淺談醫院建筑節能

文｜施耐德電氣（中國）投資有限公司 萬美慧 孫 琳

1 前言

隨著社會的不斷進步和人民生活水平的不斷提高，人們對醫院的要求也日益提高。醫療技術的進步，診療設備配置的完善，對醫療環境人性化的需求，使得現代醫院建筑體量趨于龐大，功能日益復雜。隨之而來的是醫院建設初期投資、日常運營維護費用和能耗的持續攀升。

建設資源節約型和環境友好型的社會，是我國的基本國策，也是促進我國經濟實現可持續發展的重要保障。現代醫院建筑作為能耗大戶，當然是節能增效的重點。鑒于醫院建筑的特殊性，醫院節能更需要在保證整體安全性與可靠性的前提下，提高能源使用效率，降低維護成本，保證醫院環境整體的舒適度。本文將從醫院建筑及其業務特點出發，結合筆者在目前配合節能降耗的工作中面臨的問題，分析現有情況下的醫院建筑節能增效整體解決方案和改造措施，闡述如何通過能效審計，幫助醫院挖掘節能潛力，加強用能管理，優化機電設備運行，建立節能管理制度，從而持續推進醫院的節能增效工作；同時列舉在既有醫院節能改造中發現的問題，為新建醫院建筑的節能設計提供參考，以期提高新建醫院建筑的能源利用率。

2 目前醫院建筑節能工作的現狀

很多醫院在開展節能降耗工作時，并未對現有系統進行充分了解和能耗診斷，就著手進行單一節能產品的安裝或者節能措施的實施，之后也沒有對節能效果進行持續的跟蹤記錄和管理，既無法驗證節能效果，又無法確保獲得持續的節能效果。

眾所周知，建筑中采暖通風空調系統和照明系統是耗能大戶，它們的能耗約占到總能耗的75%左右，所以很多醫院的節能工作都是圍繞這兩個系統展開的。但是，由于事前的能耗診斷和事后的跟蹤記錄及管理的缺失，許多節能工作都未能收到預期的效果。例如，對于冷凍機組允許變流量，而且設計裕量較大的系統而言，對冷凍系統進行變頻改造會有比較明顯的節能效果，但由于很多醫院的空調水系統存在水力不平衡現象，并且末端沒有合理的溫度控制，甚至存在開窗使用空調的情況，而變頻閉環控制參數及采樣點又選擇不當，最終導致變頻器仍運行在工頻狀態下，形同虛設，根本無法達到節能預期。又如，在某醫院現有病房樓的改造中，為了加強管理，對病房風機盤管增加了溫度控制，但由于原有的中央空調冷凍水未做軟化處理，含有大量雜質，導致風機盤管冷凍水電磁閥頻繁堵塞，既浪費了改造資金，增加了維護難度，還沒有達到節能效果。再如，采用T5節能燈具替代T8燈具，理論上講節能效果會很好，操作也很簡單，但在實際使用中，往往由于目前廣泛存在的諧波、電壓波動過大等電能質量問題，導致燈具損壞嚴重，更換極為頻繁，備件費用高昂，綜合效果不佳。

更為糟糕的是，盲目改造在某些情況下還會引起不良后果。筆者在某醫院的能效審計中發現，該醫院為降低能耗，安裝了某種降壓節電設備，但由于配電系統中照明回路和插座回路混雜，導致部分對電壓敏感的移動醫療設備無法正常啟動，嚴重影響了正常醫療工作的開展。

可見，節能是一項系統工程，需要從加強用能管理出發，統籌規劃，整體考慮，通過分析能耗現狀，結合醫院業務特點和設備運行規律，找到主要耗能點，在此基礎上采取技術上可行、經濟上合理且環境和社會可以承受的綜合方案，減少從能源生產到消費各個環節中的損失和浪費，更加有效、合理地利用能源。

