醫(yī)療建筑電氣系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)探討

陳智敏

（福建中森建筑設(shè)計(jì)院有限公司，福建 廈門 361012）

0 引言

醫(yī)療建筑用電主要分為照明、插座用電、空調(diào)用電、醫(yī)療設(shè)備用電及其它動(dòng)力用電等。目前我國的醫(yī)院用電負(fù)荷總體上是以照明、空調(diào)為主的主要負(fù)荷，醫(yī)療設(shè)備用電所占比例相對較小。為實(shí)現(xiàn)醫(yī)院整體運(yùn)行符合節(jié)能的理念，就需要從建筑的電氣系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)入手。本次醫(yī)療建筑電氣系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)研究以泉州某醫(yī)院二期綜合病房大樓工程為例，從供配電系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)、照明系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)、樓宇建筑設(shè)備管理系統(tǒng)、主要電氣設(shè)備的選擇等方面入手，確定節(jié)能設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，節(jié)能設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)，以及節(jié)能設(shè)計(jì)的難點(diǎn)等，結(jié)合實(shí)際的工程情況，進(jìn)行具體的分析探討。該工程綠建要求按二星執(zhí)行。

1 項(xiàng)目概況

本工程為泉州某醫(yī)院二期綜合病房大樓工程，系地下兩層，地上17 層建筑。其中地下二層為人防中心醫(yī)院，平時(shí)為車庫及設(shè)備用房；地下一層為車庫及太平間；一層為影像科、服務(wù)用房、急診、靜脈配置、藥劑科；二層為門診手術(shù)、功能檢查、超聲配置、窺鏡檢查；三層為手術(shù)中心、血透中心；四層為信息中心、病案室、會(huì)議中心、供應(yīng)中心；五層為婦產(chǎn)科；六至十七層為病房；總建筑面積約為54000m2，建筑高度約為72.1m，系一類高層建筑；改擴(kuò)建工程擬以三級甲等醫(yī)院標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，待二期項(xiàng)目完成后，醫(yī)院編制總床位數(shù)為800 張。

2 供配電系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)

根據(jù)《醫(yī)療建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》JGJ312-2013 規(guī)定：產(chǎn)房、重癥監(jiān)護(hù)室、血液透析室、手術(shù)室、術(shù)前準(zhǔn)備室、術(shù)后恢復(fù)室、麻醉室等場所中涉及患者生命安全的設(shè)備及其照明為一級負(fù)荷中特別重要負(fù)荷，以上場所的其它負(fù)荷為一級負(fù)荷；影像科等場所的診療設(shè)備及照明用電為一級負(fù)荷；血庫、培養(yǎng)箱、恒溫箱、病理、主要通道照明、客梯、生活水泵、潛污泵等用電為一級負(fù)荷；均采用雙電源供電，設(shè)自投裝置。電子顯微鏡、影像科診斷設(shè)備、中心供應(yīng)、凈化空調(diào)、太平柜等用電為二級負(fù)荷，均采用雙電源供電，設(shè)自投裝置。其他用電負(fù)荷則為三級負(fù)荷，采用單電源供電。

按其上述要求，在本工程設(shè)計(jì)時(shí)與建設(shè)方、電力部門及有關(guān)部門討論后確定如下供電方案：從市政10kV 電網(wǎng)引入兩路電源，采用YJY22-8.7/10kV 型高壓電纜直埋引來，兩路電源互為備用，均能承擔(dān)全部的一、二級負(fù)荷；本工程在一層設(shè)置一配變電所，盡量靠近負(fù)荷中心，減少低壓側(cè)線路長度，降低線路損耗，本工程至末端配電箱最長供電距離約185m。為確保在市網(wǎng)停電情況下一級負(fù)荷及消防設(shè)備供電的可靠性，在院區(qū)一層設(shè)置一臺(tái)1000kW 柴油發(fā)電機(jī)組，作醫(yī)院備用電源使用。當(dāng)外電源發(fā)生故障時(shí)，柴油發(fā)電機(jī)立即自起動(dòng)并應(yīng)在15s 內(nèi)投入運(yùn)行。特別重要負(fù)荷增設(shè)UPS 作為備用電源。

