淺談醫(yī)院建筑節(jié)能

文｜施耐德電氣（中國）投資有限公司 萬美慧 孫 琳

1 前言

隨著社會的不斷進步和人民生活水平的不斷提高，人們對醫(yī)院的要求也日益提高。醫(yī)療技術的進步，診療設備配置的完善，對醫(yī)療環(huán)境人性化的需求，使得現(xiàn)代醫(yī)院建筑體量趨于龐大，功能日益復雜。隨之而來的是醫(yī)院建設初期投資、日常運營維護費用和能耗的持續(xù)攀升。

建設資源節(jié)約型和環(huán)境友好型的社會，是我國的基本國策，也是促進我國經(jīng)濟實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要保障?，F(xiàn)代醫(yī)院建筑作為能耗大戶，當然是節(jié)能增效的重點。鑒于醫(yī)院建筑的特殊性，醫(yī)院節(jié)能更需要在保證整體安全性與可靠性的前提下，提高能源使用效率，降低維護成本，保證醫(yī)院環(huán)境整體的舒適度。本文將從醫(yī)院建筑及其業(yè)務特點出發(fā)，結合筆者在目前配合節(jié)能降耗的工作中面臨的問題，分析現(xiàn)有情況下的醫(yī)院建筑節(jié)能增效整體解決方案和改造措施，闡述如何通過能效審計，幫助醫(yī)院挖掘節(jié)能潛力，加強用能管理，優(yōu)化機電設備運行，建立節(jié)能管理制度，從而持續(xù)推進醫(yī)院的節(jié)能增效工作；同時列舉在既有醫(yī)院節(jié)能改造中發(fā)現(xiàn)的問題，為新建醫(yī)院建筑的節(jié)能設計提供參考，以期提高新建醫(yī)院建筑的能源利用率。

2 目前醫(yī)院建筑節(jié)能工作的現(xiàn)狀

很多醫(yī)院在開展節(jié)能降耗工作時，并未對現(xiàn)有系統(tǒng)進行充分了解和能耗診斷，就著手進行單一節(jié)能產(chǎn)品的安裝或者節(jié)能措施的實施，之后也沒有對節(jié)能效果進行持續(xù)的跟蹤記錄和管理，既無法驗證節(jié)能效果，又無法確保獲得持續(xù)的節(jié)能效果。

眾所周知，建筑中采暖通風空調(diào)系統(tǒng)和照明系統(tǒng)是耗能大戶，它們的能耗約占到總能耗的75%左右，所以很多醫(yī)院的節(jié)能工作都是圍繞這兩個系統(tǒng)展開的。但是，由于事前的能耗診斷和事后的跟蹤記錄及管理的缺失，許多節(jié)能工作都未能收到預期的效果。例如，對于冷凍機組允許變流量，而且設計裕量較大的系統(tǒng)而言，對冷凍系統(tǒng)進行變頻改造會有比較明顯的節(jié)能效果，但由于很多醫(yī)院的空調(diào)水系統(tǒng)存在水力不平衡現(xiàn)象，并且末端沒有合理的溫度控制，甚至存在開窗使用空調(diào)的情況，而變頻閉環(huán)控制參數(shù)及采樣點又選擇不當，最終導致變頻器仍運行在工頻狀態(tài)下，形同虛設，根本無法達到節(jié)能預期。又如，在某醫(yī)院現(xiàn)有病房樓的改造中，為了加強管理，對病房風機盤管增加了溫度控制，但由于原有的中央空調(diào)冷凍水未做軟化處理，含有大量雜質，導致風機盤管冷凍水電磁閥頻繁堵塞，既浪費了改造資金，增加了維護難度，還沒有達到節(jié)能效果。再如，采用T5節(jié)能燈具替代T8燈具，理論上講節(jié)能效果會很好，操作也很簡單，但在實際使用中，往往由于目前廣泛存在的諧波、電壓波動過大等電能質量問題，導致燈具損壞嚴重，更換極為頻繁，備件費用高昂，綜合效果不佳。