3 醫院建筑能耗特點及節能解決方案分析

現代醫院建筑趨向于規模大，功能錯綜復雜，對環境舒適度和安全性要求高；門急診、醫技、病房、手術部、后勤保障等的能源需求及設備運行時間要求各不相同；機電設備數量眾多，能耗中心分散、種類繁雜，如暖通空調（環境控制）、日用熱水、廚房和洗衣房、照明、醫療設備和IT設備、電梯等。尤其是病房、急診及手術部等區域，設備基本上是全年365天，每天24小時連續運行，這必然導致耗能量和運行費用的大幅度增加。同時，設備長時間連續運行必然會造成損耗加速，維護保養工作的難度增加，工作量及備品備件需求量增加。因此，對設備運行管理要細化，結合各功能區域特點和工作時間要求，區別對待，細致劃分，在不影響需求的前提下，有針對性地進行優化和控制，才能真正實現合理的節能增效。

下面針對照明和空調系統這兩個高耗能系統，將筆者在近兩年節能項目實踐中發現的主要問題及解決方案加以介紹。

（1）醫院照明設備運行時間長，能源需求各不相同，需按功能特點區別對待

筆者在實際項目走訪中發現，醫院建筑普遍存在很多區域“長明燈”的現象。由于大多數醫院建筑的采光良好，可考慮白天采用分區域的照度控制，夜間適當減少燈光，如在病房床頭設置床燈，在夜間固定時間集中關閉主要照明，走廊照明燈間隔開啟或者只開裝飾燈帶，不開主燈，如有需要時再以人工方式就地開啟。門診、醫生辦公室、醫技的絕大部分區域及管理用房的使用遵照正常工作時間，可通過樓宇自控系統或照明控制系統時間程序結合存在控制來進行管理；消毒、洗衣等部分后勤保障工作需要在夜間進行，在無人時和白天一定要做到人來燈亮，人走燈滅，避免不必要的浪費。這些節能運行方式都需要在設計階段劃分照明回路時就有所考慮，或在裝修改造時進行調整。

此外，逐步采用高效發光光源代替低效光源，可在節能的同時提高照度、顯色度，改善照明環境。按照筆者的經驗，用T5（高效熒光燈和電子鎮流器）替換T8（熒光燈和電感鎮流器），可以節電20%以上，使照度提高10%以上，還可將顯色指數由原來的70提高到85，并消除頻閃現象。磨砂燈泡或白熾燈選用色溫相當的節能燈替換，在照度不降低的前提下，可以節能50%以上，且壽命提高6倍以上。

（2）醫院建筑對環境要求高，采暖通風空調系統能耗巨大

采暖通風空調系統是醫院建筑的耗能大戶，其能耗在某些醫院要占到總能耗的45%以上，這是由醫院建筑的功能需求及特點決定的。

首先，醫院建筑新風量大，是普通辦公樓的2倍左右，而空調系統負荷中，新風負荷是對能耗影響最大的部分，占空調總負荷的30%～50%。在保證空氣質量的情況下，控制和正確使用新風是空調系統最有效的節能措施之一。可以利用樓宇自控系統中的焓值控制算法，在過渡季節及炎熱季節的夜間，充分利用自然風，降低系統負荷；在其他時段，通過設置空氣質量傳感器，在保證環境質量的情況下，控制新風量，減少不必要的浪費。對于非污染區域空調機組，在條件允許的情況下，可增加熱回收裝置，預處理新風。

其次，大量以病房區域為代表的，設備全年365天，每天24小時連續運行的區域，因缺乏必要的管控措施，環境溫度等均由病患及家屬自行調整。筆者在走訪中發現，這些區域風機盤管沒有溫度控制、設定溫度過低、頻繁調節、開窗吹空調等浪費現象非常普遍。針對這種問題，可以對房間風機盤管進行聯網控制，根據該區域環境要求，集中進行溫度設定，并通過增加窗磁開關，在開窗后延時關閉風機盤管，避免不必要的浪費。

第三，藥局、掛號繳費大廳、候診室等人員流動性大，人流周期性強的區域，高峰時段人員密度大，空氣質量和環境舒適度不容易保證。此類區域空調設計裕量通常較大，可以采用變風量空調機組，必要時通過樓宇自控系統集成視頻監視系統，根據人員流量數據統計進行優化控制。