醫(yī)院用電負(fù)荷一般分為照明、插座系統(tǒng)、醫(yī)療動(dòng)力、空調(diào)系統(tǒng)等。本工程大型及重要性的設(shè)備均由變電所放射式供電，如手術(shù)室、產(chǎn)科、血透、供應(yīng)中心、信息科、凈化空調(diào)主機(jī)等，均采用低煙無鹵阻燃電纜WDZB-YJY 沿防火橋架或穿鋼管暗敷由變電所放射式供電。一級負(fù)荷兩路電源分別引自變電所低壓常用、應(yīng)急母線段。

本工程消防電梯、消控室、消防泵消防風(fēng)機(jī)均采用礦物絕緣電纜由變電所放射式供電；應(yīng)急照明采用低煙無鹵耐火阻燃預(yù)分支電纜YDF-WDZN-YJY 沿防火橋架由變電所放射式供電?？吞荨⑸畋?、DSA、DR、CT、MR 等采用低煙無鹵阻燃電纜WDZB-YJY 沿防火橋架或穿鋼管暗敷由變電所放射式供電；公共走道照明采用低煙無鹵阻燃預(yù)分支電纜YDF-WDZB-YJY 沿防火橋架由變電所放射式供電。裙房普通照明系統(tǒng)及插座按科室或分區(qū)放射式供電，由變電所采用低煙無鹵阻燃電纜WDZB-YJY 沿防火橋架或穿鋼管暗敷引自各分區(qū)或科室總箱；病房層普通照明系統(tǒng)及插座采用樹干式供電，由變電所采用母線槽引自各層豎井，各層豎井內(nèi)設(shè)有總箱，再放射至各分區(qū)的照明配電箱；各科室的計(jì)量設(shè)在豎井配電箱內(nèi)。本工程三相單相負(fù)荷盡可能均衡地分配在三相上，使三相負(fù)荷保持基本平衡，最大相負(fù)荷不超過三相負(fù)荷平均值的115%，最小相負(fù)荷不小于三相負(fù)荷平均值的85%。對于三相不平衡或采用單相配電的供配電系統(tǒng)，采用分相無功自動(dòng)補(bǔ)償裝置。

根據(jù)負(fù)荷計(jì)算，本工程安裝容量約為5200kW，需要系數(shù)Kx 取0.65，計(jì)算負(fù)荷約為3380kW。經(jīng)過計(jì)算，變電所內(nèi)需設(shè)2 臺(tái)2000kVA 變壓器，考慮到容量較大的對季節(jié)性負(fù)荷容量或?qū)Ｓ迷O(shè)備（如放射科CT、MR、DR 等），放射科單設(shè)一臺(tái)630kVA 變壓器，以降低變壓器損耗。

供配電系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)中需重點(diǎn)關(guān)注的一項(xiàng)內(nèi)容就是功率因素，根據(jù)實(shí)際的需求，合理提升一定數(shù)值，在低壓側(cè)設(shè)集中無功自動(dòng)補(bǔ)償，采用自動(dòng)投切裝置，要求功率因數(shù)保持在0.95 以上，實(shí)現(xiàn)在保證有功功率穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，電流輸入量減少，工作效率提升。同時(shí)在設(shè)計(jì)中也要合理地配置無源濾波裝置，能避免諧波對設(shè)備的使用產(chǎn)生影響和危害，對諧波電流較嚴(yán)重的非線性負(fù)荷，無功功率補(bǔ)償考慮諧波的影響，采取電容器串接調(diào)諧電抗器的抑制諧波的措施。保證處于一個(gè)相對平衡以及協(xié)調(diào)的運(yùn)作環(huán)境之下[2]。

3 照明系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)

照明系統(tǒng)是醫(yī)療建筑電氣中不可或缺的組成部分，也是節(jié)能設(shè)計(jì)中需重點(diǎn)探討的環(huán)節(jié)。

醫(yī)療建筑照明在設(shè)計(jì)上應(yīng)符合醫(yī)療場所的工藝要求，并能體現(xiàn)以人為本的設(shè)計(jì)理念，創(chuàng)造寬敞舒適的氣氛和整潔安靜的氛圍，給病人創(chuàng)造良好的康復(fù)和就診環(huán)境，并實(shí)現(xiàn)綠色照明。

