醫(yī)院建筑節(jié)能潛力與技術分析
醫(yī)院建筑節(jié)能改造應從節(jié)能潛力大,操作性強,適合大面積推廣且具有良好投資效益的技術入手。根據(jù)行業(yè)對醫(yī)療建筑用能特點的研究,在醫(yī)院全年能耗中,約40%~50%消耗于空調(diào)制冷與采暖系統(tǒng),約10%~20%用于照明,約15%~20%用于生活熱水及醫(yī)用、廚房蒸汽。實踐表明,對于醫(yī)院建筑空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能改造具有周期短、收效快、易實現(xiàn)的特點,因此,本文著重就醫(yī)院建筑空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造的相關技術進行總結(jié)和梳理。
1.醫(yī)院建筑總能耗現(xiàn)狀
依據(jù)上海市發(fā)布的DB31/T553-2012《市級醫(yī)療機構建筑合理用能指南》,目前市級綜合醫(yī)院的單位建筑面積綜合能耗指標合理值及先進值如下表所示。
表1.綜合醫(yī)院建筑面積綜合能耗指標合理值及先進值
類型 | 單位能耗 [kgce/(m2?a)] | |
合理值 | 先進值 | |
單位面積床位≥100 m2/床,單位面積門急診人次<20人次/ m2 | ≤71 | ≤58 |
單位面積床位≥100 m2/床,單位面積門急診人次≥20人次/ m2 | ≤76 | ≤59 |
單位床位面積<100 m2/床,單位面積門急診人次<20人次/ m2 | ≤77 | ≤60 |
單位床位面積<100 m2/床,單位面積門急診人次≥20人次/ m2 | ≤81 | ≤62 |
對比上海市星級飯店、大型商業(yè)建筑、市級機關辦公建筑、高校建筑合理用能指南,僅大型商業(yè)建筑的綜合能耗指標高于醫(yī)院建筑,其他類型建筑的綜合能耗指標均低于醫(yī)院建筑,可見醫(yī)院建筑存在很大的節(jié)能潛力。
2.醫(yī)院建筑分項能耗現(xiàn)狀
醫(yī)院建筑的用能系統(tǒng)種類相對其他類型建筑而言更為全面,涵蓋了空調(diào)供冷及供熱、生活熱水、照明、醫(yī)用蒸汽、動力、食堂炊事、醫(yī)療設備、辦公設備等,基于30家以上綜合性醫(yī)院的節(jié)能改造及節(jié)能診斷工作,大致梳理出了目前上海市綜合性醫(yī)院的分項能耗現(xiàn)狀,如下餅圖所示。
上海市綜合性醫(yī)院分項能耗現(xiàn)狀餅圖
從以上分項能耗餅圖可以看到,在醫(yī)院總能耗中,空調(diào)系統(tǒng)能耗(包括空調(diào)冷源、熱源、水系統(tǒng)、末端)約占42%;其次為生活熱水系統(tǒng)和照明系統(tǒng)能耗,約各占12%;另外,蒸汽系統(tǒng)能耗也占到8%;剩余的醫(yī)療設備、辦公、動力等系統(tǒng)占全院能耗約23%。從中也可以得到,對于醫(yī)院建筑的節(jié)能改造重點主要是空調(diào)系統(tǒng)、生活熱水系統(tǒng)、照明及醫(yī)用蒸汽系統(tǒng)。以下就醫(yī)院建筑各用能系統(tǒng)存在的問題及相應改造技術進行展開。
3. 醫(yī)院建筑用能存在的問題分析
