某医院蒸汽凝结水回收的经济性分析
关键词: 凝结水 生活热水 医院 余热
前言
我国是一个能源大国，更是一个能源消耗大国，能源的人均拥有量大大低于世界平均水平，能源的利用效率较低，GDP能耗程度是世界水平的4.2倍。我国还是一个水资源极度匮乏的国家，人均水资源不及世界平均水平的1/4，是世界上几个极度缺水的国家之一。能源、水资源已经成为制约我国经济发展的瓶颈之一，节能、节水任重而道远。作为工程设计人员，应从设计之初就对节能、节水充分重视起来，提供一个节能节水的优秀设计方案。
近几年，国家医疗建筑得到了大力发展，与其他公共建筑相比，现代医疗建筑的公共设施更复杂，室内环境要求更高，因此能耗更高。对于给排水专业，由于用水点远多于其他民用建筑，无论医务人员还是患者，用水的频率都高于其他建筑，因此生活冷热水的消耗要高于其他建筑。
由于医院需要蒸汽消毒，因此以蒸汽作为空调采暖和生活热水的热源在医院建筑中最为常见，由于热电厂不回收凝结水，通常凝结水都被排到排污降温池，加冷水将温度降到40℃以下排到市政管网。显然，凝结水中大量的热量及为了降温稀释的自来水都被浪费了，故在《绿色医院建筑评价技术细则》中对给排水专业提出了蒸汽凝结水等余热、废热回收利用方面的要求。
1 凝结水回收利用的应用与分析
1.1 项目概况
青岛西海岸医疗中心综合楼位于黄岛经济开发区，建筑面积19.5万平方米，主要功能为门诊、医技、病房和后勤辅助房间。综合楼的裙房共五层，其中布置了门诊和医技，主楼两座高层，分别为24层的A栋病房楼和21层的B栋病房楼。属一类高层建筑。空调系统和生活热水系统的热源均来自室外市政0.4MPa的饱和蒸汽，均采用汽水换热。生活系统耗热量为3824kw。
1.2热水系统的设计
本项目热水系统为集中热水供应系统，水源为室外市政供水管网，采用变频供水的方式，冷热水系统分区一致。主要热源为室外0.4MPa的饱和蒸汽，辅助热源为空调系统和生活热水换热器产生的凝结水的余热。
1.3 余热回收利用的节能性分析
本工程空调系统的凝结水为80℃的热水，仅冬季运行，青岛地区的采暖期为每年的11月16日至次年的4月5日，一个采暖季的运行时间共140天。根据空调专业提供的资料，病房部分冬季空调全天候运行，在设计工况下产生的凝结水量为8.1t/h，门诊部分空调平均每天运行8小时左右，在设计工况下产生的凝结水量为11.6t/h。考虑到设计人员在计算热负荷时一般留有20%左右的裕量，且本项目B栋在前期运行时不投入使用，因此前期实际运行时的门诊量及病房入住率在一般情况下均达不到设计工况，故本工程的病房和门诊部分的凝结水量在以下分析中均乘以0.6的系数，即分别以4.9t/h和7.0t/h计。
凝结水经板式换热器一次换热后由80℃降至55℃，接入中区热水系统换热器的冷水经过板换预热后由5℃变为33℃进入中区热水换热器，供给中区热水。为充分回收凝结水中的热量，对55℃的水继续采用板换二次换热，由55℃降至30℃后排至室外，作为整个院区中水的水源。与上相同，接入低区热水系统换热器的冷水经过板换预热后由5℃变为33℃进入低区热水换热器，供给低区热水。经过以上处理，既回收了凝结水的热量，也补充了中水的水量，达到节约节能的目的。余热利用流程图如下：
余热利用流程图
1.4 空调系统凝结水热量的回收利用
因本工程热水系统垂直分为三个区，低区部分主要功能为门诊、医技等，中区及高区主要功能为病房，故以下分别对门诊和病房部分通过具体计算来说明热量回收的效果。
由公式：Q=cm⊿t
c---水的比热，4.187KJ/（kg·℃）
可计算出门诊部分每个采暖期从凝结水中回收的热量为：
Q=4.187×7.0×1000×（55-30）×8×140
=821×106（KJ） ㈠
采用同样的计算方法，可计算出病房部分每个采暖期从凝结水中回收的热量为：
Q=4.187×4.9×1000×（80-55）×24×140
=1723×106（KJ） ㈡
1.5 热水系统凝结水回收热量的计算
