数字化高效输配系统建设项目——以武汉云景山医院为例

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一、基本信息概览

项目名称：云景山空调系统建设项目。

项目所在地：湖北省武汉市江夏区郑店街。

建设单位：武汉市江夏区卫生健康局。

实施单位：中建三局集团有限公司。

建设周期：2020 年 7 月—2021 年 7 月。

二、项目概述

云景山医院位于武汉市江夏区郑店街，距离雷神山医院约 10 km，东侧为 107 国道，北侧为规划中的长途汽车站，建筑外观如图 6-44 所示。总建筑面积为 25.2 万 m2，总床位数为 1 000 张，预留应急床位 1 000 张。医院以“医养融合、健康养老、平疫结合”为目标，建设集区域康复综合医院和疫情防控医院为一体的三级综合医院。医院按照传染病医院建设标准设计，着眼于提升市区重大疫情防控和应急医疗救治能力，疫情时期可转为传染病医院。

本项目体量大，功能需求多，空调系统复杂，同时项目施工工期短，建成后需立刻投入使用，收治患者。因此，系统调试周期较短。空调水系统和风系统设计需兼顾平疫两种工况，实现两种工况的迅速切换和输配系统平衡。

图 6-44 云景山医院实景图

三、关键技术和实施方案

（一）关键技术

（1）采用支持 485 接口及 RJ45 网线通信接口，集成超声波流量计、控制阀及温度传感器和智能执行器于一体的多功能智能控制水阀。集流量调节、静态平衡、动态平衡以及流量、能量等多种参数监控功能于一体；实时监测流量及换热量参数，并根据外部控制信号，提供不受外界工况变化及压力波动影响的稳定水流量，无须调试，实现水系统自动平衡；同时可通过通信接口远程传输和修改不同工况的参数设置，实现空调水系统不同工况的水力平衡。

（2）基于 BACnet 通信架构技术，采用余风量控制法，在每个护理单元设置操控面板，可对每个房间的送排风量进行单独控制，并对整个护理单元进行整体操作，实现病房区域平时工况、疫时工况及消杀工况的远程切换。在疫时工况下，实现气流由清洁区向潜在污染区再向污染区的定向流动，保护医护人员安全。

（3）高效输配系统设计要点：水力平衡优化设计，依据控制信号提供稳定流量及冷量，不受压力波动影响；加大供回水温差，通过温差管理保证系统处于设计温差以上工况运行；选择低阻力设备和阀部件，无最小起始压差要求，降低阀门阻力；集流量、换热量参数检测及静态平衡、动态平衡功能于一体，减少管路附件安装及其阻力损失；合理布置管道路由。

（二）实施方案

1. 冷热源配置

空调夏季逐时最大冷负荷为 15 800 kW、最大热负荷为 10 500 kW。冷热源设置如表 6-12 所示。

2. 水力输配系统设计

（1）空调水系统均为两管制，在冷冻站通过集分水器进行冬夏季节转换。采用一次泵变流量系统，分集水器之间设置旁通调节阀，在水流量过低时利用旁通阀保证单台变频水泵流量不低于 35%。

（2）本项目空调水系统分为综合医疗楼、A/B 住院楼、C/D 住院楼、行政办公楼、医护倒班楼、手术部净化空调、其他区域净化空调共 7 个水环路。各环路集水器回水支管上设静态流量平衡阀，每个空调水环路内部均为同程布置。每层由竖向立管接水平干管时，按风机盘管与空调机组分设水平支管。

（3）空调冷水采用一次泵变流量系统，水泵变频运行。空调热水采用二次换热系统，其中锅炉侧为一次热源系统，水泵定频运行；二次侧设置板式换热器机组，水泵变频运行。

（4）每层空调水系统分为风机盘管和空调机组 2 个支路。每层的风机盘管回水支管上设置带温差控制的电子式压力无关型流量调节阀，每台空调机组回水管上设置带温差控制的电子式压力无关型流量调节阀，风机盘管回水管上设置电动两通阀。空调水系统输配系统见图 6-45。

3. 空气输配系统设计

（1）诊室、病房等面积较小的房间采用风机盘管或多联机室内机 + 新风空调系统；门厅、医疗街等面积较大的空间采用全空气空调系统。风机盘管或多联机室内机均设置初效和中效过滤装置。新风系统按楼层及清洁区、潜污区、污染区分别独立设置，新风送风口与吊顶平齐，新风空调机房设置在清洁区。

（2）平常新风量标准：负压隔离病房按 12 次 /h 换气，呼吸道传染病门诊、医技及病房按 6 次 /h 换气，非呼吸道传染病门诊、医技及病房按 3 次 /h 换气，普通门诊、医技及病房按 2 次 /h 换气，清洁区按 30 m3/（h·人）与满足正压之间取大值。疫情期间新风量标准：门诊、医技及病房按 6 次 /h 换气，负压隔离病房按 12 次 /h 换气，清洁区按 3 次 /h 换气。

（3）排风系统按楼层及清洁区、潜污区、污染区分别独立设置，保证各区域有合理的压力梯度。不同功能区域设置不同的压力：清洁区为 +5 Pa，缓冲间为 0 Pa或 -10 Pa，潜污区为 -5 Pa，污染区为 -15 Pa 或 -20 Pa。楼层压力梯度及人员流线见图 6-46，空气输配系统设计见图 6-47、6-48。

