辐射空调末端+独立新风的医院空调系统设计示例

辐射空调末端+独立新风的医院空调系统
设计示例
摘要利用焓湿图绘制全年室外空气状态参数的散点分布图，分析了昌吉
地区的气候特征。

根据当地气候特点，分别介绍了冬夏季两个工况空调系统的末
端形式及新风处理情况,通过计算得出：医院病房楼选择辐射空调末端+独立新风
空调系统形式，热舒适性满足要求。

关键词辐射空调新风系统气候特征焓湿图医院
0 引言
我国西北地区夏季室外干球温度高，湿球温度较低，气候干燥；属于寒冷或
严寒地区，冬季需要供暖，地板辐射空调末端具有舒适、节能、无噪音、无吹风
感等优点，给人以安静舒适的室内环境，冬夏可以利用一套末端系统，减少初投资，设计方案初期这种空调末端也是得到示例医院极力建议使用的一种空调末端。

辐射空调系统夏季可以利用高温水供给辐射末端，就能达到舒适性要求，提高冷
源设备COP，也可以利用“天然冷源”比如冷却塔供冷、深井水、蒸发冷却等作
为冷源，实现能源的合理利用，节能效果明显。

自从2019年新冠病毒的出现，大家对空调系统的质疑，辐射空调末端+独立
新风是一种完全避免了室内回风的空调系统设计，辐射空调末端经过多年的学术
研究与实践，具有良好的热舒适性已在民用建筑中获得应用[1-3]，本文对昌吉州
人民医院利用这种空调系统设计进行了详细的阐述。

1 工程概况及当地气候特征
1.1 建筑工程概况
昌吉州人民医院新区医院建设项目（见图1），项目建设地点位于新疆昌吉市，建设用地面积219830.8㎡，本项目总建筑面积340000㎡，总床位数2000
床，分为一、二期建设。

其中一期建筑面积258000㎡，拟建1500床，二期建筑
面积82000㎡，拟建500床。

本工程为一期工程的医疗综合楼项目，为一类建筑，抗震设防烈度为8度，建筑面积224270㎡，地上162170 ㎡，地下62100㎡，地
下2层，地上13层，建筑物总高59.95m。

图1 昌吉州人民医院效果图
1.2 昌吉地区室外气候特征
在暖通空调设计中，室外气象参数是确定冷热源方案、空调系统形式的主要
依据，昌吉所处气候分区为严寒C区，昌吉市属中温带区，为典型的大陆性干旱
气候，具有冬季寒冷、夏季炎热、昼夜温差大、降水量较少的特点。

为了研究项
目所在地气候特性，可在焓湿图上将全年室外空气状态参数划分为若干个热湿区
域[4]，通过分析每个分区的气候特性，来确定空调冷源及空调系统形式。

图2位
昌吉地区全年室外空气状态参数的散点分布，其中全年逐时气象参数来源于文献[5]。

图2 昌吉地区全年室外空气状态参数的散点分布
由图2可以看出昌吉地区夏季室外新风含湿量绝大多数都低于室内
含湿量，夏季空调室外计算湿球温度较低，可以采用室外新风除湿，新风只需要
等湿降温处理，空调系统末端采用辐射空调/干工况风机盘管+独立新风系统。

冬
季室外干球温度较低且时间较长，供暖与防冻是设计过程中首要考虑的问题。

2 夏季运行工况
2.1冷源形式
本工程舒适性空调冷源在裙楼屋面设置高温水风冷冷水机组，为大楼新风系
统提供空调冷源。

该机组楼下为净化机房对于噪声要求不高的场所，且距离病房
楼20m以外，冷水机组均设减振基础。

共设5台电制冷风冷冷水机组，制冷量为1696kW的螺杆式风冷冷水机组，配置6台冷冻水泵，5用1备，冷冻水供回水温
度12/18℃。

辐射末端与干工况风机盘管系统冷源采用间接蒸发冷却冷水机组，
提供冷冻水供回水温度16/21℃。

2.2 新风处理过程
项目所在地夏季室外状态点在室内设计状态点左侧，室外空气含湿量较小，无需进行除湿处理，新风机组由粗、中效过滤段、热回收段、加热段、表冷段、
风机段组成，根据医院特性采用液体循环式热回收，这种热回收新排风互不接触，不会产生交叉污染，所以只能回收显热，原理图如图3，热回收效率较低，一般
为55%。

