醫(yī)院建筑的電氣節(jié)能設(shè)計探討

歐陽東

[摘要] 本文闡述了節(jié)能建筑的特點,分析了建筑節(jié)能設(shè)計規(guī)程及標準的特點,并結(jié)合中國的資源狀況和北京的能耗現(xiàn)狀,論述了醫(yī)院建筑電氣專業(yè)的具體設(shè)計做法。

[關(guān)鍵詞] 節(jié)能建筑 節(jié)能設(shè)計 建筑電氣

[Abstract] This paper describes the characteristics of energy-saving buildings, Analysis of protocols and standards for building energy-saving design features, Combined with China's resource situation and the status of Beijing's energy consumption, Discussion the hospital buildings electrical professional practice of the specific design.

一、節(jié)能建筑的特點

節(jié)能建筑的特點可以將其歸納為“四個必設(shè)系統(tǒng),六項技術(shù)要素,八個建筑系統(tǒng), 八項節(jié)能措施”;具體內(nèi)容如下:

1、四個必設(shè)系統(tǒng):

(1)高效能源系統(tǒng);

(2)安全保障系統(tǒng);

(3)高效信息通訊系統(tǒng);

(4)辦公自動節(jié)能系統(tǒng)。

2、六項技術(shù)要素:

(1)采用高效保溫防曬節(jié)能,且雙層PET-LOWE玻璃的外墻;

(2)使用高效水源熱泵和低溫供冷、制暖的系統(tǒng);

(3)采用自然通風為70%以上的熱交換系統(tǒng);

( 4)利用太陽能發(fā)光置熱設(shè)施,設(shè)置智能自動感應(yīng)的控制系統(tǒng);

(5)實現(xiàn)能源自給自足、實現(xiàn)零能耗、零排放;

(6)采用鋼結(jié)構(gòu)全裝配式的結(jié)構(gòu)形式。

3、八個建筑系統(tǒng):

(1)采用活性能量建筑基礎(chǔ)系統(tǒng);

(2)使用呼吸式雙層玻璃幕墻系統(tǒng);

(3)利用混凝土樓板實現(xiàn)輻射采暖、制冷系統(tǒng);

(4)采用置換式新風系統(tǒng);

(5)設(shè)置智能控制的遮陽系統(tǒng);

(6)使用自然高效通風系統(tǒng);

(7)采用雙層架空地面的系統(tǒng);

(8)采用太陽能系統(tǒng)。

4、八項節(jié)能措施:

(1)采用高效澆灌技術(shù)和雨水收集系統(tǒng);

(2)排水創(chuàng)新技術(shù)和中水節(jié)水系統(tǒng);

(3)全方位節(jié)約用水。

(4)將能源消耗將至最低,優(yōu)化能源利用,采用可再生能源;(太陽能、地緣熱泵、天然采光等)

(5)采用綠色電源。(零污染)

(6)嚴格控制室內(nèi)化學品和污染源;

(7)高水平地控制熱工,通風和照明系統(tǒng)。

(8)充分利用天然采光,要求90%的日用房間有外窗,75%的空間日照系數(shù)至少為2%。

據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)表明,在發(fā)達國家,生態(tài)再生能源利用率占建筑使用能耗的10%;生態(tài)建筑的綜合能耗僅為普通建筑能耗的30%;城市的建筑能耗已占總能耗的30%-40%。我國的建筑能耗占全國總能耗的12%左右。只有從技術(shù)上達到上面的要求才可以稱得上是真正的節(jié)能建筑。

二、相關(guān)的建筑節(jié)能設(shè)計規(guī)程及標準的特點

1、2004年7月1日北京市開始實施新版地方設(shè)計標準《居住建筑節(jié)能設(shè)計標準》(DBJ01-602-2004)。

新標準有兩個特點:一是從原有的節(jié)能50%提高到節(jié)能65%,建筑降低能耗的措施從過去僅由圍護結(jié)構(gòu)和采暖來分擔,擴大到由圍護結(jié)構(gòu)、外墻、屋頂、外門窗來承擔;二是過去節(jié)能標準只涉及到冬季采暖,新標準則根據(jù)北京的氣候特點,以冬季采暖為主,兼顧夏季空調(diào)制冷的節(jié)能。

