浅谈医院建筑节能

文｜施耐德电气（中国）投资有限公司 万美慧 孙 琳

1 前言

随着社会的不断进步和人民生活水平的不断提高，人们对医院的要求也日益提高。医疗技术的进步，诊疗设备配置的完善，对医疗环境人性化的需求，使得现代医院建筑体量趋于庞大，功能日益复杂。随之而来的是医院建设初期投资、日常运营维护费用和能耗的持续攀升。

建设资源节约型和环境友好型的社会，是我国的基本国策，也是促进我国经济实现可持续发展的重要保障。现代医院建筑作为能耗大户，当然是节能增效的重点。鉴于医院建筑的特殊性，医院节能更需要在保证整体安全性与可靠性的前提下，提高能源使用效率，降低维护成本，保证医院环境整体的舒适度。本文将从医院建筑及其业务特点出发，结合笔者在目前配合节能降耗的工作中面临的问题，分析现有情况下的医院建筑节能增效整体解决方案和改造措施，阐述如何通过能效审计，帮助医院挖掘节能潜力，加强用能管理，优化机电设备运行，建立节能管理制度，从而持续推进医院的节能增效工作；同时列举在既有医院节能改造中发现的问题，为新建医院建筑的节能设计提供参考，以期提高新建医院建筑的能源利用率。

2 目前医院建筑节能工作的现状

很多医院在开展节能降耗工作时，并未对现有系统进行充分了解和能耗诊断，就着手进行单一节能产品的安装或者节能措施的实施，之后也没有对节能效果进行持续的跟踪记录和管理，既无法验证节能效果，又无法确保获得持续的节能效果。

众所周知，建筑中采暖通风空调系统和照明系统是耗能大户，它们的能耗约占到总能耗的75%左右，所以很多医院的节能工作都是围绕这两个系统展开的。但是，由于事前的能耗诊断和事后的跟踪记录及管理的缺失，许多节能工作都未能收到预期的效果。例如，对于冷冻机组允许变流量，而且设计裕量较大的系统而言，对冷冻系统进行变频改造会有比较明显的节能效果，但由于很多医院的空调水系统存在水力不平衡现象，并且末端没有合理的温度控制，甚至存在开窗使用空调的情况，而变频闭环控制参数及采样点又选择不当，最终导致变频器仍运行在工频状态下，形同虚设，根本无法达到节能预期。又如，在某医院现有病房楼的改造中，为了加强管理，对病房风机盘管增加了温度控制，但由于原有的中央空调冷冻水未做软化处理，含有大量杂质，导致风机盘管冷冻水电磁阀频繁堵塞，既浪费了改造资金，增加了维护难度，还没有达到节能效果。再如，采用T5节能灯具替代T8灯具，理论上讲节能效果会很好，操作也很简单，但在实际使用中，往往由于目前广泛存在的谐波、电压波动过大等电能质量问题，导致灯具损坏严重，更换极为频繁，备件费用高昂，综合效果不佳。

更为糟糕的是，盲目改造在某些情况下还会引起不良后果。笔者在某医院的能效审计中发现，该医院为降低能耗，安装了某种降压节电设备，但由于配电系统中照明回路和插座回路混杂，导致部分对电压敏感的移动医疗设备无法正常启动，严重影响了正常医疗工作的开展。

可见，节能是一项系统工程，需要从加强用能管理出发，统筹规划，整体考虑，通过分析能耗现状，结合医院业务特点和设备运行规律，找到主要耗能点，在此基础上采取技术上可行、经济上合理且环境和社会可以承受的综合方案，减少从能源生产到消费各个环节中的损失和浪费，更加有效、合理地利用能源。

