“互聯(lián)網(wǎng)+”綠色醫(yī)院建設(shè)節(jié)能技術(shù)綜述

秦榮昌

QIN Rong-chang

（北京泰豪智能工程有限公司）

(Beijing Tellhow Intelligent Engineering Company Limited)

“互聯(lián)網(wǎng)+”綠色醫(yī)院建設(shè)節(jié)能技術(shù)綜述

秦榮昌

QIN Rong-chang

（北京泰豪智能工程有限公司）

(Beijing Tellhow Intelligent Engineering Company Limited)

醫(yī)院作為高能耗的公共建筑之一，大約是普通建筑的2～3倍。面對構(gòu)成復(fù)雜的醫(yī)院建筑能耗，在當前國內(nèi)、國際節(jié)能環(huán)保的環(huán)境下，借助“互聯(lián)網(wǎng)+”推動綠色醫(yī)院建設(shè)已成大勢所趨。本文著重從綠色建筑建設(shè)、綠色能源建設(shè)、綠色環(huán)境建設(shè)、綠色管理建設(shè)4個方面，對創(chuàng)建綠色醫(yī)院的關(guān)鍵技術(shù)進行闡述，提出在依托“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)構(gòu)建綠色醫(yī)院能源管控體系的同時，綠色醫(yī)院建設(shè)應(yīng)大力開發(fā)可再生能源，從而實現(xiàn)醫(yī)院的可持續(xù)發(fā)展。

節(jié)能技術(shù)；可持續(xù)發(fā)展；醫(yī)院

【Keywords】energy saving technology; sustainable development; hospital

1　引言

醫(yī)院作為城市基礎(chǔ)配套的公共建筑，是城市的綠色生命線，然而醫(yī)院卻是高能耗的公共建筑之一，據(jù)相關(guān)調(diào)查表明，醫(yī)院建筑是普通公共建筑能耗的2-3倍。如何確保醫(yī)院在提供高質(zhì)量的醫(yī)療服務(wù)的同時，最大限度地節(jié)約能源，提高醫(yī)院能源利用率，推動節(jié)能減排創(chuàng)建綠色醫(yī)院，已經(jīng)成為擺在醫(yī)院管理工作面前的一道難題，更關(guān)系到醫(yī)院的可持續(xù)發(fā)展。

住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布第1003號公告，批準《綠色醫(yī)院建筑評價標準》為國家標準，編號為GB/T 51153—2015，自2016年8月1日起實施。根據(jù)《綠色醫(yī)院建筑評價標準》的核心內(nèi)容，綠色醫(yī)院建設(shè)包括“綠色建筑，綠色能源，綠色環(huán)境，綠色管理”4大要素，圍繞這幾大要素進行的綠色醫(yī)院建設(shè)技術(shù)也體現(xiàn)出“健康空間、低能消耗、舒適環(huán)境、智能管控”等特點。

2　醫(yī)院綠色建筑建設(shè)

醫(yī)院建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)從醫(yī)院建筑功能出發(fā)，在滿足復(fù)雜的醫(yī)療流程工藝的前提下，做到潔污分明，體現(xiàn)人流、物流的便捷性，最大限度發(fā)揮醫(yī)院各個區(qū)的功能，讓醫(yī)療區(qū)域、醫(yī)療資源和設(shè)備達到最佳的配置。

建筑物體形系數(shù)越大，建筑物消耗的能量就越多，所以，醫(yī)院建筑形體上應(yīng)該盡量減少凹凸的設(shè)計，使得醫(yī)院建筑與外界的接觸最少。目前很多國外的醫(yī)院建筑采取圓塔形，這樣建筑與外界的接觸最少，達到最好的節(jié)能效果。

另外，在有遮陽措施下，加大外窗的可開啟面積，為利用自然通風(fēng)創(chuàng)造條件，減少機械通風(fēng)的使用頻率。

在醫(yī)院建筑進行材料選擇時，要多采用節(jié)能、可再利用、健康環(huán)保的新型建筑材料，如：保溫隔熱材料、新型化學(xué)建材和各種廢物的加工利用等。

