Hệ thống sưởi ấm, thông gió và điều hòa không khí bệnh viện
7.1.1 Mục đích của hệ thống sưởi ấm, thông gió và điều hòa không khí bệnh viện
Mục đích của hệ thống sưởi ấm, thông gió và điều hòa không khí (HVAC) bệnh viện là tạo ra môi trường trong nhà thoải mái và lành mạnh, đồng thời ngăn ngừa hiệu quả các bệnh nhiễm trùng mắc phải tại bệnh viện, duy trì môi trường y tế và vệ sinh phù hợp nhất cần thiết trong quá trình thực hiện thủ tục y tế, triển khai các biện pháp phòng chống thảm họa phù hợp, và đảm bảo tính an toàn, hiệu quả và độ tin cậy của thiết bị cũng như hệ thống sưởi ấm, thông gió và điều hòa không khí. Bên cạnh đó, các biện pháp ngăn chặn lan truyền ô nhiễm và tiết kiệm năng lượng phải được thực hiện trên tiền đề bảo vệ môi trường toàn cầu.
Hệ thống sưởi ấm, thông gió và điều hòa không khí thường đạt được mục đích thông qua một hệ thống thống nhất, được cấu tạo từ một loạt bộ phận và thiết bị. Trong đó, điều hòa không khí liên quan đến số lượng bộ phận và thiết bị lớn nhất, nói chung bao gồm nguồn lạnh và nguồn nhiệt, bộ xử lý không khí, thiết bị phân phối và hệ thống điều khiển tự động. Phần lớn các hệ thống điều hòa không khí có các chức năng sau:
(1) Cung cấp công suất làm lạnh và sưởi ấm cần thiết.
(2) Dựa trên thiết bị sưởi ấm, làm lạnh, thông gió và điều hòa không khí để sưởi ấm, làm lạnh, tạo ẩm, khử ẩm và loại bỏ các chất gây ô nhiễm khỏi không khí cấp vào, đồng thời giảm tiếng ồn.
(3) Phân phối không khí đã được điều hòa (chứa đủ không khí tươi) đến từng không gian được điều hòa và phân phối một cách có tổ chức trong phòng.
(4) Kiểm soát và duy trì các tham số môi trường trong nhà, chẳng hạn như nhiệt độ không khí, độ ẩm, chất lượng không khí, chuyển động không khí, tiếng ồn và chênh lệch áp suất giữa phòng được điều hòa và môi trường xung quanh, trong phạm vi đã được cài đặt trước.
Sưởi ấm thường được mô tả là việc cấp nhiệt cho công trình vào mùa đông và duy trì nhiệt độ trong nhà nhất định thông qua các bộ tản nhiệt bức xạ hoặc đối lưu lắp đặt trong nhà. Nhiệm vụ chính của thông gió là kiểm soát các chất có hại, nhiệt và độ ẩm dư thừa trong không gian bằng cách cấp không khí, thải không khí hoặc kết hợp cả hai, với trọng tâm là bảo vệ sức khỏe của người ở trong nhà. Điều hòa không khí là việc kiểm soát đồng thời nhiều tham số và duy trì môi trường trong nhà ở trạng thái ổn định. Ví dụ, nhiệt độ, độ ẩm, chuyển động không khí, chất lượng không khí, tiếng ồn và chênh lệch áp suất trong một không gian được kiểm soát trong phạm vi định trước, với trọng tâm là đảm bảo sự thoải mái cho người ở trong không gian được điều hòa hoặc đáp ứng yêu cầu của quy trình sản xuất.
7.1.2 Nhiệm vụ và Yêu cầu
(1) Theo yêu cầu của người sử dụng, điều hòa không khí thường có thể được phân loại thành điều hòa không khí tiện nghi và điều hòa không khí phục vụ quy trình.
Điều hòa không khí tiện nghi cung cấp cho người ở môi trường trong nhà thoải mái và lành mạnh phù hợp với công việc của họ; đối với các tòa nhà văn phòng, môi trường trong nhà được cung cấp cũng cần phải giúp nâng cao hiệu quả làm việc của người ở trong nhà.
Điều hòa không khí phục vụ quy trình cung cấp môi trường trong nhà đặc biệt cần thiết cho sản xuất sản phẩm, lưu trữ hoặc các quy trình nghiên cứu và phát triển khác.
[Tài liệu tham khảo] Bệnh viện có nhiều khoa phòng nội bộ, chức năng và yêu cầu của từng khoa phòng khác nhau. Nói chung, một bệnh viện đa khoa có thể được chia thành ba khoa chính: khoa khám bệnh, khoa nội trú và khoa chẩn đoán và điều trị.
Khoa khám bệnh là nơi phần lớn bệnh nhân được chẩn đoán, điều trị hoặc nhập viện; nơi đây có lưu lượng người lớn, nhiều loại bệnh tật khác nhau và các bệnh nhân mắc các bệnh khác nhau tập trung chung với nhau. Khoa nội trú là nơi điều trị và phục hồi chức năng cho bệnh nhân, cũng là nơi bệnh nhân sinh sống. Ngoại trừ các khu vực đặc biệt như phòng mổ sạch, phòng bệnh vô trùng và đơn vị chăm sóc đặc biệt, nói chung, khoa khám bệnh và khoa nội trú yêu cầu sử dụng điều hòa không khí tiện nghi.
Khoa chẩn đoán và điều trị là trung tâm chẩn đoán và trị liệu của toàn bộ bệnh viện, cũng là trung tâm cung cấp thiết bị, dụng cụ y tế và dược phẩm. Đây là khoa có thiết bị tiên tiến nhất và chức năng phức tạp nhất trong bệnh viện. Khoa này bao gồm vật lý trị liệu, phóng xạ, xét nghiệm, chẩn đoán chức năng, phòng đồng vị phóng xạ, v.v., cũng bao gồm khử trùng trung tâm, cung cấp dụng cụ và băng gạc y tế, pha chế và cấp phát dược phẩm, phân phối thuốc, v.v. Phần lớn việc kiểm soát môi trường trong nhà được quyết định bởi yêu cầu của thiết bị và quy trình. Tương tự, việc kiểm soát môi trường trong nhà của các địa điểm như phòng mổ sạch, phòng bệnh vô trùng và đơn vị chăm sóc đặc biệt được quyết định bởi yêu cầu của quy trình y tế; do đó, hầu hết các bộ phận của khoa chẩn đoán và điều trị có thể được phân loại vào nhóm điều hòa không khí phục vụ quy trình.
(2) Nhiệm vụ của hệ thống HVAC bệnh viện.
- Tạo ra môi trường thoải mái và lành mạnh có khả năng cấp không khí tươi và sạch cho bệnh nhân và nhân viên y tế, đồng thời kiểm soát các tham số trong nhà như nhiệt độ, độ ẩm và chuyển động không khí để mọi người cảm thấy dễ chịu và thư giãn.
- Tạo ra các môi trường thúc đẩy hiệu quả điều trị y tế — ví dụ, giữ ấm cho trẻ sơ sinh, kiểm soát môi trường nhiệt độ cao để tăng cường chuyển hóa của bệnh nhân hoặc môi trường nhiệt độ thấp để ức chế chuyển hóa của bệnh nhân trong quá trình phẫu thuật, duy trì phòng bệnh độ ẩm cao cho bệnh nhân mắc các bệnh hô hấp như hen suyễn, và cung cấp môi trường hiệu quả cho quá trình chuyển hóa nước trong liệu pháp điều trị hở của bệnh nhân bị bỏng toàn thân — tất cả những điều này đều có lợi cho việc điều trị.
- Tạo ra môi trường đảm bảo hoạt động bình thường của các thiết bị y tế, chẳng hạn như máy chụp cắt lớp vi tính tia X (viết tắt là máy CT), máy gia tốc điện tử và máy chụp cộng hưởng từ (viết tắt là máy MRI). Để duy trì và phát huy tối đa công năng của các thiết bị này, yêu cầu đối với môi trường trong nhà là rất cao. Ngoài các phòng chẩn đoán hoặc điều trị chính, các thiết bị này còn liên quan đến phòng máy lớn, phòng máy tính và một loạt các phòng phụ trợ. Phòng máy, phòng máy tính hoặc phòng chẩn đoán và điều trị thường có yêu cầu đặc biệt đối với các thông số trong nhà, các phòng phụ trợ khác nhau cũng có yêu cầu riêng. Các trung tâm máy tính lớn phục vụ công tác quản lý bệnh viện hiện đại cũng có những yêu cầu nhất định đối với môi trường trong nhà.
7.1.3 Lựa chọn loại hệ thống và nguyên tắc thiết kế
(1) Hệ thống HVAC.
Các loại hệ thống có thể được phân loại theo môi chất tuần hoàn trong hệ thống thành hệ thống toàn nước, hơi nước, toàn không khí, không khí-nước, môi chất lạnh và các hệ thống khác. Cụ thể, cần lựa chọn hệ thống HVAC phù hợp bằng cách xem xét nhiều khía cạnh, chẳng hạn như mục đích sử dụng và tính chất của công trình, đặc điểm của tải nhiệt và tải ẩm, các tham số điều khiển và độ chính xác của chúng, diện tích và vị trí của phòng máy điều hòa không khí, cũng như chi phí đầu tư ban đầu, chi phí vận hành và bảo trì.
Hệ thống toàn không khí Tất cả các tải của phòng được chịu bởi không khí được xử lý tập trung.
Hệ thống toàn không khí có thể được chia nhỏ theo mức độ thay đổi của lưu lượng không khí cấp thành:
-
Hệ thống lưu lượng không khí không đổi. Trạng thái không khí cấp thay đổi theo sự biến động của tải nhiệt và tải ẩm trong nhà, trong khi lưu lượng không khí cấp vào phòng vẫn giữ không đổi. Khi tải nhiệt và tải ẩm lớn, chênh lệch nhiệt độ không khí cấp lớn; khi tải nhiệt và tải ẩm nhỏ, chênh lệch nhiệt độ không khí cấp nhỏ.
-
Hệ thống lưu lượng không khí thay đổi. Lưu lượng không khí thay đổi theo sự biến động của tải nhiệt và tải ẩm trong nhà, trong khi trạng thái không khí cấp về cơ bản không đổi. Khi tải nhiệt và tải ẩm lớn, lưu lượng không khí cấp lớn hơn; khi tải nhiệt và tải ẩm nhỏ, lưu lượng không khí cấp nhỏ hơn.
Hệ thống không khí-nước Một phần tải điều hòa không khí được chịu bởi không khí xử lý tập trung, trong khi các tải còn lại được xử lý bằng nước làm môi chất dẫn đến các thiết bị bên trong phòng điều hòa, nơi không khí trong nhà được xử lý cục bộ (sưởi ấm, làm mát, v.v.). Hệ thống không khí-nước bao gồm hệ thống kết hợp không khí ngoài trời với bộ fan coil, hệ thống thông gió dịch chuyển kết hợp trần bức xạ, và các loại tương tự.
Hệ thống toàn nước Tất cả các tải của phòng được chịu bởi nước lạnh hoặc nước nóng cấp tập trung, chẳng hạn như hệ thống fan coil, hệ thống tấm bức xạ lạnh (nóng), và hệ thống sưởi ấm bằng nước nóng.
Hệ thống môi chất lạnh và hơi nước Toàn bộ tải làm mát và sưởi ấm cần thiết trong nhà được cung cấp bởi quá trình bay hơi và ngưng tụ môi chất lạnh bên trong phòng. Theo phương pháp làm mát dàn ngưng tụ ngoài trời vào mùa hè, chúng có thể được phân loại thành loại làm mát bằng không khí, làm mát bằng nước và các loại khác; theo cách lắp đặt và kết hợp, chúng có thể được phân loại thành loại cửa sổ, loại tủ đứng (bộ phận làm lạnh và thiết bị điều hòa không khí được lắp ráp trong cùng một tủ đứng), và loại tách rời (thường máy nén và dàn ngưng tụ tạo thành dàn nóng ngoài trời, còn dàn bay hơi là dàn lạnh trong nhà, cũng như các hệ thống điều hòa nhiều nối điều khiển biến tần), v.v. Hệ thống sưởi ấm bằng hơi nước, vốn vào mùa đông tận dụng sự ngưng tụ hơi nước và giải phóng nhiệt trong các thiết bị tản nhiệt trong nhà (máy sưởi quạt, bộ tản nhiệt), cũng thuộc nhóm này. Hệ thống sưởi ấm bằng hơi nước có thể được chia nhỏ thành hệ thống sưởi ấm hơi nước áp suất thấp và hệ thống sưởi ấm hơi nước áp suất cao.