更為糟糕的是，盲目改造在某些情況下還會引起不良后果。筆者在某醫(yī)院的能效審計中發(fā)現(xiàn)，該醫(yī)院為降低能耗，安裝了某種降壓節(jié)電設備，但由于配電系統(tǒng)中照明回路和插座回路混雜，導致部分對電壓敏感的移動醫(yī)療設備無法正常啟動，嚴重影響了正常醫(yī)療工作的開展。

可見，節(jié)能是一項系統(tǒng)工程，需要從加強用能管理出發(fā)，統(tǒng)籌規(guī)劃，整體考慮，通過分析能耗現(xiàn)狀，結合醫(yī)院業(yè)務特點和設備運行規(guī)律，找到主要耗能點，在此基礎上采取技術上可行、經(jīng)濟上合理且環(huán)境和社會可以承受的綜合方案，減少從能源生產(chǎn)到消費各個環(huán)節(jié)中的損失和浪費，更加有效、合理地利用能源。

3 醫(yī)院建筑能耗特點及節(jié)能解決方案分析

現(xiàn)代醫(yī)院建筑趨向于規(guī)模大，功能錯綜復雜，對環(huán)境舒適度和安全性要求高；門急診、醫(yī)技、病房、手術部、后勤保障等的能源需求及設備運行時間要求各不相同；機電設備數(shù)量眾多，能耗中心分散、種類繁雜，如暖通空調(diào)（環(huán)境控制）、日用熱水、廚房和洗衣房、照明、醫(yī)療設備和IT設備、電梯等。尤其是病房、急診及手術部等區(qū)域，設備基本上是全年365天，每天24小時連續(xù)運行，這必然導致耗能量和運行費用的大幅度增加。同時，設備長時間連續(xù)運行必然會造成損耗加速，維護保養(yǎng)工作的難度增加，工作量及備品備件需求量增加。因此，對設備運行管理要細化，結合各功能區(qū)域特點和工作時間要求，區(qū)別對待，細致劃分，在不影響需求的前提下，有針對性地進行優(yōu)化和控制，才能真正實現(xiàn)合理的節(jié)能增效。

下面針對照明和空調(diào)系統(tǒng)這兩個高耗能系統(tǒng)，將筆者在近兩年節(jié)能項目實踐中發(fā)現(xiàn)的主要問題及解決方案加以介紹。

（1）醫(yī)院照明設備運行時間長，能源需求各不相同，需按功能特點區(qū)別對待

筆者在實際項目走訪中發(fā)現(xiàn)，醫(yī)院建筑普遍存在很多區(qū)域“長明燈”的現(xiàn)象。由于大多數(shù)醫(yī)院建筑的采光良好，可考慮白天采用分區(qū)域的照度控制，夜間適當減少燈光，如在病房床頭設置床燈，在夜間固定時間集中關閉主要照明，走廊照明燈間隔開啟或者只開裝飾燈帶，不開主燈，如有需要時再以人工方式就地開啟。門診、醫(yī)生辦公室、醫(yī)技的絕大部分區(qū)域及管理用房的使用遵照正常工作時間，可通過樓宇自控系統(tǒng)或照明控制系統(tǒng)時間程序結合存在控制來進行管理；消毒、洗衣等部分后勤保障工作需要在夜間進行，在無人時和白天一定要做到人來燈亮，人走燈滅，避免不必要的浪費。這些節(jié)能運行方式都需要在設計階段劃分照明回路時就有所考慮，或在裝修改造時進行調(diào)整。

此外，逐步采用高效發(fā)光光源代替低效光源，可在節(jié)能的同時提高照度、顯色度，改善照明環(huán)境。按照筆者的經(jīng)驗，用T5（高效熒光燈和電子鎮(zhèn)流器）替換T8（熒光燈和電感鎮(zhèn)流器），可以節(jié)電20%以上，使照度提高10%以上，還可將顯色指數(shù)由原來的70提高到85，并消除頻閃現(xiàn)象。磨砂燈泡或白熾燈選用色溫相當?shù)墓?jié)能燈替換，在照度不降低的前提下，可以節(jié)能50%以上，且壽命提高6倍以上。

