醫院用能與節能

暖通空調H&AC200第39卷第4期醫魔暖通設醫院用能與節能華東建筑設計研究院有限公司胡仰耆☆楊國榮摘要分析了上海地區11家醫院的用能狀況詳細論逑了從建筑設計、空調系統設計、系統運行與維護及系統能量管理等角度開(kāi)展節能工作的必要性和可行性。關(guān)鍵詞醫院用能節能空調Energy usage and saving in hospitalsBy Hu ranger x and Yang GuorongAbstract Analyses the energy usage of 11 hospitals in shanghai. Discusses in detail the necessity andpossibility of energy saving in view of architecture design, air conditioning system design, operation andmaintenance,as well as energyenergy saving, air conditioningEast China Architectural Design and Research Institute Co, Ltd, Shanghai, China0引言表1上海地區11家醫院用電狀況分項統計醫療衛生設施是公共建筑中一個(gè)重要而特殊醫院名稱(chēng)電梯照明醫療辦公空調系統冷熱瑞金醫院12.913.212.040.217.4的領(lǐng)域,它承擔著(zhù)保障廣大民眾健康的重任。改革第一人民醫院13.416.313.524.027.85.0開(kāi)放30多年來(lái)是我國衛生保健事業(yè)發(fā)展最快的時(shí)松江分院第六人民醫院9217.512.238.614.67.9期,各地新建、改建了大量各種級別的醫療衛生設曙光醫院10.816.216.625.529.81.1施,一些三級甲等醫院配置了許多先進(jìn)診療設備,第九人民醫院10.21612.032.223.16.9建立了完備的檢驗分析診斷用實(shí)驗室。它們中上海市公共3.120.26.23043.487許多規模較大所使用設備對環(huán)境要求較高空調衛生中心華東醫院9.515.412.637.016.88.7通風(fēng)系統的用能也越來(lái)越大,成為典型的高能耗建兒童院809.01.038020.783筑。筆者以上海部分三級甲等醫院近幾年來(lái)空調岳陽(yáng)醫院11013214.128.325.38.1用能情況為基礎結合自己的設計經(jīng)驗進(jìn)行綜合龍華醫院5.517.19.730.034.53.2性醫院的用能分析,并探討其節能潛力。315.412.5表22002-207年上海地區11家醫院?jiǎn)挝?醫院用能分析面積年均能耗目前,三級甲等綜合性醫院的設施較先進(jìn),一時(shí)間建筑面積/門(mén)急診次數/平均住院耗能量/單位鹵積能耗/般都設置了完善的空調與通風(fēng)系統,為醫務(wù)人員萬(wàn)m2萬(wàn)人次時(shí)間d(萬(wàn)kwha)(kwhm2·a)00年5.1821. I病人就診提供了良好的室內環(huán)境。醫院建筑與商209年60.7583業(yè)建筑、辦公建筑等其他類(lèi)型的公共建筑相比,由04年60789345183136772005年825618.218025于其功能的特殊性單位面積的能耗較大。