【Tham khảo】 Hệ thống toàn không khí lưu lượng không khí không đổi có thể được phân loại theo cách tận dụng không khí hồi lưu thành hệ thống cấp khí một lần (hệ thống 100% không khí ngoài trời), hệ thống không khí hồi lưu sơ cấp, và hệ thống không khí hồi lưu sơ cấp và thứ cấp. Việc trộn không khí ngoài trời với không khí hồi lưu trong nhà thường được gọi là hồi lưu sơ cấp, còn việc trộn không khí hồi lưu trong nhà với không khí đã qua xử lý nhiệt và ẩm được gọi là hồi lưu thứ cấp.
Hệ thống toàn không khí ngoài trời chỉ được sử dụng khi lưu lượng khí thải của các phòng trong hệ thống lớn hơn lưu lượng không khí cấp tính toán từ tải, và trong các trường hợp phòng trong hệ thống chứa chất nguy hiểm hoặc khí độc hại, hoặc quy trình có yêu cầu cụ thể và không cho phép tái tuần hoàn không khí. Khi phòng điều hòa không khí cho phép chênh lệch nhiệt độ không khí cấp lớn hơn hoặc lượng ẩm tăng thêm trong nhà lớn, nên áp dụng hệ thống hồi lưu sơ cấp. Khi phòng điều hòa không khí yêu cầu chênh lệch nhiệt độ không khí cấp nhỏ hơn, hoặc lượng ẩm tăng thêm trong nhà nhỏ và phạm vi dao động cho phép của độ ẩm tương đối lớn, hệ thống hồi lưu thứ cấp là lựa chọn ưu tiên.
Vì hệ thống cấp khí một lần (hệ thống 100% không khí ngoài trời) tiêu thụ quá nhiều năng lượng, nên cần tận dụng không khí hồi lưu càng nhiều càng tốt trên cơ sở đảm bảo lưu lượng không khí ngoài trời theo yêu cầu.
【Tham khảo】 Theo cách bố trí thiết bị của hệ thống HVAC, các hệ thống được phân loại thành hệ thống tập trung, phân tán (cục bộ), và bán tập trung (lai). [Tham khảo] Về việc loại điều hòa không khí nào phù hợp nhất cho công trình bệnh viện, không thể đưa ra nhận định chung. Vì các khoa phòng khác nhau của bệnh viện có chức năng và yêu cầu đối với điều hòa không khí khác nhau, nên không thể lựa chọn một loại hệ thống thống nhất duy nhất; có thể chọn hệ thống phù hợp bằng cách tham khảo Bảng 7.1. So với các loại công trình khác, hệ thống điều hòa không khí bệnh viện phức tạp hơn, liên quan đến nhiều phương pháp triển khai, gây khó khăn lớn hơn trong thiết kế, thi công và quản lý.
Bảng 7.1 So sánh các hệ thống HVAC
| Mục | Hệ thống HVAC tập trung | Hệ thống HVAC bán tập trung | Hệ thống HVAC hoàn toàn phi tập trung |
|---|---|---|---|
| Bản chất của không gian hoặc quy trình sản xuất | Hệ số sử dụng đồng thời giữa các phòng cao; quy trình y tế hoặc sản xuất liên tục; phù hợp với các quy trình sản xuất quy mô lớn | Mỗi phòng có mức độ độc lập nhất định; quy trình y tế hoặc sản xuất có thể liên tục; có thể tránh được ô nhiễm chéo giữa các phòng | Mỗi phòng độc lập, chỉ có một quy trình y tế hoặc sản xuất duy nhất; phù hợp với các dự án cải tạo |
| Đặc điểm không gian | Các phòng có diện tích tương đối lớn và số lượng nhiều, vị trí tập trung, nhưng nhiệt độ, độ ẩm, độ sạch hoặc mức độ vô trùng của các phòng không được chênh lệch quá nhiều | Các phòng có vị trí tập trung, và các phòng khác nhau có thể được kết hợp thành một hệ thống | Các phòng đơn lẻ hoặc các phòng có vị trí phân tán |
| Chi phí thiết bị trên một đơn vị diện tích | Tương đối thấp | Phụ thuộc vào giá của các thiết bị đầu cuối; chi phí nằm ở mức trung gian giữa hai loại trên | Tương đối cao |
| Bảo trì và vận hành | Yêu cầu người vận hành được đào tạo chuyên biệt, nhưng khối lượng công việc bảo trì nhỏ; quản lý hệ thống tương đối phức tạp và các phòng riêng lẻ không thể tự điều chỉnh | Nằm giữa loại tập trung và loại hoàn toàn phi tập trung; mỗi phòng có thể tự điều chỉnh và quản lý thuận tiện | Vận hành đơn giản; người sử dụng có thể tự vận hành, nhưng khối lượng công việc bảo trì tương đối lớn; điều chỉnh và quản lý dễ dàng |
(2) Nguyên tắc thiết kế hệ thống điều hòa không khí bệnh viện.
-
Phân vùng điều hòa không khí hợp lý. Hệ thống điều hòa không khí cần được phân vùng cẩn thận. Trước hết, phải tiến hành khảo sát chi tiết và so sánh lặp lại đối với chức năng của các khoa phòng và phòng khác nhau trong bệnh viện, các tham số thiết kế điều hòa không khí trong nhà, tình trạng thiết bị, yêu cầu vệ sinh, giờ sử dụng và tải điều hòa không khí; chỉ khi đó hệ thống mới có thể được phân vùng hợp lý, nhằm đảm bảo các tham số mà mỗi phòng yêu cầu, giảm ảnh hưởng bất lợi giữa các vùng khác nhau, thuận tiện cho quản lý và bảo trì, đồng thời giảm chi phí vận hành. Nói chung, các phòng có yêu cầu độ sạch cao, các phòng bị ô nhiễm nặng hoặc các khu vực độc lập, khép kín tốt nhất nên được thiết kế thành các hệ thống riêng biệt.
-
Phương pháp điều hòa không khí phù hợp. Bên cạnh việc đảm bảo nhiệt độ, độ ẩm và độ sạch đặc biệt mà mỗi phòng yêu cầu, việc lựa chọn phương pháp điều hòa không khí bệnh viện cũng ảnh hưởng đến đầu tư ban đầu của hệ thống, chi phí vận hành, tiếng ồn và độ rung trong nhà, cũng như khả năng loại bỏ ô nhiễm. Khi lựa chọn phương pháp điều hòa không khí, cũng cần đặc biệt nhấn mạnh vào tính dễ sử dụng, yêu cầu bảo trì thấp và độ tin cậy cao, đặc biệt đối với phòng mổ, phòng trẻ sơ sinh, phòng chăm sóc tích cực và các khu vực tương tự. Với việc năng lực quản lý và bảo trì điều hòa không khí tại các bệnh viện trong nước còn tương đối yếu, nếu hệ thống HVAC hoặc chế độ vận hành và điều khiển của nó quá phức tạp, thường sẽ không đạt được kết quả mong đợi trong thiết kế.
-
Hệ thống cần linh hoạt và có công suất dự phòng. Tính linh hoạt của hệ thống chủ yếu được thể hiện qua khả năng thích ứng với sự phát triển của công nghệ y tế và việc cập nhật các thiết bị chẩn đoán và điều trị. Việc nhấn mạnh tính linh hoạt của hệ thống (bao gồm cả nguồn lạnh và nguồn nhiệt) và để lại công suất dự phòng nhằm mục đích thích ứng với những thay đổi trong sơ đồ mặt bằng của tòa nhà bệnh viện, thay đổi tải trong nhà và nhu cầu cải tạo hoặc mở rộng tòa nhà.
-
Yêu cầu cao về giảm tiếng ồn và giảm rung. Hầu hết các khoa phòng trong bệnh viện đều có yêu cầu cao về giảm tiếng ồn và giảm rung; nếu không, quá trình phục hồi của bệnh nhân sẽ bị cản trở, công việc y tế thông thường của nhân viên y tế sẽ bị gián đoạn, thậm chí một số thiết bị chẩn đoán và điều trị chính xác có thể bị ảnh hưởng. Việc giảm tiếng ồn và giảm rung phải được xem xét toàn diện, tính đến phân vùng hệ thống, lựa chọn loại hệ thống, lựa chọn thiết bị và vị trí phòng thiết bị.
-
Hệ thống cần tích hợp các biện pháp tiết kiệm năng lượng. Hệ số sử dụng đồng thời của điều hòa không khí bệnh viện tương đối thấp: một số khoa phòng như phòng bệnh cần vận hành suốt 24 giờ; một số khác như phòng mổ chỉ cần chạy trong thời gian ngắn; và một số khác như phòng cấp cứu cần có khả năng chạy bất cứ lúc nào, dẫn đến sự chênh lệch lớn giữa tải cao điểm và tải thấp điểm. Một số khoa phòng yêu cầu khởi động hệ thống sưởi hoặc điều hòa không khí trước và tắt trễ, điều này làm tăng thêm sự phức tạp cho việc chuyển đổi theo mùa của hệ thống. Nói chung, điều hòa không khí bệnh viện yêu cầu lượng không khí tươi lớn, và một số khoa phòng thậm chí yêu cầu 100% không khí tươi. Tất cả những điều này đòi hỏi phải xem xét các biện pháp tiết kiệm năng lượng tương ứng trong thiết kế hệ thống.
-
Quy mô hệ thống phù hợp. Chức năng của các khoa phòng khác nhau trong tòa nhà bệnh viện có sự khác biệt lớn, và giờ vận hành của chúng cũng khác nhau. Do đó, hệ thống điều hòa không khí không nên quá lớn hoặc quá tập trung, nhưng cũng không cần thiết phải áp dụng các hệ thống phi tập trung một cách quá mức. Thông thường, nên áp dụng cung cấp tập trung nguồn lạnh và nguồn nhiệt, với distri phân vùng …hệ thống sẽ phù hợp hơn. Tại các bệnh viện ở Trung Quốc, ngoại trừ các phòng bệnh và các khu vực tương tự, hệ thống điều hòa không khí sẽ được tắt vào ban đêm. Cần lưu ý nguyên tắc mỗi vùng điều hòa không khí phải có khả năng được cách ly với các vùng khác; nếu không, lây nhiễm chéo có thể dễ dàng xảy ra do sự di chuyển không khí không được kiểm soát qua các ống dẫn gió, giếng cầu thang hoặc giữa các vùng. [Tham khảo] Tại các bệnh viện, các quy trình y tế, hoạt động y tế, cũng như nhân viên y tế và bệnh nhân liên tục phát sinh các chất có hại gây ô nhiễm không khí trong nhà, làm không khí không đạt tiêu chuẩn vệ sinh. Cách hiệu quả nhất để ngăn chặn chất có hại làm ô nhiễm không khí trong nhà là thu gom chúng trực tiếp tại điểm phát sinh, sau khi thanh lọc thì thải ra ngoài trời; phương pháp thông gió này được gọi là thông gió thải cục bộ. Hệ thống thông gió thải cục bộ yêu cầu lưu lượng gió nhỏ và mang lại hiệu quả tốt, do đó cần được ưu tiên trong thiết kế.
Hệ thống thông gió thải cục bộ thường bao gồm chụp hút cục bộ, ống dẫn gió, thiết bị thanh lọc khí, quạt thông gió, v.v.
[Tham khảo] Nếu do hạn chế về điều kiện y tế, nguồn phát sinh chất có hại không cố định hoặc phân tán, hay các lý do khác mà không thể áp dụng thông gió thải cục bộ, hoặc sau khi áp dụng thông gió thải cục bộ mà nồng độ chất có hại trong nhà vẫn vượt quá tiêu chuẩn vệ sinh, thì cần thông gió cho toàn bộ không gian, tức là cấp một lượng lớn không khí tươi để pha loãng nồng độ chất có hại trên toàn khu vực xuống dưới ngưỡng nồng độ cho phép tối đa; phương pháp này được gọi là thông gió tổng thể. Cần lưu ý rằng hiệu quả của thông gió tổng thể không chỉ phụ thuộc vào lưu lượng thông gió mà còn phụ thuộc vào cách tổ chức luồng gió. Điều này đòi hỏi phải lựa chọn đúng phương pháp thông gió phù hợp, bố trí hợp lý vị trí cửa cấp gió và cửa thải gió, phân bổ lưu lượng gió và lựa chọn loại cửa gió, để đạt hiệu quả tốt nhất với lưu lượng thông gió nhỏ nhất.