3　醫(yī)院綠色能源建設(shè)

根據(jù)對醫(yī)院建筑內(nèi)能源消耗分類的研究，在醫(yī)院全年能耗中，空調(diào)制冷與采暖系統(tǒng)能源消耗占到總耗能的約40%～50%，照明占到約10%～20%，全年能耗的15%～20%用于生活熱水、醫(yī)用、廚房用蒸汽等。所以，醫(yī)院照明系統(tǒng)及空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能建設(shè)對綠色醫(yī)院整體建設(shè)意義重大。以下就醫(yī)院照明系統(tǒng)及空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能建設(shè)核心技術(shù)進行論述。

3.1照明系統(tǒng)

3.1.1高效節(jié)能光源技術(shù)

要降低醫(yī)院照明系統(tǒng)的能耗，根據(jù)照明用電量的公式，首先要提高照明效率，選擇高效的光源，目前調(diào)研的數(shù)據(jù)顯示，多數(shù)醫(yī)院的室內(nèi)照明燈具以T8為主，LED或T5燈具的替代是實現(xiàn)照明系統(tǒng)節(jié)能的關(guān)鍵技術(shù)路徑。

LED或T5燈具具有不同的特性和使用場合，燈具的替代上也要根據(jù)實際需求有所選擇。

T5燈具相對LED燈具，采購成本低，使用成本高，因此，采用T5燈具替代的節(jié)能改造方法，前期投入較小，但其節(jié)能效果較LED燈具要低。

3.1.2智能照明控制技術(shù)

照明系統(tǒng)的節(jié)能除了選擇節(jié)能光源、燈具的同時，還要有智能化的照明控制系統(tǒng)。

智能照明系統(tǒng)利用計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、無線通訊及傳感技術(shù)等，通過日程控制器、熱線傳感器和照度傳感器等傳感器件，組成分布式無線或有線照明控制系統(tǒng)，通過預(yù)設(shè)定的程序，根據(jù)某一區(qū)域的用途、功能、使用時間段及室外光照度情況等來自動控制醫(yī)院照明的開啟和照度。

智能照明系統(tǒng)通過對醫(yī)院內(nèi)各個區(qū)域的照明燈具進行系統(tǒng)的集中遠程控制，滿足了醫(yī)院對不同區(qū)域燈光實際使用需求，加強了對醫(yī)院各區(qū)域照明用電的科學(xué)管理，提高了照明系統(tǒng)的使用效率和燈具的使用壽命，減少了醫(yī)院照明的運維費用，從而大大降低了醫(yī)院的照明能耗。

3.2空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)

在醫(yī)院能耗中，空調(diào)系統(tǒng)占據(jù)一半以上的比例。大部分醫(yī)院建于2005年以前，熱工性能差，制冷/供暖負荷大。醫(yī)院空調(diào)系統(tǒng)的能耗比普通建筑能耗高的主要原因是室內(nèi)空氣指標標準高、新風(fēng)量大、運行時間長，各房間對空氣環(huán)境的需求都不盡相同，特別是凈化手術(shù)室部分的高效、亞高效過濾器也間接增加了新風(fēng)阻力，增加了能耗。以下列舉幾項空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能降耗的關(guān)鍵技術(shù)：

3.2.1智能模糊控制技術(shù)

中央空調(diào)智能模糊控制系統(tǒng)采用先進的計算機技術(shù)、模糊控制技術(shù)、系統(tǒng)集成技術(shù)和變頻調(diào)速技術(shù) , 實現(xiàn)了中央空調(diào)冷媒流量系統(tǒng)運行的智能模糊控制, 科學(xué)地解決了中央空調(diào)能量供應(yīng)按末端負荷需要提供，在保障空調(diào)效果舒適性的前提下，最大限度地減少了空調(diào)系統(tǒng)的能源浪費，達到了最佳節(jié)能目的。

