暖通空調(diào)H&AC200第39卷第4期醫(yī)魔暖通設(shè)醫(yī)院用能與節(jié)能華東建筑設(shè)計研究院有限公司胡仰耆☆楊國榮摘要分析了上海地區(qū)11家醫(yī)院的用能狀況詳細(xì)論逑了從建筑設(shè)計、空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計、系統(tǒng)運行與維護及系統(tǒng)能量管理等角度開展節(jié)能工作的必要性和可行性。關(guān)鍵詞醫(yī)院用能節(jié)能空調(diào)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(qū)11家醫(yī)院用電狀況分項統(tǒng)計醫(yī)療衛(wèi)生設(shè)施是公共建筑中一個重要而特殊醫(yī)院名稱電梯照明醫(yī)療辦公空調(diào)系統(tǒng)冷熱瑞金醫(yī)院12.913.212.040.217.4的領(lǐng)域,它承擔(dān)著保障廣大民眾健康的重任。改革第一人民醫(yī)院13.416.313.524.027.85.0開放30多年來是我國衛(wèi)生保健事業(yè)發(fā)展最快的時松江分院第六人民醫(yī)院9217.512.238.614.67.9期,各地新建、改建了大量各種級別的醫(yī)療衛(wèi)生設(shè)曙光醫(yī)院10.816.216.625.529.81.1施,一些三級甲等醫(yī)院配置了許多先進診療設(shè)備,第九人民醫(yī)院10.21612.032.223.16.9建立了完備的檢驗分析診斷用實驗室。它們中上海市公共3.120.26.23043.487許多規(guī)模較大所使用設(shè)備對環(huán)境要求較高空調(diào)衛(wèi)生中心華東醫(yī)院9.515.412.637.016.88.7通風(fēng)系統(tǒng)的用能也越來越大,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(yī)院近幾年來空調(diào)岳陽醫(yī)院11013214.128.325.38.1用能情況為基礎(chǔ)結(jié)合自己的設(shè)計經(jīng)驗進行綜合龍華醫(yī)院5.517.19.730.034.53.2性醫(yī)院的用能分析,并探討其節(jié)能潛力。315.412.5表22002-207年上海地區(qū)11家醫(yī)院單位1醫(yī)院用能分析面積年均能耗目前,三級甲等綜合性醫(yī)院的設(shè)施較先進,一時間建筑面積/門急診次數(shù)/平均住院耗能量/單位鹵積能耗/般都設(shè)置了完善的空調(diào)與通風(fēng)系統(tǒng),為醫(yī)務(wù)人員萬m2萬人次時間d(萬kwha)(kwhm2·a)00年5.1821. I病人就診提供了良好的室內(nèi)環(huán)境。醫(yī)院建筑與商209年60.7583業(yè)建筑、辦公建筑等其他類型的公共建筑相比,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(qū)11家三級甲等醫(yī)院建筑的用電狀況分項統(tǒng)計數(shù)據(jù),表2給出了2002-2007年這11家醫(yī)院單位面積年均能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)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(yī)院的各項能耗比中國煤化CNMHG①上海申康醫(yī)院發(fā)展中心,同濟大學(xué)暖通空調(diào)研究所.上海市級公立醫(yī)療機構(gòu)建設(shè)項目成本與分析,2008修回日期:2009-03-022·醫(yī)院暖通設(shè)計暖通空調(diào)HV&AC200年第39卷第4期例中,空調(diào)系統(tǒng)與冷熱源部分的電耗(因能源主要中的節(jié)能意識在提高,在建筑圍護結(jié)構(gòu)、空調(diào)通風(fēng)為電,故可以認(rèn)為是能耗)約占醫(yī)院總電耗的系統(tǒng)、設(shè)備選型等方面采取了許多節(jié)能措施。但綜567%。