[Tham khảo] Ba phương pháp thông gió tổng thể thường được sử dụng như sau:
① Thông gió pha loãng. Đây là phương pháp phổ biến nhất, còn được gọi là thông gió trộn. Luồng gió cấp sạch phân bổ ở trạng thái hỗn loạn trong phòng, liên tục khuếch tán và trộn lẫn bên trong không gian phòng, pha loãng chất có hại trong không khí trong nhà và giảm nồng độ của chúng, đồng thời liên tục thải không khí ô nhiễm ra ngoài trời, để nồng độ chất có hại trong không khí trong nhà không vượt quá giới hạn cho phép tối đa theo quy định của tiêu chuẩn vệ sinh.
Để xác định lưu lượng thông gió pha loãng, phép tính trước hết được thực hiện dựa trên tình huống lý tưởng, cụ thể là giả định rằng chất có hại được phát sinh đồng đều trong phòng (phân bổ nồng độ chất có hại trong không khí trong nhà là đồng nhất), quá trình trộn giữa luồng gió cấp và không khí trong nhà hoàn tất tức thì, và các luồng gió cấp, thải là đẳng nhiệt. Do đó, dựa trên cân bằng khối lượng, lưu lượng thông gió pha loãng cần thiết để nồng độ chất có hại trong nhà đạt $y_2$ ở trạng thái ổn định được tính bằng công thức sau:
$$L = \frac{x}{y_2 - y_0}\ (\mathrm{m^3/s}) \tag{7.1}$$
trong đó: $L$ — lưu lượng thông gió pha loãng ($\mathrm{m^3/s}$);
$x$ — tốc độ phát sinh chất có hại (g/s);
$y_0$ — nồng độ chất có hại trong gió cấp ($\mathrm{g/m^3}$);
$y_2$ — nồng độ chất có hại trong không khí trong nhà ($\mathrm{g/m^3}$), được xác định theo tiêu chuẩn vệ sinh.
Trong thực tế, phân bổ chất có hại trong phòng và luồng gió thông gió không bao giờ hoàn toàn đồng nhất, quá trình trộn lẫn cũng không thể hoàn tất tức thì. Ngay cả khi nồng độ chất có hại trung bình trong nhà đáp ứng tiêu chuẩn vệ sinh, nồng độ chất có hại trong không khí gần các nguồn phát sinh vẫn có thể cao hơn nhiều so với mức trung bình toàn phòng. Để đảm bảo nồng độ chất có hại trong vùng thở của người ở gần nguồn phát sinh được duy trì dưới giá trị cho phép, lưu lượng thông gió pha loãng thực tế cần thiết lớn hơn nhiều so với kết quả tính theo công thức (7.1). Do đó, hệ số an toàn $K$ được đưa vào công thức (7.1), thu được công thức mới:
$$L = \frac{Kx}{y_2 - y_0}\ (\mathrm{m^3/s}) \tag{7.2}$$
Việc xác định hệ số an toàn $K$ phải xem xét nhiều yếu tố, như độc tính của chất có hại, phân bổ nguồn phát sinh và tính không đồng nhất của quá trình phát thải, tổ chức luồng gió trong nhà, hiệu quả thông gió; nhìn chung, hệ số này có thể được chọn theo kinh nghiệm trong khoảng 3–10.
② Thông gió dịch chuyển, còn gọi là thông gió dịch chuyển nhiệt. Các cửa cấp gió thường được lắp ở phần dưới phòng, các cửa hồi gió ở phần trên phòng. Không khí hơi mát được cấp ở tốc độ thấp ($V<0.2\sim0.3$m/s); do chênh lệch khối lượng riêng so với không khí trong nhà, luồng gió chìm xuống và khuếch tán chậm, tạo thành một lớp “bể không khí tươi nông” ở phần dưới toàn bộ phòng. Ở những nơi có nhiệt dư (chẳng hạn như người, thiết bị, v.v.) có gradient nhiệt độ dương theo phương thẳng đứng. Không khí tươi được cấp ở phần dưới, với độ nhiễu loạn tương đối nhỏ, trước tiên đi qua vùng làm việc dưới tác dụng của sức nổi nhiệt, chảy qua các nguồn nhiệt (như người, thiết bị, v.v.), cuốn theo không khí nóng xung quanh và nhiệt độ tăng lên; dưới tác dụng “đẩy” của luồng không khí cấp tiếp theo, nó chuyển động thẳng lên phía cửa hồi khí và bị “hút” ra ngoài, tạo thành luồng không khí gần như dịch chuyển trong phòng. Không khí ô nhiễm trong vùng làm việc liên tục được thay thế bằng không khí tươi mát hơn một chút cho đến khi đạt trạng thái ổn định. Người trong phòng luôn được bao quanh bởi luồng không khí tươi cấp. Do bị trần nhà giới hạn, sự phân tầng nồng độ sẽ hình thành trong phòng: phần trên phòng có nồng độ chất ô nhiễm cao hơn và được trộn lẫn đều hơn, trong khi phần dưới tương đối sạch và ít chuyển động, do đó đảm bảo chất lượng không khí trong nhà. Có thể thấy, lưu lượng không khí cấp cần thiết nhỏ hơn so với thông gió pha loãng. Thông gió dịch chuyển thường phù hợp với các trường hợp nguồn ô nhiễm đi kèm nguồn nhiệt, với chiều cao phòng không dưới 2,4 m.
③ Thông gió luồng một chiều. Còn gọi là thông gió đẩy; luồng một chiều đôi khi được gọi là luồng pít-tông. Không khí sạch cấp tạo thành, trên toàn bộ mặt cắt của phòng (có thể là phương thẳng đứng hoặc phương ngang), một luồng không khí có các đường dòng song song, một hướng duy nhất và vận tốc đồng đều, giống như một pít-tông lớn đẩy toàn bộ không khí ô nhiễm trong nhà ra ngoài. Khi chất ô nhiễm phát sinh trong phòng, chúng sẽ được loại bỏ theo tuyến đường ngắn nhất và không lan rộng. Hình thức thông gió này yêu cầu lưu lượng không khí lớn nhất và đạt hiệu quả tốt nhất. Tuy nhiên, nó có chi phí xây dựng cao và chi phí vận hành lớn, chỉ có thể sử dụng ở những nơi yêu cầu độ sạch cao. Lưu lượng không khí cấp được xác định bằng công thức sau:
$$L = v \cdot S , (\mathrm{m^3/s}) \tag{7.3}$$
trong đó: $L$——lưu lượng không khí cấp ($\mathrm{m^3/s}$); $v$——vận tốc không khí trung bình tại mặt cắt ($\mathrm{m/s}$); $S$——diện tích mặt cắt của phòng ($\mathrm{m^2}$).
Theo dạng luồng không khí chủ đạo trong phòng, các luồng không khí nêu trên có thể được chia thành hai loại chính. Thông gió pha loãng truyền thống và thông gió luồng một chiều là dạng phân phối không khí được điều khiển bằng động lực học chất lưu, trong khi thông gió dịch chuyển nhiệt là dạng phân phối không khí trong nhà được điều khiển bằng nhiệt. Thông gió pha loãng lý tưởng đạt được nồng độ đồng nhất ở mọi nơi trong phòng, với nồng độ không khí thải bằng nồng độ trong vùng làm việc trong nhà. Nồng độ không khí thải của thông gió luồng một chiều và thông gió dịch chuyển cao hơn nhiều so với nồng độ trong vùng làm việc trong nhà, điều đó cho thấy hiệu quả thông gió của chúng tốt hơn thông gió pha loãng. Luồng một chiều cũng thường được sử dụng trong các phòng sạch độ cao và phòng vô trùng.
【Tài liệu tham khảo】Làm mát bức xạ là một phương pháp điều hòa không khí mới xuất hiện từ châu Âu trong những năm gần đây. Một phương pháp tốt hơn là sử dụng thông gió dịch chuyển kết hợp với trần lạnh. Tấm trần lạnh và các ống nước có thể được chế tạo thành một đơn vị tích hợp, trực tiếp tạo thành một đơn vị tấm trần; hoặc các ống nước và tấm trần kim loại có thể được nối với nhau thông qua các cánh tản nhiệt để tạo thành một đơn vị; các ống nước cũng có thể được nhúng trong tấm trần dưới dạng ống mao dẫn, rồi lắp ráp thành một đơn vị lắp đặt. Trần lạnh chỉ có thể loại bỏ tải nhiệt hiện và không thể loại bỏ tải ẩm. Để tránh ngưng tụ trên tấm trần, nhiệt độ nước cấp phải cao hơn nhiệt độ điểm sương của không khí trong nhà, thường là trên 14℃.
Khi tải lạnh lớn, hệ thống thông gió dịch chuyển ít nhất phải loại bỏ tải ẩm trong nhà, và công suất lạnh của trần lạnh nên được kiểm soát ở mức 50%～60% tổng công suất lạnh để đảm bảo hệ thống thông gió dịch chuyển hoạt động bình thường. Thông gió dịch chuyển cũng có lợi cho việc loại bỏ các chất có hại trong nhà và không gây lây nhiễm chéo, vì vậy nó rất phù hợp để sử dụng trong các phòng bệnh viện, nhưng chi phí cao.
Các nguồn lạnh thường được sử dụng bao gồm:
- Vì làm mát sàn sử dụng nước lạnh ở khoảng 17℃, nên ở những nơi có sẵn nước giếng hoặc nước ngầm, chi phí đặc biệt thấp.
- Bơm nhiệt: vì có thể vừa làm mát vừa sưởi ấm, chúng đặc biệt phù hợp với hệ thống làm mát và sưởi ấm sàn và hoạt động đáng tin cậy; bơm nhiệt không khí/nước được sử dụng chủ yếu, và bơm nhiệt nước/nước đôi khi cũng được sử dụng.
- Nước ở nhiệt độ phù hợp được tạo ra trong các quy trình công nghệ.
【Tài liệu tham khảo】Nếu hệ thống làm mát sàn được sử dụng vào mùa hè và cũng cần sưởi ấm vào mùa đông, việc áp dụng sàn bức xạ nhiệt độ thấp là một phương pháp tốt. Hệ thống này sử dụng sàn bên trong tòa nhà để trao đổi nhiệt. Người ta thường cho rằng nhiệt độ nước lạnh cho làm mát sàn nên được kiểm soát ở mức 16～18℃; nếu nhiệt độ nước quá thấp, sẽ xảy ra ngưng tụ trên sàn và bàn chân sẽ cảm thấy khó chịu. Để đảm bảo sự thoải mái cho con người, nhiệt độ bề mặt sàn tốt nhất nên cao hơn 18℃. Trong điều kiện này, tùy thuộc vào nhiệt độ môi trường, nhiệt độ phòng có thể giảm xuống 3～5℃. Ở các vùng tương đối khô, nhiệt độ nước thậm chí có thể giảm xuống 13℃ mà không gây ngưng tụ, khi đó hiệu quả làm mát được tăng cường đáng kể. Nhiệt độ bề mặt sàn bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ ngoài trời và mức độ cách nhiệt của vỏ bao che công trình, Điều này cần được xem xét đầy đủ. Ví dụ, trong điều kiện tải cao, khi nhiệt độ bề mặt tường đạt 30℃, ngay cả khi nhiệt độ nước đầu vào thấp tới 10℃, nhiệt độ sàn hiếm khi giảm xuống dưới 20℃, do đó sẽ không xảy ra hiện tượng ngưng tụ.
