疾病预防控制中心冷热源系统设计

实验动物用房的冷热源系统相比于一般民用建筑的冷热源系统，主要区别在于全年不论何种气候条件均需满足严格的温度、湿度、洁净度等要求。绝大多数实验动物用房全年连续运行，有同时供冷、供热的特殊需求，而且系统的保障性要求非常高，冷热源系统应考虑冗余设计，因此，“技术可靠”是选择实验动物用房冷热源系统的首要准则。其次，实验动物用房的屏障环境多采用全新风直流式风系统，实验动物热湿负荷大，空调系统能耗高，经济投入大，所以在选择其冷热源系统时还需考虑“经济合理”。

1.冷水机组+锅炉

冷水机组与热水锅炉的组合方案是典型的传统空调冷热源形式。冷水机组承担实验动物用房的制冷需求，常压燃气热水锅炉提供实验动物用房的供热量、除湿再热量等需求，可以实现同时供冷、供热。这也是大多数实验动物用房首选的常规方案，兼具经济性与可靠性。

但是“冷水机组+锅炉”的技术方案也有设备繁杂、占用建筑面积较大、再热能耗大等特点。对于疾病预防控制中心建设项目来说，其实验动物用房的建设条件往往非常受限，“冷水机组+锅炉”的技术方案就不太适用，这种方案适用于独立的大中型实验动物中心。

2.风冷热泵+锅炉

热泵的功能是把热从低位势(低温端)抽升至高位势(高温端)排放。风冷热泵机组就是利用室外空气的能量，通过机械做功，使能量从低位热源向高位热源转移的制冷/热装置。它以冷凝器放出的热量来供热，以蒸发器吸收的热量来供冷。风冷热泵机组无需冷却水，其运行稳定性受气候条件影响较大，适用于冬季室外平均温度较高的地区(如我国的夏热冬冷地区)。但一般的风冷热泵机组并不具备同时供冷与供热的能力，因此，为了可以实现同时供冷、供热以满足实验动物房的负荷需求，同时为了保证在冬季极端气候条件下或在其他特殊时期热水供应的可靠性，除风冷热泵以外，还需额外设置锅炉设施作为辅助热源。相比于“冷水机组+锅炉”的技术方案，“风冷热泵+锅炉”的技术方案在一定程度上了节约了室内的建筑面积，但因其制冷能效比(COP)远低于冷水机组，其系统的整体节能性相对较差。

3.四管制多功能风冷热泵机组

四管制多功能风冷热泵机组是近年来在市场上出现的一种新型风冷热泵空调机组。顾名思义，在四管制空调系统中，冷冻水系统和热水系统共4路接管，蒸发器和冷凝器可实现冷热联供，如图3-8所示。与传统的风冷热泵相比，向四管制多功能风冷热泵机组输入一份电量，可同时得到冷量和热量。单台机组在全年工况下运行时，冷、热负荷均可在额定负荷的25%~100%范围内任意自动调节组合，可灵活实现单制冷、单制热、同时制冷和制热3种工况。翅片换热器作为中间换热器，用于平衡冷热两端的能量，冷热两侧均能实现独立调节。

图3-8　四管制风冷热泵机组原理示意

四管制多功能热泵系统相比于“冷水机组+锅炉”系统更容易操作维护，机房面积占用较小，但它和其他风冷热泵系统一样，在室外条件恶劣时，尤其是在冬季运行时系统的保障性有待进一步考察。此外，对于比较干燥的北方，除湿再热需求量相对较小，四管制系统的优势并不十分明显，因此这类系统更适用于我国南方地区。(www.xing528.com)

4.热泵式溶液调湿系统

如图3-9所示，热泵式溶液调湿机组自带热泵系统，适用于全新风直流式风系统。其新风处理段设有粗效过滤器、溶液全热回收单元、溶液调湿单元、送风机、中效过滤器、电加热器;排风处理段设有粗效过滤器、活性炭过滤器、溶液全热回收单元、溶液再生单元、排风机。热泵式溶液调湿机组将冷热源系统与空调风输配系统集中整合，与传统冷热源系统相比，还增设了溶液泵及储溶液箱，其机组尺寸较大，所需机房面积大，因此，若选择此类系统，在设计前期需与土建单位配合，预留足够的机房面积。

图3-9　溶液调湿机组原理示意

热泵式溶液调湿机组在夏季利用热泵蒸发器的冷量冷却溶液，对空气降温除湿，热泵冷凝器排出的热量则用于浓缩再生溶液。在冬季切换热泵系统四通换向阀运行制热工况，并通过补水稀释溶液，实现对空气的加热、加湿。

传统空调系统多采用冷冻除湿再露点送风的方式控制室内湿度，除湿后再热控制室内温度，如此“冷热抵消”使得空调能耗高，而热泵式溶液调湿系统在控制实验动物环境时可有效地节省加湿与除湿的这部分能耗。此外，利用盐溶液的吸湿、放湿特性，该系统还可实现对回风的全热回收，因此节能是这类空调系统的集中优势。

厦门某动物实验用房应用热泵式溶液调湿机组，2013年6月份至2014年5月份年累计耗电量为3293MW·h，单位风量的年耗电量约为27.5k W·h，相比于传统空调系统下降56%，节能效果明显，初投资大约增加40%~50%，投资回收期2~3年。

目前国内热泵式溶液调湿系统中常用的调湿溶液有溴化锂和氯化锂、氯化钙、氯化锌及其混合比例溶液。在调湿过程中，空气与溶液在填料内接触，不可避免地会夹带一定量的溶液离子成分，而送风带液是否影响动物生产及实验，仍需进一步研究探讨。下面以多功能四管制风冷热泵机组为代表，将其与热泵式溶液调湿机组从初投资、运行成本及系统优缺点等方面进行比较，如表3-11所示。

表3-11　冷热源方案对比