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节能减排措施在医院建筑的应用
目前，我国能源结构不合理、利用效率低、有害排放严重的经济增长模式，已经给经济社会的可持续发展造成严峻挑战。因此，必须坚持科学发展观，做好节能减排工作，努力建设资源节约型、环境友好型社会，才可实现可持续发展趋势。电力蓄能利用夜间的峰谷电力进行能量蓄积，既可以平衡电力负荷，又可以节省能源，对于保护有限资源、减少耗能污染起到积极作用。安徽省芜湖市第二人民医院2006年底开始筹划建设的新门急诊、医技住院综合楼总建筑面积约109960m2，主楼地上23层，裙房地上5层，地下1层（局部夹层）。建筑高度91.7m，主体为钢筋混凝土框架剪力墙结构，属一类高层公用建筑。本着建造一座新颖、大气、美观、适用的现代化、智能化综合大楼的宗旨，对于新建大楼的暖通空调系统，院方考虑采用节能减排型空调蓄能系统，以符合国家提出的走可持续性发展道路的要求。
一、电力蓄能背景
国家发改委在《节能中长期专项规划》中指出：推广应用电力蓄冷、蓄热技术是节能降耗十大措施之一。电力蓄能指的是利用低谷电力，通过水蓄冷、冰蓄冷或水蓄热等设备来转移用电高峰负荷的一种技术，它不仅可以起到均衡电力负荷的作用，还可以提高电网运行的经济性，同时，也增强了系统的备用效果。
蓄冷空调方案中，冰蓄冷和水蓄冷的应用最为广泛。由于冰蓄冷除可以利用一定温差的水显热外，主要利用的是335kJ/kg的相变潜热。因此，与水蓄冷相比，储存同样多的冷量，冰蓄冷与水蓄冷所需体积比约为1：6。正是因为水蓄冷所需蓄冷体积大这个缺陷，导致在工程实际中，冰蓄冷比水蓄冷的运用要广泛的多。久而久之，形成了思维定势，一提到蓄冷，人们立刻想到用冰，即使在运用空间具备的情况下，也忽略了水蓄冷的运用。
但是，冰蓄冷系统的技术要求很高，它必须使用蒸发温度低的制冷机组。因此压缩机的效率低，能耗较高，而且蓄冷和放冷都必须使用不冻液。冰蓄冷系统的控制比水蓄冷系统复杂得多。与冰蓄冷技术相比，水蓄冷技术使用常规冷水机组，运行稳定高效，可显著节省投资和运行费用总额，适用于新建项目和常规供冷系统扩容和改造。
正因如此，近年来出台的国家标准《集中式空调系统经济运行》第4.5、4.6条规定：为转移电网高峰用电负荷，提高效率，合理利用电网峰谷电的差价和电网移峰的优惠政策，当条件许可时，应采用蓄冷空调技术；蓄冷空调应优先考虑采用水蓄冷，并充分利用建筑物的消防水池等设施。
二、水蓄冷方案的出台
安徽省在电力蓄能技术的推广方面一直走在全国前列，通过制定优惠的峰谷电价政策，积极推动电力蓄能技术的普遍运用。安徽省蓄能用峰谷电价政策如表1所示。
表 1 安徽省峰谷电价政策
时段
时间
电价/kWh
峰时段8h
9:00-12:00，17:00-22:00
0.7204元
平时段7h
8:00-9:00，12:00-17:00，22:00-23:00
0.443元
谷时段9h
23:00-8:00
0.2449元
常规空调系统电价为0.8745元/kWh。电力峰谷差价很可观，为安徽省电力蓄能的实施提供了一个非常好的平台。
2008年5月医院开始了空调系统项目的招标。院领导经过仔细考察和反复斟酌，通过对常规空调与冰蓄冷和水蓄冷综合因素的多方比较和考察，结合自身建筑物特点：消防水池总体积4000m3，池内水高可达6米，若做水蓄冷，利用消防水池做蓄冷罐，体积足够大，而且有利于温度分层。经过规划，水蓄冷设备的设置可以和建筑完美协调，因此，我院空调形式初步设定为水蓄冷空调。为更进一步了解常规空调系统和水蓄冷空调系统的投资比较，院领导在策划招标文件时采取了常规和水蓄冷两个方案的招标，以获取更切实际的成本指标。
本工程中央空调系统采用水蓄冷方式进行移峰填谷，运行策略采用冷水机组优先的分量水蓄冷方案。方案的特点是采用主机优先运行策略，不足部分由所蓄冷量进行补充。这样可降低冷水机组装机容量，同时也减少了变配电设施容量。选择一台1000RT和一台1200RT的冷水机组，在低谷时段一台用来供冷，另一台满负荷运行对体积为4000立方的蓄冷罐进行蓄冷，水蓄冷槽蓄冷温度为4℃，蓄冷温差达8℃。电力平段和峰段两台冷水机组作为机载优先运行，不足部分由蓄冷罐释冷供给。
三、水蓄冷方案的效益
水蓄冷的社会效益主要表现在蓄冷系统将空调用电的高峰负荷转移到低谷，夜间采用冷水机组蓄冷, 白天蓄冷设备放冷的蓄能空调方式，减少了国家建设电站的规模和环境污染，同时减少了高峰用电时段对电网的压力。水蓄冷系统具有投资少，运行可靠，制冷效果好，显著增加用户效益等特点；还可实现大温差送水和应急冷源，具有广阔的发展空间和应用前景。适用于具有分时电价且在夜间没有供冷要求或仅需部分供冷的医院、宾馆、商场、办公楼、住宅小区、工矿企业等公共场所。
医院作为一类公共场所，对温、湿度要求特别高，室温过高可造成患者精神烦躁、皮肤干燥、脱水等症状，室温过低可造成患者肌肉收缩、寒颤、受凉感冒等，均可加重病情，对患者康复不利。因此，国家规范要求医院室内温度需达到18~22℃，湿度在50%~60%之间，水蓄冷空调系统的低温特性，可在最小耗能的情况下达到该标准，实现节能、达标双优化。同时，结合冷凝器热量回收，夏季可提供整座综合楼医护人员及病人生活用水，最大程度节省了运行费用。
我院常规空调与水蓄冷空调全年用电量对比如图2所示。采用水蓄冷每年可以减少55.3%的高峰用电，减少11.83%的平段用电；增加58.626万kW·h低谷用电量，其社会效益显著。
表 2常规空调与水蓄冷空调全年用电量

