基于綠色低碳理念的某醫(yī)院節(jié)能改造實(shí)踐

丁超，王天一

（南京大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬口腔醫(yī)院，江蘇 南京 210000）

0 引言

某醫(yī)院為一所?？迫揍t(yī)院，總建筑面積約為5萬m2，主體由新樓和老樓兩棟樓組成，新樓建筑面積為3萬m2，2017年投入使用；老樓建筑面積為1.79萬m2，建于1998年。老樓由于建設(shè)年代早，節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低，圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能較差，設(shè)備設(shè)施長期使用后老化嚴(yán)重、效率降低，建筑能耗較高。同時(shí)，近年來醫(yī)院門診量激增，醫(yī)院承擔(dān)的教學(xué)和科研任務(wù)也對(duì)建筑提出了更高的需求，老樓已經(jīng)無法滿足醫(yī)院發(fā)展所需，亟待改造。

對(duì)老樓進(jìn)行節(jié)能改造，不僅可以顯著提高室內(nèi)環(huán)境舒適度，更重要的是可以節(jié)約能源消耗，為整個(gè)社會(huì)的綠色、低碳、可持續(xù)發(fā)展作出貢獻(xiàn)，也為節(jié)能示范單位創(chuàng)建打造堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[1]。

1 政策背景

目前，建筑能耗占我國總能耗的比例接近30%，與工業(yè)能耗和交通運(yùn)輸能耗并列，成為我國能源消耗的三大“耗能大戶”，是主要的民生能耗之一[2]。隨著社會(huì)的快速發(fā)展、生活水平的提高，人們對(duì)居住、辦公環(huán)境舒適度的要求也在不斷提高，建筑能耗所占比例還將不斷上升呈遞增趨勢。

據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《2013-2017年中國智能建筑行業(yè)市場前景與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報(bào)告》中的數(shù)據(jù)顯示，既有建筑中超過90%為高耗能建筑，存在建筑能耗偏高、環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)偏低，工作生活環(huán)境亟待改善、使用功能有待提升等問題[3]。同時(shí)，我國每年拆除大量未達(dá)到設(shè)計(jì)使用年限的既有建筑，也造成了能源的極大浪費(fèi)。既有建筑節(jié)能改造已成為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要組成部分，是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排和環(huán)境保護(hù)目標(biāo)的主要切入點(diǎn)，得到全社會(huì)的高度重視。

公共機(jī)構(gòu)作為經(jīng)濟(jì)社會(huì)活動(dòng)的管理中樞和全社會(huì)節(jié)能節(jié)約的倡議者、組織者、領(lǐng)導(dǎo)者，擔(dān)負(fù)著推動(dòng)、指導(dǎo)全社會(huì)節(jié)能的重任。公共機(jī)構(gòu)帶頭節(jié)約能源，不僅對(duì)控制和降低能耗有著直接的現(xiàn)實(shí)意義，也對(duì)引導(dǎo)和推進(jìn)全社會(huì)節(jié)約能源起到積極的示范效應(yīng)和導(dǎo)向作用。

2 改造內(nèi)容

老樓建筑面積為1.79萬m2，地上16層，地下2層，主體高度為64.4m，1樓層高4.8m，2-9樓層高4.2m，10-16樓層高3.6m，2016年單位建筑面積能耗為30.6kgce/（m2·a）。2017年5月，老門診樓停止使用，開始實(shí)施綠色改造，改造內(nèi)容包括：圍護(hù)結(jié)構(gòu)、空調(diào)系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、熱水系統(tǒng)以及能源管理系統(tǒng)等。

2.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)

本項(xiàng)目建成時(shí)間較早，圍護(hù)結(jié)構(gòu)未采用任何保溫措施，外墻部位采用240mm厚的KM1粘土空心磚，外窗采用單玻鋁合金窗。本次改造，按照現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50189-2015的甲類公建進(jìn)行設(shè)計(jì)，滿足65%的節(jié)能設(shè)計(jì)率設(shè)計(jì)要求。外墻增加50mm厚巖棉保溫板；屋面增加70mm厚擠塑聚苯板；外窗更換為6（中透光low-e）+12空氣+6透光鋁型材單框斷熱橋中空玻璃窗。