Trong quá trình sưởi ấm mùa đông, hệ thống này sử dụng nước nóng nhiệt độ thấp chảy qua toàn bộ sàn làm bề mặt tản nhiệt. Trong khi sàn làm nóng không khí xung quanh bằng trao đổi nhiệt đối lưu, sàn cũng trao đổi nhiệt bức xạ với các kết cấu bao che xung quanh, do đó làm tăng nhiệt độ bề mặt của kết cấu bao che; trao đổi nhiệt bức xạ chiếm khoảng 50% tổng trao đổi nhiệt. Ngoài các ưu điểm như tiết kiệm diện tích hữu ích của căn phòng và thuận tiện cho việc trang trí, bố trí nội thất, đặc điểm nổi bật nhất của sưởi sàn là sự thoải mái và hiệu quả năng lượng. Sưởi ấm bức xạ có thể làm giảm sự tỏa nhiệt bức xạ từ cơ thể người do nhiệt độ thấp của bề mặt bên trong kết cấu bao che, nhờ đó nâng cao cảm giác thoải mái. Khi sử dụng sưởi ấm bức xạ, do luồng không khí trong nhà yếu, hệ số trao đổi nhiệt đối lưu giữa bề mặt bên trong kết cấu bao che và không khí trong nhà giảm mạnh, vì vậy tổn thất nhiệt của tòa nhà giảm đáng kể. Hiện nay, chi phí của nó vẫn còn tương đối cao và chỉ được sử dụng để sưởi ấm các không gian mở trong bệnh viện (như trạm điều dưỡng) hoặc những nơi khác yêu cầu mức độ thoải mái cao.
7.1.4 Nguồn lạnh và nguồn nhiệt của bệnh viện
Nguồn nhiệt nói chung là nồi hơi hơi và nồi hơi nước nóng, với nhiên liệu bao gồm than, dầu và khí; cũng có thể sử dụng hơi cao áp hoặc nước nhiệt độ cao do các nhà máy nhiệt điện cung cấp. Nguồn lạnh bao gồm loại nén điện và loại hấp thụ, thường được chế tạo dạng tổ máy để cung cấp trực tiếp các môi chất làm mát (như không khí, nước, môi chất lạnh, v.v.). Loại nén điện có thể được chia thành loại piston, trục vít và ly tâm, cũng có thể được phân loại thành loại chỉ làm lạnh và loại bơm nhiệt; loại hấp thụ bao gồm các tổ máy hiệu ứng đơn, hiệu ứng kép, thậm chí hiệu ứng ba, cũng như máy tạo nước lạnh/nóng đốt trực tiếp. Công suất và hiệu suất của chúng được trình bày trong Bảng 7.2.
Bảng 7.2 Dải công suất và hiệu suất của các máy làm lạnh
| Loại | Công suất/kW | Tỷ số hiệu suất năng lượng COP (năng lượng sơ cấp) | Tỷ số hiệu suất năng lượng COP (năng lượng thứ cấp) | |
|---|---|---|---|---|
| Nén điện | Piston | 70～140 | 3.2 | 1.12 |
| Nén điện | Trục vít | 75～1 800 | 3.3 | 1.16 |
| Nén điện | Ly tâm | 350～1 800 | 3.5 | 1.26 |
| Hấp thụ | Hiệu ứng đơn | 350～3 500 | 0.58 | 0.50 |
| Hấp thụ | Hiệu ứng kép | 350～3 500 | 1.30 | 1.11 |
| Hấp thụ | Máy tạo nước lạnh/nóng đốt trực tiếp | 350～3 500 | 0.97 | 0.82 |
Ghi chú: Nhiệt độ nước lạnh đầu vào/đầu ra của máy làm lạnh nén điện là 7℃/12℃, và nhiệt độ nước đầu vào/đầu ra của máy làm lạnh hấp thụ là 8℃/13℃.
[Tài liệu tham khảo] COP (Coefficient of Performance) trong bảng được gọi là tham số hiệu suất của máy làm lạnh; nó là tỷ số giữa công đầu vào (máy nén) và công đầu ra (công suất làm lạnh) của máy làm lạnh (hoặc bơm nhiệt). Tại Hoa Kỳ, nó được gọi là tỷ số hiệu suất năng lượng EER (Energy Efficiency Ratio), và EER trong một khoảng thời gian được gọi là tỷ số hiệu suất năng lượng theo mùa (SEER).
[Tài liệu tham khảo] Việc lựa chọn nguồn lạnh và nguồn nhiệt trong giai đoạn đầu xây dựng bệnh viện là rất quan trọng và cần dựa trên chính sách quốc gia cơ bản về sử dụng năng lượng hợp lý, nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng và tiết kiệm năng lượng. Các thiết bị nguồn lạnh và nguồn nhiệt tốt cùng tổ hợp của chúng cũng phải có khả năng giảm tải môi trường và có độ tin cậy, an toàn, tính kinh tế, cũng như sự thuận tiện trong bảo trì, quản lý và hiệu suất cao khi nâng cấp. Do cơ cấu năng lượng và giá cả khác nhau giữa các vùng và sức mạnh kinh tế khác biệt đáng kể, việc lựa chọn cũng chịu các ràng buộc từ nhiều khía cạnh như bảo vệ môi trường và phòng cháy chữa cháy. Hơn nữa, tất cả các yếu tố này liên tục thay đổi nên rất khó để có được một phương án tổ hợp nguồn lạnh và nguồn nhiệt cố định, hợp lý nhất. Hiện nay, có các phương án tổ hợp nguồn lạnh và nguồn nhiệt sau đây và các nguyên tắc lựa chọn tương ứng (Bảng 7.3). Bảng 7.3 Hệ thống nguồn nhiệt (nguồn lạnh) cho điều hòa không khí
| Phương pháp | Tổ hợp nguồn lạnh và nguồn nhiệt | Nguyên tắc lựa chọn |
|---|---|---|
| Phương pháp thông thường | Máy làm lạnh nén điện và nồi hơi (đốt than, đốt dầu, đốt khí); máy làm lạnh nén điện và hệ thống cấp nhiệt đô thị (hoặc khu vực) | Khi nguồn cung cấp điện tại chỗ không khan hiếm, ưu tiên máy làm lạnh nén điện; hệ thống lớn chủ yếu dùng tổ máy ly tâm, hệ thống trung bình chủ yếu dùng tổ máy trục vít, và hệ thống nhỏ chủ yếu dùng tổ máy piston; ở những nơi có điều kiện cho phép, ưu tiên cấp nhiệt tập trung hoặc nồi hơi đốt dầu và đốt khí |
| Máy làm lạnh hấp thụ lithium bromide | Loại hấp thụ hiệu ứng đơn và nồi hơi; loại hấp thụ hiệu ứng kép và nồi hơi | Ưu tiên khi nguồn cung cấp điện khan hiếm và có nguồn nhiệt cung cấp từ nhà máy nhiệt điện hoặc đủ nồi hơi cho sưởi ấm mùa đông, đặc biệt khi có nhiệt thải hoặc nhiệt dư để tận dụng |
| Máy làm lạnh hấp thụ lithium bromide | Máy tạo nước lạnh/nóng đốt trực tiếp | Ưu tiên khi nguồn cung cấp điện khan hiếm và có khí giá rẻ vào mùa hè |
| Phương pháp bơm nhiệt | Nguồn nhiệt nước | Các tòa nhà có khu vực trong và khu vực ngoại vi cần đồng thời làm lạnh và sưởi ấm, hoặc nơi có sẵn nguồn nước sạch |
| Phương pháp bơm nhiệt | Nguồn nhiệt không khí | Các tòa nhà quy mô nhỏ và trung bình yêu cầu điều hòa không khí quanh năm, hoặc những nơi việc sử dụng năng lượng sơ cấp gặp bất tiện |
| Phương pháp bơm nhiệt | Nguồn nhiệt đất | Các khu vực có điều kiện địa nhiệt tốt |
| Phương pháp bơm nhiệt | Thu hồi nhiệt | Được ưu tiên áp dụng trong các trường hợp có sẵn nhiệt thải hoặc nhiệt dư thừa |
| Phương pháp đặc biệt | Phương pháp tổng năng lượng | Tích cực phát triển công nghệ đồng phát nhiệt, điện và lạnh ở những nơi có đủ điều kiện cho phép |
| Phương pháp đặc biệt | Hệ thống cấp lạnh và sưởi ấm khu vực | Tích cực phát triển các trạm cấp lạnh và sưởi ấm khu vực ở những nơi có đủ điều kiện cho phép |
| Phương pháp đặc biệt | Phương pháp lưu trữ lạnh (nhiệt) | Để cân bằng chênh lệch đỉnh - đáy trong cung cấp điện, có thể phổ biến các hệ thống kết hợp điều hòa không khí lưu trữ nhiệt với phân phối không khí nhiệt độ thấp; nếu có biểu giá điện ưu đãi đáng kể, các hệ thống nhỏ cũng có thể sử dụng nồi hơi điện lưu trữ nhiệt bằng điện ngoài giờ cao điểm |
[Tài liệu tham khảo] Nhìn chung, đầu tư cho nguồn cấp lạnh và sưởi ấm cùng mức tiêu thụ năng lượng vận hành của chúng chiếm khoảng 30% tổng giá trị toàn bộ hệ thống điều hòa không khí, do đó việc lựa chọn tổ máy có tầm quan trọng rất lớn. Theo Điều 4.8 của tiêu chuẩn quốc gia Vận hành kinh tế hệ thống điều hòa không khí, cần ưu tiên các tổ máy làm lạnh có hệ số hiệu suất năng lượng (COP) cao. Thông thường, việc lựa chọn máy làm lạnh nước được xác định dựa trên tải tính toán, không được áp dụng thêm hệ số lựa chọn nào.
[Tài liệu tham khảo] Tại Trung Quốc, đặc biệt là khu vực phía Nam, máy bơm nhiệt ngày càng được sử dụng phổ biến trực tiếp làm nguồn cấp lạnh và sưởi ấm phục vụ kiểm soát môi trường trong nhà. Phân loại theo nguồn nhiệt, có các loại nguồn nước, nguồn không khí và nguồn đất.
Máy bơm nhiệt được định nghĩa là thiết bị hấp thụ nhiệt từ nguồn nhiệt ở nhiệt độ thấp hơn và truyền nhiệt sang nguồn nhiệt ở nhiệt độ cao hơn. Có thể thấy rằng tất cả thiết bị làm lạnh, bao gồm điều hòa không khí và máy làm lạnh hoạt động theo chu trình làm lạnh, đều là máy bơm nhiệt. Tuy nhiên, trong thực tế kỹ thuật, thuật ngữ máy bơm nhiệt thường chỉ các hệ thống có mục đích sưởi ấm; có máy bơm nhiệt vừa cung cấp nhiệt vừa cung cấp lạnh, cũng như máy bơm nhiệt chỉ sưởi ấm hoặc máy bơm nhiệt thu hồi nhiệt cung cấp đồng thời cả sưởi ấm và làm lạnh.
Chu trình sưởi ấm của máy bơm nhiệt giống hệt chu trình làm lạnh, chỉ khác là nó có thể theo yêu cầu điều khiển việc cung cấp nhiệt cho phòng điều hòa thông qua dàn ngưng tụ, hoặc cung cấp lạnh thông qua dàn bay hơi; đôi khi cả hai chức năng sưởi ấm và làm lạnh đều được tận dụng.
① Đối với hệ thống điều hòa không khí, việc lựa chọn các tổ máy nước lạnh (nóng) loại máy bơm nhiệt nguồn không khí được sử dụng phổ biến có hệ số hiệu suất năng lượng (COP) cao là đặc biệt quan trọng. Công suất sưởi ấm của máy bơm nhiệt phải phù hợp với tải sưởi ấm của tòa nhà. Vì nhiệt độ và độ ẩm không khí ngoài trời thay đổi lớn theo khu vực, mùa và thời gian trong ngày, những biến động này gây ảnh hưởng đáng kể đến công tác thiết kế, lựa chọn và vận hành máy bơm nhiệt nguồn không khí. Vấn đề chính của máy bơm nhiệt nguồn không khí là khi nhiệt độ không khí ngoài trời giảm, nhiệt độ bay hơi giảm theo, hiệu suất máy bơm nhiệt giảm và công suất sưởi ấm suy giảm, trong khi nhu cầu nhiệt của tòa nhà lại tăng lên. Đặc biệt khi nhiệt độ không khí giảm xuống dưới －5℃, công suất sưởi ấm giảm mạnh, dẫn đến mất cân bằng giữa cung và cầu. Khi nhiệt độ môi trường thay đổi, công suất sưởi ấm sẽ ở trạng thái dư thừa hoặc không đủ trong phần lớn thời gian.