據(jù)美國能源部的統(tǒng)計美國醫(yī)院總能耗中觀全局,不論是從我國未來醫(yī)療衛(wèi)生設(shè)施建設(shè)的數(shù)空調(diào)系統(tǒng)與冷熱源部分所占能耗比例為36%~量與規(guī)模來看還是從某一個醫(yī)院的具體情況來48%?？?仍應(yīng)高度重視這個高能耗行業(yè)的節(jié)能潛力。以表2表明這些醫(yī)院的單位建筑面積年均能耗下是筆者根據(jù)自己的設(shè)計經(jīng)驗,從建筑設(shè)計、暖通均超過200kWh/(m2a)。而美國能源部統(tǒng)計美空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計、系統(tǒng)運行和能量管理等方面提出的國醫(yī)院單位建筑面積年均能耗約為75kWh/綜合性醫(yī)院設(shè)計中的一些節(jié)能思考(m2·a),急診護理區(qū)域的單位建筑面積年均能耗2建筑設(shè)計高達1040kWh/(m2·a)。醫(yī)院節(jié)能與建筑設(shè)計有很大關(guān)系合理的建筑根據(jù)表12及美國資料,可以進行以下分析。設(shè)計是節(jié)能的基礎(chǔ)。在目前一些醫(yī)院設(shè)計中,建筑1)醫(yī)院中的空調(diào)能耗占總能耗的比例很大,師往往將門廳設(shè)計得高大、氣派追求空間通透像有集中空調(diào)系統(tǒng)的我國三級甲等醫(yī)院與美國醫(yī)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(shù)值接近是合理的幕墻,甚至有玻璃屋頂。這樣的門廳,夏季時即使2)以單位建筑面積計,上海這些醫(yī)院的能耗設(shè)內(nèi)遮陽,但仍然有很大的顯熱量進入室內(nèi),使空約是美國醫(yī)院的3倍。究其原因有:調(diào)能耗大大增加,而且較強的散射輻射與眩光也會①美國統(tǒng)計值是全國平均值,而上海統(tǒng)計值造成病人的不舒適感;冬季時由于煙囪作用,加劇是典型的高位值了高大空間的空氣分層現(xiàn)象,造成上層過熱,熱損②上海醫(yī)院單位建筑面積就醫(yī)人數(shù)肯定是美失增大,底層過冷國的數(shù)倍。在上海該等級醫(yī)院中,門診高峰時段大此外,在醫(yī)院的診室、醫(yī)技區(qū)域中有很多小房廳內(nèi)人員擁擠,專家門診掛號隊伍排成長龍。此間,往往成為建筑物的內(nèi)區(qū),它延長了供冷需求時外,就病房面積而言,按美國AIA(美國建筑師學(xué)間,成為設(shè)計空調(diào)四管制的誘因。因此,如在建筑會)標(biāo)準(zhǔn)除特殊情況外,應(yīng)為單人病房,最小面積設(shè)計時能布置一個內(nèi)院(天井),便可減少內(nèi)區(qū)房為11.15m2/床,也較中國大很多。我國病房內(nèi)的間,獲得自然采光和自然通風(fēng),是一種很好的節(jié)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(diào)系統(tǒng)的設(shè)備效率、自控程度、醫(yī)院建筑設(shè)計應(yīng)以人為本,以滿足功能為主,管理水平一般較美國低。在優(yōu)先利用自然光線的條件下不過多采用幕墻,少3)存在以下兩個因素會減小我國醫(yī)院的用能做玻璃屋頂避免照射照度較大、時間較長的太陽輻射熱量直接進入空調(diào)區(qū)域。建筑師還應(yīng)與設(shè)備①根據(jù)醫(yī)院的特殊性按美國設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)直接工程師緊密配合,合理布置設(shè)備專業(yè)需要的機房,為病人服務(wù)的空調(diào)系統(tǒng)一般為全空氣系統(tǒng),設(shè)兩級使系統(tǒng)的輸送能耗最小。過濾,有一定的新風(fēng)量和換氣次數(shù),故能耗較大,而3空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計我國醫(yī)院設(shè)計現(xiàn)仍多數(shù)采用風(fēng)機盤管加新風(fēng)的系3.1冷熱源配置統(tǒng),能耗相對較小醫(yī)院功能復(fù)雜門診、急診、手術(shù)、醫(yī)技、病房②即使是三級甲等醫(yī)院也許是認(rèn)為空調(diào)只后勤等各部門的使用時間與空調(diào)負(fù)荷特性并不相解決舒適性問題或片面強調(diào)節(jié)能過渡季不少醫(yī)院同。