智能模糊控制系統(tǒng)不僅對中央空調(diào)冷凍水系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、冷卻塔風(fēng)機等各個環(huán)節(jié)進行全面控制，而且采用系統(tǒng)集成技術(shù)將各個控制系統(tǒng)在物理上、邏輯上和功能上互連在一起，實現(xiàn)它們之間的信息綜合、資源共享，在1個計算機平臺（模糊控制器）上進行集中控制和統(tǒng)一管理，實現(xiàn)中央空調(diào)全系統(tǒng)的整體協(xié)調(diào)運行和綜合性能優(yōu)化。

以冷凍水系統(tǒng)的控制示例：冷凍水系統(tǒng)采用最佳輸出能量控制。當環(huán)境溫度、空調(diào)末端負荷發(fā)生變化時，各路冷凍水供回水溫度、溫差、壓差和流量亦隨之變化，流量計、壓差傳感器和溫度傳感器將檢測到的這些參數(shù)送至模糊控制器，模糊控制器依據(jù)所采集的實時數(shù)據(jù)及系統(tǒng)的歷史運行數(shù)據(jù)，實時計算出末端空調(diào)負荷所需的制冷量，以及各路冷凍水供回水溫度、溫差、壓差和流量的最佳值，并以此調(diào)節(jié)各變頻器輸出頻率，控制冷凍水泵的轉(zhuǎn)速，改變其流量使冷凍水系統(tǒng)的供回水溫度、溫差、壓差和流量運行在模糊控制器給出的最優(yōu)值。

3.2.2變頻控制技術(shù)

現(xiàn)階段主流的中央空調(diào)系統(tǒng)變頻控制技術(shù)主要應(yīng)用于壓縮機變頻控制和冷凍、冷卻水泵變頻控制。

壓縮機進行變頻控制，實現(xiàn)了主機隨室內(nèi)負荷的變化而變化，始終處于最佳運行狀態(tài)，可以實現(xiàn)年均節(jié)能30%以上。在采用多機并聯(lián)制冷方式在非滿負荷工況下運行時，開機先運行全部壓縮機，當冷凍水出水溫度降至 8℃以下后，滿負荷工作1～1.5h后再關(guān)閉部分壓縮機，剩余壓縮機變頻運行維持制冷量，此時，冷凍水出水溫度會在 9～12℃波動，依然能夠滿足制冷需要，節(jié)能效果顯著。

冷凍、冷卻水泵采用變頻控制技術(shù)主要是根據(jù)水泵輸送能耗的變化即流量的變化來改變冷凍（卻）水系統(tǒng)中循環(huán)水泵的電機轉(zhuǎn)速的方法來實現(xiàn)的。常見的變流量控制方式主要有壓差變流量控制、溫差變流量控制。

3.2.3冰蓄冷技術(shù)

冰蓄冷空調(diào)技術(shù)的原理是在電力負荷低谷期啟動壓縮機運轉(zhuǎn)，采用制冷機冷卻冰水制冰，利用制冷介質(zhì)的顯熱或潛熱特性，用一定方式將冷量存儲起來。在電力負荷較高的白天，也就是用電高峰期，需要使用空調(diào)，而又不適宜運轉(zhuǎn)冷機組的時間，即可讓夜間所儲存的冰溶化，吸收空調(diào)冰水的熱量，把儲存的冷量釋放出來，達到冰水冷卻的效果，如此即可將白天尖峰時段的冷氣用電量，轉(zhuǎn)移至夜間用電低谷時段，以滿足建筑物空調(diào)的需要。

冰蓄冷中央空調(diào)技術(shù)轉(zhuǎn)移高峰電力、開發(fā)低谷用電、優(yōu)化資源配置、保護生態(tài)環(huán)境，節(jié)省運行費用，降低運行成本。

3.2.4地源熱泵技術(shù)

地源熱泵是以大地為熱源對建筑物進行空氣調(diào)節(jié)的節(jié)能新技術(shù)。應(yīng)用地源熱泵系統(tǒng)可夏季供冷、冬季供暖。由于地源熱泵可顯著降低運行費用，已受到越來越廣泛的關(guān)注，被認為是最有前途的空調(diào)系統(tǒng)之一。地源熱泵系統(tǒng)又分為土壤源（GCHP）熱泵和水源熱泵。

