，需要设置辅助热源，若采用开式热水水箱，首先不能避免二次污染问题，然后还需要设置辅助热源的循环泵组，控制复杂。因此，传染楼的热水系统供水方式，宜考虑闭式热水供应系统，即利用加压冷水与闭式热水罐与空气源热泵进行串接，实现冷热水同源供水，保证冷热水压力平衡，同时利用电辅热闭式水罐，将热水出水水温稳定在60℃。系统形式如下图所示。

3.3 热水系统的设计计算

热水系统的设计应该从热水用水量、设计小时耗热量及设计小时供热量的计算入手，并结合医院运行实际情况，综合选型，做到经济合理，低碳高效。

3.3.1 热水用水量计算

热水用水量的计算是进行设备选型的基础，也是工程设计最基本的数据，根据用水定额、用水人数、用水时间来计算本工程热水最大日用量为17.66m³/d，最大热用水量为3.23m³/h，平均时热水量为1.29 m³/h。

3.3.2 空气源热泵机组的选型

设计小时耗热量和供热量的计算是决定设备选型大小的关键条件，通过最大时热水量，可计算出本工程的设计小时耗热量为764410kJ/h，约212kW。在进行空气源热泵机组选型时，若只根据设计小时耗热量直接选型，则需要选择5台额度制热量为42kW的空气源热泵机组。该设计方法的不合理之处在于，设计小时耗热量为传染病医院最大负荷用水时所需的热量，并没有考虑储热水箱的蓄热量和辅助加热设备的贡献，导致系统选型过大，平时低效运行，不经济。因此需要再通过设计小时供热量的计算，利用平均时热水量，考虑储热水箱的蓄热量，同时适当延长热泵机组工作时间到14h，从而减小热泵机组选型，通过计算，热泵设计小时供热量可减小到298529kJ/h，约82.9kW。因此选择两台额定制热量为42kW的空气源热泵机组。

3.3.4 闭式储热水箱容积计算

储热水箱的作用在于蓄热，并作为高峰用水缓冲，根据设计小时供热量和设计小时耗热量的差值来计算。而一般传染病房的每天用水高峰期在早上7点-9点，晚上21点-23点之间，持续2h左右。根据最大时用水量，本工程所需要总的储热容积为4480L。考虑到所选用的空气源热泵机组设计小时产水量为1278L/h，2h内产水量为2556L。则高峰期到达前，热水系统水箱所需储水量为4480-2556=1924L。系统所需要的闭式水箱数量为1.2×1924/430=5.364，因此采用6台闭式热水水箱。

3.3.5 辅助加热设备选型

由于空气源热泵机组受气候的影响较大，尤其在冬季室外低温的情况下，其出水温度无法满足传染病医院供水要求。因此需要设置辅助加热设备保证出水温度。一般选择储水式电热锅炉作为辅助热源。根据《建筑给水排水设计标准》的规定，在空气源低温无法正常运行时，辅助加热设备按照至少60%设计小时供热量计算，约为49.74KW，因此选择2台36kW的辅助电加热锅炉。

根据以上计算，整个热水系统最终选型结果如下：选择2台空气源热泵主机，其中每台空气源热泵主机配套3个储热水箱和1个电加热锅炉形成一个供热单元，两个供热单元并联运行，提高热水保障率，系统形式如图1所示。

图1 空气源热泵热水机组布置图

4.结论

4.1 传染病医院采用闭式热水供应系统，可以避免热水的二次污染问题，并能保证冷热水压力平衡。

4.2采用空气源热泵热水系统作为主热源时，机组选型需要注意设计小时耗热量和设计小时供热量的平衡，避免选型过大，并要利用辅助加热设备保证热水出水温度。

5.参考文献

[1] 《建筑给水排水设计标准》GB 50015-2019

[2] 《传染病医院建筑设计规范》GB 50849-2014