医院用能与节能

暖通空调H&AC200第39卷第4期医魔暖通设医院用能与节能华东建筑设计研究院有限公司胡仰耆☆杨国荣摘要分析了上海地区11家医院的用能状况详细论逑了从建筑设计、空调系统设计、系统运行与维护及系统能量管理等角度开展节能工作的必要性和可行性。关键词医院用能节能空调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上海地区11家医院用电状况分项统计医疗卫生设施是公共建筑中一个重要而特殊医院名称电梯照明医疗办公空调系统冷热瑞金医院12.913.212.040.217.4的领域,它承担着保障广大民众健康的重任。改革第一人民医院13.416.313.524.027.85.0开放30多年来是我国卫生保健事业发展最快的时松江分院第六人民医院9217.512.238.614.67.9期,各地新建、改建了大量各种级别的医疗卫生设曙光医院10.816.216.625.529.81.1施,一些三级甲等医院配置了许多先进诊疗设备,第九人民医院10.21612.032.223.16.9建立了完备的检验分析诊断用实验室。它们中上海市公共3.120.26.23043.487许多规模较大所使用设备对环境要求较高空调卫生中心华东医院9.515.412.637.016.88.7通风系统的用能也越来越大,成为典型的高能耗建儿童院809.01.038020.783筑。笔者以上海部分三级甲等医院近几年来空调岳阳医院11013214.128.325.38.1用能情况为基础结合自己的设计经验进行综合龙华医院5.517.19.730.034.53.2性医院的用能分析,并探讨其节能潜力。315.412.5表22002-207年上海地区11家医院单位1医院用能分析面积年均能耗目前,三级甲等综合性医院的设施较先进,一时间建筑面积/门急诊次数/平均住院耗能量/单位鹵积能耗/般都设置了完善的空调与通风系统,为医务人员万m2万人次时间d(万kwha)(kwhm2·a)00年5.1821. I病人就诊提供了良好的室内环境。医院建筑与商209年60.7583业建筑、办公建筑等其他类型的公共建筑相比,由04年60789345183136772005年825618.218025于其功能的特殊性单位面积的能耗较大。表1给2年901131521948出了上海地区11家三级甲等医院建筑的用电状况分项统计数据,表2给出了2002-2007年这11家医院单位面积年均能耗数据统计值☆胡仰耆男,1941年6月生,大学,教授级高级工程师资深总表1表明在这些三级甲等医院的各项能耗比中国煤化CNMHG①上海申康医院发展中心,同济大学暖通空调研究所.上海市级公立医疗机构建设项目成本与分析,2008修回日期:2009-03-022·医院暖通设计暖通空调HV&AC200年第39卷第4期例中,空调系统与冷热源部分的电耗(因能源主要中的节能意识在提高,在建筑围护结构、空调通风为电,故可以认为是能耗)约占医院总电耗的系统、设备选型等方面采取了许多节能措施。但综567%。据美国能源部的统计美国医院总能耗中观全局,不论是从我国未来医疗卫生设施建设的数空调系统与冷热源部分所占能耗比例为36%~量与规模来看还是从某一个医院的具体情况来48%。看,仍应高度重视这个高能耗行业的节能潜力。以表2表明这些医院的单位建筑面积年均能耗下是笔者根据自己的设计经验,从建筑设计、暖通均超过200kWh/(m2a)。而美国能源部统计美空调系统设计、系统运行和能量管理等方面提出的国医院单位建筑面积年均能耗约为75kWh/综合性医院设计中的一些节能思考(m2·a),急诊护理区域的单位建筑面积年均能耗2建筑设计高达1040kWh/(m2·a)。医院节能与建筑设计有很大关系合理的建筑根据表12及美国资料,可以进行以下分析。设计是节能的基础。在目前一些医院设计中,建筑1)医院中的空调能耗占总能耗的比例很大,师往往将门厅设计得高大、气派追求空间通透像有集中空调系统的我国三级甲等医院与美国医院高级宾馆一样有多层共享空间,并采用大面积玻璃相比,二者数值接近是合理的幕墙,甚至有玻璃屋顶。这样的门厅,夏季时即使2)以单位建筑面积计,上海这些医院的能耗设内遮阳,但仍然有很大的显热量进入室内,使空约是美国医院的3倍。究其原因有:调能耗大大增加,而且较强的散射辐射与眩光也会①美国统计值是全国平均值,而上海统计值造成病人的不舒适感;冬季时由于烟囱作用,加剧是典型的高位值了高大空间的空气分层现象,造成上层过热,热损②上海医院单位建筑面积就医人数肯定是美失增大,底层过冷国的数倍。在上海该等级医院中,门诊高峰时段大此外,在医院的诊室、医技区域中有很多小房厅内人员拥挤,专家门诊挂号队伍排成长龙。