摘要： 本文介绍了对某EPC综合医院项目的能源站优化设计，以EPC项目的特点为立足点，借助冷热源设备的集中优化设计，制冷供回水温度的合理选择的技术措施为EPC项目的空调工程实现了节省投资，节约能源的目标。 关键词： EPC、能源站优化、综合医院、制冷供回水温度
摘要： 本文介绍了对某EPC综合医院项目的能源站优化设计，以EPC项目的特点为立足点，借助冷热源设备的集中优化设计，制冷供回水温度的合理选择的技术措施为EPC项目的空调工程实现了节省投资，节约能源的目标。
关键词： EPC、能源站优化、综合医院、制冷供回水温度
EPC是指公司受业主委托，按照合同约定对工程建设项目的设计、采购、施工、试运行等实行全过程或若干阶段的承包。通常公司在总价合同条件下，对其所承包工程的质量、安全、费用和进度进行负责。EPC项目的核心盈利点在于对工程总造价的合理确定和有效控制。如何发挥项目前期阶段的设计引领作用，通过方案的合理选择，技术措施的优化来从源头控制总价具有更可观高效的直接作用 [1] 。
本工程位于广西钦州，属夏热冬暖气候区，医疗院区的主要单体建筑为1#综合医院、4-7#大型专科国际医疗中心、8#酒店公寓、9#民族医药科研中心。总建筑面积231126m 2 ，其中一期工程1#综合医院59017m 2 ；二期工程4、5#大型专科国际医疗中心建筑面积约31184m 2 ；三期工程6、7#大型专科国际医疗中心建筑面积约31398m 2 ，8#酒店公寓25109m 2 ，9#民族医药科研中心25307m 2 。
项目方案投标及初步设计阶段，某设计院考虑分期建设的原因，为以上各大型单体分别设置冷热源设备，共计14台冷水机组，14台燃气锅炉，及配套冷却塔、冷热水循环泵、冷却泵若干，以上设备咨询造价约计2640万。
我公司负责此项目的设计后，对医疗院区的空调方案进行了整体优化。在对冷热负荷计算分析的基础上，做出了设置集中能源站的设计方案调整。能源站选址在一期工程地块北侧，同时能源站位置除距9#楼距离略远外，基本处于整个医疗院区地块的中心位置。
由于医院建筑的特殊性，空调系统采用了多种冷热源的组合方式。手术室、重症ICU和中心供应无菌区等需设置净化空调，冷热源采用风冷热泵机组；放射科、药库等采用了多联机空调，医疗区其他办公类、病房类区域均采用电制冷冷水机组+燃气热水锅炉的集中冷热源组合方式。8#酒店公寓与医疗建筑功能不同，且存在将来独立经营的可能，故单独设置了10台模块式风冷热泵机组，满足酒店公寓不同负荷变化的需要。
确定冷热源方案时，除1#综合医院外，其余二、三期的建筑房间功能划分未定，故空调负荷采用面积指标估算与依据现有计算负荷推算两种方法。
按地上建筑面积空调冷指标100w/m 2 估算，各单体空调负荷估算如下：
表1 集中冷水系统各单体估算负荷
各部分总冷负荷为12792kW。使用软件计算出的1#综合医院逐时冷负荷，净化空调冷负荷为580kW，多联机部分负荷为750kW，故水冷空调系统负荷估算为11462kW。
对已确定的综合医院，采用逐时冷负荷计算，得到总空调面积为26888m 2 （扣除净化空调和多联机空后，冷水空调系统面积为23447m 2 ），空调冷水系统总冷负荷2780kW。空调面积与地上建筑面积的比值为26888/39000=0.68，冷水空调系统空调冷指标为2780/23447=118W/m 2 。
据此推算，其余部分地上建筑面积为88220m 2 ，总冷负荷应为88220×0.68×118=7078kW。采用集中空调的建筑的总冷负荷为2780+7078=9858kW。
由于分期建设，且一期1#综合医院与二期4、5#专科医院同时交付使用，故前期交付使用时，应有不少于两台的冷水机组运行。根据估算及推算的空调总冷负荷，且考虑有效空调面积折减和同时运行概率，以及医院建设初期人员患者较少的情况。能源站选用4台同型号的电制冷离心式冷水机组，单台制冷量2461kW，总制冷量9844kW。一二期交付时运行两台机组，其中一台为定流量变频机组，总制冷量4922kW。大型离心制冷机能效比远高于小型制冷机，具有节能效益。且集中冷热源考虑同时使用概率后，可极大减少冷热源的装机容量，具有经济效益。
为满足供热需求，设置集中燃气锅炉房。医疗院区设计两台单台制热量为2800kW的燃气热水锅炉。为满足医疗院区卫生热水需求，设计两台单台制热量为930kW的燃气热水锅炉，综合医院内局部有蒸汽需求区域采用小型燃气蒸汽发生器。
集中冷源空调水系统采用两管制一级泵末端变流量系统。设空调冷水循环泵4台均分别与制冷机组一一对应设置，一、二期投入使用时水泵两用一备。设空调热水循环泵3台，两用一备，与燃气热水锅炉一一对应设置。