表1給2年901131521948出了上海地區11家三級甲等醫院建筑的用電狀況分項統計數據,表2給出了2002-2007年這11家醫院?jiǎn)挝幻娣e年均能耗數據統計值☆胡仰耆男,1941年6月生,大學(xué),教授級高級工程師資深總表1表明在這些三級甲等醫院的各項能耗比中國煤化CNMHG①上海申康醫院發(fā)展中心,同濟大學(xué)暖通空調研究所.上海市級公立醫療機構建設項目成本與分析,2008修回日期:2009-03-022·醫院暖通設計暖通空調HV&AC200年第39卷第4期例中,空調系統與冷熱源部分的電耗(因能源主要中的節能意識在提高,在建筑圍護結構、空調通風(fēng)為電,故可以認為是能耗)約占醫院總電耗的系統、設備選型等方面采取了許多節能措施。但綜567%。據美國能源部的統計美國醫院總能耗中觀(guān)全局,不論是從我國未來(lái)醫療衛生設施建設的數空調系統與冷熱源部分所占能耗比例為36%~量與規模來(lái)看還是從某一個(gè)醫院的具體情況來(lái)48%?？?仍應高度重視這個(gè)高能耗行業(yè)的節能潛力。以表2表明這些醫院的單位建筑面積年均能耗下是筆者根據自己的設計經(jīng)驗,從建筑設計、暖通均超過(guò)200kWh/(m2a)。而美國能源部統計美空調系統設計、系統運行和能量管理等方面提出的國醫院?jiǎn)挝唤ㄖ娣e年均能耗約為75kWh/綜合性醫院設計中的一些節能思考(m2·a),急診護理區域的單位建筑面積年均能耗2建筑設計高達1040kWh/(m2·a)。醫院節能與建筑設計有很大關(guān)系合理的建筑根據表12及美國資料,可以進(jìn)行以下分析。設計是節能的基礎。在目前一些醫院設計中,建筑1)醫院中的空調能耗占總能耗的比例很大,師往往將門(mén)廳設計得高大、氣派追求空間通透像有集中空調系統的我國三級甲等醫院與美國醫院高級賓館一樣有多層共享空間,并采用大面積玻璃相比,二者數值接近是合理的幕墻,甚至有玻璃屋頂。這樣的門(mén)廳,夏季時(shí)即使2)以單位建筑面積計,上海這些醫院的能耗設內遮陽(yáng),但仍然有很大的顯熱量進(jìn)入室內,使空約是美國醫院的3倍。究其原因有:調能耗大大增加,而且較強的散射輻射與眩光也會(huì )①美國統計值是全國平均值,而上海統計值造成病人的不舒適感;冬季時(shí)由于煙囪作用,加劇是典型的高位值了高大空間的空氣分層現象,造成上層過(guò)熱,熱損②上海醫院?jiǎn)挝唤ㄖ娣e就醫人數肯定是美失增大,底層過(guò)冷國的數倍。在上海該等級醫院中,門(mén)診高峰時(shí)段大此外,在醫院的診室、醫技區域中有很多小房廳內人員擁擠,專(zhuān)家門(mén)診掛號隊伍排成長(cháng)龍。此間,往往成為建筑物的內區,它延長(cháng)了供冷需求時(shí)外,就病房面積而言,按美國AIA(美國建筑師學(xué)間,成為設計空調四管制的誘因。因此,如在建筑會(huì ))標準除特殊情況外,應為單人病房,最小面積設計時(shí)能布置一個(gè)內院(天井),便可減少內區房為11.15m2/床,也較中國大很多。我國病房?jì)鹊拈g,獲得自然采光和自然通風(fēng),是一種很好的節能人員包括病人、護工、探視者等,人員密度很大措施。③我國集中空調系統的設備效率、自控程度、醫院建筑設計應以人為本,以滿(mǎn)足功能為主,管理水平一般較美國低。在優(yōu)先利用自然光線(xiàn)的條件下不過(guò)多采用幕墻,少3)存在以下兩個(gè)因素會(huì )減小我國醫院的用能做玻璃屋頂避免照射照度較大、時(shí)間較長(cháng)的太陽(yáng)輻射熱量直接進(jìn)入空調區域。建筑師還應與設備①根據醫院的特殊性按美國設計標準直接工程師緊密配合,合理布置設備專(zhuān)業(yè)需要的機房,為病人服務(wù)的空調系統一般為全空氣系統,設兩級使系統的輸送能耗最小。