據(jù)有關(guān)資料指出,全球總能耗的30%能源消耗在居住建筑的建造、采暖、空調(diào)制冷和日常生活中,其中約50%的垃圾由家庭生活所產(chǎn)生,約40%的污水是由家庭住宅所派出的生活污水。為此,今后北京市住宅建筑的外窗玻璃將從采用普通單層玻璃、雙層玻璃發(fā)展到中空、充氣、低輻射玻璃。此外,對墻體的保溫也制定了相應(yīng)的技術(shù)標準。

2、2005年7月1日開始實施新的國家設(shè)計標準《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》(GB50189-2005)。要求全年的總能耗(采暖、通風、空氣調(diào)節(jié)和照明)減少50%。

3、2006年1月1日起實施《民用建筑節(jié)能管理規(guī)定》(2005年10月28日通過第76次常務(wù)會)。其中:第八條:鼓勵發(fā)展下列建筑節(jié)能技術(shù)和產(chǎn)品:

(1)新型節(jié)能墻體和屋面的保溫、隔熱技術(shù)和材料;

(2)節(jié)能門窗的保溫隔熱和密閉技術(shù)和材料;

(3)集中供熱和熱、電、冷聯(lián)產(chǎn)聯(lián)供技術(shù);

(4)供熱采暖系統(tǒng)溫度調(diào)控和分戶熱量計量技術(shù)和裝置;

(5)太陽能、地熱等可再生能源應(yīng)用技術(shù)及設(shè)備;

(6)建筑照明節(jié)能技術(shù)與產(chǎn)品;

(7)空調(diào)制冷節(jié)能技術(shù)與產(chǎn)品;

(8)其他技術(shù)成熟、效果顯著的節(jié)能技術(shù)和節(jié)能管理技術(shù)。

4、《聯(lián)合國氣候變化框架公約(京都議定書)》

(1)1997年12月聯(lián)合國氣候大會在日本東京都通過《京都議定書》?！毒┒甲h定書》于2005年2月16日正式生效。目前全球已有141個國家和地區(qū)簽署議定書,其中包括30個工業(yè)化國家。京都議定書》需要在占全球溫室氣體排放量55%的至少55個國家批準之后才具有國際法效力。今年3月,歐盟環(huán)境部長會議批準了《京都議定書》。6月,日本政府也批準了《京都議定書》。至此,批準議定書的國家已超過5個,但批準國家的溫室氣體排放量僅為全球溫室氣體排放總量的36%,尚不足以使《京都議定書》生效。美國人口僅占全球人口的3%至4%,而所排放的二氧化碳卻占全球排放量的25%以上。美國曾于1998年11月簽署了《京都議定書》。

(2)2005年12月10日聯(lián)合國氣候大會(14天)在加拿大蒙特利爾閉幕,一致同意就2012年后室溫氣體排減問題開始進行談判,40個發(fā)達國家同意出資1000億美元用于全球100多個環(huán)保項目。中國等70多個發(fā)展中國家在會上支持舉行《京都議定書》之后室溫氣體排減目標的談判。

(3)《京都議定書》的主要目標:2008-2012年工業(yè)化國家室溫氣體排放總量在1990年的基礎(chǔ)上平均減少5.2%,發(fā)展中國家沒有減排的義務(wù)。其中:歐盟削減8%,美國削減7%,日本和加拿大削減8%,東歐各國削減5%-8%,新西蘭、俄羅斯和烏克蘭可以保持1990年的水平。允許愛爾蘭、澳大利亞和挪威的排放量分別增加10%、8%、1%。限排的六種溫室氣體:包括二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氧化亞氮(N20)、氫氟碳化物(HFCS)、全氟化碳(PFCS)、六氟化硫(SF6)。

(4)《京都議定書》允許采取下列四種“協(xié)作”方式:

(1)難以完成削減任務(wù)的國家,可以花錢從超額完成任務(wù)的國家買進超出的額定;

(2)以“凈排放量”計算室溫氣體排放量,即從本國實際排放量中扣除森林吸收二氧化碳的量;

(3)采用綠色開發(fā)機制,促使發(fā)達國家和發(fā)展中國家共同減排室溫氣體;

(4)“集團方式”,即歐盟內(nèi)部許多國家可視為一個整體,有的國家削減、有的國家增加,在總體上完成減排任務(wù)。

5、建設(shè)部下發(fā)《“十一五”城市綠色照明工程規(guī)劃綱要》的要求,以2005年底為基數(shù),年城市照明節(jié)電目標5%,5年(2006-2010年)累計節(jié)電25%。燈具效率在80%以上的高效節(jié)能燈具應(yīng)用率達85%以上,高光效、長壽命光源的應(yīng)用率達85%以上。同時規(guī)定,在城市照明建設(shè)、改造工程中,全面推行專業(yè)管理機構(gòu)規(guī)劃、設(shè)計論證、專項驗收制度。2008年前,完成城市照明專項規(guī)劃編制。完善功能照明,基本消滅無燈區(qū)。新改擴建的城市道路裝燈率達100%,公共區(qū)域裝燈率達98%以上。道路照明主干道亮燈率達98%,次干道、支路亮燈率達96%。