（2）醫(yī)院建筑對環(huán)境要求高，采暖通風空調(diào)系統(tǒng)能耗巨大

采暖通風空調(diào)系統(tǒng)是醫(yī)院建筑的耗能大戶，其能耗在某些醫(yī)院要占到總能耗的45%以上，這是由醫(yī)院建筑的功能需求及特點決定的。

首先，醫(yī)院建筑新風量大，是普通辦公樓的2倍左右，而空調(diào)系統(tǒng)負荷中，新風負荷是對能耗影響最大的部分，占空調(diào)總負荷的30%～50%。在保證空氣質量的情況下，控制和正確使用新風是空調(diào)系統(tǒng)最有效的節(jié)能措施之一?？梢岳脴怯钭钥叵到y(tǒng)中的焓值控制算法，在過渡季節(jié)及炎熱季節(jié)的夜間，充分利用自然風，降低系統(tǒng)負荷；在其他時段，通過設置空氣質量傳感器，在保證環(huán)境質量的情況下，控制新風量，減少不必要的浪費。對于非污染區(qū)域空調(diào)機組，在條件允許的情況下，可增加熱回收裝置，預處理新風。

其次，大量以病房區(qū)域為代表的，設備全年365天，每天24小時連續(xù)運行的區(qū)域，因缺乏必要的管控措施，環(huán)境溫度等均由病患及家屬自行調(diào)整。筆者在走訪中發(fā)現(xiàn)，這些區(qū)域風機盤管沒有溫度控制、設定溫度過低、頻繁調(diào)節(jié)、開窗吹空調(diào)等浪費現(xiàn)象非常普遍。針對這種問題，可以對房間風機盤管進行聯(lián)網(wǎng)控制，根據(jù)該區(qū)域環(huán)境要求，集中進行溫度設定，并通過增加窗磁開關，在開窗后延時關閉風機盤管，避免不必要的浪費。

第三，藥局、掛號繳費大廳、候診室等人員流動性大，人流周期性強的區(qū)域，高峰時段人員密度大，空氣質量和環(huán)境舒適度不容易保證。此類區(qū)域空調(diào)設計裕量通常較大，可以采用變風量空調(diào)機組，必要時通過樓宇自控系統(tǒng)集成視頻監(jiān)視系統(tǒng)，根據(jù)人員流量數(shù)據(jù)統(tǒng)計進行優(yōu)化控制。

此外，對溫、濕度和潔凈度控制精度要求高的區(qū)域，需要設置中、高效過濾器，以保證新風的潔凈度，避免院內(nèi)污染；而過濾器的增加必然會導致風機耗能的增加，在過濾器臟污的情況下，這種能耗浪費將更甚。針對這種情況，可充分利用樓宇自控系統(tǒng)的設備維護提醒功能，加強維護工作。對有恒溫、恒濕及正、負壓要求的區(qū)域，要以保證環(huán)境參數(shù)滿足要求為主要任務，如對傳染病房和隔離病房等要保持微負壓、避免病菌擴散；對兒科病房、ICU則要保持微正壓，以避免污染。對冷凍系統(tǒng)和循環(huán)系統(tǒng)，在條件允許的情況下，可以通過合理應用變頻調(diào)速技術來優(yōu)化系統(tǒng)運行，節(jié)能降耗。

總之，醫(yī)院建筑空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能技術及措施可歸納為八類，即減少冷負荷、提高制冷機組效率、充分利用自然冷源、降低水系統(tǒng)泵類設備電耗、降低風機電耗、自然通風、智能控制、余熱回收。對于新建醫(yī)院建筑，如能在考慮建筑主體節(jié)能的同時，再全面考慮空調(diào)系統(tǒng)綜合節(jié)能技術以及機電設備運行優(yōu)化節(jié)能措施，能夠大幅度降低運行費用。