制冷天数
常规制冷用电量（kW·h）
水蓄冷制冷用电量（kW·h）
90
峰段
平段
低谷
峰段
平段
低谷
合计

823565
855235
469280
368180
754075
1055540
总计

2148080
2177795
另外，结合表1峰谷电价政策，可得我院制冷机房常规、水蓄冷以及冰蓄冷空调系统经济性的综合比较，如表3所示。
表 3 常规与水蓄冷、冰蓄冷空调系统经济性比较
方案类别
工艺系统一次投资费用（万元）
相对增加投资费用（万元）
年运行费用（万元）
相对运行费用减少（万元）
投资回收期（年）
常规空调
方案
740
—
188
—
—
水蓄冷方案
768
28
86
102
0.27
冰蓄冷方案
963
223
112
76
2.9
从表3可以看出，水蓄冷空调与常规制冷空调相比年运行费用节约102万元，在短期内可回收多余投资成本。冰蓄冷空调与常规制冷空调相比，年运行费用节约76万元，回收期在三年以内。
四、结语
水蓄冷技术在国内已经相当成熟，在占地空间允许的情况下，利用峰谷电价政策，采用水蓄冷技术能够更大限度的降低运行费用，给院方带来显著的经济效益。
许家珠 郝阳 芜湖市第二人民医院医疗综合楼建设指挥部 芜湖 241000