三、中國的資源狀況和北京的能耗現(xiàn)狀

1、中國的資源狀況:

2、中國的建筑規(guī)模

中國建筑規(guī)模巨大,發(fā)展迅速,2003年房屋建筑竣工面積20.26億m2,其中:城鎮(zhèn)新建住宅面積5.50億m2,農(nóng)村新建住宅面積7.52億m2,公共建筑及工業(yè)建筑面積7.24億m2。中國建筑規(guī)模世界最大,是世界上最大的建筑市場。中國城鄉(xiāng)既有建筑面積達420億m2,中國人口12.9億,平均每人32.5 m2,2003年全國城市房屋建筑面積140.91億m2,其中住宅建筑面積89.11億m2,公共建筑及工業(yè)建筑面積51.80億m2。

3、中國建筑的能耗現(xiàn)狀

(1)建筑運行能耗占我國非發(fā)電用煤量的16%～18%,發(fā)電總量的22%～24%。

(2)北方地區(qū)采暖:城鎮(zhèn)建筑采暖總面積為65億平米,全國采暖約耗煤1.3億噸標煤;其中集中供熱承擔約占總面積70%的建筑采暖,其余為分散式采暖爐;目前采暖耗煤量為14-25公斤標煤/年平米,平均約為20公斤標煤/年平米。

(3)住宅除采暖之外的用電包括照明、家電、空調(diào),及長江流域及長江以南區(qū)域的分散采暖用電;我國城鎮(zhèn)住宅總量目前約為100億平米,耗電量2000億度/年,占我國發(fā)電總量約10%;15-30度/平米年(目前發(fā)達國家住宅用電量為60-100度/平米年)。

(4)一般性非住宅建筑的非采暖電耗包括一般的辦公室,教室,商店,營房等——照明,辦公用電設(shè)備,飲水設(shè)備,空調(diào)等,建筑總面積約為55億平米,總的用電量為1600億度,占我國總發(fā)電量約8%,20-60度/平米年,平均用電水平目前低于發(fā)達國家。

(5)大型公共建筑用電如高檔辦公樓、賓館、大型購物中心、綜合商廈、交通樞紐等,到2004年全國總量僅為5億平米,全國此類建筑年耗電總量約為1000億度/年,占我國總發(fā)電量約5%;用電量為100-300度/平米年,單位建筑面積耗電量為住宅的10～15倍。

4、北京的建筑能耗現(xiàn)狀:

北京市目前擁有三星級以上的賓館約207家,2萬平方米以上的商場、寫字樓約200家?，F(xiàn)有的大型公建的建筑面積約2000萬平方米,在近期新建的大型公建的建筑面積約2000萬平方米,合計:大型公建的建筑面積約4000萬平方米。大型公建的建筑面積僅占民用建筑總建筑面積的5.4%, 但耗電量接近北京市生活用電的50% , 大型公建的單位耗電量是普通住宅的10—15倍。據(jù)有關(guān)資料表明:設(shè)計能控制建安投資的70%,設(shè)計修改和建成后的修改的投資比例:1:1500。

因此,北京市政府要求:2005年現(xiàn)有大型公建的節(jié)能率為10%。新建的大型公建項目必須作“節(jié)能設(shè)計和評估”,否則,不能開工。

5、中國的醫(yī)院建筑現(xiàn)狀:

中國的醫(yī)療衛(wèi)生發(fā)展的速度是相當快的。2005年按床位數(shù)分組的醫(yī)院數(shù):100張床位以下的醫(yī)院10867個,100-199張的醫(yī)院3812個,200-499張的醫(yī)院2759個,500-799張的醫(yī)院715個,800張及以上的醫(yī)院243個。中國合計約1.84萬個醫(yī)院。

中國衛(wèi)生技術(shù)人員總數(shù)約557萬人,其中:醫(yī)生約204萬人,護士約124萬人,管理人員約44萬人,

6、北京的醫(yī)院建筑的建設(shè):