3 医院建筑能耗特点及节能解决方案分析

现代医院建筑趋向于规模大，功能错综复杂，对环境舒适度和安全性要求高；门急诊、医技、病房、手术部、后勤保障等的能源需求及设备运行时间要求各不相同；机电设备数量众多，能耗中心分散、种类繁杂，如暖通空调（环境控制）、日用热水、厨房和洗衣房、照明、医疗设备和IT设备、电梯等。尤其是病房、急诊及手术部等区域，设备基本上是全年365天，每天24小时连续运行，这必然导致耗能量和运行费用的大幅度增加。同时，设备长时间连续运行必然会造成损耗加速，维护保养工作的难度增加，工作量及备品备件需求量增加。因此，对设备运行管理要细化，结合各功能区域特点和工作时间要求，区别对待，细致划分，在不影响需求的前提下，有针对性地进行优化和控制，才能真正实现合理的节能增效。

下面针对照明和空调系统这两个高耗能系统，将笔者在近两年节能项目实践中发现的主要问题及解决方案加以介绍。

（1）医院照明设备运行时间长，能源需求各不相同，需按功能特点区别对待

笔者在实际项目走访中发现，医院建筑普遍存在很多区域“长明灯”的现象。由于大多数医院建筑的采光良好，可考虑白天采用分区域的照度控制，夜间适当减少灯光，如在病房床头设置床灯，在夜间固定时间集中关闭主要照明，走廊照明灯间隔开启或者只开装饰灯带，不开主灯，如有需要时再以人工方式就地开启。门诊、医生办公室、医技的绝大部分区域及管理用房的使用遵照正常工作时间，可通过楼宇自控系统或照明控制系统时间程序结合存在控制来进行管理；消毒、洗衣等部分后勤保障工作需要在夜间进行，在无人时和白天一定要做到人来灯亮，人走灯灭，避免不必要的浪费。这些节能运行方式都需要在设计阶段划分照明回路时就有所考虑，或在装修改造时进行调整。

此外，逐步采用高效发光光源代替低效光源，可在节能的同时提高照度、显色度，改善照明环境。按照笔者的经验，用T5（高效荧光灯和电子镇流器）替换T8（荧光灯和电感镇流器），可以节电20%以上，使照度提高10%以上，还可将显色指数由原来的70提高到85，并消除频闪现象。磨砂灯泡或白炽灯选用色温相当的节能灯替换，在照度不降低的前提下，可以节能50%以上，且寿命提高6倍以上。

（2）医院建筑对环境要求高，采暖通风空调系统能耗巨大

采暖通风空调系统是医院建筑的耗能大户，其能耗在某些医院要占到总能耗的45%以上，这是由医院建筑的功能需求及特点决定的。

首先，医院建筑新风量大，是普通办公楼的2倍左右，而空调系统负荷中，新风负荷是对能耗影响最大的部分，占空调总负荷的30%～50%。在保证空气质量的情况下，控制和正确使用新风是空调系统最有效的节能措施之一。可以利用楼宇自控系统中的焓值控制算法，在过渡季节及炎热季节的夜间，充分利用自然风，降低系统负荷；在其他时段，通过设置空气质量传感器，在保证环境质量的情况下，控制新风量，减少不必要的浪费。对于非污染区域空调机组，在条件允许的情况下，可增加热回收装置，预处理新风。

其次，大量以病房区域为代表的，设备全年365天，每天24小时连续运行的区域，因缺乏必要的管控措施，环境温度等均由病患及家属自行调整。笔者在走访中发现，这些区域风机盘管没有温度控制、设定温度过低、频繁调节、开窗吹空调等浪费现象非常普遍。针对这种问题，可以对房间风机盘管进行联网控制，根据该区域环境要求，集中进行温度设定，并通过增加窗磁开关，在开窗后延时关闭风机盘管，避免不必要的浪费。

第三，药局、挂号缴费大厅、候诊室等人员流动性大，人流周期性强的区域，高峰时段人员密度大，空气质量和环境舒适度不容易保证。此类区域空调设计裕量通常较大，可以采用变风量空调机组，必要时通过楼宇自控系统集成视频监视系统，根据人员流量数据统计进行优化控制。