热水系统换热器的凝结水为80℃的热水，采暖期的门诊部分蒸汽耗量为2.8t/h，病房部分蒸汽耗量为19.3t/h；非采暖期的门诊部分蒸汽耗量为4.2t/h，病房部分蒸汽耗量为17.5t/h。热水系统常年运行，门诊部分考虑8小时供应热水，病房部分全天候供应热水。同样原因，在以下的计算中上述蒸汽耗量乘以0.6的系数，即采暖期蒸汽耗量门诊和病房分别为2.8t/h和11.6t/h，非采暖期门诊和病房分别为2.5t/h和10.5t/h。
由公式：Q=cm⊿t可计算出门诊部分采暖期从凝结水中回收的热量为：
Q=4.187×2.8×1000×（55-30）×8×140
=328×106（KJ） ㈢
病房部分采暖期从凝结水中回收的热量为：
Q=4.187×11.6×1000×（80-55）×24×140
=4080×106（KJ） ㈣
同样可计算出门诊部分和病房部分非采暖期从凝结水中回收的热量分别为471×106KJ和5935×106KJ。 ㈤
1.6全部凝结水热量回收的效果
由上㈠、㈡、㈢、㈣可知，在采暖期可回收热量6952×106KJ，由㈤可知，在非采暖期可回收热量6406×106KJ。热水系统的冷水设计温度采暖期取5℃，非采暖期取10℃。本项目在采暖期的低区热水耗热量为233kw，中高区热水耗热量为969kw。在非采暖期的低区热水耗热量为212kw，中高区热水耗热量为881kw。低区为门诊、医技，考虑8h运行，中高区为病房，考虑24h运行，在60%负荷运行的工况下，经过计算，在一个采暖期（140天）整个生活热水系统耗热量12659×106 KJ，在非采暖期（225天）整个生活热水系统耗热量18496×106 KJ。采暖期回收热量占整个采暖期生活热水系统耗热量的54.9%，非采暖期回收热量占整个非采暖期生活热水系统耗热量的34.6%。
1.7 回收水量的计算
空调系统每年回收的水量为：
门诊部分：7.0×8×140=7840（吨）
病房部分：4.9×24×140=16464（吨）
热水系统每年回收的水量为：
门诊部分：2.8×8×140+2.5×8×225=7636（吨）
病房部分：11.6×24×225+10.5×24×225=95676（吨）
上述两个部分全年共可以回收凝结水量：127616吨
2 经济及环境分析
因本项目对凝结水的热量和水量均进行了回收利用，故减少了对蒸汽和市政自来水的用量，以下用数据说明节约用汽和用水的效果。
本项目热源采用0.4MPa的饱和蒸汽，其比焓值为2738.5 KJ/Kg，经过换热后变为80℃的热水，其比焓值为335.0 KJ/Kg，两者之差为2403.5 KJ/Kg。由前面的计算可知，空调系统和热水系统全部凝结水的回收热量共13358×106 KJ，相对应的饱和蒸汽用量为5557吨。青岛地区蒸汽价格为123元/吨，故在空调系统和热水系统60%满负荷运行的情况下，每年用于购买蒸汽的费用可节约68万元。
青岛地区社会福利事业单位水价为2.5元/m3，如果空调系统和生活热水系统产生的凝结水回收热量后作为中水的水源，全部用于院区内其他办公楼及住宅楼、科研楼等的冲厕或院内绿化洗车用水，则整个院区理论上每年用于购买自来水的费用可节约31.9万元。
我国标准煤的发热量为7000大卡/千克，一般工业燃煤锅炉热效率在60%~82%左右，以70%计，则要产生13358×106 KJ的热量，需要的标准煤量为651吨。又由于每吨标煤燃烧后产生的CO2量为3吨，因此可减少向大气中的CO2排放量为651×3=1953吨。
3 小结
以上的分析计算均基于空调系统和热水系统在60%满负荷运行的工况下得出的结论，在本文写作时，本项目试运行已结束，正式对外营业。在试运行阶段的门诊量已达到1200人次。因本项目建成后在当地是最大的综合性医院，故门诊量上升较快，凝结水热量回收和水量利用的综合效益也会逐步显现。
参考文献：1、全国民用建筑工程设计技术措施 2009
2、建筑给水排水设计规范 GB 50015-2003(2009年版)
作者简介：王慧 女 69年出生 江苏徐州人 高级工程师 工学学士学位 注册公用设备工程师（给水排水专业） 在山东省建筑设计研究院第五分院绿色医院设计研究所）从事给水排水专业的设计工作
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