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医院洁净手术室全生命周期节能探索与实践——以某专科医院中心手术室为例筑医台资讯
医疗建筑能耗消耗为公共建筑的1.6~2倍，手术室耗能同样为医疗耗能中重要组成部分，2022年3月《建筑节能与绿色建筑发展“十四五”规划》，与2023年3月第十四届全国人大一次会议均明确提出绿色低碳发展、节能降碳改造要求。
针对医院手术室节能，目前已有较为成熟高效的节能控制系统，通过设置温湿度优先级的方式进行节能，采用新型设备机组形式等多种方式。而手术室冷源机组设备作为医学装备的重要一环，通过设备组合优化可有效节约手术室能源。
双冷源机组在不同行业已有较多应用，而针对医疗建筑的双冷源系统论述较为匮乏，郭康康等对医院洁净手术室净化空调系统设计提出了。本文针对专科医院手术室采用双冷源理论可行性分析，并结合实际眼科医院手术室理论与改造两种不同方式采用的双冷源节能特性进行探讨，为国内专科医院手术室双冷源的建设与运维提供参考。
设置双冷源的目的与意义
与综合医院一样，专科医院需视其规模选用不同大小的冷热源机组，由于大楼冷负荷较大，冷源通常采用多台水冷冷水机组。
而手术室冷负荷较大楼冷源有明显降低，且手术室仅涉及专科手术，较常规综合医院手术室冷负荷会更低，全年均有制冷需求，专科手术室宜采用装机容量较小，且稳定性高，全年可独立运行，并有保证有备用机组。考虑到节省管道、节省占地面积与初投资费用，一般专科手术室冷源会区别于大楼冷源采用手术室专用风冷冷水机组。
洁净手术室宜采用独立冷热源，并从医院集中冷热源供给站接入，这样既可以提高运行效率，也可以作为备用。
由于水冷式机组COP值大于风冷式机组COP，会更利于医院节约能耗。现代化专科医院可考虑手术室结合水冷式机组高能效比，与手术室专用风冷式机组小负荷时机组高负荷使用率的优点，通过管路系统并联优化，形成水冷式机组设置于地下设备层，风冷式机组设置于天面层的双冷源系统。
大楼用冷量大时集中由水冷式机组供冷，大楼用冷较少时水冷式机组停机，可开启风冷式机组继续对手术室提供冷源。两套机组之间根据阀门与管路的调节对冷源进行切换。
国内实际情况下，老旧医疗建筑往往采用单冷源系统，对于新建建筑，仍有较多设计院采用集中单冷源直供的形式负担整栋大楼（包含手术室区域）供冷。在理想状况下，规划建设之时建议按双冷源系统进行设计，将并联管道与阀门一次设计到位，实际使用过程中可仅开启单部冷源进行手术室制冷，将节能与备用应急功能最大化实现，此为新建高水平现代化医院手术室常规建设方式。
而对于既有建筑，具体为采用增加风冷热泵或利用已有手术室专用风冷式冷源而欲利用大楼冷源供冷的情况，考虑医院手术室正常运营与手术室内有限的施工空间，亦可在风冷式机组所处的天面增加并联管道与转换阀门，实现双冷源供冷。采用如此方式，在大楼水冷式冷源供冷时，天面风冷式冷源亦应该开启待机，与水冷式机组进行串联，冷冻水方可形成通路流入手术室洁净机组内。
实施双冷源的节能性
手术室全年均有制冷需求，冬季时大楼集中冷源通常停止，手术室风冷式冷源应当是冬季专用而非全年专用。夏季水冷主机负荷大，手术室冷源由大楼集中供应可提高主机负载率，并利用COP更高的水冷主机可有效降低能耗。总体来说，水冷式机组与风冷式机组大小搭配，保持低负荷始终能高效能运行。
在夏季，对于前述改造后的双冷源系统，因各种约束限制条件使得手术室各洁净机组无法通过大楼水冷式机组供回水管连接，而只能通过既有风冷式机组供回水水管连接的机组，要实现夏季手术室利用大楼水冷式冷源供应，则必须将手术室水冷式冷源与风冷式冷源进行串联，冷冻水流经风冷式机组后进入洁净机组内。此种双冷源系统在夏季同样可以获得可观的节能效果，只是在规划建设之时即按双冷源系统设计在夏季产生节能效果更佳。
而反观过渡季与冬季，当大楼整体负荷较小时，各用能科室基本不开空调，大部分用冷能耗为手术室消耗，且作为专科医院，大楼内区少，临床科室、病房等均靠外墙布置，需长期供冷的科室亦较少且用地面积很小，仅药房、检验科、放射科等等，如此类区域配置独立冷源后，再剔除手术室所需用冷外，大楼根据实际需求可停止供冷。
使用大楼负荷容量较大的水冷式机组会导致机组负荷率低，产生大马拉小车的情况，浪费多余主机能源；而采用风冷式独立冷源，可有效提升负荷使用率，开启装机容量小的设备节约电耗。根据专科医院使用特性，此类天气仅采用风冷式独立冷源的节能效果很可能比采用COP值更高的水冷式主机更加节能。对于前述改造后的双冷源系统，则这种节能效果会放大。冬季大楼除手术室外其余冷热负荷则可由小容量风冷模块机进行承担。
