鋒速達通風降溫系統(tǒng)
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廠房降溫設備浙江大學附屬第一醫(yī)院綜合病房大樓空調通風設計臺達
一、工程概況
浙大醫(yī)學院附屬第一醫(yī)院綜合病房大樓建造于浙大醫(yī)學院附屬第一醫(yī)院院內，施工圖設計完成于2002年底，總建筑面積為702l0m2，地下二層，地上二十三層，建筑高度89．30米。地下二層平時為放射科及設備用房，設直線加速器機房、PET機房、CT機房，自行車庫及水池、水泵房，戰(zhàn)時為六級人防醫(yī)院；地下一層為汽車庫、制冷機房及全院配電房；一層為大廳及病房：二層為檢驗科、中心藥局及病房：三層為手術室；四層為ICU監(jiān)護中心及病房；三、四層之間為設備層；五、六層為血透中心及病房；七~十二層為各科病房；十三層為值班公寓及病房：十四~十八層為實驗室及病房；十九層~二十三層為各科病房。
該建筑平面近似菱形，西北向及東南向二個體塊分別組成兩個單元，中部是垂直交通的核心筒。本建筑在各層平面布置上的總體特點是內區(qū)房間面積比較大。
二、空調冷熱源設計：
2．1、經計算，該病房綜合大樓夏季總耗冷量為8350KW，設計選用二臺制冷量為2791KW的離心式冷水機組及兩臺制冷量為1395KW的螺桿式冷水機組；冬季耗熱量為5837KW，選用兩臺制熱量為2907KW的汽——水換熱機組，熱源為醫(yī)院鍋爐房提供的蒸汽，最大耗汽量8．4t／h。
2．2、手術室四管制凈化空調水工程中的制冷工程冷源夏季由制冷機組供給，考慮到手術室及ICU在使用時間與靈活性方面與病房、實驗室、辦公室等不同，另設置了二臺風冷熱泵機組(單冷型)，單臺制冷量412KW，置于十九層屋面上，專供手術室在過度季節(jié)及冬季四管制中制冷工程用。四管制中的制熱工程熱水冬季由換熱機組供給，其它季節(jié)由設于制冷機房內的汽—水板換供給。
2．3、地下二層放射科直線加速器機房、PET機房因設備對溫、濕度要求較高，需要全天、全年運行，故對此二類機房單獨設置風冷熱泵機組二臺，單臺制冷量128KW，機組置于三層局部屋面上。放射科其它用房空調冷熱源由制冷機房中央空調提供。
通過以上設計，在空調季節(jié)，制冷機房提供除放射科直線加速器機房、PET機房的空調冷熱源，這樣可充分發(fā)揮制冷、換熱機組的使用效率，達到一定的節(jié)能效果；在非空調季節(jié)，手術室、ICU的凈化空調工程仍然有可靠的冷熱源，保證醫(yī)院的正常使用；直線加速器機房、PET機房的空調冷熱源獨立設置，不受中央空調工程的干擾，保證貴重設備機房的溫、濕度恒定。
三、空調水工程設計：
3．1、因本工程地上建筑高度為89．3米，地下建筑高度為10．4米，工程設置高度近99．7米，故本設計將水工程分為高區(qū)和低區(qū)，并分別設置膨脹水箱為其工程穩(wěn)壓點。
3．2、除了對水工程在高度上分區(qū)外，本設計還根據(jù)建筑區(qū)域及使用功能分別設置水工程，共有15個水環(huán)路工程。東南部區(qū)域設有：高、低區(qū)風機盤管水工程；高、低區(qū)內區(qū)新風機水工程；高、低區(qū)外區(qū)新風機水工程。西北部區(qū)域水工程設置同東南區(qū)。還包括地下二層風機盤管、柜機水工程及手術室凈化空調四管制制冷、制熱水工程。