“十一五”期間:北京將建設(shè)360個社區(qū)衛(wèi)生服務(wù)中心,2700個社區(qū)衛(wèi)生服務(wù)站。要求在15,20,30分鐘到達服務(wù)中心或衛(wèi)生站。

在設(shè)計時,要考慮運營費用,充分利用現(xiàn)有資源,采用成熟新技術(shù)和節(jié)能材料。

四、醫(yī)院建筑電氣專業(yè)的具體設(shè)計做法

1、采用變配電系統(tǒng)的計算機監(jiān)制系統(tǒng):對建筑內(nèi)的供配電系統(tǒng)進行監(jiān)視及實施節(jié)能控制。該系統(tǒng)通過收集有關(guān)電氣設(shè)備的全套數(shù)據(jù),特別是對變配電系統(tǒng)的諧波檢測,經(jīng)過監(jiān)測、分析、控制變配電系統(tǒng), 合理地利用電能源, 降低電氣設(shè)備的成本,提高配電系統(tǒng)的性能,以達到節(jié)能的目的。

2、采用智能照明節(jié)能控制系統(tǒng):-對建筑物內(nèi)外部環(huán)境的照明進行自動或現(xiàn)場手動等多種方式的控制,以實現(xiàn)集中管理、節(jié)約能源、優(yōu)化照明環(huán)境的控制系統(tǒng)。通過對環(huán)境和立面照明進行光通量及光照范圍的控制,減少光污染。室內(nèi)對照明采用設(shè)有控制裝置的晝光照明系統(tǒng),將晝光照明系統(tǒng)與人工照明系統(tǒng)相結(jié)合,在盡量節(jié)省照明能耗的同時維持所需的工作照明和環(huán)境照明。

3、采用建筑能源管理系統(tǒng)(BEMS):對空調(diào)通風系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、室內(nèi)溫度、相對濕度、CO2濃度、照度、窗戶開啟狀態(tài)、輻射板控制、照明開關(guān)、調(diào)光、戶外遮陽板、室內(nèi)百葉控制和風速等進行自動化集中管理。通過先進的建筑技術(shù)集成化設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計,控制運行、監(jiān)測及管理等各個環(huán)節(jié),實現(xiàn)生態(tài)環(huán)保型和能源高效率。BEMS系統(tǒng)通過傳感器、變送器、控制器等設(shè)備,使其能在各種協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上運行,這樣,隨時可更新、擴展和維護系統(tǒng)都不會影響建筑物的良好的運行狀態(tài), 所有的現(xiàn)場控制器以對等的方式通過BAC net/IP網(wǎng)絡(luò)相連, 中央管理器將具有高水平的控制策略。

4、采用節(jié)能型照明器具:照明光源按照清潔明快為原則進行設(shè)計,采用高效的發(fā)射率高的燈具、節(jié)能型鎮(zhèn)流器,光源采用光通量大的、壽命長的節(jié)能型光源。特別要注意鎮(zhèn)流器的選型、能耗和諧波量。例如:選用節(jié)能型熒光燈。T8熒光燈與T12熒光燈相比,平均光效高出60.8%,T5熒光燈與T12熒光燈相比,平均光效高出93.5% 。

5、采用性能先進的電氣節(jié)能設(shè)備:大力發(fā)展低損耗、低噪音、標準化、小型化、智能化、少維護、環(huán)保型、節(jié)能型的性能價格比高的電氣設(shè)備(例如,選用節(jié)能變壓器,推薦SCB10系列配電變壓器----節(jié)約空載損耗約10%,建議采用YX2系列電動機 ——節(jié)能約13%。)。

6、采用合理的電纜電線:注意線纜的選型規(guī)格和線路的鋪設(shè)方式等,控制線路的損耗。

7、整治醫(yī)院建筑中電源的高次諧波。

(1)產(chǎn)生高次諧波的原因:整流設(shè)備、變頻器、恒溫設(shè)備、點焊機、電弧爐、 變壓器、 中頻爐、 通訊系統(tǒng)基站;電梯、電腦、UPS不間斷電源、冷氣機、中央空調(diào)、熒光燈、節(jié)能燈、微波爐、復(fù)印機等設(shè)備產(chǎn)生的諧波。

(2)高次諧波危害:加速電容器老化,甚至使電容器爆炸;導(dǎo)致繼電保護誤動作;影響電動機效率和正常運行,縮短電動機壽命;增加變壓器和線路損耗;影響和干擾測量控制儀器,特別是醫(yī)療儀器,通訊系統(tǒng)工作; 三次諧波導(dǎo)致中性線電流過大,引起電纜發(fā)熱甚至火災(zāi)。