② Sự phát triển nhanh chóng của tổ máy làm lạnh hấp thụ bromua liti, đặc biệt là các tổ máy đốt trực tiếp, đã mang lại các lựa chọn linh hoạt hơn cho việc lựa chọn nguồn cấp lạnh và sưởi ấm. Đặc điểm nổi bật nhất của loại máy này là mức tiêu thụ điện thấp; ví dụ, mức tiêu thụ điện của chính tổ máy nước lạnh/nóng hấp thụ bromua liti đốt trực tiếp chỉ bằng 3%～4% mức tiêu thụ của máy làm lạnh ly tâm, và ngay cả khi tính đến cả thiết bị phụ trợ, mức tiêu thụ điện cũng chỉ khoảng 23%. Do đó, khi nguồn cung cấp điện khan hiếm, hoặc khi bệnh viện và mạng lưới cấp nhiệt có nguồn cung cấp hơi nước giá rẻ hay nước nóng nhiệt độ cao, hoặc khi có sẵn các nguồn nhiệt dư thừa khác, việc lựa chọn máy làm lạnh hấp thụ bromua liti có thể là giải pháp tốt hơn. Tuy nhiên, hiệu suất sử dụng năng lượng của tổ máy làm lạnh hấp thụ bromua liti thấp hơn so với máy làm lạnh nén bằng điện.
[Tài liệu tham khảo] Máy làm lạnh hấp thụ bromua liti cần được xác định hợp lý theo điều kiện nguồn nhiệt (hoặc nhiên liệu) sẵn có của người sử dụng; theo Bảng
7.4 Lựa chọn loại hình tổ máy dựa trên tham số nguồn nhiệt.
Bảng 7.4 Tham số nguồn nhiệt của các loại hình tổ máy khác nhau trong điều kiện danh định
| Loại hình tổ máy | Loại và tham số nguồn nhiệt (hoặc nhiên liệu) |
|---|---|
| Tổ máy đốt trực tiếp | Khí tự nhiên, khí thành phố, dầu nhẹ |
| Tổ máy hiệu ứng kép dùng hơi nước | Áp suất hơi nước định mức là 0,25, 0,4, 0,6, 0,8 (MPa) |
| Tổ máy hiệu ứng kép dùng nước nóng | Nước nóng ＞150℃ |
| Tổ máy hiệu ứng đơn dùng hơi nước | Khí thải (0,1MPa) |
| Tổ máy hiệu ứng đơn dùng nước nóng | Nhiệt thải (nước nóng 80～150℃) |
| 【Tham khảo】Cấu hình tiêu chuẩn của tổ máy hấp thụ lithium bromide đốt trực tiếp có công suất sưởi ấm bằng 80% công suất lạnh của chính tổ máy, đây là cấu hình tương đối kinh tế và hợp lý. Do đó, khi lựa chọn tổ máy lithium bromide đốt trực tiếp, cần xem xét sự phù hợp giữa tải lạnh và tải sưởi ấm của công trình với công suất lạnh và công suất sưởi ấm của tổ máy. Khi tải sưởi ấm vượt quá công suất sưởi ấm của tổ máy, không nên tăng công suất sưởi ấm bằng cách nâng quy mô loại tổ máy; nếu không, chi phí đầu tư sẽ tăng và hiệu quả hoạt động của tổ máy sẽ giảm. Có thể mở rộng quy mô bộ sinh hơi cao áp hoặc đầu đốt một cách phù hợp, nhưng nếu mở rộng quá nhiều cũng sẽ ảnh hưởng đến sự đồng bộ giữa bộ sinh hơi cao áp và bộ sinh hơi thấp áp, tương tự gây giảm hiệu quả hoạt động và tăng mức tiêu thụ năng lượng. |
Hầu hết các bệnh viện tại Trung Quốc đã xây dựng phòng nồi hơi trung tâm làm nguồn nhiệt, tất cả đều sử dụng nồi hơi hơi. Số lượng nồi hơi tốt nhất nên từ 2 chiếc trở lên để đảm bảo cung cấp hơi cho bệnh viện. Ngoài việc cung cấp hơi cho toàn bộ bệnh viện, nồi hơi hơi còn có thể cung cấp nước nóng sưởi ấm và nước nóng sinh hoạt cho bệnh viện thông qua bộ trao đổi nhiệt hơi-nước tại trạm trao đổi nhiệt. Nói chung, giờ cao điểm sử dụng hơi của bệnh viện và giờ cao điểm sưởi ấm của bệnh viện xen kẽ nhau trong ngày, do đó lượng hơi dư thừa có thể được sử dụng để tạo ra nước nóng sưởi ấm và nước nóng sinh hoạt thông qua các bộ trao đổi nhiệt. Việc lựa chọn nồi hơi có thể dựa trên điều kiện cung cấp nhiên liệu địa phương, chọn nồi hơi đốt than, đốt dầu, đốt khí hoặc nồi hơi sưởi ấm điện.
Tuy nhiên, bệnh viện tiêu thụ lượng nước nóng lớn, do đó phòng nồi hơi tốt nhất nên lắp đặt cả nồi hơi hơi và nồi hơi nước nóng. Nhiên liệu của nồi hơi nước nóng tốt nhất nên giống với nhiên liệu của nồi hơi hơi, điều này mang lại sự linh hoạt trong sử dụng, chi phí vận hành thấp hơn so với sản xuất nước nóng thông qua trao đổi nhiệt hơi-nước, và giảm đáng kể mức tiêu thụ năng lượng truyền dẫn.
【Tham khảo】Hệ thống điều hòa không khí được sưởi ấm bằng mạng lưới nhiệt đô thị hoặc nguồn nhiệt từ phòng nồi hơi khu vực (hơi, nước nóng) cần được trang bị bộ trao đổi nhiệt để cung cấp nhiệt. Các bộ trao đổi nhiệt nên là loại mới có hiệu quả cao, cấu trúc nhỏ gọn, dễ bảo trì và có tuổi thọ dài. Công suất của các bộ trao đổi nhiệt cần được xác định theo tải sưởi ấm đã tính toán. Khi nguồn nhiệt sơ cấp có độ ổn định kém, diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của bộ trao đổi nhiệt cần được nhân với hệ số từ 1,1 đến 1,2. Nước ngưng hơi của các bộ trao đổi nhiệt hơi-nước nói chung cần được thu hồi và tái sử dụng. Các bộ trao đổi nhiệt cần được trang bị thiết bị điều khiển nhiệt độ tự động.
【Tham khảo】Trong những năm gần đây, xuất phát từ mối quan tâm đến việc bảo vệ môi trường đô thị, nhiều thành phố lớn đã cấm đốt than và thúc đẩy mạnh mẽ các loại năng lượng sạch như khí tự nhiên (thậm chí cả điện). Trước đây, các bệnh viện sử dụng phòng nồi hơi trung tâm để cung cấp hơi sưởi ấm tập trung, một phương pháp hoàn toàn dựa trên mô hình nồi hơi đốt than, với mục đích ban đầu là nâng cao hiệu quả hoạt động của nồi hơi đốt than và giảm phát thải chất ô nhiễm. Đối với khí tự nhiên (hoặc điện), ô nhiễm không còn là vấn đề, và sự khác biệt về hiệu quả giữa nồi hơi lớn và nhỏ cũng không còn đáng kể. Vì mạng lưới đường ống khí (hoặc lưới điện) của bệnh viện đã kéo đến từng khoa, không cần đầu tư lớn để xây dựng mạng lưới nhiệt; có thể lắp đặt trực tiếp tại chỗ các nồi hơi nước nóng công suất nhỏ (hay còn gọi là máy nước nóng loại lớn). Các loại thiết bị này hầu như không có yêu cầu đặc biệt về vị trí lắp đặt, đồng thời vận hành và quản lý rất đơn giản. Hệ thống sưởi ấm độc lập, phân tán này có thể dễ dàng thực hiện phân vùng và bố trí đường ống hợp lý, đồng thời rút ngắn đáng kể khoảng cách truyền dẫn; từng khoa có thể bật và tắt nồi hơi bất cứ lúc nào theo nhu cầu, do đó vấn đề các khoa có thời gian khởi động sớm và tắt muộn khác nhau cũng được giải quyết dễ dàng. Vì người dùng cuối có thể sử dụng nguồn nhiệt thuận tiện và hiệu quả hơn, các khó khăn trong thiết kế và quản lý của mạng lưới sưởi ấm tập trung trước đây — như sưởi ấm phân vùng, sưởi ấm trước và sưởi ấm khẩn cấp — đều được giải quyết, đồng thời cũng loại bỏ được hiện tượng “nhỏ giọt, thoát hơi, rò rỉ” của đường ống dẫn hơi, giảm đáng kể tổn thất truyền nhiệt.
7.1.5 Bố trí Phòng Máy và Các Yêu Cầu
(1) Bệnh viện nói chung nên áp dụng hệ thống cung cấp lạnh và sưởi ấm tập trung. Khi lựa chọn tổ máy lạnh nước, số lượng tổ máy nói chung không được ít hơn 2 chiếc; khi chỉ cần 1 tổ máy, cần lựa chọn loại nhiều máy nén có chức năng điều khiển liên hợp. Số lượng tổ máy lạnh nước không nên quá nhiều, cần phù hợp với quy luật biến thiên của tải điều hòa không khí và các yêu cầu điều chỉnh. Chỉ nên áp dụng các tổ máy điều hòa không khí phân tán loại toàn khối hoặc tách khối làm mát bằng gió hoặc làm mát bằng nước khi đáp ứng các điều kiện sau.
-
Công trình có diện tích được điều hòa không khí tương đối nhỏ, hệ thống cung cấp lạnh và sưởi ấm tập trung không kinh tế, hoặc không thể bố trí phòng máy và đường ống.
-
Công trình có các phòng cần điều hòa không khí bố trí quá phân tán.
-
Trong các công trình có hệ thống cung cấp lạnh và sưởi ấm tập trung, một số ít phòng có thời gian sử dụng và yêu cầu sử dụng khác biệt.
-
Các phòng có yêu cầu đặc biệt về nhiệt độ và độ ẩm.
(2) Cần lưu ý các điểm sau trong việc lựa chọn tổ máy điều hòa không khí và bố trí phòng máy tại bệnh viện.
-
Vị trí phòng máy và vị trí đặt các tổ máy cần xem xét các yếu tố như kiểm tra thường xuyên, bảo trì và thay thế các tổ máy.
-
Cần lựa chọn các tổ máy điều hòa không khí có khả năng ngăn ngừa hiệu quả ô nhiễm thứ cấp. Các dàn trao đổi nhiệt, khay hứng nước ngưng, bộ tạo ẩm, v.v. bên trong tổ máy điều hòa không khí và bộ quạt dàn lạnh phải dễ dàng làm sạch và khử trùng.
-
Để thuận tiện cho việc bảo trì tổ máy điều hòa không khí hoặc thay thế các bộ lọc bên trong, nên lắp đặt tổ máy điều hòa không khí trong phòng máy hoặc trong tầng kỹ thuật. Để thuận tiện cho quản lý vận hành và bảo trì, không nên lắp đặt chúng bên trong trần nhà.
-
Cần xác định diện tích phòng máy điều hòa không khí và kích thước không gian giữa tổ máy điều hòa không khí với các phụ kiện đường ống khác nhau để có thể vận hành các bộ lọc, van, v.v. một cách thuận tiện và bảo trì dễ dàng.
[Tài liệu tham khảo] Trong các phòng máy quy mô lớn và trung bình, tốt nhất nên bố trí phòng máy chính và phòng bơm riêng biệt, đồng thời cần có phòng điều khiển (có cửa sổ quan sát hoặc vách ngăn kính) và phòng bảo trì, với các thiết bị đầu cuối điều hòa không khí được lắp đặt trong các phòng. Phòng máy cần được trang bị cơ sở cấp và thoát nước, sàn và đế thiết bị nên được hoàn thiện bằng vật liệu dễ làm sạch. Phòng máy phải có cơ sở thông gió tốt. Các phòng máy ở tầng hầm cần được trang bị thông gió cơ học, với số lần trao đổi không khí không dưới 6 lần/giờ.
[Tài liệu tham khảo] Thiết bị trong phòng máy cần được bố trí gọn gàng, luồng đường ống hợp lý, vận hành thuận tiện, có không gian bảo trì phù hợp, và phải tuân thủ các yêu cầu sau:
① Khoảng cách thông thủy giữa tổ máy và tường không được nhỏ hơn 1,0m, và khoảng cách đến tủ điện phân phối không được nhỏ hơn 1,5m.