（3）醫(yī)院建筑對供電連續(xù)性及電能質量要求高

持續(xù)穩(wěn)定的電力供應是醫(yī)院安全運行的基礎，醫(yī)院建筑的配電系統(tǒng)設計中已經(jīng)充分考慮了供電連續(xù)性的問題。但是，筆者在實際項目調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，很多醫(yī)院的供配電設備由于不間斷運行，無暇進行維護保養(yǎng)，存在一定的故障隱患；部分關鍵設備超期服役無備件，一旦出現(xiàn)問題，后果將非常嚴重。要實現(xiàn)節(jié)能，不僅要考慮降低能源消耗的直接成本，更要保證供電的連續(xù)性和穩(wěn)定性，避免因供電問題引發(fā)的故障和事故導致的間接損失。

近年來，醫(yī)院建筑廣泛應用變頻設備、節(jié)能燈、開關電源、UPS等非線性負載，由此產(chǎn)生的大量諧波電流注入到電網(wǎng)中，使電網(wǎng)電壓產(chǎn)生畸變，導致諧波污染。筆者在實際項目調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，醫(yī)院建筑中諧波問題廣泛存在，但由于醫(yī)院現(xiàn)有供電設備檢測手段有限，維護人員缺乏相關經(jīng)驗，故一直未引起關注。

諧波會導致電力變壓器、電纜、發(fā)電機等供電設備損耗明顯增大，絕緣提前老化；電力電容器無功補償裝置無法正常投切，電力電容器介質損耗增大、過熱，甚至被擊穿。一方面，這些情況會危害供配電設備安全，帶來故障和事故隱患；另一方面，發(fā)熱、噪聲和損耗都是電能做無用功的表現(xiàn)，這部分能耗與基礎能耗相關，但并未真正被利用，是節(jié)能潛力所在。

同時，系統(tǒng)諧波電流的大量注入將引起供電電源失真度上升。用電設備會受到供電電源失真度上升的影響，帶來一系列潛在風險，例如部分精密醫(yī)療設備出現(xiàn)異常故障；數(shù)據(jù)傳輸間斷并伴有工頻交流噪聲，導致傳送錯誤、信息丟失等；含有電感、電容器件的電路溫度升高，提前老化，使用壽命明顯縮短等；保護裝置異常動作，開關誤動等。這些問題會影響醫(yī)療設備的操作精度，嚴重時將威脅病患的生命健康安全。

目前世界上最先進的諧波治理技術是采用動態(tài)有源濾波器，根據(jù)能源監(jiān)測和管理平臺收集到的諧波污染情況進行選型配置，對重點諧波源進行就地補償，或對整個系統(tǒng)進行總補償。動態(tài)有源濾波器能夠針對配電系統(tǒng)內(nèi)的諧波污染情況實現(xiàn)動態(tài)諧波補償，響應速度可達到100μs，對階躍變化諧波全響應時間小于10ms，完全能夠應對諧波快速變化的情況；能同時濾除2～60次諧波，擁有高達20KHz的IGBT開關頻率，濾波效率高；可同時兼顧濾波和無功補償，不會與系統(tǒng)發(fā)生諧振；能自動限制100%額定容量輸出，不會發(fā)生過載的危險；能提供易于操作的人機界面及用戶節(jié)點，便于監(jiān)控設備運行狀態(tài)。這一技術對于保障醫(yī)院建筑配電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，避免因諧波問題引起的故障停機、設備損壞、危害病患安全等間接損失，提高系統(tǒng)效率，實現(xiàn)間接節(jié)能有一定的意義。

4 結束語

節(jié)能是一項系統(tǒng)工程，需要立足醫(yī)院建筑的能耗現(xiàn)狀，綜合考慮，整體規(guī)劃，建立用能管理規(guī)章制度，按照系統(tǒng)節(jié)能方法，制訂長期節(jié)能工作計劃并分步實施，力爭實現(xiàn)持續(xù)有效的節(jié)能增效，為締造良好的就醫(yī)環(huán)境，建設資源節(jié)約型和環(huán)境友好型的社會做貢獻！