中山大学中山眼科中心作为全中国连续14年专科声誉排名第一，首个国家三甲眼科医院，目前规模最大的公立眼科医院，珠江新城院区手术室亦对既有手术室进行双冷源改造。以下，仅以中山大学中山眼科中心珠江新城院区为例，对节能性进行分析。
该项目位于广东省广州市，临床楼总供冷建筑面积32936m²，手术室建筑面积5345m²。大楼负一层机房设置水冷式冷源采用3台冷量1300Kw水冷螺杆式冷水机组，供整个大楼冷源使用，天面设置2台冷量522Kw风冷式螺杆机组，设计时仅供手术室使用。院区投入运营后将天面空调水管进行改造，与风冷螺杆进行连接并增加冬夏季机组转换阀门。水冷螺杆转换后，除手术室外其他冷源利用天面3台冷量390Kw模块式风冷热泵供冷。下面截取2023年3月冷源转换前后一周的能耗进行测试对比分析。
冷源转换前手术室冷源为风冷螺杆，大楼其余部分冷源为风冷模块，耗能数据如表1。
表1 3月冷源转换前耗能总计（Kwh）
冷源转化后手术室冷源与大楼水冷螺杆共用，风冷螺杆待机启动，风冷模块机组停用。耗能数据如表2。
表2 3月冷源转换后耗能总计（Kwh）
转换前后一周耗能总值分别为29042.43Kwh与43283.08Kwh。使用水冷集中冷源耗能较使用风冷式机组转换前能源增长率可达49%。使用水冷集中冷源时，冷水主机负载率周末为20%42%，工作日为45%75%。对于规划建设之时便按双冷源系统进行设计的系统，由表2中数据扣除风冷螺杆耗电量，一周能耗总值仍有37194Kwh，能源增长率为28%。在过渡季或冬季，大楼总负荷总体较小时，采用集中冷源供冷未必比利用风冷式机组更加节能。
双冷源的运维建议
夏季用冷负荷大时，手术室冷源接入集中水冷机组方式更为节能；除手术室外其余供冷需求较小时的过渡季与冬季时，关闭水冷机组，手术室利用风冷机组，大楼其他区域辅以专用冷源或小型风冷模块机有可能会更加节能。而具体双冷源的切换时刻则需根据医院对室外温度，机组负荷率以及用电量统计不断测试后得出，不可一概而论。
而对于前述改造的双冷源系统，手术室冷冻水需由水冷式机组流经风冷式机组串联的情况来说，需特别注意风冷式机组出水温度设置需比水冷式机组高，保证风冷式机组始终处于待机状态。否则风冷式机组会启动投入运行，而可能带动整个大楼冷冻水而不只是手术室用冷进行二次制冷，在夏季耗费更多能源。
以中山大学中山眼科中心2023年11月冷源转换前后连续工作日的能耗对比分析为例。6-10日手术室冷源与大楼水冷螺杆共用，风冷螺杆待机启动，风冷模块机组停用，此时水冷主机设定出水温度为8.5℃，风冷主机设定出水温度为9℃，此时各机组耗能见表3。13-17日对手术室冷源进行转换，关闭大楼水冷机组，开启手术室专用风冷螺杆机组，耗能数据见表4。
表3 11月冷源转换前耗能总计（Kwh）
表4 11月冷源转换后耗能总计（Kwh）
手术室冷源与大楼水冷主机共用时，总能耗已超水冷主机停用时一倍有余，且与水冷共用时的风冷主机待机功率尚超过水冷主机停用时的风冷主机启动功率，导致此种反常现象原因极可能为风冷主机出水温度设置与水冷主机出水温度设置之差过小，大楼冷冻水提升至风冷主机时由于冷源损耗温度已超过9℃，风冷主机此时需处理大楼冷冻水量,较仅手术室更大，会反而加大主机能耗。当水冷主机制冷冻水需经风冷主机时，风冷主机出水设置温度需考虑水冷主机冷冻水在垂直提升中的温升冷损。这论证了建设之期即预留双冷源的必要性，如此能更完善在医院全生命周期内进行节能。
为更好指导运维人员对冷源进行切换，宜在双冷源机房处张贴详细切换操作流程制度，并对转换阀门进行具体编号，制度中按操作顺序列明对各编号阀门、主机控制操作屏、控制柜各按键的具体操作指示。冷源转换完成后，应检查设备各运行参数是否正常，正常运行参数范围亦应列入操作制度中以便形成全流程操作体系。
本文以专科手术室视角出发，通过负荷分析论证了设置全生命周期内建设与运维水冷与风冷双冷源机组的节能性。
针对规划之初便预留水冷式机组冷冻水管与改造后将水冷机组与风冷机组串联的形式组成形成双冷源分别进行了节能性分析，并探讨了过渡季与冬季，和夏季时采用不同冷源供应时可能出现的手术室冷源耗能情况，并以眼科医院实测数据作为能耗分析的支持，得出夏季建议采用大楼一体水冷式冷源集中供冷，而过渡季与冬季会存在启用风冷式机组更节能的情况，应根据各医院实际情况分别对风冷、水冷冷源测试后综合考虑天气、负载率等因素决定切换条件。本文给出了双冷源系统的运维建议，突出了对于改造后加的双冷源系统更应充分考虑两台冷源出水温度设置。