水工程如此設計，其優(yōu)點是顯而易見的：1、水工程縱向高低分區(qū)，避免了建筑低處空調水工程承壓過大，減少了空調水工程檢修率，縮小了因水工程檢修而影響空調使用的范圍。2、新風水工程與風機盤管水工程的分設，使在過度季節(jié)只使用新風調節(jié)室內溫度成為可能，節(jié)約能源。3、手術室水工程采用四管制，滿足手術室在不同季節(jié)、不同時間瞬時制冷或瞬時制熱的使用要求。
四、空調形式及空調風工程設計：
4．1、對地下二層放射科直線加速器機房、PET機房專設空調機房，配置柜式空調機組，氣流組織為全空氣低風速風管送、回風。
4．2、一層大廳選用柜機，二層檢驗科選用柜機，氣流組織為全空氣低風速風管送、回風。
4．3、凈化空調工程設計：三層共設手術室十九間，均按凈化空調設計，凈化級別由百級至十萬級不等，凈化設備選用“醫(yī)用潔凈空調機”，放置在設備層。送風方式由風管配套送風孔板及高效保溫送風口送風，送風經初、中、高效三級過濾。四層ICU監(jiān)護中心按十萬級凈化空調工程設計。一層P2、P3實驗室按凈化空調設計。
4．4、五、六層血透及各層搶救室采用局部凈化，風機盤管回風口采用電子凈化回風口，以使房間保持一定的潔凈度。
4．5、全新風空調工程設計：一層愛滋病病房采用全新風工程，新風經處理后送入室內，廢氣通過專用井道至最高屋面處排放。十七層基因實驗室、十八層細胞室、分子I、酵母實驗室根據(jù)醫(yī)院要求采用全新風工程，共用一套空調設備，設在十九層屋面，并設新風全熱交換器一臺，回風與新風進行熱交換后排放，新風再經空調機組處理后送入室內。送風方式為低風速風管送回風。由十七層至十九層屋面設豎向送、回風總風管，再由支風管接至各層實驗室，支風管上設風量調節(jié)閥及防火閥。
4．6、其它用房基本采用風機盤管加新風的空調方式，新風量指標：手術室，60m3/h.p；病房，50m3／h．p；醫(yī)護、辦公等用房，30m3／h．p。
本設計對內區(qū)及外區(qū)分別設置負壓通風系統(tǒng)。過度季節(jié)，外區(qū)各房間靠開外窗通風換氣，而內區(qū)各房間通過獨立設置的新風機送入新風，亦能達到與外區(qū)房間同樣的效果；冬季，外區(qū)房間的新風機在制熱工況運行，而在某些時間，內區(qū)房間過熱，此時，通過內區(qū)新風機直接引入室外新風即可以使內區(qū)房間達到一定舒適度。夏季，內區(qū)與外區(qū)的新風機都在制冷工況運行。
對實驗室等用房采用全新風空調方式是根據(jù)院方的使用要求，本著節(jié)能的原則，使新風在進空調器前經過全熱交換器，與室內通風進行熱交換，充分利用通風的余熱，達到一定的節(jié)能效果。對內區(qū)及外區(qū)分別設負壓通風系統(tǒng)，可以利用新風在一定范圍內調節(jié)內區(qū)的溫度，既方便使用又達到節(jié)能的目的。
五、通風設計：
醫(yī)院建筑廢氣的種類較多，本設計對不同種類的廢氣，采用不同的排氣工程。
地下汽車庫通風與排煙合用一套工程，平時通風，消防時排煙，汽車庫廢氣經獨立豎井排至最高屋面。P2、P3實驗室及愛滋病病房均分別設獨立的通風豎井，且在排出口處設消毒、過濾措施；普通實驗室、普通病房衛(wèi)生間分別設獨立的通風豎井；地下室放射機房、各層平面中部的衛(wèi)生間及盥洗室、醫(yī)護辦公等用房均分別設獨立的通風工程。
以上設計，避免不同種類廢氣相互交叉污染，既保持室內空氣清潔，又不污染環(huán)境。
六、消防設計：
本建筑屬一類高層建筑，對所有消防樓梯間及其前室或合用前室設正壓送風工程。對地上各層內走廊按豎向設防火分區(qū)，排煙風機設在屋面，煙氣經豎井排至屋面。地下二層放射科設消防排煙及消防補風工程。中庭高度超過12米，在中庭局部屋面處設消防排煙工程一套。
七、空調自控工程：
