某综合医院能耗模拟及空调负荷分析

高瑞凯，张家瑶

（安徽省建筑设计研究总院股份有限公司，合肥 230601）

1 引言

随着我国医疗改革的不断推进，我国新建医疗建筑市场规模逐步扩大，且新建医疗建筑多是集门诊、医技、病房、科研等多种功能于一体的综合性建筑。截至2017 年10 月底，全国医疗卫生机构数达98.9 万个。

根据美国能源部统计计算，美国的医疗行业能耗为75kW·h/（m2·a）， 在手术、ICU 等特殊区域的单位能耗可达1 040kW·h/（m2·a）。路宾等通过对上海医院建筑用能状况调查统计得出；上海医院建筑单位面积年能耗量为76.0～109.1kW·h/（m2·a），且空调与供暖系统所占比例最大达到54%【1】。贾北平通过对山东省三所医院调研以及各种能源等效电折算得出：建筑的全年能耗密度值为80.6～155.0kW·h/（m2·a），其中供暖空调能耗指标为34.4～73.66kW·h/（m2·a），约占总能耗的 45%【2】。

有关资料表明，医院建筑供暖空调系统的年一次能耗是一般办公建筑的1.6～2.0 倍【3】。常规供暖空调系统设计过程中往往采用面积指标估算法、谐波反应法或冷负荷系数法，以典型设计日为基准进行计算。空调系统实际运行时大部分时间为部分负荷运行。这些部分负荷工况多样，往往在实际运行中出现问题，或难以满足环境要求或存在不合理的冷热抵消，导致能耗增加。通过对全年8 760h 逐时负荷模拟，可以了解实际运行中可能出现的各种工况，从而对系统方案和设备配置进行优化。

本文采用DeST-C 软件对合肥某医院项目进行全年能耗模拟，并进行负荷分析，为项目合理制定冷热源方案提供依据。

2 项目概况

项目总建筑面积 155 473m2， 地上 14 层，地下 2 层，最大高度58.45m，设计床位数1 100 床，位于安徽省合肥市。主要功能划分为：地下1 层、2 层地下车库、设备用房、核医学用房；裙房1～4 层门诊用房、医技用房、体检中心、手术用房、ICU等；5 层以上塔楼住院部。

3 设计参数

3.1 室外设计参数

项目位于合肥市，属于夏热冬冷地区，从DeST-C 分析软件数据库中调取合肥市气象参数。

3.2 室内设计参数

建筑室内热环境根据GB 50139—2014《综合医院建筑设计规范》、GB 50189—2015《公共建筑节能设计标准》设定，设定值见表1 。

表1 室内设计参数

3.3 围护结构参数

建筑体型系数0.10，屋顶传热系数K=0.39W/（m2·K），外墙K=0.50W/（m2·K），外窗K=2.10W/（m2·K），天窗K=1.86W/（m2·K）。

3.4 其他参数设定

其他参数的设定包括室内热扰的设定有室内人员、灯光照明和设备的热扰，均按照DeST-C 软件给定的参考值来设定。作息时间参照DeST-C 软件给定参考值并结合医院各功能用房实际使用需求设定。

4 能耗模拟及负荷分析

4.1 简化模型建立

根据建筑图纸，采用DeST-C 软件建立简化建筑模型。对相同业态的房间和区域进行合并处理。

4.2 能耗模拟及负荷分析

通过DeST-C 软件对建筑模型进行动态模拟，得出空调全年负荷如表2 所示。

项目实际空调面积89 992m2，模型空调面积94 128.54m2，误差为4.4%，模型建立较为准确。模型设定供暖季周期为12月 15 日～次年 3 月 15 日，总计 2 184h；供暖季周期为 6 月1 日～9 月30 日，总计2 928h。单位建筑面积全年供暖空调能耗指标为49.81kW·h/（m2·a）。

表2 建筑全年负荷统计

通过对模拟结果的建筑逐时负荷结果进行分析，可以得到供暖季热负荷分布时频图和制冷季冷负荷分布时频图，详见图1、图2。由图1 可知，热负荷主要集中在40%～90%区间内，占总供暖季的89.9%。由图2 可知，冷负荷80%以上出现的概率为0.79%，设计时可忽略此部分负荷，冷负荷0%～60%区间内，占总制冷季的96.24%。冷负荷0%～5%区间内出现概率为24.39%，由于夜间加强了自然通风降低了导致空调负荷降低，经分析此部分负荷基本上出现在20：00～次日9:00。

图1 供暖季热负荷分布时频图

图2 制冷季冷负荷分布时频图

为了提高夜间供暖空调设备的使用效率，提高系统能效，对夜间工作的ICU、手术室、病房等房间负荷进行单独统计，由分析结果可知，本项目供暖季夜间热负荷集中在2 000～4 000kW，制冷季夜间冷负荷集中在2 000～6 000kW，设计时可单独考虑冷热源设备。

计算分析了制冷季逐日空调总负荷和峰电时段逐日空调总负荷，以供冰蓄冷系统设计时蓄冰槽容量和制冰主机设定。逐日空调总负荷在175 000kW·h 以内的概率为87.7%，在225 000kW·h 以内的概率为98.36%；峰电时段日空调总负荷在30 000kW·h 之内的概率为58.2%，在50 000kW·h 之内的概率为75.41%，在60 000kW·h 以内的概率为90.98%，为降低系统运行费用，可考虑峰电时段系统全部采用蓄冰槽供冷。

5 结语

本文通过使用DeST-C 软件对合肥某医院项目进行全年负荷模拟计算，并对计算结果数据进行分析得出如下结论：

1）本项目单位建筑面积全年供暖空调能耗指标为49.81kW·h/（m2·a）；

2）本项目热负荷主要集中在40%～90%区间内，占总供暖季的89.9%；冷负荷0%～60%区间内，占总供暖季的96.24%，冷热源设备可按部分负荷配置；

3）本项目供暖季夜间热负荷集中在2 000～4 000kW，制冷季夜间冷负荷集中在2 000～6 000kW；

4）日空调总负荷在175 000kW·h 以内的概率为87.7%，在225 000kW·h 以内的概率为98.36%；峰电时段日空调总负荷在30 000kW·h 之内的概率为58.2%，在50 000kW·h 之内的概率为75.41%，在60 000kW·h 以内的概率为90.98%，为降低系统运行费用，可考虑峰电时段系统全部采用蓄冰槽供冷。如采用冰蓄冷系统可在上述范围内设定蓄冰槽容量，结合本文分析结果确定基载机、制冰机设备型号。