本工程光源的選擇應(yīng)滿足顯色性、啟動(dòng)時(shí)間等要求，并應(yīng)根據(jù)光源、燈具及鎮(zhèn)流器等的效率或效能、壽命等在進(jìn)行綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析比較后確定。建筑的公共走道、樓梯間、廁所及地下車庫等無人員長時(shí)間逗留的場所均采用發(fā)光二極管燈具，其照明光源的顯色指數(shù)≥80，色溫為4000K；對于病房、診室和各功能房等有人員長期逗留的場所均采用T5 高效節(jié)能熒光燈，照明光源的顯色指數(shù)≥80，色溫為4000K，并配有電子鎮(zhèn)流器。衛(wèi)生間、水泵房、開水間等潮濕的場所采用防水防塵燈具，手術(shù)室、ICU 等要求潔凈的場所采用潔凈燈具，放射科如：MR、CT、DR 等有磁共振的場所采用工程塑料、銅、鋁等非磁性材料燈具。本工程照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)參見《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50034—2013 中規(guī)定的照度標(biāo)準(zhǔn)、照明均勻度、統(tǒng)一眩光值、光色、照明功率密度目標(biāo)值（簡稱LPD）、能效指標(biāo)等相關(guān)要求。

本工程在照明的設(shè)置上避免臥床患者視野內(nèi)產(chǎn)生直射眩光。在需要設(shè)置局部照明的場所均有預(yù)留局部照明插座，如口腔科、耳鼻喉科、治療室等；在骨科、呼吸科等診室面向主治醫(yī)院的墻面上均有設(shè)置嵌入式觀片照明；在病房的床頭設(shè)置有局部照明，安裝在醫(yī)療設(shè)備帶內(nèi)，供醫(yī)生檢查病人用；病房內(nèi)除設(shè)置局部照明外，還在病房及病房走道上設(shè)置有夜間照明，采用地腳燈，其病床床頭的夜間照明照度不小于11x；手術(shù)室設(shè)有一般照明，其照度不低于7501x，并設(shè)置有手術(shù)室專用無影燈。

本工程樓梯間照明采用延時(shí)自熄的控制方式；地下車庫、公共走道、門廳等場所采用智能照明集中控制，采取分區(qū)、定時(shí)、感應(yīng)等節(jié)能措施，可根據(jù)建筑的使用情況和天然采光狀況，采用分區(qū)、分組控制，并按需要采取調(diào)光或降低照度的控制方式，夜間可關(guān)掉部分燈具或降低照度，達(dá)到節(jié)能效果；房間設(shè)置不少于一個(gè)燈具的，每個(gè)房間照明控制開關(guān)不宜少于2 個(gè)，有外窗的，所控?zé)袅芯c側(cè)窗平行。應(yīng)急照明與消防聯(lián)動(dòng)，讓疏散工作或者搶救工作能第一時(shí)間進(jìn)行，避免人工造成滯后，進(jìn)而出現(xiàn)各種危險(xiǎn)事故，確保在事故發(fā)生的第一時(shí)間，能給予民眾引導(dǎo)以及照明幫助，降低事故所造成的人員傷害[3]。

4 樓宇建筑設(shè)備管理系統(tǒng)

建筑設(shè)備管理系統(tǒng)是利用計(jì)算機(jī)過程控制和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，并通過自動(dòng)化儀表，對建筑內(nèi)的機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行優(yōu)化控制及管理，從而到達(dá)安全、可靠、高效運(yùn)行，做到節(jié)省能耗，減少運(yùn)行成本的目的。