本設計空調自控工程納入病房綜合樓BAS工程。主要實現(xiàn)以下功能：
1、冷水機組及空調循環(huán)泵運行臺數(shù)控制。
2、冷水機組聯(lián)動啟、停順序控制。
3、供回水總壓差控制。
4、冷卻塔控制。
5、新風機組控制。
采用比例積分溫度控制器和送風溫度傳感器及電動調節(jié)閥組成控制工程。
6、風機盤管控制。
采用電子溫度控制器及電動二通閥組成控制工程。
7、空調機組控制。
采用比例積分溫度控制器和溫度傳感器及電動調節(jié)閥組成控制工程。
八、結束語：
浙大醫(yī)學院附屬第一醫(yī)院病房綜合大樓待建成后，不論在功能、規(guī)模及等級上都處于浙江省內領先水平，在本工程空調、通風、防排煙工程的設計過程中，經過多次方案比較，優(yōu)化設計，以舒適、節(jié)能、先進為宗旨，最大限度滿足醫(yī)院的使用要求。我們把設計思路總結出來，與各位同行探討，不妥之處望有關專家指教。
摘要 本文介紹了采用臺達變頻器結合PLC與人機界面在中央空調水泵風機上應用過程，對中央空調水泵風機的變頻改造方案、變頻改造節(jié)能效果和變頻監(jiān)控工程作了詳細的描述，并給出了中央空調水泵風機的變頻改造原理圖、變頻監(jiān)控工程硬件結構圖、人機界面畫面圖、工程控制方法和程序流程圖。
關鍵字 變頻器 PLC 人機界面 RS-485串行通訊 中央空調
一、前言
我公司是一家主要生產乙肝疫苗的制藥公司,由凈化中央空調設備提供生產車間的潔凈環(huán)境,使生產車間各個房間的溫度、濕度和壓差等均能達到國家GMP規(guī)定的要求。因為季節(jié)的變化，晝夜的變化，這樣生產車間的各個房間對風量具有很明顯的需求變化，而水泵風機的風量、水流量的調節(jié)是靠風門、節(jié)流閥的手動調節(jié)。當風量、水流量的需求減少時，風門、閥的開度減少；當風量、水流量的需求增加時，風門、閥的開度增大。這種調節(jié)方式雖然簡單易行，已成習慣，但它是以增加管網損耗，耗費大量能源在風門、閥上作為代價的。而且該中央空調在正常工作時，大多數(shù)風門及閥的開度都在50%-60%，這說明現(xiàn)有中央空調水泵風機設計的容量要比實際需要高出很多，嚴重存在“大馬拉小車”的現(xiàn)象，造成電能的大量浪費。近年來隨著電力、電子技術、計算機技術的迅速發(fā)展，變頻調速技術越來越成熟，因此我們對公司的中央空調水泵風機加裝19臺變頻器進行了節(jié)能改造。又由于水泵風機分散性較大，為了減少值班人員的巡視工作強度，便于及時掌握水泵風機的工作狀態(tài)和發(fā)現(xiàn)故障，我們通過PLC及人機界面與變頻器的通訊應用，在中央監(jiān)控室增裝變頻監(jiān)控工程，這樣值班人員就可在人機界面上直接設定頻率值與啟停各臺變頻器，能實時監(jiān)控水泵風機電機實際工作電流、電壓、頻率的大小，并具有報警等功能。
二、中央空調水泵風機變頻改造方案
1、改造前設備情況
�。�1）、基因部空調設備情況
①制冷主機為日立機組，共三臺。②冷凍泵：11KW，2極 全壓啟動4臺，揚程30m，出水溫度6℃,回水溫度為10℃，出水壓力為0.35Mpa，每臺電機額定電流為21.8A，正常工作電流為16.6A。一般情況下,開二臺備二臺。③冷卻泵:15KW，2極 全壓啟動 4臺，揚程30m，出水溫度32.5℃,回水溫度為28.2℃，出水壓力為0.38Mpa，每臺電機額定電流為29.9A，正常工作電流為18.0A。一般情況下,開二臺備二臺。
（2）、老二樓空調機房空調設備情況