此间,往往成为建筑物的内区,它延长了供冷需求时外,就病房面积而言,按美国AIA(美国建筑师学间,成为设计空调四管制的诱因。因此,如在建筑会)标准除特殊情况外,应为单人病房,最小面积设计时能布置一个内院(天井),便可减少内区房为11.15m2/床,也较中国大很多。我国病房内的间,获得自然采光和自然通风,是一种很好的节能人员包括病人、护工、探视者等,人员密度很大措施。③我国集中空调系统的设备效率、自控程度、医院建筑设计应以人为本,以满足功能为主,管理水平一般较美国低。在优先利用自然光线的条件下不过多采用幕墙,少3)存在以下两个因素会减小我国医院的用能做玻璃屋顶避免照射照度较大、时间较长的太阳辐射热量直接进入空调区域。建筑师还应与设备①根据医院的特殊性按美国设计标准直接工程师紧密配合,合理布置设备专业需要的机房,为病人服务的空调系统一般为全空气系统,设两级使系统的输送能耗最小。过滤,有一定的新风量和换气次数,故能耗较大,而3空调系统设计我国医院设计现仍多数采用风机盘管加新风的系3.1冷热源配置统,能耗相对较小医院功能复杂门诊、急诊、手术、医技、病房②即使是三级甲等医院也许是认为空调只后勤等各部门的使用时间与空调负荷特性并不相解决舒适性问题或片面强调节能过渡季不少医院同。因此在配置冷热源时,除满足最大负荷外,还的空调、通风系统均关闭,其实是以牺牲病人与医须注意最小负荷时冷水机组能正常运行和有较高务人员的健康为代价节约了能量。的能量效率。在医院综合楼中,只有病房、急诊室然而表2也表明上海这些医院的单位建筑面和手术有夜间角荷晶小冷角荷发生在过渡季夜积年均能耗值从2002年的214kWh/(m2·a)下间也中国煤化工时。为应对这种降到2007年的201kWh/(m2·a),减少了6%。情况CNMHG的空气源热泵机这说明在近6年时间内,医院建筑设计与运行管理组作为急诊室重症监护病房与手术室空调的冷热暖通空调HV&AC2009年第39卷第4期医院暖通设计·3源必要时,也有仅为夜间几间手术室和急诊室配这种直流无刷电动机风机盘管的经济性应该置含直接蒸发式盘管和电加热器的空调机组。所是可以接受的。它的价格约比同规格常规风机盘以,最大负荷、最小负荷、某一时段的特殊负荷均应管贵400元,对于医院的病房特别适用,因为病房考虑,才能灵活、高效地运行系统空调是24h运行,且风机盘管机组一般是在中速医院的热源有蒸汽和热水。蒸汽供消毒炊或低速运行,节能率在50%以上。据估算它的投事和生活热水用;热水供空调,有时也作为生活资回收期约为3年。热水换热器的一次水用。对此,应注意炊事的时3.4配用部分负荷水泵段性和生活热水的可储存性,而允许蒸汽间断与如前所述,医院综合楼在晚上仅有病房、急错时供应使蒸汽设计用量减小。在仔细权衡蒸诊室,以及可能有少数手术室在使用,此时的负汽负荷与空调热水负荷后,空调系统热源应优先荷会少于满负荷的50%在多台冷水机组中往往采用热水锅炉,因热水锅炉比蒸汽锅炉能效高、只需运行一台。由于所需流量减小很多,管道阻使用损耗小力也小许多,故应另配适应于运行机组流量以及3.2水侧“免费”供冷相应系统阻力的低扬程水泵。因这样的工况每大型综合性门诊、急诊大楼会有一定的内区,天发生,所以配置低扬程泵可获得很好的节能效按高标准舒适要求,冬季需要供冷。在冬季寒冷、果低湿地区,利用冷却塔与板式换热器获得的冷水作35风系统设计为冷源不失为很好的节能措施。当然,该系统夜间35.1热回收技术若停用,则应有冷却塔防冻措施医院建筑空调通风系统应尽可能采用热回收3.3水系统温差选择技术包括空气侧热回收与水侧热回收技术。空调系统如采用电动水冷冷水机组作为冷源,1)空气侧热回收应加大系统的供、回水温差,以减少水泵的输送能空气侧热回收系统的节能量取决于系统最小耗。冷水供、回水温差从5℃增大到6℃或7℃乃新风量和医院所处地域的气候状况。医院建筑空至8℃,对于冷水机组与空调器是不存在问题的;调系统可采用下列空气侧热回收技术。对于风机盘管由于它受到了风量、盘管排数、噪①乙二醇盘管循环系统:乙二醇溶液在新风声、风侧与水侧的阻力、外形尺寸以及能耗等之间侧盘管与排风侧盘管之间进行循环,将排风中的的相互制约,故常规产品在大温差、小流量时冷热能量回收给新风。该系统显热回收效率可达量衰减很大,不能满足要求。为此,笔者与厂家共60%~80%,尤其适用于医院的病房,因为病房同研发了新产品改进了水通路并配用无刷直流电平面布置规则排风与新风机组易临近设置,管动机。表3中的数据证明了它能满足大温差水系路连接比较方便统的要求。②热管热回收装置:当排风管与新风管紧靠衰3大温差风机盘管在进水温度约6飞、时,可采用热管热回收装置,它的显热回收效率可水温差约6,7,8时的性能参数达60%~80%,适用于新建工程,在改建工程中应进水温度r5.