2.2 空調(diào)系統(tǒng)

本項(xiàng)目的原冷熱源采用“螺桿冷水機(jī)組+蒸汽鍋爐”，室內(nèi)末端采用風(fēng)機(jī)盤管。冷源為兩臺(tái)1021kW的螺桿式冷水機(jī)組，熱源為2臺(tái)2t/h的蒸汽鍋爐。距離改造時(shí)已使用了17年左右，接近設(shè)備使用壽命，設(shè)備老化嚴(yán)重，效率降低，運(yùn)行能耗高。

改造后，冷熱源由新大樓機(jī)房統(tǒng)一供應(yīng)。冷源由2臺(tái)水冷離心機(jī)組（2110kW，COP：5.81）和1臺(tái)水冷螺桿機(jī)組（1083.7kW，COP：5.62）組成，熱源為2臺(tái)整體式燃?xì)饫淠婵諢崴仩t（2100kW）。相較蒸汽鍋爐供暖存在的能源浪費(fèi)，改造后的鍋爐可節(jié)約30%的天然氣。同時(shí)，改造后的空調(diào)系統(tǒng)采用了變頻水泵，結(jié)合系統(tǒng)管道上的熱力流量計(jì)、壓力傳感器、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥等進(jìn)行閉環(huán)自動(dòng)控制，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)流量，節(jié)約能源的效果。此外，空調(diào)系統(tǒng)的主要設(shè)備均接入樓宇自控系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)從冷熱源到末端風(fēng)機(jī)盤管的全流程自動(dòng)控制，匹配不同環(huán)境變量下的控制策略，最終達(dá)到節(jié)能的目的。

2.3 供配電系統(tǒng)

本項(xiàng)目改造采用2＊1000KVA的變壓器替換現(xiàn)有變壓器，滿足增容的要求的同時(shí)提高變壓器的功率因數(shù)，設(shè)置無功補(bǔ)償裝置，降低變壓器的無功損耗。

2.4 照明系統(tǒng)節(jié)能改造

本項(xiàng)目改造將原有普通熒光燈具全部換裝為節(jié)能LED燈具，并采用分區(qū)、分組、定時(shí)控等節(jié)能控制措施。

2.5 熱水系統(tǒng)節(jié)能改造

老大樓熱水由蒸汽鍋爐供應(yīng)。改造后，在屋面設(shè)置12組太陽能真空集熱板，集熱器總面積96m2；同時(shí)，設(shè)置了一臺(tái)5P的空氣源熱泵熱水器（額定效率為3.9）作為輔助熱源，保障高區(qū)熱水的穩(wěn)定使用。低區(qū)熱水由新大樓的兩臺(tái)整體式燃?xì)庹婵諢崴仩t（700kW）提供。

2.6 能源管理系統(tǒng)改造

項(xiàng)目改造時(shí)，按照《國家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)導(dǎo)則》和《公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程》DGJ32/TJ111-2010的規(guī)定，對(duì)老樓內(nèi)分層計(jì)量，同時(shí)對(duì)空調(diào)用電、照明插座用電、動(dòng)力用電、特殊用電等進(jìn)行分項(xiàng)計(jì)量，構(gòu)建了醫(yī)院的能源管理平臺(tái)。平臺(tái)對(duì)樓宇內(nèi)各智能水表、熱量表、電表的數(shù)據(jù)采集；對(duì)開關(guān)柜的電量數(shù)據(jù)采集，統(tǒng)計(jì)動(dòng)力、照明等分項(xiàng)能耗狀況，對(duì)能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測、統(tǒng)計(jì)分析。

2.7 其他改造

本次改造，還對(duì)項(xiàng)目的電梯、開水器以及衛(wèi)生潔具進(jìn)行了更換，均為符合國家最新能耗標(biāo)準(zhǔn)的節(jié)能產(chǎn)品。

3 實(shí)施亮點(diǎn)

