空压机余热利用在医院病房热水系统中的应用
[摘要] 随着能源的日益短缺，空压机余热回收利用越来越广泛。该研究以医院装备的医用空压机利用其余热制取病房生活用热水的节能改造项目为例，分析医院利用空压机余热制取热水项目的节能改造效果。医用空压机的余热利用项目不仅降低了医院的运行成本，也响应了国家节能减排的号召。
[关键词] 医用空压机余热利用；病房热水；节能减排
[中图分类号]R197.38 [文献标识码] A [文章编号] 1672-5654（2015）04（c）-0111-02
随着全球能源的日益短缺，节能减排成为全球的重要议题。我国出台的“十二五”规划节能减排号召，成为各行各业发展节能减排的指导精神。对于医院而言，医疗设备的节能减排不仅是响应国家号召，也是医院降低运营成本的一项必要措施[1]。
医用压缩空气系统、集中供氧系统和中心吸引系统组成的医用供气系统是现代化医院必备的医用气体项目[2]。医用压缩空气系统广泛应用于医用制氧、正压用途等各个临床科室，是医疗临床重要的技术保障支撑。医用空压机从环境中吸取常压的空气，经过压缩后排出高压的压缩空气与后续的一系列处理设备组成医用压缩空气系统。整个制备医用压缩空气的过程中电能转换为空气势能（即压缩空气）和大量热能。医用空压机系统在医院的设备中属于能耗大户，其节能减排对医院降低运营成本具有一定的作用。因此医用空压机的能耗被充分利用也逐步得到了重视。
目前医用的压缩空气系统大多采用螺杆空压机供气。螺杆空压机由于自身的设计结构和工作原理的限制，其输入的能量只有30%左右转换成压缩空气，而70%的能量转化成了压缩热（余热）。空压机运行产生的余热，如果不交换掉，可引起电机高温及排气高温，不但影响空压机的使用寿命，更影响压缩空气的质量；如果由冷却系统将热量排放，不但浪费了能源，更会造成热污染。因此将此部分热量回收利用是对能源利用的深度挖掘，对于压缩机的节能降耗具有重大意义[3]。图1为医用压缩空气系统工作原理图。
在医院病房的供水系统中有冷水和热水两套系统。病房热水系统为患者的住院期间提供生活用热水，对于患者护理康复和身心健康具有重要的作用。目前该院采用空气能热泵的方式供应热水，每年设备的维护保养和电能的消耗是一笔不小的费用。利用空压机余热制取热水是在不改变螺杆空压机原有工作状态的前提下合理充分利用空压机的方法[3]。通过循环水泵把医用空压机的余热经过热量回收装置转化为医院病房必需的生活热水供患者生活使用。项目以极低的运行成本（主要使水泵的少量运行成本）得到大量的生活热水。同时又能优化医用螺杆空压机的运行工况，实现医用压缩空气系统的24 h无故障运转和节能减排任务。
1 空压机余热利用制取热水项目介绍
其原理图见图2。
在医用空压机内部安装热量回收模块后，常温自来水通过泵A（循环泵）进行持续的循环供水与高温的空压机进行换热将循环水箱中的冷水逐步加热成65℃的热水，此时热水回收控制器启动泵B（热水增压泵）将65℃的热水泵入住院部楼顶的保温水箱中储存起来，供病房热水洗澡和护理用途。泵B在循环水箱水量到达低水位时自动停止，此时循环水箱的自动补水电磁阀开始为循环水箱自动补充低温的自来水，当循环水箱水位达到设定的高水位时，控制器关闭补水电磁阀。泵A启动再将循环水箱的冷水进行加热。当住院部楼顶水箱储满热水时，水位控制传感器给予热回收控制器停止供应热水信号，停止泵B工作，此时热水将不在向楼顶补充。当病房使用热水保温水箱水位下降后，泵B将再次向住院部楼顶保温水箱补充热水。
医用空压机在医院的所有医疗设备中属于24 h常年开机的重要设备，通过余热制取热水应用于病房热水供应系统具有良好的适用性，可以在不增加运营成本的前提下24 h不间断向病房供应足量的生活热水。
2 医用空压机余热利用制取热水项目的节能量及经济效益分析
2.1节能量分析
该院装备两台ES30螺杆空压机，装机总功率：60 kw。以下对该项目产生的节能量进行分析。
2.2余热回收利用热水量计算
按照余热回收能量为装机额定功率的70%计算，电力的热值为3600 kJ/（ kw·h）[4]，医用空压机可回收的能量：
Q1=60×70%×3 600=151 200 kJ/h。
按设备每天满负载运行18 h，每天可回收的热量：
151 200×18=2 721 600 kJ/d
根据热量计算公式：Q=C×M×△t
Q：功率，单位为：kJ； M：水量 单位：kg
△ t：温升（按照平均进水温度20℃，出水温度65℃即△t：45）
C：比热容，水的比热容：4.2 kJ/（kg.k）
每天可回收的热水量：
M=Q÷（△t×C）=2 721 600÷（45×4.2）=14 400 kg/d
即通过安装空压机余热利用系统每天可得到65℃热水14.4吨。
按照住院部病房每名患者每天使用热水60 L计算，该院在医用空压机上安装了空压机余热利用制取热水的系统后可以基本零费用的解决240名患者的生活用热水问题。
2.3多种制取病房生活用热水的费用比较
该院实施利用空压机余热制取热水项目前，住院部病房采用的是空气能热泵方式制取病房生活用热水。见表1。
按照240名患者每天的病房生活用热水费用计算：
采用空压机余热利用制取热水：
每天需要的电费：0.4×14.4=5.76元
每年需要的电费：5.76×365=2 102.40元
采用空气能热泵热水系统制取热水：
每天需要的电费：10.8×14.4=155.52元
每年需要的电费：155.52×365=56 764.80元
通过以上计算可以看出，在医用空压机安装余热利用系统制取生活用热水每年可以为医院节约五万余元的运行成本。如考虑空气能热泵的维护成本，此项目的效益更为可观。
3 结语
空压机的余热利用具有巨大的节能潜力和经济效益[5]。医用压缩空气系统广泛应用于医用制氧、正压用途等各个临床科室，是为医疗临床重要的技术保障和支撑。医用空压机余热利用制取病房生活用热水项目具有以下优势：①绿色环保，循环再生，节能降耗，没有排放；②可24 h不间断为医院病房提供基本无成本的热水满足使用，提高患者的生活水平利于患者的身体康复和护理需要；③降低医用空压机的运行温度，降低医用空压机的运行故障率，更好的满足医疗临床支撑保障；④节约病房生活热水的制取成本，不仅降低了医院的运作成本，也响应了国家节能减排的政策，具有良好的社会效益。
[参考文献]
[1] 许奎瑞.医疗设备节能降耗的分析及措施[J].中国医疗设备，2013（12）：22-23.
[2] 蒋丹.医用压缩空气系统及应用[J].医疗设备，2012，25（12）：32-33.
[3] 孙铁源，蔡茂林.压缩空气系统的运行现状与节能改造[J].机床与液压，2010（13）：108-110，43.
[4] 陈鹏高，高安华，任延荣，等.空压机的节能改造[J].压缩机技术，2013（4）：99-104.
[5] 周震贤.绝热效率角度浅析空压机能效潜力[J].2014（80）：41-45.
（收稿日期：2015-01-02）