因此在配置冷熱源時,除滿足最大負(fù)荷外,還的空調(diào)、通風(fēng)系統(tǒng)均關(guān)閉,其實是以犧牲病人與醫(yī)須注意最小負(fù)荷時冷水機組能正常運行和有較高務(wù)人員的健康為代價節(jié)約了能量。的能量效率。在醫(yī)院綜合樓中,只有病房、急診室然而表2也表明上海這些醫(yī)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。為應(yīng)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明在近6年時間內(nèi),醫(yī)院建筑設(shè)計與運行管理組作為急診室重癥監(jiān)護病房與手術(shù)室空調(diào)的冷熱暖通空調(diào)HV&AC2009年第39卷第4期醫(yī)院暖通設(shè)計·3源必要時,也有僅為夜間幾間手術(shù)室和急診室配這種直流無刷電動機風(fēng)機盤管的經(jīng)濟性應(yīng)該置含直接蒸發(fā)式盤管和電加熱器的空調(diào)機組。所是可以接受的。它的價格約比同規(guī)格常規(guī)風(fēng)機盤以,最大負(fù)荷、最小負(fù)荷、某一時段的特殊負(fù)荷均應(yīng)管貴400元,對于醫(yī)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(tǒng)空調(diào)是24h運行,且風(fēng)機盤管機組一般是在中速醫(yī)院的熱源有蒸汽和熱水。蒸汽供消毒炊或低速運行,節(jié)能率在50%以上。據(jù)估算它的投事和生活熱水用;熱水供空調(diào),有時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(yīng)注意炊事的時3.4配用部分負(fù)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(yī)院綜合樓在晚上僅有病房、急錯時供應(yīng)使蒸汽設(shè)計用量減小。在仔細(xì)權(quán)衡蒸診室,以及可能有少數(shù)手術(shù)室在使用,此時的負(fù)汽負(fù)荷與空調(diào)熱水負(fù)荷后,空調(diào)系統(tǒng)熱源應(yīng)優(yōu)先荷會少于滿負(fù)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(yīng)另配適應(yīng)于運行機組流量以及3.2水側(cè)“免費”供冷相應(yīng)系統(tǒng)阻力的低揚程水泵。因這樣的工況每大型綜合性門診、急診大樓會有一定的內(nèi)區(qū),天發(fā)生,所以配置低揚程泵可獲得很好的節(jié)能效按高標(biāo)準(zhǔn)舒適要求,冬季需要供冷。在冬季寒冷、果低濕地區(qū),利用冷卻塔與板式換熱器獲得的冷水作35風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計為冷源不失為很好的節(jié)能措施。當(dāng)然,該系統(tǒng)夜間35.1熱回收技術(shù)若停用,則應(yīng)有冷卻塔防凍措施醫(yī)院建筑空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)盡可能采用熱回收3.3水系統(tǒng)溫差選擇技術(shù)包括空氣側(cè)熱回收與水側(cè)熱回收技術(shù)。空調(diào)系統(tǒng)如采用電動水冷冷水機組作為冷源,1)空氣側(cè)熱回收應(yīng)加大系統(tǒng)的供、回水溫差,以減少水泵的輸送能空氣側(cè)熱回收系統(tǒng)的節(jié)能量取決于系統(tǒng)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(yī)院所處地域的氣候狀況。醫(yī)院建筑空至8℃,對于冷水機組與空調(diào)器是不存在問題的;調(diào)系統(tǒng)可采用下列空氣側(cè)熱回收技術(shù)。