(3)整治電源的高次諧波的具體做法:可采用變壓器以不同方式的聯(lián)接、有源電力濾波器和無源電力濾波器。可采用總補償,部分補償和局部補償三種方式。A)總補償就是根據(jù)容量計算,對每臺變壓器低壓母線進行集中諧波治理,每臺變壓器低壓母線安裝300A有源電力濾波器。B)部分補償就是在二級配電系統(tǒng)前設(shè)置有源電力濾波器;C)局部補償就是在末端設(shè)備(例如:變頻電動機,整流器,直流電機,中頻感應(yīng)加熱設(shè)備等)前設(shè)置有源電力濾波器;

8、選用節(jié)能的電子鎮(zhèn)流器。使用低損耗電感鎮(zhèn)流器比使用普通型電感鎮(zhèn)流器節(jié)電44.4~55.6%,使用電子鎮(zhèn)流器比使用普通電感鎮(zhèn)流器節(jié)電達61.1%。

9、嚴格執(zhí)行照明設(shè)計規(guī)范中的LPD規(guī)定(辦公建筑照明功率密度值不應(yīng)大于表6.1.2的規(guī)定)。照明功率密度lighting power density(LPD):單位面積上的照明安裝功率(包括光源、鎮(zhèn)流器或變壓器),單位為W/m2)。

10、設(shè)置獨立或并網(wǎng)的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)。

11、建議采用節(jié)能型LED燈。

12、醫(yī)院通常設(shè)置如下建筑智能化系統(tǒng):

(1)火災(zāi)自動報警及消防聯(lián)動控制系統(tǒng)

(2)緊急廣播及公共廣播系統(tǒng)

(3)建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)

(4)安全防范系統(tǒng)(含閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)、防盜報警系統(tǒng)、出入口管理系統(tǒng)、巡更系統(tǒng))

(5)停車場管理系統(tǒng)

(6)IC卡系統(tǒng)

(7)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(含綜合布線系統(tǒng)、衛(wèi)星電視及有線電視系統(tǒng)、電話程控交換機、計算機網(wǎng)絡(luò)設(shè)備)

(8)綜合醫(yī)療信息管理系統(tǒng)(含綜合醫(yī)療信息管理的軟件與硬件、觸摸屏信息查詢系統(tǒng)、公共顯示系統(tǒng)、醫(yī)生工作站)

(9)醫(yī)院專用系統(tǒng)(含醫(yī)用對講系統(tǒng)、電子叫號系統(tǒng)、視頻示教系統(tǒng)、遠程醫(yī)療系統(tǒng))

(10)智能化集成系統(tǒng)

總之,通過學習國外先進的節(jié)能技術(shù)和豐富的管理經(jīng)驗,提高能源的使用效率,改善各種能源的環(huán)境,以能源的可持續(xù)發(fā)展和有效地利用來保障中國經(jīng)濟社會的順利發(fā)展。

據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示,我國400億平方米的現(xiàn)有建筑中,99%屬于高能耗建筑,新建建筑中只有15%達到節(jié)能標準。單位建筑面積能源消耗為發(fā)達國家的3倍以上。因此在國內(nèi)要實現(xiàn)節(jié)能建筑的普及,需要整個社會作大量的基礎(chǔ)工作和整體的進步。

綠色建筑是指為人們提供健康、安全、舒適和適應(yīng)21世紀信息社會的居住、工作和活動的空間,同時實現(xiàn)保護自然資源、節(jié)約資源(節(jié)能、節(jié)材、節(jié)地、節(jié)水)及最大限度的減少對環(huán)境污染的建筑物。

節(jié)能建筑就是“采用國際上先進的系統(tǒng)集成技術(shù),將建筑內(nèi)所有的自動化設(shè)備保安、消防設(shè)備的運行信息、建筑物能源管理匯集到中央系統(tǒng)集成平臺上,通過對信息的收集、分析和作出決策,對整個系統(tǒng)的強、弱電系統(tǒng)進行最優(yōu)化控制,達到高效、經(jīng)濟、節(jié)能、協(xié)調(diào)的運行狀態(tài),并最終與建筑藝術(shù)相結(jié)合,創(chuàng)造一個舒適、溫馨、安全的工作環(huán)境?！?/p>

本文是作者通過查閱大量的國內(nèi)外資料和個人的一些粗淺認識,有不對和數(shù)據(jù)不準之處,請大家批評指正,望本文能起著拋磚引玉的作用。