根据公式。

计算出新风经过热回收后温度t2=30℃，其空气处理过程见图4。

图3 液体循环式热回收原理图
新风机组供回水温度为12/18℃，根据GB 50736-2012第7.5.4条，冷媒的
进口温度，应比空气的出口干球温度至少低3.5℃，本项目选取新风机组出风温
度为18℃，高于室内空气露点温度，室内送风口不会出现结露状况。

图4 夏季新风处理过程
2.3 消除湿负荷所需新风量
夏季室外空气比较干燥，室内湿负荷W全部由新风系统承担，室内设计温度
为26℃，相对湿度为60%，根据湿负荷平衡公式
（2）
式中：室内湿负荷W=109g/（h·人）；空气的密度ρ=1.2kg/m３；室内空气
含湿量dn=14.12g/kg；新风含湿量dw=10.23g/kg。

室内湿负荷主要为人员散湿量，计算出消除一人产生的湿负荷所需新风量Gx=23.35m３/h。

而医疗用房的集中空调系统的新风量每人不应低于40m３/h，室内送入新风量大于需要消除的散湿量的新风量，因此新风系统可以消除湿负荷。

按照新风量40m３/（h·人）计算出室内含湿量dn=12.5g/kg，对应室内露点温度为15.8℃，根据文献[6]实验结果当地
板辐射供水温度在12℃以上时，地板表面温度均在20℃以上，大于室内露点温度，不会出现结露现象；且随着供水温度的升高，地板辐射的供冷能力不断降低，供冷能力约为20～37W/m2。

该工程地板辐射供冷量按30W/m2计算。

2.4 空调末端形式
该工程空调末端形式为：一次回风全空气系统，地盘管辐射供暖供冷+
新风系统，风机盘管+地盘管辐射供暖供冷+新风系统。

1）住院大厅、一层医院街等设置变新风量全空气空调系统，最小新风比不
低于30%，系统根据室内外空气焓值比较进行工况切换，过渡季节可全新风运行，排风机选用变频风机，根据送风量的变化进行相应的调节。

2）根据病房区域特征，负荷相对比较稳定，病房区域采用地盘管辐射供暖
供冷+新风系统。

3）诊室、医技、办公室等按功能分区设置风机盘管+地盘管辐射供暖供冷+
新风系统。

风机盘管仅夏季运行，采用两管制；地板辐射冬夏季均运行，采用两管制；
新风机组冬夏季均运行，采用四管制；地板辐射系统采用混凝土填充式地面。

医
院建筑各个功能房间新风换气次数多为2h-1及以上，因此，单位面积新风量相比
其他公共建筑要大很多，室外新风是影响室内空调负荷波动的重要因素，根据前
面室外气象参数分析本项目夏季大多数时间新风含湿量小于室内含湿量，可以利
用新风消除室内湿负荷，新风系统（新风等湿处理到18℃）承担室内全部潜热负
荷及部分显热负荷，地板辐射系统承担室内部分显热负荷，在门诊医技区域冷负
荷较大，地板辐射供冷能力不足时，开启风机盘管联合运行。

以一间西南朝向4m*8.5m*4.2m（h）的三人病房为例计算热、湿负荷见表1，室内新风量按40m³/(h·人)计算，房间按每人一个陪护，总共6人，总新风量为240m³/h，病房散湿量主要来源于人员散湿量。

人体散湿量D（kg/h）,可按下式
计算：
D=0.001φng
（1）
式中φ—群集系数，医院建议取φ=1[7]；n—计算时刻空调区内的总人数；g—一名成年男子小时散湿量，g=109g/h；计算出病房湿负荷为0.654kg/h。

表1 典型房间热、湿负荷及负荷分配表
人员
照明
设
备
外
墙
外
窗
总
冷负
荷
各系统分配负荷
/W
全散辐新风承担
热湿量射供
冷
室内负荷
Q 1（W）
W1
（g/h）
Q
2
（W）
Q
3
（W）
Q
4
（W）
Q
5
（W）
Q
（W）
Q
f
（W）
Qx（W）
8 04
6541
65
2
50
6
1
7
25
2
005
1
020
1452
示例三人病房为西南朝向，相比其他朝向冷负荷计算值较大，病房
人员相对稳定，湿负荷就相对较稳定，由表3可以得出，地板辐射供冷+新风系统可以承担病房室内全部负荷，因此，病房楼不另设风机盘管完全可行。