對于風(fēng)機盤管由于它受到了風(fēng)量、盤管排數(shù)、噪①乙二醇盤管循環(huán)系統(tǒng):乙二醇溶液在新風(fēng)聲、風(fēng)側(cè)與水側(cè)的阻力、外形尺寸以及能耗等之間側(cè)盤管與排風(fēng)側(cè)盤管之間進行循環(huán),將排風(fēng)中的的相互制約,故常規(guī)產(chǎn)品在大溫差、小流量時冷熱能量回收給新風(fēng)。該系統(tǒng)顯熱回收效率可達量衰減很大,不能滿足要求。為此,筆者與廠家共60%~80%,尤其適用于醫(yī)院的病房,因為病房同研發(fā)了新產(chǎn)品改進了水通路并配用無刷直流電平面布置規(guī)則排風(fēng)與新風(fēng)機組易臨近設(shè)置,管動機。表3中的數(shù)據(jù)證明了它能滿足大溫差水系路連接比較方便統(tǒng)的要求。②熱管熱回收裝置:當(dāng)排風(fēng)管與新風(fēng)管緊靠衰3大溫差風(fēng)機盤管在進水溫度約6飛、時,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時的性能參數(shù)達60%~80%,適用于新建工程,在改建工程中應(yīng)進水溫度r5.%56.025956006.02600出水醒度/t1290121011.50139013.021238用較困難風(fēng)機轉(zhuǎn)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(cè)流動,無交叉,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)管緊靠的場所,在改建余靜壓P12水氧/(k/h)520.87517.8517.87419.8941.89419.89醫(yī)院建筑中較難實現(xiàn)水阻力/R306730.67306721.4721.4721.417④轉(zhuǎn)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(shè)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病事實上,目前有些設(shè)計人員在設(shè)計水冷冷水機人空CNMHG風(fēng)與新風(fēng)有交叉組的水系統(tǒng)時,已不再采用常規(guī)的5℃溫差。污染危害病人的場合,尤其是對傳染性隔離病房,4·醫(yī)院暖通設(shè)計暖通空調(diào)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(diào)速技術(shù)⑤空氣源熱泵型熱回收機組:這種機組在供醫(yī)院空調(diào)系統(tǒng)部分負(fù)荷運行的時間比辦公建冷時可回收排風(fēng)中的熱量產(chǎn)生熱水。當(dāng)它作為獨筑等更長,具有廣泛采用變頻調(diào)速技術(shù)來降低冷熱立的冷熱源用于手術(shù)室時,在供冷同時提供的熱源產(chǎn)出設(shè)備(如冷水機組)與輸配設(shè)備(循環(huán)水泵與水,可用于空調(diào)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(yīng)等制的必要手段。工藝房間,使用與非使用時段的空調(diào)負(fù)荷相差很2)水側(cè)熱回收大,若設(shè)計時能仔細(xì)了解工藝和管理設(shè)想,配置風(fēng)水側(cè)熱回收在醫(yī)院中應(yīng)用也有很大的潛力。機變頻裝置,才有可能實現(xiàn)節(jié)能運行?；厥针娭评淅渌畽C組的冷凝熱量來預(yù)熱生活熱水,4系統(tǒng)運行與維護對熱水需求量大的醫(yī)院特別有意義。這樣的系統(tǒng)據(jù)有關(guān)資料,醫(yī)院建筑的造價一般只占建筑物在技術(shù)層面上沒有問題也已經(jīng)有不少工程實例,壽命周期內(nèi)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(shè)計院內(nèi)暖通與給排50%以上。因此,良好的系統(tǒng)維護可延長空調(diào)系統(tǒng)水專業(yè)之間的不協(xié)調(diào)缺乏追求技術(shù)進步的積極的使用壽命減少設(shè)備更換開支保持較高的系統(tǒng)性運行效率。