過(guò)濾,有一定的新風(fēng)量和換氣次數,故能耗較大,而3空調系統設計我國醫院設計現仍多數采用風(fēng)機盤(pán)管加新風(fēng)的系3.1冷熱源配置統,能耗相對較小醫院功能復雜門(mén)診、急診、手術(shù)、醫技、病房②即使是三級甲等醫院也許是認為空調只后勤等各部門(mén)的使用時(shí)間與空調負荷特性并不相解決舒適性問(wèn)題或片面強調節能過(guò)渡季不少醫院同。因此在配置冷熱源時(shí),除滿(mǎn)足最大負荷外,還的空調、通風(fēng)系統均關(guān)閉,其實(shí)是以犧牲病人與醫須注意最小負荷時(shí)冷水機組能正常運行和有較高務(wù)人員的健康為代價(jià)節約了能量。的能量效率。在醫院綜合樓中,只有病房、急診室然而表2也表明上海這些醫院的單位建筑面和手術(shù)有夜間角荷晶小冷角荷發(fā)生在過(guò)渡季夜積年均能耗值從2002年的214kWh/(m2·a)下間也中國煤化工時(shí)。為應對這種降到2007年的201kWh/(m2·a),減少了6%。情況CNMHG的空氣源熱泵機這說(shuō)明在近6年時(shí)間內,醫院建筑設計與運行管理組作為急診室重癥監護病房與手術(shù)室空調的冷熱暖通空調HV&AC2009年第39卷第4期醫院暖通設計·3源必要時(shí),也有僅為夜間幾間手術(shù)室和急診室配這種直流無(wú)刷電動(dòng)機風(fēng)機盤(pán)管的經(jīng)濟性應該置含直接蒸發(fā)式盤(pán)管和電加熱器的空調機組。所是可以接受的。它的價(jià)格約比同規格常規風(fēng)機盤(pán)以,最大負荷、最小負荷、某一時(shí)段的特殊負荷均應管貴400元,對于醫院的病房特別適用,因為病房考慮,才能靈活、高效地運行系統空調是24h運行,且風(fēng)機盤(pán)管機組一般是在中速醫院的熱源有蒸汽和熱水。蒸汽供消毒炊或低速運行,節能率在50%以上。據估算它的投事和生活熱水用;熱水供空調,有時(shí)也作為生活資回收期約為3年。熱水換熱器的一次水用。對此,應注意炊事的時(shí)3.4配用部分負荷水泵段性和生活熱水的可儲存性,而允許蒸汽間斷與如前所述,醫院綜合樓在晚上僅有病房、急錯時(shí)供應使蒸汽設計用量減小。在仔細權衡蒸診室,以及可能有少數手術(shù)室在使用,此時(shí)的負汽負荷與空調熱水負荷后,空調系統熱源應優(yōu)先荷會(huì )少于滿(mǎn)負荷的50%在多臺冷水機組中往往采用熱水鍋爐,因熱水鍋爐比蒸汽鍋爐能效高、只需運行一臺。由于所需流量減小很多,管道阻使用損耗小力也小許多,故應另配適應于運行機組流量以及3.2水側“免費”供冷相應系統阻力的低揚程水泵。因這樣的工況每大型綜合性門(mén)診、急診大樓會(huì )有一定的內區,天發(fā)生,所以配置低揚程泵可獲得很好的節能效按高標準舒適要求,冬季需要供冷。在冬季寒冷、果低濕地區,利用冷卻塔與板式換熱器獲得的冷水作35風(fēng)系統設計為冷源不失為很好的節能措施。當然,該系統夜間35.1熱回收技術(shù)若停用,則應有冷卻塔防凍措施醫院建筑空調通風(fēng)系統應盡可能采用熱回收3.3水系統溫差選擇技術(shù)包括空氣側熱回收與水側熱回收技術(shù)?？照{系統如采用電動(dòng)水冷冷水機組作為冷源,1)空氣側熱回收應加大系統的供、回水溫差,以減少水泵的輸送能空氣側熱回收系統的節能量取決于系統最小耗。冷水供、回水溫差從5℃增大到6℃或7℃乃新風(fēng)量和醫院所處地域的氣候狀況。醫院建筑空至8℃,對于冷水機組與空調器是不存在問(wèn)題的;調系統可采用下列空氣側熱回收技術(shù)。