地源熱泵利用地下淺層地?zé)豳Y源（包括地下水、土壤或地表水等），通過輸入少量的高品位能源（如電能），即可實現(xiàn)熱量從低溫?zé)嵩聪蚋邷責(zé)嵩吹膫鬟f，地能分別在冬季和夏季作為低溫?zé)嵩春透邷責(zé)嵩础Ｔ诙?，把地能中的能量“取”出來，提高溫度后，供給室內(nèi)的熱用戶；在夏季，把室內(nèi)的熱量“取”出來，釋放到地層當中去。

圖1　醫(yī)院建筑能源管理平臺構(gòu)架圖

4　醫(yī)院綠色環(huán)境建設(shè)

根據(jù)最新《綠色醫(yī)院建筑評價標準》，綠色醫(yī)院環(huán)境評價除了照明、噪聲外，空氣參數(shù)是一項重要的評價指標。

我國部分建筑的室內(nèi)空氣污染要比室外嚴重2～3倍，而這種情況，在醫(yī)院更加嚴重。醫(yī)院人口眾多，人流復(fù)雜，細菌、病毒到處有，消毒藥水、藥劑氣味使得醫(yī)院的空氣污染愈加嚴重。為了健康和安全，醫(yī)院的室內(nèi)環(huán)境的凈化建設(shè)勢在必行。

2012年衛(wèi)生部頒發(fā)的《醫(yī)院空氣凈化管理規(guī)范》提出了6種非自然通風(fēng)醫(yī)院環(huán)境空氣凈化技術(shù)措施：

1）集中空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)（含凈化消毒裝置）；

2）空氣潔凈技術(shù)；

3）循環(huán)風(fēng)紫外線消毒器；

4）靜電吸附式空氣消毒器；

5）紫外燈照射消毒；

6）能使消毒后空氣中的細菌總數(shù)≤4/15 CFU /5min，直徑9cm的其他空氣消毒產(chǎn)品。

醫(yī)院不同部門、不同功能區(qū)域可采用不同空氣凈化技術(shù)：

手術(shù)部一般采用循環(huán)風(fēng)紫外線空氣消毒器或靜電吸附式空氣消毒器；紫外線燈照射消毒等。

普通病房一般采用靜電吸附式空氣凈化空調(diào)系統(tǒng)。

對于呼吸道傳染病患者出院后病室的消毒則采用紫外線燈照射消毒或化學(xué)消毒技術(shù)。

5　醫(yī)院綠色管理建設(shè)

醫(yī)院綠色管理建設(shè)分3個層面，首先，要建立、健全醫(yī)院的節(jié)能降耗規(guī)章制度，提高全員綠色環(huán)保、節(jié)能的意識。其次，依靠醫(yī)院建筑能耗管理系統(tǒng)平臺的技術(shù)手段對全院的能耗分項計量、實時監(jiān)測、統(tǒng)計與動態(tài)分析，為節(jié)能降耗提供良好的數(shù)據(jù)支撐。最后，通過建立基于BIM的建筑設(shè)備可視化管理平臺，通過對醫(yī)院建筑設(shè)備的可視化管理，提高醫(yī)院建筑設(shè)備日常運維效率，減少人員、時間消耗，降低運維總成本。

5.1醫(yī)院建筑能耗管理平臺

醫(yī)院耗能種類繁多，除了冷、熱、電、水、燃氣、燃油外，還有各種醫(yī)療氣體。醫(yī)院各種設(shè)備使用規(guī)律各不相同，且運行時間長。因此醫(yī)院能耗構(gòu)成復(fù)雜，能耗管理難度大，針對這一特點，建立一套符合《醫(yī)院建筑能耗監(jiān)管系統(tǒng)建設(shè)導(dǎo)則（試行）》的醫(yī)院建筑能耗管理平臺（見圖1）尤為重要。

醫(yī)院建筑能源管理平臺利用各種能源計量設(shè)備、通過無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、工業(yè)控制技術(shù)和計算機軟件技術(shù)等，實現(xiàn)醫(yī)院能耗的分類計量（如：電、水量、應(yīng)用氣體、熱能等）及分項計量（如：空調(diào)用電、動力用電、照明插座用電、生活熱水等），實現(xiàn)能源在線監(jiān)測、能耗分析管理、能耗報警、能耗成本核算、重點能耗跟蹤分析等功能，評估醫(yī)院的節(jié)能潛力，提高醫(yī)院能耗管理水平。