醫(yī)院建筑可通過應(yīng)急維修、定期維修、3.5.2采用二次回風(fēng)預(yù)兆性維修和主動維修等方式實現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)在醫(yī)院的I,Ⅱ級手術(shù)室中凈化要求的換氣能、高效、可靠運行。有條件時采用計算機監(jiān)控的次數(shù)很大,空調(diào)器在滿足濕負(fù)荷處理要求的同時,維修系統(tǒng),可對整個空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)備維修、保養(yǎng)進熱負(fù)荷處理必定過量。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(diào)),是手術(shù)室空調(diào)5系統(tǒng)能量管理的重要節(jié)能措施。目前,我國一些高等級醫(yī)院采用樓宇管理系統(tǒng)3.5.3采用變新風(fēng)比(BMS)對整個空調(diào)系統(tǒng)進行監(jiān)測與控制保障了像許多建筑的空調(diào)系統(tǒng)一樣,醫(yī)院空調(diào)系統(tǒng)除室內(nèi)環(huán)境的舒適性。但樓宇管理系統(tǒng)一般只對系了應(yīng)具有在過渡季節(jié)加大新風(fēng)比運行的能力外,另統(tǒng)進行控制不能對整個空調(diào)系統(tǒng)的用能進行優(yōu)化方面根據(jù)醫(yī)院業(yè)務(wù)的特點還應(yīng)注意到在空調(diào)管理。因此,醫(yī)院建筑應(yīng)在樓宇管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)季節(jié)也有減小新風(fēng)量的可能性。如門診掛號、付上,建立起智能化的用能管理平臺與能量管理系費、取藥用的門廳,診室,侯診區(qū)以及急診的輸液室統(tǒng)。智能化能量管理系統(tǒng)可利用設(shè)置在各樓層、各等區(qū)域,病人人數(shù)隨時間變化具有規(guī)律性。每天上系統(tǒng)和各主要設(shè)備處的能量檢測傳感器檢測用能午門診開診前后是人員高峰時段在中午前后及傍信息根據(jù)室外氣候條件和室內(nèi)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(nèi)環(huán)境舒適性的前提下優(yōu)化每個系統(tǒng)每基于室內(nèi)人數(shù)隨時段變化的規(guī)律設(shè)計可相應(yīng)地采臺設(shè)備的運行使整個醫(yī)院建筑的空調(diào)系統(tǒng)能經(jīng)取新風(fēng)量時間程序控制。當(dāng)然,具體減小量難以計濟、可靠安全地運行。算,但按設(shè)計新風(fēng)量的某一百分比減小應(yīng)是合理6結(jié)語的醫(yī)院是用能量較大的建筑。醫(yī)院空調(diào)用能約3.5.4應(yīng)用變風(fēng)量系統(tǒng)占整個醫(yī)院用能的一半,因此具有很大的節(jié)能潛為了控制感染醫(yī)院中有許多空間應(yīng)采用全空力。醫(yī)院建筑的節(jié)能工作必須通過投資者、設(shè)計氣系統(tǒng)。按美國規(guī)范當(dāng)房間不使用時,允許將系師施工安裝者系統(tǒng)運行維護人員的通力合作才統(tǒng)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(jié)能工作必須從建筑設(shè)計、空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計持房間的定向氣流,且在房間啟用時能重新建立滿系統(tǒng)運行和能量管理各方面展開,才能有效地實現(xiàn)風(fēng)量運行狀態(tài)即可。美國AA與 ASHRAE允許降低醫(yī)能的日標(biāo)系統(tǒng)總循環(huán)風(fēng)量與新風(fēng)量可減小到有人使用時風(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(tǒng)的運行能耗clinics[M. ASHRAE, 2003