熱泵型吸附除濕空調箱運用於手術室之節能效益分析以南部T醫院為例(第78期)
摘要
醫療是日常生活中不可或缺的重要資源，其中手術更是醫療的重要環節。手術室對溫度、濕度和潔淨度要求極高，需要獨立的空調系統，因此空調能耗相對較高。針對手術室進行節能規劃，將有助於實現節能目標。本研究旨在探討熱泵型吸附除濕空調箱在手術室中之節能效益。通過測試某醫院手術室，在改善前後進行系統量測，計算其減少的熱負荷量和消耗功率。改善計劃包括符合節能規劃的優先補助項目，”空氣側耗能低於0.25kW/RT”。改善後的數據經第三方驗證，確保其可信度。改善後的量測結果顯示，空調系統不僅達到了手術室的溫濕度要求，還使空氣側一年節省了約19%的耗電量。希望本研究的數據能成為我國未來手術室節能改善的重要參考。
關鍵字詞：熱泵、吸附除濕、手術室節能
1. 前言
1.1研究目的與動機
面對台灣高齡化社會的挑戰，手術室空調的升級是非常重要的，由於手術室溫度的變化對於醫療行為來說是非常敏感的，尤以舒適度和溫度控制最為關鍵。另一方面手術室也是醫院耗能佔比較高之系統，其相關節能也逐漸被重視，因此減少手術室之耗能，已成為能源產業關注的話題。手術室有別於一般環境的空調系統，為避免交叉感染及突發斷電，手術室必須是獨立的空調系統，而在政府推動的能源政策下，對於手術室節能的意識漸漸抬頭，因此，減少手術室能耗已成為能源產業關注的焦點。由於手術室之溫濕度條件甚高，以往採取傳統空調的方式會造成過多的能源浪費，使其耗能偏高的主因則是台灣較濕的外氣環境，為保持手術室之溫濕度條件、空氣品質及無塵等級，需要提供大量外氣及保持室內換氣次數，導致傳統空調需提供更多的製冷能力處理大量濕空氣，本實驗採化學除濕方式預先將外氣除濕後再進行降溫處理，搭配熱泵使其再生能源再利用，最終達到良好的手術室室內條件及節能效益。
2. 案例分析探討與描述
2.1水側系統描述
本研究之手術式空調冰水系統設備是以一120RT之螺旋式冰水主機搭配一台冰水泵浦和一台冷卻水泵浦，再利用區域泵浦供應冰水，其散熱則使用500RT冷卻水塔二台，並依照現場負載需求使用。該冰水系統為一、二次側定流量系統，冰水部分於主機製冷後供給7°C冰水至現場空調箱使用。冷卻水部分則是於冰水主機吸熱後至定頻冷卻水塔散熱。
2.2風側系統描述
手術室主要由四組外氣空調箱(AH-24~27)供應，總額定風量為39,870 CMH，其中AH-24之外氣為預冷空調箱供應，外氣吸入後與室內回風混風，經過濾後由冰水盤管降溫除濕，再經電熱再熱後送入手術室內，其手術室平均環境溫溼度為19.5°CDB/73%RH。
2.3系統改善描述
改善後手術室需求之溫溼度為19.5°CDB /55%RH，既設之預冷空調箱汰換為熱泵型吸附除濕，並將其分配至各空調箱之外氣使用，使外氣先經熱泵型吸附除濕之冰水盤管及蒸發盤管冷卻除濕，再經除濕轉輪做化學除濕後接著進入空調箱中，使空調箱之冰水盤管變為乾盤管，只需處理顯熱之熱量。
既設空調箱因成為系統之再冷行程，因此不再需要電熱再熱，將省下電熱之耗能；而除濕轉輪之再生熱則由蒸發盤管吸熱後於冷凝盤管提供。
蒸發盤管所提供之製冷量可減少既設空調箱冰水盤管所需之製冷量，使冰水可提供高於既設系統7°C以上之冰水，即可達到室內需求之溫溼度。
圖1 空調改善後空氣側系統流程示意圖
3. 研究規劃
本研究規劃分為三部分；第一部分為改善前預估之節能效益分析，此部分將設定共同之計算基線，將改善前後預估之耗能情形進行比較，分析其改善之可行性；第二部分為實際改善前後之節能效益分析，此部分依照改善前後實際運轉狀況進行量測，將數據整合後進行改善前後耗能及費用分析與比較，最後將對於各部分耗能及節能狀況進行總結。
4. 結果與討論
本研究主要分析手術室增設熱泵型吸附除濕空調箱後對於空調系統的改善狀況，分為以下幾點分析。
- (1) 熱泵型吸附除濕之熱泵於改善後確實替代了既設空調箱系統電熱再熱之耗能，在冷凝端提供吸附材之再生熱能，並且蒸發段也提供了既設系統約14.55RT之製冷量。
- (2) 固態吸附除濕輪部分，外氣經吸附後之低濕空氣確實能使空調箱不需處理潛熱，減少了空調箱部分冰水需求。
- (3) 改善後確實能達到手術室之溫溼度需求19.5°CDB /55%RH。
- (4) 以實際運轉狀況下，改善前室內溫溼度19.5°CDB/73%RH，其能源耗用量為571,152kWh，改善後室內溫溼度19.5°CDB /55%RH，其能源耗用量為462,528kWh，節能率為19.03%。
- (5) 以實際運轉狀況下，以迴歸方程式計算得知，改善後之空氣側系統效率為0.18kW/RT，符合節能績效補助空氣側系統耗能指標小於0.25kW/RT。
經本研究改善前後量測及數據分析後可知，使用熱泵型吸附除濕空調箱相比傳統冷凝除濕之空調系統，能夠顯著降低能源消耗並提高能源利用率。這種技術的應用不僅有助於降低手術室運營成本，還能夠維持手術室的空氣品質及舒適度，提高醫療服務的質量和效率。在電費上漲的情況下，醫院手術室將會面臨更高的能源成本，因此本研究可為未來手術室的節能方向提供參考，並提供更好的節能手段。