② Khoảng cách thông thủy giữa các tổ máy, hoặc giữa tổ máy với các thiết bị khác, không được nhỏ hơn 1,2m.
③ Phải đảm bảo khoảng cách bảo trì không nhỏ hơn chiều dài của bình bay hơi, bình ngưng tụ hoặc bình phát nhiệt độ thấp.
④ Khoảng cách thông thủy giữa tổ máy và các đường ống, ống khói hoặc máng cáp phía trên nó không được nhỏ hơn 1,0m.
⑤ Chiều rộng của lối đi chính trong phòng máy không được nhỏ hơn 1,5m.
[Tài liệu tham khảo] Khi thiết kế phòng máy hấp thụ đốt trực tiếp, việc thiết kế bể chứa dầu và bể dầu ngày, hệ thống cấp dầu (khí) và hệ thống thải khí khói phải tuân thủ các quy định liên quan của tiêu chuẩn quốc gia hiện hành.
7.1.6 Tính toán phụ tải điều hòa không khí và lưu lượng không khí cấp
(1) Các tác động nhiệt và ẩm đến môi trường trong nhà đến từ hai nguồn: một là từ tự nhiên; hai là từ quy trình sản xuất và hoạt động của con người. Về phía tự nhiên, sự biến đổi của nhiệt độ và độ ẩm không khí ngoài trời cũng như cường độ nhiệt bức xạ mặt trời ảnh hưởng đến các tham số môi trường trong nhà thông qua vỏ bao che công trình và không khí đi vào; về phía trong nhà, nhiệt hoặc ẩm được tỏa ra trong quá trình vận hành quy trình và hoạt động của thiết bị sản xuất, thậm chí trong các công trình dân dụng, cơ thể con người, hệ thống chiếu sáng, thiết bị, đồ dùng điện, v.v. cũng sinh ra nhiệt hoặc ẩm — tất cả những yếu tố này đều ảnh hưởng đến các tham số môi trường trong nhà. Nhiệt dư và ẩm dư nói chung cũng biến đổi theo sự thay đổi của điều kiện trong và ngoài nhà; từ đó, cần xác định nhiệt dư và ẩm dư có ảnh hưởng lớn nhất hoặc thường xuyên ảnh hưởng đến cân bằng trong nhà làm giá trị “phụ tải” để tính toán điều hòa không khí; đôi khi nhiệt dư trong nhà vào mùa hè được gọi là “phụ tải lạnh trong nhà”, và nhiệt dư vào mùa đông được gọi là “phụ tải sưởi ấm trong nhà”. Độ lớn của phụ tải nhiệt và ẩm có ảnh hưởng quyết định đến thiết bị và quy mô của hệ thống điều hòa không khí, đồng thời cũng liên quan đến tính hợp lý và kinh tế của hệ thống điều hòa không khí. Do đó, cần phối hợp xem xét các biện pháp hợp lý từ các khía cạnh kiến trúc, quy trình, v.v. để giảm thiểu phụ tải.
Ngoài các phụ tải phòng nêu trên (phụ tải phát sinh bên trong các phòng được điều hòa không khí), phụ tải hệ thống (phụ tải phát sinh bên ngoài các phòng được điều hòa không khí) cũng cấu thành nên phụ tải điều hòa không khí. Ví dụ, phụ tải không khí tươi gây ra do sự khác biệt giữa trạng thái không khí tươi và trạng thái không khí trong nhà, cũng như các phụ tải gây ra do truyền nhiệt qua đường ống gió và nhiệt do quạt sinh ra, không tác động trực tiếp đến không gian trong nhà, nhưng cuối cùng chúng cũng được hệ thống điều hòa không khí gánh chịu. Do đó, thiết bị xử lý không khí cũng phải được lựa chọn theo phụ tải hệ thống.
Phụ tải của phòng mổ sạch có các đặc điểm của phòng sạch sinh học. Không nên coi thiết bị y tế trong phòng mổ là phụ tải nhiệt (lạnh) ổn định, liên tục, điều này sẽ làm ước tính phụ tải của phòng mổ quá cao.
Hiện nay, hầu hết các phòng mổ là các buồng nhỏ kín được bố trí trong cấu trúc vỏ bao che công trình dân dụng, với các đường ống khác nhau chạy qua các lối đi kỹ thuật xen giữa các buồng. Nếu Với sơ đồ mặt bằng hai hành lang hoặc loại tương tự, phòng mổ được bố trí tại khu vực bên trong công trình. Tỷ lệ tải điều hòa không khí đến từ vỏ bao che công trình thậm chí còn nhỏ hơn, do đó việc tính toán tải hoàn toàn có thể xem là quá trình truyền nhiệt trạng thái ổn định. Trước khi phẫu thuật, hầu như không tồn tại tải ẩm trong phòng; trong quá trình phẫu thuật, nhân viên y tế tập trung quanh bàn mổ nên nguồn tỏa ẩm cũng tập trung tại khu vực này. Hơn nữa, mặc dù ngày càng có nhiều thiết bị y tế được trang bị trong phòng, nhưng rất ít thiết bị hoạt động liên tục suốt ca phẫu thuật, đồng thời hệ số sử dụng đồng thời cũng thấp — điều này đúng ngay cả với các ca phẫu thuật can thiệp sâu như phẫu thuật tim. Thêm vào đó, trong các dòng thiết bị mới được phát triển, thiết bị chuyên dụng chiếm đa số trong khi thiết bị đa dụng lại rất ít. Đối với các ca phẫu thuật thông thường, nhóm thiết bị y tế thường dùng chỉ gồm một vài hạng mục như máy đốt điện phẫu thuật và máy gây mê. Một cách tương đối, nhiệt thu được do chiếu sáng và lượng nhiệt, ẩm tỏa ra từ nhân viên y tế có mức biến thiên nhỏ. Nói cách khác, đặc điểm tải trong quá trình phẫu thuật là tải nhiệt biến thiên đáng kể trong khi tải ẩm tương đối ổn định, điều này gây ra sự thay đổi lớn của tỷ lệ nhiệt-ẩm trong nhà — đây là nguyên nhân chính khiến độ ẩm tương đối trong nhà vượt quá giới hạn quy định. Do đó, công suất lạnh của hệ thống điều hòa không khí phòng mổ có thể được tính toán kích thước theo tải nhiệt (tải lạnh) đỉnh, nhưng cấu hình hệ thống cần cân nhắc kỹ hơn đến biến thiên của tỷ lệ nhiệt-ẩm; việc áp dụng trực tiếp các bộ điều hòa nhiệt độ và độ ẩm không đổi loại công nghiệp cũng là không phù hợp.
(2) Công suất và cấu hình thiết bị của hệ thống điều hòa không khí. Các yếu tố này thường được xác định dựa trên tải lạnh mùa hè. Bởi vì tác động nhiễu nhiệt và ẩm lên phòng được điều hòa không khí ở mùa đông và mùa hè là khác nhau, với mức độ ảnh hưởng của mùa hè lớn hơn mùa đông; đồng thời các biện pháp và thiết bị làm lạnh, khử ẩm không khí phức tạp hơn so với thiết bị sưởi ấm, tạo ẩm, chi phí đầu tư thiết bị và chi phí vận hành vào mùa hè cũng cao hơn mùa đông, nên lưu lượng không khí cấp và công suất thiết bị thường được xác định theo tải mùa hè. Ngoại trừ các phòng yêu cầu điều hòa không khí quanh năm, tại miền Nam Trung Quốc, điều hòa không khí chủ yếu được sử dụng trong mùa nóng. Ngay cả tại các vùng lạnh có nhu cầu sưởi ấm, không gian bên trong một số công trình vẫn được sưởi ấm bằng thiết bị sưởi chuyên dụng vào mùa đông, và chỉ sử dụng điều hòa không khí vào mùa hè.
[Tham khảo] Nhiệt thu được tính toán và ẩm thu được tính toán mùa hè của phòng hoặc khu vực được điều hòa không khí phải được xác định theo các hạng mục trong Bảng 7.5:
Bảng 7.5 Nhiệt thu được và ẩm thu được tính toán mùa hè
| STT | Nhiệt thu được tính toán mùa hè của phòng hoặc khu vực được điều hòa không khí | Ẩm thu được tính toán mùa hè của phòng hoặc khu vực được điều hòa không khí |
|---|---|---|
| 1 | Nhiệt truyền qua vỏ bao che công trình | Ẩm thu được qua vỏ bao che công trình |
| 2 | Nhiệt tỏa ra từ cơ thể người | Ẩm tỏa ra từ cơ thể người |
| 3 | Nhiệt mang vào bởi không khí xâm nhập | Ẩm mang vào bởi không khí xâm nhập |
| 4 | Nhiệt tỏa ra từ thực phẩm hoặc vật liệu | Ẩm tỏa ra từ thực phẩm hoặc vật liệu |
| 5 | Nhiệt tỏa ra từ thiết bị, dụng cụ, đường ống và các nguồn nhiệt bên trong khác | Ẩm tỏa ra từ thiết bị |
| 6 | Nhiệt bức xạ mặt trời đi vào qua cửa sổ mặt ngoài | Ẩm tỏa ra trong các quá trình phản ứng hóa học |
| 7 | Nhiệt tỏa ra do chiếu sáng | Ẩm tỏa ra từ các bề mặt ẩm ướt, bề mặt chất lỏng hoặc dòng chất lỏng khác nhau |
| 8 | Nhiệt tiềm ẩn sinh ra cùng với các quá trình tỏa ẩm khác nhau |
[Tham khảo] Việc kiểm soát môi trường nhiệt và độ ẩm trong nhà được thực hiện bằng cách cấp một lượng không khí nhất định vào phòng (gọi là không khí cấp) để loại bỏ tải nhiệt và tải ẩm trong nhà, giúp nhiệt và ẩm của không khí trong nhà đạt trạng thái cân bằng tương đối và các tham số môi trường trong nhà có thể được kiểm soát trong một phạm vi nhất định. Do đó, lưu lượng không khí cấp hoặc các tham số không khí cấp của hệ thống điều hòa không khí phải được xác định theo giá trị tải nhiệt và tải ẩm của phòng được điều hòa, đồng thời không khí cấp phải được xử lý bằng các thiết bị xử lý không khí với chức năng làm lạnh, sưởi ấm, khử ẩm và tạo ẩm. Nếu lưu lượng không khí cấp cố định, giá trị tải sẽ quyết định các tham số không khí cấp; nếu các tham số không khí cấp cố định, giá trị tải sẽ quyết định lưu lượng không khí cấp. Song song với việc loại bỏ nhiễu nhiệt và ẩm, một lượng không khí tươi nhất định (gọi là không khí ngoài trời) cũng phải được cấp vào và một lượng không khí trong nhà nhất định (gọi là không khí thải) phải được thải ra để duy trì độ sạch phù hợp cho không khí trong nhà. Trong điều kiện thông thường, lưu lượng không khí bù được yêu cầu lớn hơn lưu lượng không khí thải để ngăn chặn không khí ngoài trời xâm nhập, giúp độ sạch trong nhà và các tham số khác ít bị ảnh hưởng bởi điều kiện bên ngoài. Để tiết kiệm năng lượng, một phần không khí trong nhà thường được tái sử dụng bằng cách hồi lưu về hệ thống để trở thành một phần của không khí cấp; phần không khí này được gọi là khí hồi.