%56.025956006.02600出水醒度/t1290121011.50139013.021238用较困难风机转速挡高挡中挡低挡高挡中挡挡③板式热回收装置:排风与新风在金属板片输入功率W291913291913两侧流动,无交叉,显热回收效率可达60%~风/m/B521n9跳师沉2343680%,适用于排风管与新风管紧靠的场所,在改建余静压P12水氧/(k/h)520.87517.8517.87419.8941.89419.89医院建筑中较难实现水阻力/R306730.67306721.4721.4721.417④转轮式热回收装置:这种热回收装置可回平均泠囊闡W41383330083803853081收显热与潜热。在设计良好的情况下可回收总排A声级噪声/dB36.831.829.2风热中国煤化工比装置用于无病事实上,目前有些设计人员在设计水冷冷水机人空CNMHG风与新风有交叉组的水系统时,已不再采用常规的5℃温差。污染危害病人的场合,尤其是对传染性隔离病房,4·医院暖通设计暖通空调HV&AC2009年第39卷第4期禁止采用这种热回收装置。3.5.5采用变频调速技术⑤空气源热泵型热回收机组:这种机组在供医院空调系统部分负荷运行的时间比办公建冷时可回收排风中的热量产生热水。当它作为独筑等更长,具有广泛采用变频调速技术来降低冷热立的冷热源用于手术室时,在供冷同时提供的热源产出设备(如冷水机组)与输配设备(循环水泵与水,可用于空调送风再热。再热是手术室温湿度控风机)的运行能耗的潜力。像洗衣房、中心供应等制的必要手段。工艺房间,使用与非使用时段的空调负荷相差很2)水侧热回收大,若设计时能仔细了解工艺和管理设想,配置风水侧热回收在医院中应用也有很大的潜力。机变频装置,才有可能实现节能运行。回收电制冷冷水机组的冷凝热量来预热生活热水,4系统运行与维护对热水需求量大的医院特别有意义。这样的系统据有关资料,医院建筑的造价一般只占建筑物在技术层面上没有问题也已经有不少工程实例,寿命周期内总费用的11%左右,而运行费用则占目前的障碍是业主不重视和设计院内暖通与给排50%以上。因此,良好的系统维护可延长空调系统水专业之间的不协调缺乏追求技术进步的积极的使用寿命减少设备更换开支保持较高的系统性运行效率。医院建筑可通过应急维修、定期维修、3.5.2采用二次回风预兆性维修和主动维修等方式实现空调系统的节在医院的I,Ⅱ级手术室中净化要求的换气能、高效、可靠运行。有条件时采用计算机监控的次数很大,空调器在满足湿负荷处理要求的同时,维修系统,可对整个空调系统的设备维修、保养进热负荷处理必定过量。因此,利用二次回风为冷却行有效控制。后的空气再热(还有电加热作精调),是手术室空调5系统能量管理的重要节能措施。目前,我国一些高等级医院采用楼宇管理系统3.5.3采用变新风比(BMS)对整个空调系统进行监测与控制保障了像许多建筑的空调系统一样,医院空调系统除室内环境的舒适性。但楼宇管理系统一般只对系了应具有在过渡季节加大新风比运行的能力外,另统进行控制不能对整个空调系统的用能进行优化方面根据医院业务的特点还应注意到在空调管理。因此,医院建筑应在楼宇管理系统的基础季节也有减小新风量的可能性。如门诊挂号、付上,建立起智能化的用能管理平台与能量管理系费、取药用的门厅,诊室,侯诊区以及急诊的输液室统。智能化能量管理系统可利用设置在各楼层、各等区域,病人人数随时间变化具有规律性。每天上系统和各主要设备处的能量检测传感器检测用能午门诊开诊前后是人员高峰时段在中午前后及傍信息根据室外气候条件和室内人员的变化,在不晚停诊前人员较少;急诊输液室在深夜病人更少。影响室内环境舒适性的前提下优化每个系统每基于室内人数随时段变化的规律设计可相应地采台设备的运行使整个医院建筑的空调系统能经取新风量时间程序控制。当然,具体减小量难以计济、可靠安全地运行。算,但按设计新风量的某一百分比减小应是合理6结语的医院是用能量较大的建筑。医院空调用能约3.5.4应用变风量系统占整个医院用能的一半,因此具有很大的节能潜为了控制感染医院中有许多空间应采用全空力。医院建筑的节能工作必须通过投资者、设计气系统。按美国规范当房间不使用时,允许将系师施工安装者系统运行维护人员的通力合作才统总循环风量与新风量减小到允许最小值,只需保能完成节能工作必须从建筑设计、空调系统设计持房间的定向气流,且在房间启用时能重新建立满系统运行和能量管理各方面展开,才能有效地实现风量运行状态即可。美国AA与 ASHRAE允许降低医能的日标系统总循环风量与新风量可减小到有人使用时风参考中国煤化工量的25%。因此像手术部完全可按此要求运行,[1]CN MH Gal for hospitals and以降低系统的运行能耗clinics[M. ASHRAE, 2003