①制冷主機為日立機組，共兩臺。②冷凍泵：15KW，2極 全壓啟動3臺，揚程30m，出水溫度6.1℃,回水溫度為9.8℃，出水壓力為0.36Mpa，每臺電機額定電流為29.9A，正常工作電流為21A。一般情況下,開一臺備二臺。③冷卻泵:15KW，2極 全壓啟動 3臺，揚程30m，出水溫度31.8℃,回水溫度為27.7℃，出水壓力為0.41Mpa，每臺電機額定電流為29.9A，正常工作電流為20.6A。一般情況下,開一臺備二臺。
�。�3）、分包裝空調機房空調設備情況
�、僦评渲鳈C為日立機組，共兩臺。②冷凍泵：15KW，2極 全壓啟動3臺，揚程30m，出水溫度5.8℃,回水溫度為9.3℃，出水壓力為0.38Mpa，每臺電機額定電流為29.9A，正常工作電流為20.2A。一般情況下,開二臺備一臺。③冷卻泵:15KW，2極 全壓啟動 3臺，揚程30m，出水溫度31.6℃,回水溫度為27.3℃，出水壓力為0.40Mpa，每臺電機額定電流為29.9A，正常工作電流為21.2A。一般情況下,開二臺備一臺。
�。�4）、公司共有13臺空調風柜。①基因部空調風柜7臺，其中22KW風機電機3臺，11KW風機電機2臺，15KW和18.5KW風機電機各1臺。②老二樓空調風柜3臺，其中15KW風機電機2臺，11KW風機電機1臺。③質檢部空調風柜3臺，其中11KW風機電機2臺，7.5KW風機電機1臺。
2、水泵變頻改造方案
因為冷凍泵和冷卻泵進出水溫差都小于5℃，這說明冷凍水流量和冷卻水流量還有余量，再加之，電機正常工作電流小于額定電流(5-12A)，明顯存在“大馬拉小車”的現(xiàn)象。因此，我們對基因部的冷凍水工程和冷卻水工程各自使用一臺臺達VFD-P11KW變頻器和一臺臺達VFD-P15KW 變頻器分別實施一拖三驅動（如圖一所示）。根據(jù)需要由PLC1分別控制3臺冷凍水泵和3臺冷卻水泵輪流切換工作（但同一時刻一臺變頻器只能驅動一臺水泵電機運轉），使冷凍水量和冷卻水量得到靈活、方便、適時、適量的自動控制，以滿足生產工藝的需求。同樣對老二樓空調機房及分包裝空調機房的冷凍水工程和冷卻水工程也各使用一臺臺達VFD-P15KW 變頻器分別實施一拖三驅動，其控制方式與基因部的冷凍水工程和冷卻水工程控制方式相同。下面以基因部冷凍水工程加以說明：
�。�1）、閉環(huán)控制
基因部冷凍水工程采用全閉環(huán)自動溫差控制。采用一臺11KW變頻器實施一拖三。具體方法是：先將中央空調水泵工程所有的風閥門完全打開，在保證冷凍機組冷凍水量和壓力所需前提下，確定一個冷凍泵變頻器工作的最低工作頻率（調試時確定為35HZ），將其設定為下限頻率并鎖定。用兩支溫度傳感器采集冷凍水主管道上的出水溫度和回水溫度，傳送兩者的溫差信號至溫差控制器，通過PID2調節(jié)將溫差量變?yōu)槟M量反饋給變頻器，當溫差小于等于設定值5℃時，冷凍水流量可適當減少，這時變頻器VVVF2降頻運行，電機轉速減慢；當溫差大于設定值5℃時，這時變頻器VVVF2升頻運行，電機轉速加快，水流量增加。冷凍泵的工作臺數(shù)和增減由PLC1控制。這樣就能夠根據(jù)工程實時需要，提供合適的流量，不會造成電能的浪費。
�。�2）、開環(huán)控制
將控制屏上的轉換開關撥至開環(huán)位置，順時針旋動電位器來改變冷凍水泵電機的轉速快慢。
�。�3）、工頻/變頻切換工作
在工程自動工作狀態(tài)下，當變頻器發(fā)生故障時，由PLC1控制另一臺備用水泵電機投入工頻運行，同時發(fā)出聲光報警，提醒值班人員及時發(fā)現(xiàn)和處理故障。也可將控制柜面板上的手動/自動轉換開關撥至手動位置，按下相應的起動按鈕來啟動相應的水泵電機。
圖一 中央空調水泵變頻改造原理圖