對于風(fēng)機盤(pán)管由于它受到了風(fēng)量、盤(pán)管排數、噪①乙二醇盤(pán)管循環(huán)系統:乙二醇溶液在新風(fēng)聲、風(fēng)側與水側的阻力、外形尺寸以及能耗等之間側盤(pán)管與排風(fēng)側盤(pán)管之間進(jìn)行循環(huán),將排風(fēng)中的的相互制約,故常規產(chǎn)品在大溫差、小流量時(shí)冷熱能量回收給新風(fēng)。該系統顯熱回收效率可達量衰減很大,不能滿(mǎn)足要求。為此,筆者與廠(chǎng)家共60%~80%,尤其適用于醫院的病房,因為病房同研發(fā)了新產(chǎn)品改進(jìn)了水通路并配用無(wú)刷直流電平面布置規則排風(fēng)與新風(fēng)機組易臨近設置,管動(dòng)機。表3中的數據證明了它能滿(mǎn)足大溫差水系路連接比較方便統的要求。②熱管熱回收裝置:當排風(fēng)管與新風(fēng)管緊靠衰3大溫差風(fēng)機盤(pán)管在進(jìn)水溫度約6飛、時(shí),可采用熱管熱回收裝置,它的顯熱回收效率可水溫差約6,7,8時(shí)的性能參數達60%~80%,適用于新建工程,在改建工程中應進(jìn)水溫度r5.%56.025956006.02600出水醒度/t1290121011.50139013.021238用較困難風(fēng)機轉速擋高擋中擋低擋高擋中擋擋③板式熱回收裝置:排風(fēng)與新風(fēng)在金屬板片輸入功率W291913291913兩側流動(dòng),無(wú)交叉,顯熱回收效率可達60%~風(fēng)/m/B521n9跳師沉2343680%,適用于排風(fēng)管與新風(fēng)管緊靠的場(chǎng)所,在改建余靜壓P12水氧/(k/h)520.87517.8517.87419.8941.89419.89醫院建筑中較難實(shí)現水阻力/R306730.67306721.4721.4721.417④轉輪式熱回收裝置:這種熱回收裝置可回平均泠囊闡W41383330083803853081收顯熱與潛熱。在設計良好的情況下可回收總排A聲級噪聲/dB36.831.829.2風(fēng)熱中國煤化工比裝置用于無(wú)病事實(shí)上,目前有些設計人員在設計水冷冷水機人空CNMHG風(fēng)與新風(fēng)有交叉組的水系統時(shí),已不再采用常規的5℃溫差。污染危害病人的場(chǎng)合,尤其是對傳染性隔離病房,4·醫院暖通設計暖通空調HV&AC2009年第39卷第4期禁止采用這種熱回收裝置。3.5.5采用變頻調速技術(shù)⑤空氣源熱泵型熱回收機組:這種機組在供醫院空調系統部分負荷運行的時(shí)間比辦公建冷時(shí)可回收排風(fēng)中的熱量產(chǎn)生熱水。當它作為獨筑等更長(cháng),具有廣泛采用變頻調速技術(shù)來(lái)降低冷熱立的冷熱源用于手術(shù)室時(shí),在供冷同時(shí)提供的熱源產(chǎn)出設備(如冷水機組)與輸配設備(循環(huán)水泵與水,可用于空調送風(fēng)再熱。再熱是手術(shù)室溫濕度控風(fēng)機)的運行能耗的潛力。像洗衣房、中心供應等制的必要手段。工藝房間,使用與非使用時(shí)段的空調負荷相差很2)水側熱回收大,若設計時(shí)能仔細了解工藝和管理設想,配置風(fēng)水側熱回收在醫院中應用也有很大的潛力。機變頻裝置,才有可能實(shí)現節能運行?；厥针娭评淅渌畽C組的冷凝熱量來(lái)預熱生活熱水,4系統運行與維護對熱水需求量大的醫院特別有意義。