此外，對溫、濕度和潔凈度控制精度要求高的區域，需要設置中、高效過濾器，以保證新風的潔凈度，避免院內污染；而過濾器的增加必然會導致風機耗能的增加，在過濾器臟污的情況下，這種能耗浪費將更甚。針對這種情況，可充分利用樓宇自控系統的設備維護提醒功能，加強維護工作。對有恒溫、恒濕及正、負壓要求的區域，要以保證環境參數滿足要求為主要任務，如對傳染病房和隔離病房等要保持微負壓、避免病菌擴散；對兒科病房、ICU則要保持微正壓，以避免污染。對冷凍系統和循環系統，在條件允許的情況下，可以通過合理應用變頻調速技術來優化系統運行，節能降耗。

總之，醫院建筑空調系統節能技術及措施可歸納為八類，即減少冷負荷、提高制冷機組效率、充分利用自然冷源、降低水系統泵類設備電耗、降低風機電耗、自然通風、智能控制、余熱回收。對于新建醫院建筑，如能在考慮建筑主體節能的同時，再全面考慮空調系統綜合節能技術以及機電設備運行優化節能措施，能夠大幅度降低運行費用。

（3）醫院建筑對供電連續性及電能質量要求高

持續穩定的電力供應是醫院安全運行的基礎，醫院建筑的配電系統設計中已經充分考慮了供電連續性的問題。但是，筆者在實際項目調研中發現，很多醫院的供配電設備由于不間斷運行，無暇進行維護保養，存在一定的故障隱患；部分關鍵設備超期服役無備件，一旦出現問題，后果將非常嚴重。要實現節能，不僅要考慮降低能源消耗的直接成本，更要保證供電的連續性和穩定性，避免因供電問題引發的故障和事故導致的間接損失。

近年來，醫院建筑廣泛應用變頻設備、節能燈、開關電源、UPS等非線性負載，由此產生的大量諧波電流注入到電網中，使電網電壓產生畸變，導致諧波污染。筆者在實際項目調研中發現，醫院建筑中諧波問題廣泛存在，但由于醫院現有供電設備檢測手段有限，維護人員缺乏相關經驗，故一直未引起關注。

諧波會導致電力變壓器、電纜、發電機等供電設備損耗明顯增大，絕緣提前老化；電力電容器無功補償裝置無法正常投切，電力電容器介質損耗增大、過熱，甚至被擊穿。一方面，這些情況會危害供配電設備安全，帶來故障和事故隱患；另一方面，發熱、噪聲和損耗都是電能做無用功的表現，這部分能耗與基礎能耗相關，但并未真正被利用，是節能潛力所在。

同時，系統諧波電流的大量注入將引起供電電源失真度上升。用電設備會受到供電電源失真度上升的影響，帶來一系列潛在風險，例如部分精密醫療設備出現異常故障；數據傳輸間斷并伴有工頻交流噪聲，導致傳送錯誤、信息丟失等；含有電感、電容器件的電路溫度升高，提前老化，使用壽命明顯縮短等；保護裝置異常動作，開關誤動等。這些問題會影響醫療設備的操作精度，嚴重時將威脅病患的生命健康安全。

目前世界上最先進的諧波治理技術是采用動態有源濾波器，根據能源監測和管理平臺收集到的諧波污染情況進行選型配置，對重點諧波源進行就地補償，或對整個系統進行總補償。動態有源濾波器能夠針對配電系統內的諧波污染情況實現動態諧波補償，響應速度可達到100μs，對階躍變化諧波全響應時間小于10ms，完全能夠應對諧波快速變化的情況；能同時濾除2～60次諧波，擁有高達20KHz的IGBT開關頻率，濾波效率高；可同時兼顧濾波和無功補償，不會與系統發生諧振；能自動限制100%額定容量輸出，不會發生過載的危險；能提供易于操作的人機界面及用戶節點，便于監控設備運行狀態。這一技術對于保障醫院建筑配電系統安全穩定運行，避免因諧波問題引起的故障停機、設備損壞、危害病患安全等間接損失，提高系統效率，實現間接節能有一定的意義。

4 結束語

節能是一項系統工程，需要立足醫院建筑的能耗現狀，綜合考慮，整體規劃，建立用能管理規章制度，按照系統節能方法，制訂長期節能工作計劃并分步實施，力爭實現持續有效的節能增效，為締造良好的就醫環境，建設資源節約型和環境友好型的社會做貢獻！