本工程设冷却塔4台，冷却塔进水温度为37℃，出水温度为32℃。冷却水循环泵与冷水机组一对一设置。机组冷却水总供水温度的控制采用控制冷却塔风机的运行台数、变频控制冷却塔风机转速两种方式。
水系统竖向异程、水平异程布置，各层回水支干管与总回水立管的连接处均设置自力式压差控制阀，以保证系统的水力平衡。新风机组、风机盘管前均设置电动两通阀，空调机组前均设置动态平衡电动调节阀。
优化后的集中冷热源方案，更适应了项目整体的负荷需求，满足节能运行，节省了主要设备以及相关配套水处理设备和配电变压器的投资。优化后设备总咨询造价费用为1140万，节省设备投资1300万。取消了原方案布置于地下二层的制冷机房和热水机房后，无需再进行地下二层的土建施工，极大节省土方开挖和土建施工费用，缩短了工期。
常规空调系统的冷冻水的设计供回水温度为7/12℃。本项目原方案及初步设计由于按单体分设冷热源，即采用了7/12℃的供回水温度。采用集中能源站的设计方案后，由于医疗院区规模较大，输送距离较长，再采用7/12℃的供回水温度已并非最优选择[2]。对于规模较大，输送距离较长的空调系统，大温差供冷具有显著优势。然而，冷水供回水温度的变化，会影响制冷主机的性能系数以及末端制冷设备的实际供冷能力[3]。如何确定最优供回水温度，以减少制冷主机和末端设备的制冷能力衰减，不增加设备投资，以及最大程度的降低输送能耗和减少输送管道和保温材料投资，需要针对具体工程优化比选。通过查阅相关文献，借助空调设备厂家的专业软件，模拟了制冷主机和末端设备运行，相关分析模拟计算如下：
末端设备模拟分析
选取本项目中用量较大的某空调公司某型号风机盘管性能参数进行运行模拟，通过数据收集、整理和分析。选定代表性室内参数（26℃、相对湿度55%，经焓湿图计算，其湿球温度为19.5℃，露点温度16.1℃）条件下，不同进水温度，末端设备性能随供回水温差的变化趋势。详见图1
图1 不同冷冻水初温下，盘管供冷量随供回水温差变化关系图
从上图表中可以看出，冷冻水进水温度与温差不相同时，风机盘管各性能参数的变化也呈现不同的规律：
（1）对于同一供水温度而言，随着供水温差的加大，空调末端的全热、显热、潜热 冷量均呈现降低趋势。
（2）冷冻水供水温度降低，供水温差对空调末端冷量影响会随之减小。例如，对于9℃、8℃、7℃、6℃、5℃的供水温度，对比的常规的7℃供水温度、5℃降为其值的62.5%、72.1%、82.2%、92.9%、104%；显热冷量分别降为其值的72%、78.6%、85.2%、91.9%、98.8%；潜热冷量分别其值的38.5%、56%、75%、95.3%、117.1%。可见，降低冷冻水供水温度时，空调系统末端冷量均有所增加，因此，适当降低冷冻水的的初温，可以部分的抵消增大冷冻水温差带来的影响。
由以上分析可知，随着供回水温差的增大，在空调系统末端冷量下降的同时，风机盘管的除湿能力也下降更为显著，这很容易带来空调房间的除湿要求得不到满足。在设计过程中，冷冻水采用大温差必须慎重，应注意校核大温差时空气处理设备的除湿能力。
制冷主机及冷冻水泵模拟分析
在确定制冷方案时，适当降低冷冻水的供水温度，可以部分抵消冷冻水供水温差增大所带来的除湿能力不足的不良影响，但降低冷冻水温度，冷水机组能耗会相应增加。通过对设计所选冷水机组的运行模拟，得到以下数据：
表2 冷冻水侧温差变化（冷却水侧不变）空调水系统参数变化
表3 冷源设备（假定保持单台机组制冷量不变）性能投资对比
从上表格可以得出如下结论：
（1）随着冷冻水温差的增大，冷冻水流量降低，且当降低到某值时，冷冻水泵型号会发生变化，从而节省输送能耗与设备投资。
（2）随着冷冻水入口温度的降低，若假定制冷量不变，将导致制冷机耗电量增加，效率（COP）降低。
（3）冷冻水温差5/13℃时，虽然冷冻水泵节电量较大，但是制冷机组需改变压缩机型号才能满足制冷量不变的需求，这会导致设备投资的增加。
在综合对比温差变化对末端设备、制冷主机和冷冻水泵运行性能的影响，以及设备初投资变化的基础上，最终确定了选择6/13℃的冷冻水供回水温度。在此水温下，由于末端设备基本无需更换型号，而主要输送设备及空调管道投资节省，因而具有较好的实际效果。
本文主要从冷热源设备的集中优化设计，制冷供回水温度的合理选择两方面介绍了某EPC综合医院项目的能源站优化设计，该优化设计为EPC项目的空调工程实现了节省投资，节约运行能耗的目标。为EPC类工程的设计引领，优化设计，以及综合医院类工程的制冷方案选择提供了借鉴与参考。