此外，对温、湿度和洁净度控制精度要求高的区域，需要设置中、高效过滤器，以保证新风的洁净度，避免院内污染；而过滤器的增加必然会导致风机耗能的增加，在过滤器脏污的情况下，这种能耗浪费将更甚。针对这种情况，可充分利用楼宇自控系统的设备维护提醒功能，加强维护工作。对有恒温、恒湿及正、负压要求的区域，要以保证环境参数满足要求为主要任务，如对传染病房和隔离病房等要保持微负压、避免病菌扩散；对儿科病房、ICU则要保持微正压，以避免污染。对冷冻系统和循环系统，在条件允许的情况下，可以通过合理应用变频调速技术来优化系统运行，节能降耗。

总之，医院建筑空调系统节能技术及措施可归纳为八类，即减少冷负荷、提高制冷机组效率、充分利用自然冷源、降低水系统泵类设备电耗、降低风机电耗、自然通风、智能控制、余热回收。对于新建医院建筑，如能在考虑建筑主体节能的同时，再全面考虑空调系统综合节能技术以及机电设备运行优化节能措施，能够大幅度降低运行费用。

（3）医院建筑对供电连续性及电能质量要求高

持续稳定的电力供应是医院安全运行的基础，医院建筑的配电系统设计中已经充分考虑了供电连续性的问题。但是，笔者在实际项目调研中发现，很多医院的供配电设备由于不间断运行，无暇进行维护保养，存在一定的故障隐患；部分关键设备超期服役无备件，一旦出现问题，后果将非常严重。要实现节能，不仅要考虑降低能源消耗的直接成本，更要保证供电的连续性和稳定性，避免因供电问题引发的故障和事故导致的间接损失。

近年来，医院建筑广泛应用变频设备、节能灯、开关电源、UPS等非线性负载，由此产生的大量谐波电流注入到电网中，使电网电压产生畸变，导致谐波污染。笔者在实际项目调研中发现，医院建筑中谐波问题广泛存在，但由于医院现有供电设备检测手段有限，维护人员缺乏相关经验，故一直未引起关注。

谐波会导致电力变压器、电缆、发电机等供电设备损耗明显增大，绝缘提前老化；电力电容器无功补偿装置无法正常投切，电力电容器介质损耗增大、过热，甚至被击穿。一方面，这些情况会危害供配电设备安全，带来故障和事故隐患；另一方面，发热、噪声和损耗都是电能做无用功的表现，这部分能耗与基础能耗相关，但并未真正被利用，是节能潜力所在。

同时，系统谐波电流的大量注入将引起供电电源失真度上升。用电设备会受到供电电源失真度上升的影响，带来一系列潜在风险，例如部分精密医疗设备出现异常故障；数据传输间断并伴有工频交流噪声，导致传送错误、信息丢失等；含有电感、电容器件的电路温度升高，提前老化，使用寿命明显缩短等；保护装置异常动作，开关误动等。这些问题会影响医疗设备的操作精度，严重时将威胁病患的生命健康安全。

目前世界上最先进的谐波治理技术是采用动态有源滤波器，根据能源监测和管理平台收集到的谐波污染情况进行选型配置，对重点谐波源进行就地补偿，或对整个系统进行总补偿。动态有源滤波器能够针对配电系统内的谐波污染情况实现动态谐波补偿，响应速度可达到100μs，对阶跃变化谐波全响应时间小于10ms，完全能够应对谐波快速变化的情况；能同时滤除2～60次谐波，拥有高达20KHz的IGBT开关频率，滤波效率高；可同时兼顾滤波和无功补偿，不会与系统发生谐振；能自动限制100%额定容量输出，不会发生过载的危险；能提供易于操作的人机界面及用户节点，便于监控设备运行状态。这一技术对于保障医院建筑配电系统安全稳定运行，避免因谐波问题引起的故障停机、设备损坏、危害病患安全等间接损失，提高系统效率，实现间接节能有一定的意义。

4 结束语

节能是一项系统工程，需要立足医院建筑的能耗现状，综合考虑，整体规划，建立用能管理规章制度，按照系统节能方法，制订长期节能工作计划并分步实施，力争实现持续有效的节能增效，为缔造良好的就医环境，建设资源节约型和环境友好型的社会做贡献！