3.1 結(jié)構(gòu)加固，延長建筑物的安全使用壽命

本項(xiàng)目建造于1998年，距改造時(shí)已使用了20年，結(jié)構(gòu)部分出現(xiàn)了老化，無法保障后續(xù)使用的可靠性和安全性。

本次改造，按照抗震設(shè)防烈度7度、抗震設(shè)防等級(jí)乙類進(jìn)行抗震加固設(shè)計(jì)，對(duì)不滿足承載力要求的框架梁、框架柱、樓板進(jìn)行了加固工作。加固后可以滿足后續(xù)使用30年的要求，提高了建筑結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性，滿足了建筑物的正常使用功能，保證建筑物節(jié)能與環(huán)保，延長建筑物的使用壽命。

房屋加固改造與新建工程相比，具有施工方便，工序簡單，消耗建筑材料少，節(jié)省人力，且加固后不影響原使用功能等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)踐中有很強(qiáng)的適用性。其主要的特點(diǎn)如下：①經(jīng)濟(jì)性：房屋加固改造的施工范圍小，施工難度低、工程造價(jià)低。同時(shí)，建筑物的局部改造可以只針對(duì)改造部位進(jìn)行施工，不對(duì)建筑物其他區(qū)域的使用造成影響，經(jīng)濟(jì)效益高。②安全性：房屋加固改造項(xiàng)目的設(shè)計(jì)要求更為嚴(yán)格，安全性也遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于原有結(jié)構(gòu)的要求，加固部位的強(qiáng)度和安全性都大于相鄰結(jié)構(gòu)件，加固位會(huì)比改造前的承載力更大。

3.2 節(jié)能先行，全面實(shí)施綠色化改造

（1）節(jié)能設(shè)計(jì)。以現(xiàn)行節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)作為設(shè)計(jì)依據(jù)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)方面外墻增加50mm巖棉板，屋面增加70mm擠塑聚苯板，外窗的原單玻窗更換為斷橋隔熱鋁合金中透光6low-e+12+6外窗，改造完成后可以滿足現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50189-2015的甲類公建設(shè)計(jì)要求。

（2）節(jié)能設(shè)備。項(xiàng)目改造時(shí)，全部采用節(jié)能產(chǎn)品。所有區(qū)域的照明燈具均選用LED燈具；選用的空調(diào)、風(fēng)機(jī)的能效等級(jí)為二級(jí)及以上產(chǎn)品。

（3）可再生能源利用。本項(xiàng)目設(shè)置太陽能熱水系統(tǒng)，并配備空氣源熱泵熱水器作為輔助熱源。系統(tǒng)采用熱管集熱器，配置58＊1800＊25型熱管集熱器12組，集熱器總面積45.84m2；本配置1臺(tái)5P空氣源熱泵作為系統(tǒng)的輔助熱源。熱泵制熱量19.6kW，輸入功率4.7kW，效率為3.9。

本項(xiàng)目通過節(jié)能設(shè)計(jì)、采用節(jié)能設(shè)備，充分利用可再生能源，提高建筑設(shè)備能源轉(zhuǎn)換效率、降低建筑自身能源消耗需求，達(dá)到節(jié)能的目的。

3.3 智能運(yùn)維，建造醫(yī)院節(jié)能控制綜合管理平臺(tái)

為了滿足公共建筑節(jié)能監(jiān)管體系建設(shè)的要求，提升醫(yī)院綜合管理水平，本項(xiàng)目采用“蜜云綜合能源管理平臺(tái)”和“霍尼韋爾樓宇自控系統(tǒng)”，構(gòu)架全院節(jié)能控制綜合管理平臺(tái)[4]。

（1）分層分項(xiàng)計(jì)量?？照{(diào)系統(tǒng)（冷水機(jī)組、冷凍水循環(huán)泵、冷卻水循環(huán)泵、熱水循環(huán)泵等）、樓層照明插座用電、動(dòng)力用電、特殊用電、醫(yī)療大型設(shè)備用電進(jìn)行了分項(xiàng)計(jì)量，并設(shè)置能耗數(shù)據(jù)上傳系統(tǒng)，將本項(xiàng)目的能耗數(shù)據(jù)上傳至市級(jí)能耗監(jiān)管平臺(tái)。