5.2基于BIM的建筑設(shè)備可視化管理平臺

醫(yī)院機電設(shè)備數(shù)量、種類繁多，目前醫(yī)院機電設(shè)備的運營管理和維護，還是采用傳統(tǒng)的設(shè)備運行管理方法，依托紙質(zhì)資料和二維圖形等信息來支撐設(shè)備的運營管理和維護，這種方式費工、費時、費力，并且容易出錯。

BIM（建筑信息模型）技術(shù)是1個數(shù)據(jù)豐富，面向?qū)ο蟮闹悄芑?、參?shù)數(shù)字化的模型架構(gòu)，具有可視化、信息集成、信息共享、模擬性強等特點。

基于BIM的建筑設(shè)備可視化管理平臺利用BIM 信息整合的特點，將設(shè)備各類信息整合到BIM 模型中，進行設(shè)備信息集成，實現(xiàn)信息的快速查詢和統(tǒng)計，利用BIM 技術(shù)3D 可視化的特點，對建筑設(shè)備的運行維護狀態(tài)、成本超支情況、設(shè)備處置決策等信息進行可視化的表達與展示，同時，使設(shè)備維護管理人員快速識別、記錄、修改、更新設(shè)備位置及狀態(tài)信息，制定合理的運行維護計劃，分配專人專項維護工作，跟蹤一些重要設(shè)備的維護工作歷史記錄，做出設(shè)備使用預(yù)警判斷，大大提高了維護效率，節(jié)約了人力物力成本。

BIM中包含的大量建筑設(shè)備信息能夠順利導(dǎo)入現(xiàn)有的資產(chǎn)管理系統(tǒng)，這對于資產(chǎn)管理而言，大大減少了系統(tǒng)初始化在數(shù)據(jù)準備方面的時間及人力投入。此外，由于傳統(tǒng)的資產(chǎn)管理系統(tǒng)本身無法準確定位資產(chǎn)位置，通過BIM結(jié)合RFID的資產(chǎn)標簽芯片還可以使資產(chǎn)在建筑物中的定位及相關(guān)參數(shù)信息一目了然，實現(xiàn)精確定位，快速查詢，減少了資產(chǎn)管理的人力、物力的消耗。

圖2　建筑設(shè)備BIM圖與現(xiàn)場對比

6　結(jié)語

基于圍護結(jié)構(gòu)、綠色照明、空調(diào)自控、空氣凈化4大節(jié)能技術(shù)進行綠色醫(yī)院建設(shè)的同時，還應(yīng)依托云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、“互聯(lián)網(wǎng)+”等相關(guān)信息技術(shù)，構(gòu)建線上醫(yī)院建筑能耗管控平臺、基于BIM的建筑設(shè)備可視化管理平臺，實現(xiàn)醫(yī)院能耗管控的互聯(lián)化、信息化、智慧化，形成完整的綠色醫(yī)院能耗管控體系。“互聯(lián)網(wǎng)+”下的綠色醫(yī)院建設(shè)在節(jié)能降耗的同時也要開源，根據(jù)醫(yī)院當?shù)氐臍夂驐l件、自然資源，加大可再生能源如：太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮艿鹊拈_發(fā)和利用，以減少對有機能源的依賴。

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“Internet +” Green Hospital Building Energy-Saving Technology Overview

【Abstract】As one of the high energy consumption of public buildings, hospital is about 2-3 times that of ordinary buildings. In front of the complex building energy consumption in the domestic and international energy conservation and environmental protection of the environment, promoting green hospital construction with the help of “Internet +”has become the trend of The Times. This article has expounded the key technologies for creating the green hospital emphatically from the green building construction, green construction, green environment and green management. The green hospital construction should vigorously develop renewable energy, realize the sustainable development of hospital, based on “Internet +” technology of building green hospital energy control system.