3 冬季运行工况
3.1 热源形式
供暖系统热媒由市政热力供给，不考虑过渡季供暖，市政热力供应时间为10月15日至次年4月15日，一次热媒供回水温度为90/55℃，空调热水系统、散热器系统、地板辐射供暖系统均通过板式换热器得到二次热水供热，空调热水及散热器供回水温度为75/50℃，地板辐射供暖供回水温度为45/35℃。

3.2 新风机组防冻处理措施及热回收装置结露结霜核算
在严寒寒冷地区，冬季新风机组运行中经常出现加热盘管被冻坏，影响新风机组的正常运行，为了避免这个问题，通常采用电预热新风，但是电预热运行费用高昂，也不节能，本工程采用热水直连供热新风防冻调控机组，是通过把新风空调外网热水由量调转换为质调，实现热网水力工况调控及空调热水盘管进新风防冻的成套设备。

热水供热防冻机组成套设备自身配套控制柜，机组自身系统配置新风温度测控、空调送风温度测控、空调新风阀测控等配套部件及控制系统，机组自身控制系统兼顾与空调启停联动控制。

在严寒和寒冷地区的冬季，由于室内外温差比较大，采用显热回收装置时经
常出现结露甚至结霜现象。

本工程新排风热回收在焓湿图中分析结露结霜，详见
图5，排风参数按室内设计参数（20℃/40%），室外新风温度为-28.2℃，显热交
换效率取55%，根据公式，计算出排风温度t4=-6.51℃，排
风状态点温度低于0℃，在排风出口处会出现结霜。

因为结霜会堵塞流道，影响
热回收装置的正常使用，而且除霜过程不仅不能回收能量还会消耗能量，为了防
止结霜，在循环液体供回水管之间设电动三通调节阀，根据排风换热器的回水温
度和新风换热器的出风温度确定三通调节阀的阀位开度。

图5 显热回收冬季工况
3.3 冬季末端的运行
冬季地板辐射、散热器供暖系统与新排风系统一起运行，新排风系统满足人
员卫生要求。

本工程竖向水管大于50m，考虑散热器及辐射盘管的承压能力，散
热器和地板辐射水系统采用竖向分区设置。

昌吉回族自治州冬季供暖天数为187d，夏季空调系统运行时间不长、冷负荷相对不是很大，室外空气干燥，综合考虑冬
季供暖、夏季供冷，地板辐射系统是一种节能的舒适性空调系统。

该工程地板辐
射系统管间距按照冬季工况选型布置，采用混凝土填充式地面做法。

地板辐射系
统主干管采用同程式，立管采用异程式。

4 结语
分析当地气象参数特征，昌吉地区选择辐射空调+独立新风空调系统
是一种可行的方案，两种空调末端均采用高温冷水，提高了制冷机组COP，节约
能源。

空调末端系统形式根据不同工程的实际情况选择多重组合运行的模式，通
过分析计算，在医院标准病房采用辐射空调+独立新风系统能够满足热舒适性要求，且系统运行噪音低。

参考文献：
[1] 高松等.辐射供冷空调系统下的人体热舒适性研究[J].西安交通大学学报，2017,51（9）：98-105
[2] 刘艳峰，吴学红.西安地板辐射空调优化及室内热环境研究[J].太阳能
学报，2014,35（7）：1164-1168.
[3] 李飞.辐射供冷供热与风机盘管加新风系统在工程中的联合应用[J].暖
通空调，2016,46（7）：23-25
[4] 丁艳蕊，付祥钊.夏热冬冷地区城市暖通空调季节划分[J].暖通空调，2020，50(8)：59—64
[5] 中国气象局气象数据中心气象资料室，清华大学建筑技术科学系.中国
建筑热环境分析专用气象数据集[M/CD].北京：中国建筑出版社，2005
[6] 张叶，陈超，赵玉清，等.既有办公建筑大堂地板辐射供冷供暖系统节
能改造方案可行性研究[J].暖通空调，2010，40（3）：56-60
[7] 黄中.医院通风空调设计指南[M].北京：中国建筑工业出版社，2019：
69-77
1、作者简介：
吴学红（1986.8—），女，汉族，籍贯：甘肃，中国中元国际工程有限公司，工程师，硕士学位，专业：暖通，研究方向：建筑节能。