（2）能耗統(tǒng)計(jì)分析。能源管理系統(tǒng)提供多種分析算法，如同比、環(huán)比、排名等方式，可實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域能耗、具體能耗類型、設(shè)備類型能耗進(jìn)行分析，可提供任意指定時(shí)段內(nèi)的數(shù)據(jù)分析。

（3）異常預(yù)警。能源管理系統(tǒng)具備自學(xué)習(xí)功能，運(yùn)行一段時(shí)間后，系統(tǒng)可根據(jù)以往數(shù)據(jù)獲得監(jiān)測點(diǎn)的正常數(shù)值范圍，如短時(shí)間內(nèi)數(shù)據(jù)異常增加或減小，將觸發(fā)不同級(jí)別的告警，后勤部門可及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的漏水點(diǎn)、漏氣點(diǎn)、電氣短路或違規(guī)用電現(xiàn)象，一方面可以將故障的影響和損失降到最低，另一方面也可從源頭上減少能源浪費(fèi)[5]。

（4）設(shè)備節(jié)能控制。①風(fēng)機(jī)盤管的控制閥和溫控器均采用霍尼韋爾產(chǎn)品，其中風(fēng)機(jī)盤管的溫控器為可聯(lián)網(wǎng)型，可通過后臺(tái)遠(yuǎn)程控制實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程開關(guān)、鎖定權(quán)限、設(shè)置溫度等功能；②新風(fēng)機(jī)和排風(fēng)機(jī)可遠(yuǎn)程控制，根據(jù)溫濕度傳感器自動(dòng)閉環(huán)調(diào)節(jié)水閥開度和風(fēng)量；③生活熱水可根據(jù)末端水溫自動(dòng)調(diào)節(jié)熱水供應(yīng)參數(shù)和系統(tǒng)工作模式；④公共區(qū)域照明可遠(yuǎn)程控制開關(guān)，設(shè)置自動(dòng)定時(shí)開關(guān)。

4 效益

4.1 經(jīng)濟(jì)效益

經(jīng)過第三方核定機(jī)構(gòu)的核準(zhǔn)，本項(xiàng)目改造完成后，單位建筑面積能耗由30.6kgce/（m2·a）降低至23.6kgce/（m2·a），年節(jié)能率達(dá)22.97%。每年可節(jié)約用電62.32萬kWh，節(jié)約天然氣2.71萬m3，年均節(jié)能218.57噸標(biāo)煤，減少二氧化碳排放544.79噸，節(jié)約成本49.86萬元。如表1。

表1 經(jīng)濟(jì)效益

4.2 管理效益

節(jié)能改造完成后，有了能耗管理系統(tǒng)和樓宇自控系統(tǒng)的幫助，醫(yī)院內(nèi)水、電、氣、暖等基礎(chǔ)設(shè)施有了一個(gè)預(yù)見性、可視性和操作性都較強(qiáng)的平臺(tái)，通過對(duì)平臺(tái)數(shù)據(jù)的挖掘和分析，可以獲知很多平常難以察覺的故障點(diǎn)或隱患點(diǎn)，使得故障的處理時(shí)間大大縮短，甚至消弭于無形。后勤部門可以把更多的精力放在維保巡查、技術(shù)研究、故障維修的總結(jié)反思上，有助于醫(yī)院后勤管理向標(biāo)準(zhǔn)化、精細(xì)化不斷進(jìn)化。

5 結(jié)語

老門診樓成功實(shí)施改造后，提高了原有建筑的安全性、舒適性和環(huán)境友好性，營造了健康良好的綠色用能環(huán)境，更重要的是降低了建筑的能耗，響應(yīng)了國家對(duì)于節(jié)能、減排、降耗的號(hào)召，為新時(shí)代“綠色低碳”醫(yī)院的建設(shè)奠定了良好的基礎(chǔ)；也對(duì)轉(zhuǎn)變醫(yī)院發(fā)展理念、破解能源瓶頸約束有重要的意義和作用。