4. 高效输配系统控制

（1）结合一次泵变流量控制，冷冻站设置机房高效节能的泵阀一体化优化控制系统，对冷热源及其周边配套设备（冷水机组、冷冻水泵、冷却塔、冷却水泵、锅炉、热水循环泵、板式换热机组及相关电动阀、传感器）进行监控和管理。针对不同被控对象的特点，提供相应的监控及节能运行方案，使各设备运行处于综合最佳状态及最佳利用率，并可根据负荷情况自动调节设备运行状态及负荷，从而实时保证总耗电量最低。机房高效节能控制系统招标确定后，由供应商完成二次深化设计。

（2）当环境温度、空调末端负荷发生变化时，各冷冻（热）水供回水温度、温差、压差和流量亦随之发生改变。空调水系统管路上的电子式压力无关型流量调节阀开度发生变化，DDC 控制器将开度参数发送至智能控制器。智能控制器通过保证系统中最大开度阀位处于 85% 开度状态来控制冷冻水泵转速，改变其流量，使冷冻（热）水系统的供回水温度、温差、压差和流量运行达到智能控制器给出的最优值。

（3）风机盘管和空调机组可就地控制，也由楼宇中央管理系统控制。回风空气处理机组通过设在回风总管上的温度传感器，经 DDC 控制器控制其回水管上的电子式压力无关型流量调节阀和新风管上的电动风阀，自动调节水量和新风量，以保持室内设定温度的稳定。回风空气处理机组在过渡季节采用全新风运行。新风空气处理机组通过设在主送风管上的温度传感器，经 DDC 控制器控制其回水管上的电子式压力无关型流量调节阀，自动调节水量，以保持送风设定温度的稳定。风机盘管设有三档调速开关和温度控制，由设在室内的温控器控制其回水管上的两通电动阀开闭，以保持室温稳定。水力输配系统网络架构见图 6-49。

（4）在每个房间的送排风支管上设置动力分布式变风量模块。模块自带VOC传感器、微压差传感器和液晶控制器，并标配 Modbus RTU 通信协议。模块集成多种工况控制程序，可在空气品质控制模式、压力梯度控制模式和疫情模式之间任意切换。通过液晶控制器可设定每个护理单元内的压力值和空气品质参数。模块根据传感器检测值和设定值的比较，自动调节风量大小，实现房间内的压力和空气品质控制。同时，也可通过集中控制系统对动力分布式模块进行统一监测和控制。数字化智能新风系统的控制原理详见图 6-50。

（5）数字化水力输配系统控制。通过 BACnet 通信接口，远程访问智慧型能量控制阀内置网页界面（如图 6-51 所示），远程读取每台末端空气处理机组及每个楼层输配环路空调水系统的供回水温度、温差、实时流量、换热量等参数，并通过上位机实现对不同运行工况（如冬季、夏季最大流量，平时工况或疫时工况）下流量的远程切换。

工况切换后无须人工手动调试水系统的平衡，输配系统在工况切换后及系统投入运行时，能够自动根据实际运行工况需求及实时监控的流量分配状况进行实时调整，实现空调冷冻水系统的自动平衡，极大程度地降低系统调试的难度和时间，从而缩短施工周期，为医院快速交付和投入运行创造了条件。

（6）数字化通风输配系统控制。负压隔离病房保证在日常使用工况及疫情负压工况下满足换气次数、压力值、压力梯度及定向气流流向的要求。同时，对多个房间的送排风量进行监测和控制，实现数字化远程管理，并支持对整个护理单元及单个房间不同工作模式的切换和管理。在每个房间的送排风系统中设置带风量监测功能的变风量执行机构，通过 BACnet 通信协议将风量、阀位等参数传递至网络控制器。在每个护理单元设置操控面板，可对每个房间的送排风量进行单独控制，并对整个护理单元进行整体操作。此外，还可通过上位机修改每个房间的设定风量值，以保证各个区域的压力梯度及气流的定向流动，如图 6-52所示。该系统实现了项目的快速交付与快速运营，最大限度地保障了医护人员的安全。

四、项目示范效果

（一）获奖情况

本项目获得中国施工企业管理协会颁发的“工程建设科学技术进步奖（一等奖）”，见图 6-53。

（二）经济效益

本项目经济效益计算见表 6-13、6-14。

以上计算主要考虑在相同换热量的前提下，避免过流，保证末端在设计温差范围内，并通过智慧能量阀的温差管理避免出现大流量、小温差的情况，从而降低输送流量，实现输送节能。未充分计算部分负荷工况水泵降频扬程低于设计工况下时的节能贡献，以及较小温差提升回水温度对主机能效提升的作用。全年仅冷热水泵输送系统的节能量至少可达 43 万 kW·h，每年节能经济收益为 34.4 万元。

（三）社会效益与环境影响

云景山医院是武汉市为完善重大疫情防控机制、提高公共卫生工作水平而开工建设的公共卫生应急管理基础设施“四区两院”之一。平时作为普通医院使用，疫情暴发期间作为传染病房使用，以补齐医疗资源短板。医院锅炉采用低氮燃烧技术，其废气排放的二氧化硫、氮氧化物、颗粒物均可满足《锅炉大气污染物排放标准》（GB 13271—2014）中表 3 大气污染物特别排放限值中燃气锅炉的标准。锅炉废气通过倒班宿舍楼楼顶 60 m 排气筒排放，周围 200 m 最高建筑为 A 栋住院楼，高度 56 m，因此，锅炉废气排放口可以满足“新建锅炉房的烟囱周围半径 200 m 距离内有建筑物时，其烟囱应高出最高建筑物 3 m 以上”的要求。

稿件来源《“双碳”目标下的绿色低碳医院建设与运维管理》

文章排版：医院后勤官

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