醫(yī)療建筑的樓宇建筑設(shè)備管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容包括空調(diào)系統(tǒng)、冷水機(jī)組系統(tǒng)、全熱交換新風(fēng)系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、進(jìn)排風(fēng)系統(tǒng)、電梯系統(tǒng)等。空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)具體包括送風(fēng)機(jī)合理設(shè)計(jì)時(shí)間，自動(dòng)開啟和自動(dòng)停止送風(fēng)，自動(dòng)檢測溫度，過高，開風(fēng)機(jī)，關(guān)熱水閥；過低，反之；保證室內(nèi)溫度的相對恒定，也避免溫度與外界差異過大，耗電量增加，并且強(qiáng)化對于自身運(yùn)行狀況的監(jiān)測，一旦監(jiān)測到異常，及時(shí)反饋管理系統(tǒng)，及時(shí)處理優(yōu)化，避免由于運(yùn)行故障導(dǎo)致的電能損耗大幅提升。冷水機(jī)組系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)，根據(jù)醫(yī)院制定的工作安排，合理設(shè)置開啟和停止系統(tǒng)的周期，監(jiān)測冷卻水溫度，回水溫度，回水量等數(shù)值，根據(jù)監(jiān)測到的數(shù)值變化，自動(dòng)化控制塔風(fēng)機(jī)的開啟停止數(shù)量，保證運(yùn)行的高效穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)電能的最大化利用。全熱交換新風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)，根據(jù)熱交換器中流出的水溫度，與設(shè)置好的標(biāo)準(zhǔn)范圍溫度比對，如過高或者過低，合理調(diào)整調(diào)氣閥，實(shí)現(xiàn)溫度達(dá)到設(shè)定的范圍內(nèi)。給排水系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)，自動(dòng)排放污水，自動(dòng)儲(chǔ)存生活用水，自動(dòng)供應(yīng)，實(shí)現(xiàn)給排水系統(tǒng)運(yùn)行的效率以及質(zhì)量提升，避免排水速度跟不上用水速度，隨時(shí)監(jiān)測水池的高度，設(shè)置一個(gè)最高限度的水位高度，和最低限度的水位高度，一旦超出這個(gè)范圍，及時(shí)警報(bào)，及時(shí)處理，避免無法滿足正常用水需求的情況出現(xiàn)，或者水溢出的情況出現(xiàn)。進(jìn)排風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)，進(jìn)排風(fēng)設(shè)備也根據(jù)運(yùn)行的狀態(tài)自動(dòng)開啟或者停止風(fēng)機(jī)設(shè)備，一旦監(jiān)測到異常，及時(shí)傳遞給中央管理計(jì)算機(jī)，尋求幫助，及時(shí)解決。電梯系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)，監(jiān)測電梯使用的主要時(shí)間段，在使用頻率較低的時(shí)間段，關(guān)閉一部分的電梯，留備用電梯，保證滿足部分需求，從根本上降低這方面的能耗[4]。

5 主要電氣設(shè)備的選擇

為達(dá)到節(jié)能減排的效果，醫(yī)療建筑電氣在主要電氣設(shè)備的選擇上應(yīng)盡量選擇節(jié)能型產(chǎn)品。本工程變壓器選用的是[D，yn11]結(jié)線組別的干式變壓器，為低損耗、低噪音的節(jié)能產(chǎn)品[5]。采用節(jié)能型電梯設(shè)備，配備有高效電機(jī)，并采取電梯群控、扶梯自動(dòng)啟停等節(jié)能控制措施。在滿足工藝要求、運(yùn)行可靠的前提下，電動(dòng)機(jī)均選用節(jié)能型電動(dòng)機(jī)；22kW 及以上的交流異步電動(dòng)機(jī)采用降壓啟動(dòng)，改善啟動(dòng)特性。生活水泵、冷卻塔風(fēng)機(jī)、空調(diào)水泵均采用變頻調(diào)節(jié)，在部分負(fù)荷時(shí)低能耗運(yùn)行；在有要求恒溫恒濕的場所，空調(diào)主機(jī)采用四管式風(fēng)冷熱泵，不采用電直接加熱設(shè)備作為空調(diào)系統(tǒng)的熱源及空氣加濕熱源。新風(fēng)機(jī)、排風(fēng)機(jī)均選用醫(yī)用節(jié)能型風(fēng)機(jī)。

6 結(jié)束語

醫(yī)療建筑電氣系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)研究的意義在于提高電氣系統(tǒng)的電能運(yùn)輸質(zhì)量、電能利用率，降低不必要的電能損耗，利用在線能耗檢測系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控能源損耗情況，保證在相同電氣系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量的基礎(chǔ)上，有效減少能源的消耗量，達(dá)到綠色建筑的要求。