這樣的系統據有關(guān)資料,醫院建筑的造價(jià)一般只占建筑物在技術(shù)層面上沒(méi)有問(wèn)題也已經(jīng)有不少工程實(shí)例,壽命周期內總費用的11%左右,而運行費用則占目前的障礙是業(yè)主不重視和設計院內暖通與給排50%以上。因此,良好的系統維護可延長(cháng)空調系統水專(zhuān)業(yè)之間的不協(xié)調缺乏追求技術(shù)進(jìn)步的積極的使用壽命減少設備更換開(kāi)支保持較高的系統性運行效率。醫院建筑可通過(guò)應急維修、定期維修、3.5.2采用二次回風(fēng)預兆性維修和主動(dòng)維修等方式實(shí)現空調系統的節在醫院的I,Ⅱ級手術(shù)室中凈化要求的換氣能、高效、可靠運行。有條件時(shí)采用計算機監控的次數很大,空調器在滿(mǎn)足濕負荷處理要求的同時(shí),維修系統,可對整個(gè)空調系統的設備維修、保養進(jìn)熱負荷處理必定過(guò)量。因此,利用二次回風(fēng)為冷卻行有效控制。后的空氣再熱(還有電加熱作精調),是手術(shù)室空調5系統能量管理的重要節能措施。目前,我國一些高等級醫院采用樓宇管理系統3.5.3采用變新風(fēng)比(BMS)對整個(gè)空調系統進(jìn)行監測與控制保障了像許多建筑的空調系統一樣,醫院空調系統除室內環(huán)境的舒適性。但樓宇管理系統一般只對系了應具有在過(guò)渡季節加大新風(fēng)比運行的能力外,另統進(jìn)行控制不能對整個(gè)空調系統的用能進(jìn)行優(yōu)化方面根據醫院業(yè)務(wù)的特點(diǎn)還應注意到在空調管理。因此,醫院建筑應在樓宇管理系統的基礎季節也有減小新風(fēng)量的可能性。如門(mén)診掛號、付上,建立起智能化的用能管理平臺與能量管理系費、取藥用的門(mén)廳,診室,侯診區以及急診的輸液室統。智能化能量管理系統可利用設置在各樓層、各等區域,病人人數隨時(shí)間變化具有規律性。每天上系統和各主要設備處的能量檢測傳感器檢測用能午門(mén)診開(kāi)診前后是人員高峰時(shí)段在中午前后及傍信息根據室外氣候條件和室內人員的變化,在不晚停診前人員較少;急診輸液室在深夜病人更少。影響室內環(huán)境舒適性的前提下優(yōu)化每個(gè)系統每基于室內人數隨時(shí)段變化的規律設計可相應地采臺設備的運行使整個(gè)醫院建筑的空調系統能經(jīng)取新風(fēng)量時(shí)間程序控制。當然,具體減小量難以計濟、可靠安全地運行。算,但按設計新風(fēng)量的某一百分比減小應是合理6結語(yǔ)的醫院是用能量較大的建筑。醫院空調用能約3.5.4應用變風(fēng)量系統占整個(gè)醫院用能的一半,因此具有很大的節能潛為了控制感染醫院中有許多空間應采用全空力。醫院建筑的節能工作必須通過(guò)投資者、設計氣系統。按美國規范當房間不使用時(shí),允許將系師施工安裝者系統運行維護人員的通力合作才統總循環(huán)風(fēng)量與新風(fēng)量減小到允許最小值,只需保能完成節能工作必須從建筑設計、空調系統設計持房間的定向氣流,且在房間啟用時(shí)能重新建立滿(mǎn)系統運行和能量管理各方面展開(kāi),才能有效地實(shí)現風(fēng)量運行狀態(tài)即可。美國AA與 ASHRAE允許降低醫能的日標系統總循環(huán)風(fēng)量與新風(fēng)量可減小到有人使用時(shí)風(fēng)參考中國煤化工量的25%。因此像手術(shù)部完全可按此要求運行,[1]CN MH Gal for hospitals and以降低系統的運行能耗clinics[M. ASHRAE, 2003