7.1.7 Tiết kiệm năng lượng của hệ thống HVAC
(1) Bệnh viện là loại công trình tiêu thụ năng lượng cao, và phụ tải của bệnh viện bao gồm HVAC, cấp thoát nước, điện và chiếu sáng, cùng các phụ tải cần thiết cho dịch vụ y tế. Trong đó, phụ tải dịch vụ y tế bao gồm cấp nước nóng, cung cấp cho bếp và dịch vụ ăn uống, khử trùng tiêu độc và giặt là, chủ yếu ở dạng hơi, một phần sử dụng khí đốt và điện. Phụ tải dịch vụ y tế là phụ tải lớn nhất trong bệnh viện, chiếm 25%～38% tổng phụ tải tiêu thụ hàng năm. Trước đây, người ta chỉ chú ý đến việc sự truyền nhiệt và rò rỉ từ nồi hấp tiệt trùng, thiết bị khử trùng và đường ống nóng sẽ chuyển hóa thành phụ tải điều hòa không khí; còn nay, sự tỏa nhiệt từ các thiết bị chẩn đoán và điều trị lớn, các loại cơ sở y tế mới (như phòng phục hồi thủy trị liệu), hệ thống máy tính lớn và thiết bị trong một số hệ thống phòng sạch sinh học đều đã trở thành những phụ tải điều hòa không khí không thể bỏ qua, do đó làm thay đổi đáng kể thành phần phụ tải điều hòa không khí của công trình bệnh viện và tỷ lệ của từng bộ phận. Cùng với quá trình hiện đại hóa bệnh viện ở Trung Quốc, việc tiết kiệm năng lượng trong hệ thống HVAC cần được đặc biệt quan tâm, đặc biệt là ở các khía cạnh sau:
-
Lượng không khí tươi cần thiết tại bệnh viện rất lớn và yêu cầu rất cao; một số khoa thậm chí yêu cầu 100% không khí tươi. Nhiều khoa hoặc khu vực cũng cần thải bỏ bụi, vi khuẩn, mùi, nhiệt dư, ẩm dư và khí hại mà chúng tạo ra, do đó cần hút thải tại nhiều vị trí với lưu lượng lớn. Một số khoa cũng có yêu cầu kiểm soát áp dương nghiêm ngặt, và một lượng lớn không khí tươi bị thải ra ngoài dưới dạng không khí rò rỉ không kiểm soát. Duy trì áp dương thích hợp là yếu tố then chốt để giảm lưu lượng không khí tươi. Nếu áp dương quá nhỏ, không gian sạch không thể được bảo vệ khỏi sự xâm nhập của không khí ô nhiễm bên ngoài; nếu áp dương quá lớn, lượng không khí tươi bù của hệ thống tăng và phụ tải không khí tươi cũng tăng. Để giảm tiêu thụ năng lượng cho không khí tươi, việc làm thế nào để giảm lưu lượng không khí tươi, lưu lượng thải và lưu lượng không khí thấm do áp dương trong khi vẫn đáp ứng các yêu cầu luôn là một vấn đề lớn trong điều hòa không khí bệnh viện. Bên cạnh việc xác định hợp lý lưu lượng không khí tươi, kiểm soát lưu lượng không khí tươi thay đổi hiện là một biện pháp hiệu quả.
-
Khi điều kiện cho phép, nên áp dụng xử lý sơ bộ tập trung đối với không khí tươi. Việc này không chỉ giúp thu được không khí tươi chất lượng cao và tiến hành lọc không khí hiệu quả, mà còn rất thuận tiện để áp dụng các phương pháp xử lý không khí tươi khác nhau theo từng mùa, hoặc sử dụng bộ trao đổi nhiệt toàn phần để làm lạnh sơ bộ không khí tươi; đồng thời cũng thuận tiện cho bảo trì và quản lý. Nước ngoài đã có kinh nghiệm thành công: không chỉ có thể cung cấp không khí tươi với thông số ổn định, mà tiêu thụ năng lượng cho không khí tươi cũng giảm đáng kể.
-
Bệnh viện có rất nhiều nước thải nóng, nước làm mát và nước ngưng. Do lo ngại ô nhiễm chéo, các loại nước này thường không được thu hồi về phòng nồi hơi để tái sử dụng. Nếu nước thải được thu gom tập trung và sử dụng phía nhiệt độ thấp của bơm nhiệt để thu hồi nhiệt chứa trong nước thải, trong khi phía nhiệt độ cao ở đầu kia nâng cấp nhiệt để cấp lại, thì đây là một phương pháp gián tiếp sử dụng nhiệt thải. Phương pháp này không phụ thuộc vào việc nhiệt thải có tồn tại ô nhiễm hay không và sẽ không gây lây nhiễm chéo, do đó rất phù hợp cho bệnh viện. Mặc dù mức đầu tư cao hơn một chút, nhưng lượng nhiệt thải thu hồi hàng năm là rất đáng kể.
-
Hệ thống đường ống phân phối của hệ thống cấp nhiệt là một vấn đề lớn trong tiết kiệm năng lượng. Việc phân vùng và bố trí đường ống hợp lý có thể rút ngắn khoảng cách vận chuyển; cần giảm tối đa số lượng mối nối mặt bích và van để giảm thiểu ở mức lớn nhất các tổn thất áp suất không cần thiết. Tăng cường làm kín và cách nhiệt cho đường ống, lựa chọn bẫy hơi tốt và giảm tình trạng “nhỏ giọt, thoát hơi và rò rỉ” trên đường ống sẽ làm giảm tổn thất nhiệt trong quá trình vận chuyển. Ngoài ra, không nên lắp bẫy hơi trong hộp kỹ thuật hoặc trên trần nhà; việc này có thể làm giảm đáng kể sự truyền nhiệt và rò rỉ, đồng thời cũng giảm phụ tải điều hòa không khí của các phòng lân cận.
-
Cùng với quá trình hiện đại hóa bệnh viện, ngày càng nhiều khu vực trong bệnh viện áp dụng công nghệ sạch. Do hệ thống thanh lọc có lưu lượng không khí lớn và trở lực cao, tiêu thụ năng lượng vận chuyển của hệ thống đã trở thành phụ tải lớn nhất của điều hòa không khí; ngoài ra, tỷ lệ không khí tươi cao của hệ thống thanh lọc cũng dẫn đến phụ tải không khí tươi lớn. Trong đó, tiêu thụ năng lượng vận chuyển của hệ thống là phụ tải ổn định, còn phụ tải không khí tươi thay đổi theo mùa. Yếu tố then chốt để giảm tiêu thụ năng lượng vận chuyển của hệ thống nằm ở việc giảm lưu lượng không khí cấp và trở lực của hệ thống. Do đó, lưu lượng không khí cấp hợp lý cần thiết phải được tính toán theo tình hình thực tế, thay vì ước tính từ số lần thay đổi không khí được khuyến nghị. Hơn nữa, lưu lượng không khí thiết kế được tính trên cơ sở trở lực cuối cùng của các bộ lọc trong hệ thống; trong vận hành thực tế, do các bộ lọc chưa đạt đến trở lực cuối cùng, lưu lượng không khí vận hành thường lớn hơn nhiều so với lưu lượng không khí thiết kế. Vì vậy, vận hành quạt với tốc độ thay đổi để đạt được hoạt động lưu lượng không khí không đổi của hệ thống có ý nghĩa tiết kiệm năng lượng rất lớn.
-
Mặc dù lưu lượng khí cấp của hệ thống điều hòa không khí thanh lọc rất lớn, việc phân biệt lưu lượng khí điều hòa và lưu lượng khí thanh lọc trong hệ thống cũng có ý nghĩa tiết kiệm năng lượng quan trọng. Điều này là do lưu lượng khí điều hòa trong khí cấp chủ yếu dùng để loại bỏ tải nhiệt và tải ẩm trong nhà, phải được xử lý qua bộ xử lý không khí; trong khi lưu lượng khí thanh lọc dùng để đáp ứng yêu cầu về độ sạch, chỉ cần đi qua quá trình lọc lại. Cấp độ sạch càng cao, tỷ lệ lưu lượng khí điều hòa trong lưu lượng khí thanh lọc càng nhỏ. Nếu lưu lượng khí thanh lọc không được đưa trở lại phòng máy để xử lý qua bộ xử lý không khí mà được hồi lưu trực tiếp vào phòng sạch theo chu trình ngắn, có thể tiết kiệm năng lượng vận chuyển rất hiệu quả, hiệu quả này càng rõ rệt hơn đối với các hệ thống phòng sạch cấp độ cao. Việc loại bỏ nhiệt do động cơ quạt tạo ra khỏi hệ thống điều hòa không khí thanh lọc cũng mang lại hiệu quả tiết kiệm năng lượng đáng kể; các biện pháp như đặt động cơ quạt bên ngoài bộ xử lý không khí, không sử dụng cửa cấp khí lọc có gắn quạt trong hệ thống cũng có thể làm giảm hiệu quả nhiệt do quạt tạo ra. Đối với các phòng sạch cấp độ thấp, nên tận dụng tối đa các bộ lọc hiệu quả cận cao có điện trở thấp, có thể giảm đáng kể điện trở hệ thống, từ đó giảm công suất đầu ra của quạt.
-
Nhiều thành phố đang điều chỉnh hệ thống giá điện và áp dụng định giá điện theo thời gian sử dụng; việc tận dụng chênh lệch giá giữa ngày và đêm để trữ đá hoặc trữ nhiệt đã thúc đẩy phát triển công nghệ lưu trữ năng lượng nhiệt, trong đó các ví dụ thành công tiêu biểu là tổ máy làm lạnh trục vít chế độ kép và các thiết bị trữ lạnh đi kèm. Có nhiều loại hình trữ đá khác nhau, ví dụ như loại cuộn ống đá (hệ thống trữ đá bay hơi trực tiếp), loại đóng băng hoàn toàn, loại bi đá và loại thu hoạch đá. Trước khi xác định chế độ vận hành trữ đá, trước tiên phải tính toán tương đối chính xác tải lạnh điều hòa theo giờ của công trình và vẽ biểu đồ tải; sau đó xác định chế độ vận hành dựa trên khung giờ sử dụng điện địa phương, yêu cầu về đầu tư và các yếu tố khác. Nhìn chung có hai yêu cầu: thứ nhất là tối đa hóa hiệu quả cắt đỉnh và lấp đáy phụ tải cho cung cấp điện lưới, thứ hai là giảm thiểu đầu tư một lần. Để tìm được sự cân bằng tối ưu giữa hai mục tiêu mâu thuẫn này, phần lớn áp dụng phương pháp xả lạnh theo khung giờ để đáp ứng cả hai yêu cầu. Thông thường, trước tiên phải xác định lượng lạnh xả ra trong hai khung giờ tiêu thụ điện cao điểm và trong thời gian đỉnh tải điều hòa, sau đó mới có thể xác định công suất trữ lạnh tối ưu và công suất máy làm lạnh, nhằm tối đa hóa hiệu quả cắt đỉnh lấp đáy, giảm công suất lắp đặt của máy làm lạnh, từ đó giảm chi phí đầu tư ban đầu.
[Tài liệu tham khảo] Bể (bình) trữ nước nóng cũng là một hình thức lưu trữ năng lượng. Lắp đặt bể trữ nước nóng có thể giảm đầu tư thiết bị và chi phí vận hành, nhưng để đạt được hiệu quả tiết kiệm năng lượng, việc sử dụng chỉ giới hạn trong các trường hợp sau:
① Khi có thể tận dụng hệ thống thu hồi nhiệt.
② Khi không sử dụng nhiên liệu hóa thạch, ví dụ như sưởi ấm bằng năng lượng mặt trời.
③ Khi có điện giá rẻ vào giờ khuya hoặc nhiệt thải của nhà máy có thể tận dụng.
Ngược lại, vì hệ thống bể trữ nước nóng tiêu thụ thêm các loại năng lượng sau đây, nên sẽ không tiết kiệm năng lượng ngoại trừ các trường hợp nêu trên:
① Bể trữ nước nóng có tổn thất năng lượng trên 10% trong chu kỳ 24 giờ liên tục.
② Do phải áp dụng mạch nước hở, cần tăng cột áp của bơm, dẫn đến công suất bơm tăng đột biến.
(2) Đối với một số phương pháp tiết kiệm năng lượng trong bệnh viện, tính khả thi khi áp dụng và các vấn đề có thể gặp phải, xem Bảng 7.6.