3、風機變頻改造方案
因為所有風柜的風機均處于全開、正常負荷運行狀態(tài)，恒溫調節(jié)時，是由冷風出風閥來調節(jié)風量。如果生產車間房間內的溫度偏高，則風閥開大，加大冷風量，使生產車間房間內的溫度降低。如果生產車間房間內的溫度偏低，則需關閉一部分風閥開度，減少冷風量，來維持生產車間房間的冷熱平衡。 因此，送入生產車間內部的風量是可調節(jié)的、變化的。特別是到了夜班時，人員很少，且很少出入、走動等活動，工程負荷很輕，對空調冷量的要求也大大降低，只需少量的冷風量就能維持生產車間房間的正壓與冷量的需求了，故對13臺風機全部進行了變頻節(jié)能改造，利用變頻器來對風量進行調節(jié)。
中央空調風機變頻改造原理圖如圖二所示，在原有工頻控制的基礎上，增加7個變頻控制柜，采用13臺臺達VFD-P系列變頻器驅動13臺風機電機，變頻/工頻可以相互切換。在工頻方式下運行時，不改變原來的操作方式，在變頻方式下運行時，變頻器在不同的時間段自動輸出不同的頻率。即13臺變頻器受時控開關的程序控制，在周一至周五的7：30-23：00設定變頻器在45HZ下運行，在周一至周五的23：00后至第二天的7：30及周六、周日設定變頻器在35HZ下運行（其運行的頻率可根據(jù)需要來設定），以改變風機的轉速，同時13臺變頻器與中央監(jiān)控室的人機界面和PLC實行聯(lián)機通訊，可以實現(xiàn)遠程人機監(jiān)控。
圖二 中央空調風機變頻改造原理圖
三、中央空調水泵風機變頻節(jié)能改造效果
為了能直觀體現(xiàn)變頻改造后的節(jié)能效果，我們做了如下的測試：以1#日立機組冷卻水泵14#（15KW）和K4風柜4#（22KW）為對象，在它們各自的主回路上加裝電度表，先工頻運行一星期，每天定時記錄電表讀數(shù)，再變頻運行一星期，進行同樣的工作，其數(shù)據(jù)如表1和表2所示。
表1：1#日立機組冷卻水泵節(jié)能數(shù)據(jù)統(tǒng)計
1、表1的數(shù)據(jù)分析：在工頻運行時，水泵的負荷變化不是很大，其日用電量在298度左右。變頻運行時，由于受外界的環(huán)境溫度影響較大，故每天的用電量差別較大，但可以看出，變頻運行時的日用電量明顯要小于工頻時的數(shù)值。我們以一個星期的總用電量來計算，工頻時為2580-891=1689，變頻時為5248-4121=1127，則1#日立機組冷卻水泵的節(jié)電率為：（1689-1127）/1689=33%
2、表2的數(shù)據(jù)分析：由于風機每天的負荷變化不大，故其用電量比較穩(wěn)定�？梢钥闯�，工頻運行時日用電量在350度左右。變頻運行時，日用電量在220度左右。以350和220來計算，則K4風柜電機的節(jié)電率為：（350-220）/350 = 37%
由上述計算可知：水泵和風機變頻改造后平均節(jié)能率為35%，在實際使用中，節(jié)電效果會更好。
表2：K4風柜節(jié)能數(shù)據(jù)統(tǒng)計
四、中央空調水泵風機變頻監(jiān)控工程
1、工程硬件組成
中央空調水泵風機變頻監(jiān)控工程的硬件結構圖如圖三所示，它由公司自來水恒壓泵、分包裝部二樓冷凍泵、質檢部老二樓空調機房水泵風機和基因部水泵風機四個子工程組成，對分布在不同部門的19臺變頻器實施遠程監(jiān)控。各部分說明如下：①、變頻器選用臺達VFD-P系列變頻器，該系列變頻器具有高可靠性，低
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