Bảng 7.6 Các phương pháp tiết kiệm năng lượng trong bệnh viện và tính khả thi
| Hệ thống | Phương pháp tiết kiệm năng lượng | Tính khả thi và hiệu quả khi áp dụng tại bệnh viện | Vấn đề còn tồn tại |
|---|---|---|---|
| Hệ thống nguồn lạnh và nguồn nhiệt | Lựa chọn công suất và số lượng tổ máy phù hợp để thiết bị duy trì vận hành hiệu quả cao trong tất cả các mùa | Ở mức tải một phần (0,5), hiệu quả vận hành ≥80% | Quá nhiều tổ máy làm tăng chi phí đầu tư và diện tích phòng máy |
| Hệ thống nguồn lạnh và nguồn nhiệt | Lựa chọn thiết bị có hệ số hiệu suất cao | Phụ thuộc vào tỷ lệ giữa chi phí mua, chi phí bảo trì và lợi ích thu được | |
| Hệ thống nguồn lạnh và nguồn nhiệt | Sử dụng linh hoạt năng lượng tự nhiên (năng lượng mặt trời, nước ngầm, v.v.) | Phụ thuộc vào điều kiện năng lượng tự nhiên của khu vực | Sụt lún mặt đất, ô nhiễm nước ngầm |
| Hệ thống nguồn lạnh và nguồn nhiệt | Sử dụng hiệu quả lưu trữ nhiệt (lạnh) | Phụ thuộc vào diện tích chiếm dụng, chênh lệch giá điện và lợi ích thu được | Làm tăng chi phí đầu tư và diện tích phòng máy |
| Hệ thống nguồn lạnh và nguồn nhiệt | Bơm nhiệt thu hồi nhiệt (khí thải, nước ngưng tụ, nước làm mát, v.v.) | Phù hợp với các địa điểm có quy hoạch thoát nước nghiêm ngặt | Nếu nguồn nhiệt thải phân tán, việc thu hồi theo hệ thống sẽ gặp khó khăn |
| Hệ thống nguồn lạnh và nguồn nhiệt | Áp dụng máy làm lạnh hấp thụ | Tận dụng tối đa lượng hơi dư thừa vào mùa hè | Tiết kiệm điện nhưng không tiết kiệm năng lượng; cần lưu ý ô nhiễm môi trường do nồi hơi gây ra |
| Hệ thống phân phối | Vận chuyển nước tiết kiệm năng lượng hơn vận chuyển không khí | Tận dụng tối đa hệ thống nước để vận chuyển nguồn lạnh và nguồn nhiệt | Các bộ quạt cuộn ống trong nhà không thuận lợi cho việc duy trì điều kiện vô trùng |
| Hệ thống phân phối | Tăng chênh lệch nhiệt độ vận chuyển để giảm lưu lượng vận chuyển | Sử dụng trữ lạnh để hạ nhiệt độ của môi trường vận chuyển | Lưu ý đến hiệu suất hoạt động của các thiết bị đầu cuối |
| Hệ thống phân phối | Vận chuyển lưu lượng thay đổi | Sử dụng điều tiết lưu lượng nước thay đổi càng nhiều càng tốt trong hệ thống điều hòa không khí | Thiết bị điều tiết tốc độ bơm có giá thành tương đối đắt |
| Hệ thống phân phối | Cách nhiệt đường ống vận chuyển | Áp dụng độ dày cách nhiệt tối ưu | Chú ý đến hiệu suất chống cháy của vật liệu cách nhiệt |
| Hệ thống điều hòa không khí | Phân vùng hệ thống phù hợp nhất | Phân vùng theo đặc điểm của bệnh viện | Chú ý đến luồng không khí ngược giữa các vùng khi hệ thống phân vùng ngừng hoạt động |
| Hệ thống điều hòa không khí | Điều tiết lưu lượng không khí ngoài trời thay đổi | Có lợi cho việc cải thiện chất lượng không khí trong nhà | Khó áp dụng trong các hệ thống không tập trung |
| Hệ thống điều hòa không khí | Áp dụng bộ trao đổi nhiệt toàn phần | Chú ý đến bố trí đường ống không khí ngoài trời và đường ống thải khí trong khâu thiết kế | Rò rỉ không khí ô nhiễm trong bộ trao đổi nhiệt toàn phần |
| Hệ thống điều hòa không khí | Áp dụng công nghệ thanh lọc để tăng lưu lượng không khí hồi lưu | Với điều kiện đảm bảo lưu lượng không khí ngoài trời tối thiểu, có thể giảm lưu lượng không khí ngoài trời của hệ thống | Một số khí gây ô nhiễm trong nhà khó loại bỏ hiệu quả |
| Hệ thống điều hòa không khí | Giảm tổn thất trộn và tổn thất gia nhiệt lại | Phân vùng hợp lý | Làm tăng độ phức tạp của hệ thống |
| Hệ thống điều hòa không khí | Cải thiện chất lượng không khí ngoài trời để giảm lưu lượng không khí ngoài trời của hệ thống | Thu nhận không khí ngoài trời chất lượng cao, giảm khoảng cách vận chuyển và ô nhiễm trên đường đi | |
| Hệ thống điều khiển | Cài đặt thời gian khởi động và thời gian vận hành tối ưu | Hiệu quả tiết kiệm năng lượng đáng kể đối với các khoa vận hành gián đoạn | Đối với các khu vực có yêu cầu chênh lệch áp suất gradient, cần thận trọng khi áp dụng điều khiển |
| Hệ thống điều khiển | Lựa chọn tỷ lệ thiết bị tối ưu (số lượng đơn vị, công suất) | ||
| Hệ thống điều khiển | Cài đặt tham số không khí cấp tối ưu | Áp dụng chế độ điều tiết ưu tiên lưu lượng không khí | Nhiều khoa không phù hợp với vận hành lưu lượng không khí thay đổi |
| Hệ thống điều khiển | Cài đặt điều kiện vận hành tối ưu theo biến đổi khí hậu | Hiệu quả tiết kiệm năng lượng đáng kể | Chế độ vận hành quá phức tạp, làm tăng độ khó quản lý |
| Hệ thống điều khiển | Các phòng thường được trang bị bộ điều nhiệt; một số yêu cầu bộ điều khiển nhiệt độ và độ ẩm | Người sử dụng có thể tự cài đặt nhiệt độ (và độ ẩm) | Bộ điều khiển dễ bị hỏng do điều chỉnh thường xuyên |
[Tài liệu tham khảo] Việc cách nhiệt thiết bị và đường ống phải được tính toán theo Hướng dẫn Thiết kế Cách nhiệt cho Thiết bị và Đường ống (GB8175-87). Thông thường, có thể lựa chọn theo Bảng 7.7–7.10 và độ dày không được nhỏ hơn giá trị được nêu trong các bảng.
Bảng 7.7 Độ dày cách nhiệt kinh tế cho đường ống lạnh điều hòa không khí
| Vật liệu cách nhiệt | Số giờ làm lạnh hàng năm/giờ | Đường kính danh nghĩa/mm | Độ dày cách nhiệt kinh tế/mm |
|---|---|---|---|
| Vỏ ống và tấm phẳng cao su-nhựa | 2 880 | 15～32 | 19 |
| Vỏ ống và tấm phẳng cao su-nhựa | 2 880 | 40～150 | 25 |
| Vỏ ống và tấm phẳng cao su-nhựa | 2 880 | 200～500 | 32 |
| Vỏ ống và tấm phẳng cao su-nhựa | 3 600 | 15～50 | 25 |
| Vỏ ống và tấm phẳng cao su-nhựa | 3 600 | 65～150 | 32 |
| Vỏ ống và tấm phẳng cao su-nhựa | 3 600 | 125～500 | 38 |
| Vỏ ống và tấm phẳng cao su-nhựa | 4 320 | 15～100 | 32 |
| Vỏ ống và tấm phẳng cao su-nhựa | 4 320 | 125～500 | 38 |
| Vỏ ống bông thủy tinh ly tâm (64kg/m³) | 2 880 | 15～50 | 25 |
| Vỏ ống bông thủy tinh ly tâm (64kg/m³) | 2 880 | 65～150 | 30 |
| Vỏ ống bông thủy tinh ly tâm (64kg/m³) | 2 880 | 200～500 | 35 |
| Vỏ ống bông thủy tinh ly tâm (64kg/m³) | 3 600 | 15～50 | 30 |
| Vỏ ống bông thủy tinh ly tâm (64kg/m³) | 3 600 | 65～150 | 35 |
| Vỏ ống bông thủy tinh ly tâm (64kg/m³) | 3 600 | 200～500 | 40 |
| Vỏ ống bông thủy tinh ly tâm (64kg/m³) | 4 320 | 15～50 | 35 |
| Vỏ ống bông thủy tinh ly tâm (64kg/m³) | 4 320 | 65～150 | 40 |
| Vỏ ống bông thủy tinh ly tâm (64kg/m³) | 4 320 | 200～500 | 50 |
Bảng 7.8 Độ dày cách nhiệt tối thiểu cho đường ống hệ thống lưu trữ lạnh bằng đá
| Vật liệu cách nhiệt | Số giờ làm lạnh hàng năm/giờ | Đường kính danh nghĩa/mm | Độ dày cách nhiệt kinh tế/mm |
|---|---|---|---|
| Vỏ ống và tấm phẳng cao su-nhựa | 2 880 | 15～32 | 25 |
| Vỏ ống và tấm phẳng cao su-nhựa | 2 880 | 40～150 | 32 |
| Vỏ ống và tấm phẳng cao su-nhựa | 2 880 | 200～500 | 38 |
| Vỏ ống và tấm phẳng cao su-nhựa | 3 600 | 15～25 | 32 |
| Vỏ ống và tấm phẳng cao su-nhựa | 3 600 | 32～50 | 38 |
| Vỏ ống và tấm phẳng cao su-nhựa | 3 600 | 65～150 | 41 |
| Vỏ ống và tấm phẳng cao su-nhựa | 3 600 | 200～500 | 45 |
| Vỏ ống và tấm phẳng cao su-nhựa | 4 320 | 15～50 | 38 |
| Vỏ ống và tấm phẳng cao su-nhựa | 4 320 | 65～150 | 41 |
| Vỏ ống và tấm phẳng cao su-nhựa | 4 320 | 200～500 | 45 |
| Vỏ ống bông thủy tinh ly tâm | 2 880 | 15～125 | 40 |
| Vỏ ống bông thủy tinh ly tâm | 2 880 | 150～500 | 50 |
| Vỏ ống bông thủy tinh ly tâm | 3 600 | 15～50 | 40 |
| Vỏ ống bông thủy tinh ly tâm | 3 600 | 65～500 | 50 |
| Vỏ ống bông thủy tinh ly tâm | 4 320 | 15～100 | 50 |
| Vỏ ống bông thủy tinh ly tâm | 4 320 | 125～500 | 60 |
Ghi chú: Nhiệt độ chất tải lạnh của hệ thống lưu trữ lạnh bằng đá là $-6,^\circ\text{C}$, và độ dẫn nhiệt của các vật liệu là:
- Polyethylene chống cháy $\lambda = 0.036 + 0.001t_m,[\text{W/(m·℃)}]$
- Cao su-nhựa $\lambda = 0.0375 + 0.00125t_m,[\text{W/(m·℃)}]$
- Bọt polyurethane $\lambda = 0.035 + 0.00125t_m,[\text{W/(m·℃)}]$
Trong đó: $t_m$ là nhiệt độ trung bình của lớp cách nhiệt, thông thường được tính bằng giá trị trung bình của nhiệt độ môi chất bên trong đường ống và nhiệt độ không khí xung quanh.
Bảng 7.9 Độ dày cách nhiệt kinh tế cho ống gió điều hòa không khí
| Vật liệu cách nhiệt | Thời gian làm lạnh hàng năm/giờ | Chiều dày cách nhiệt kinh tế/mm |
|---|---|---|
| Vỏ ống bông thủy tinh ly tâm (32kg/m³) | 2 880 | 30 |
| Vỏ ống bông thủy tinh ly tâm (32kg/m³) | 3 660 | 40 |
| Vỏ ống bông thủy tinh ly tâm (32kg/m³) | 4 320 | 50 |
| Tấm phẳng cao su-nhựa | 2 880 | 16 |
| Tấm phẳng cao su-nhựa | 3 600 | 19 |
| Tấm phẳng cao su-nhựa | 4 320 | 21 |
Bảng 7.10 Chiều dày cách nhiệt kinh tế cho kênh gió cấp nhiệt độ thấp của hệ thống điều hòa không khí
| Vật liệu cách nhiệt | Thời gian làm lạnh hàng năm/giờ | Chiều dày cách nhiệt kinh tế/mm |
|---|---|---|
| Vỏ ống bông thủy tinh ly tâm (32kg/m³) | 2 880 | 50 |
| Vỏ ống bông thủy tinh ly tâm (32kg/m³) | 3 660 | 60 |
| Vỏ ống bông thủy tinh ly tâm (32kg/m³) | 4 320 | 70 |
| Tấm phẳng cao su-nhựa | 2 880 | 21 |
| Tấm phẳng cao su-nhựa | 3 600 | 25 |
| Tấm phẳng cao su-nhựa | 4 320 | 32 |
Ghi chú: Nhiệt độ gió cấp được tính dựa trên 7℃.