醫(yī)院不同于其他公共建筑,通常均是一個建筑群,包含的建筑類型及功能,如住院樓、門急診樓、醫(yī)技樓、行政樓、后勤樓、食堂、宿舍等等,不同建筑的能耗狀況各不相同,對醫(yī)院內(nèi)不同類型建筑能耗狀況進行調(diào)查,掌握不同類型建筑的能耗特點,了解各類型建筑用能存在的問題及節(jié)能潛力,是有效開展節(jié)能改造工作的前提。近年來開展的大量醫(yī)院建筑的節(jié)能改造及節(jié)能診斷工作,積累了較多難得的醫(yī)院建筑用能情況的第一手信息資料,現(xiàn)將醫(yī)院建筑用能存在的主要問題總結(jié)如下。
4. 醫(yī)院建筑在冷、熱源方面問題
(1)冷水機組、鍋爐選型偏大,既增加初投資又提高日常運行成本;(2)冷水機組的冷凍水進出口溫差小,很多項目實際僅2~3℃左右;(3)冷水機組運行策略不合理,包括:
①“大馬拉小車”的運行方式降低了冷水機組能效比(COP)。
②冷水機組出口溫度設定不合理。
此外,污垢熱阻導致冷水機組蒸發(fā)器和冷凝器傳熱系數(shù)下降,機組性能系數(shù)降低。
5.醫(yī)院建筑在輸配系統(tǒng)方面存在的問題
(1)冷凍、冷卻、采暖水泵選型偏大,水泵處于大流量、小溫差工作狀態(tài)。
(2)采暖空調(diào)水系統(tǒng)水力不平衡。
(3)采暖空調(diào)水泵定流量運行,輸送系數(shù)(單位水流量的水泵能耗)高于標準規(guī)定。
6. 醫(yī)院建筑在末端系統(tǒng)方面存在的問題
(1)存在盲目提高室內(nèi)溫度要求的現(xiàn)象。
(2)新風系統(tǒng)基本不可調(diào),無熱回收裝置;部分新風系統(tǒng)存在新風口堵塞現(xiàn)象,不能滿足新風要求。
(3)風機盤管水系統(tǒng)未設置電動兩通閥。
(4)風機功耗過大,無變頻措施。
7.醫(yī)院建筑電氣、照明及辦公設備存在問題
(1)變壓器負荷率偏低。
(2)空調(diào)控制系統(tǒng)不完善。
(3)未使用高效節(jié)能燈具。
(4)建筑的樓宇智能化水平較低,大部分仍只是局限于安防、門禁系統(tǒng),而對于建筑內(nèi)其他機電設備(空調(diào)、照明、給排水等)基本無有效智能控制系統(tǒng)或控制系統(tǒng)處于癱瘓狀態(tài)。
8. 醫(yī)院建筑在圍護結(jié)構方面存在的問題
(1)圍護結(jié)構保溫隔熱性能差,大部分建筑采用普通單層玻璃,雙層玻璃和鍍膜玻璃只占較少一部分。
(2)公共建筑為追求外立面效果,建筑師采用大比例的透明玻璃幕墻。
(3)外窗外遮陽技術應用少。
(4)較多公共建筑的窗框為普通鋁合金窗框,未采取斷熱措施。
9. 醫(yī)院建筑在管理環(huán)節(jié)方面存在的問題
(1)未根據(jù)不同功能房間使用時間對空調(diào)系統(tǒng)進行分區(qū)、分時管理。
(2)部分冷凍水經(jīng)未開啟的冷水機組旁通。
(3)個別輔助房間(庫房、衛(wèi)生間等)溫度設置標準偏高,造成能源浪費。
(4)辦公人員行為節(jié)能意識不強。
10. 冷熱源系統(tǒng)節(jié)能改造技術
醫(yī)院建筑在進行冷熱源系統(tǒng)節(jié)能改造時,通常有兩種思路:
(1)充分挖掘現(xiàn)有冷熱源設備的節(jié)能潛力,通過少量的投入來提高系統(tǒng)能效,達到滿足需求的目的;
(2)在現(xiàn)有冷熱源設備無法滿足使用需求或能效顯著低于市場高能效設備時,可考慮更換設備。如采用水冷離心機替代溴化鋰機組供冷。
空調(diào)冷熱源系統(tǒng)節(jié)能改造的技術眾多,大致可分為以下幾類:
(1)采用高效的鍋爐、制冷設備等;
(2)完善冷、熱源設備的自控措施,實現(xiàn)按實際冷、熱需求控制(如機房群控措施)。
(3)合理利用可再生能源技術(如太陽能熱水、地源熱泵技術等)。
(4)采用蓄能空調(diào)技術,可以起著“移峰填谷”的作用,轉(zhuǎn)移電力高峰期的用電量(可達50%~100%),平衡電網(wǎng)的峰谷差,并與低溫送風、大溫差空調(diào)水系統(tǒng)等技術結(jié)合,可降低空調(diào)系統(tǒng)能耗15%~30%。
(5)鍋爐煙氣余熱、冷凝熱回收等技術。
11. 空調(diào)水輸配系統(tǒng)節(jié)能改造技術
水泵在整個空調(diào)系統(tǒng)中,是耗能大戶,造成水泵能耗偏高主要有兩方面的原因:一是水泵設計選型過大;二是部分負荷下水泵沒有根據(jù)負荷變化很好地變頻調(diào)節(jié)。通常,空調(diào)水系統(tǒng)的常規(guī)節(jié)能改造技術有:
(1)采用變頻控制技術,空調(diào)水系統(tǒng)節(jié)能率可達到10%~50%。
(2)進行水系統(tǒng)平衡調(diào)試,解決水力平衡問題同樣可以達到節(jié)能的效果。
(3)加強末端調(diào)控:依據(jù)多個改造項目的實踐,發(fā)現(xiàn)多數(shù)風機盤管末端相應的電磁閥均不作用,這就會造成雖然工作人員做到了人走關風機盤管,但冷凍水依然在房間的盤管內(nèi)循環(huán)流動,增大了系統(tǒng)的冷凍水流量,從而增大了冷凍泵能耗。
12.空調(diào)末端系統(tǒng)節(jié)能改造技術
末端系統(tǒng)的主要任務是在建筑內(nèi)對空氣進行處理和輸配。當建筑負荷發(fā)生變化時,末端系統(tǒng)通過改變新風量、總風量、靜壓、送風溫度、送風濕度中的一個或多個參數(shù)來保持建筑內(nèi)環(huán)境的舒適性。末端系統(tǒng)的初狀態(tài)設定和運行中的調(diào)節(jié)對能耗和舒適性都有很大的影響。
在末端系統(tǒng)節(jié)能改造中,主要有以下節(jié)能技術:
(1)定風量系統(tǒng)的總風量控制;
(2)空調(diào)末端變風量控制;
(3)設置合適的最小新風比;
(4)排風全熱回收技術。
13. 低成本無成本節(jié)能改造技術
既有醫(yī)院各分項能耗特點和節(jié)能相關主題都不盡相同,應該分別對待,很多運行管理方面的細節(jié)和小改動都會很大程度地降低能耗。而對于行業(yè)競爭者具備更專業(yè)地更全面的運行管理經(jīng)驗與能力,已有改造項目(仁濟醫(yī)院、上海市精神衛(wèi)生中心等)在現(xiàn)場運行團隊的專業(yè)管理下,實際節(jié)能效益均超過預期。以下簡單梳理在運行管理方面的相關經(jīng)驗。
(1)數(shù)據(jù)管理
收集并分析好日常運行能耗數(shù)據(jù)能夠幫助早期發(fā)現(xiàn)問題、準確計算節(jié)能量,并能夠直觀地向業(yè)主展示節(jié)能成果。
(2)室內(nèi)/室外空氣管理
充分利用夜間預冷,實踐證明充分利用夜間預冷可以一定程度減少空調(diào)主機能耗。
充分利用免費冷卻,即室外空氣溫度低于室內(nèi)設定點溫度時,開啟室外空氣風閥,全新風運行。
(3)空調(diào)系統(tǒng)運行管理
根據(jù)需求預設定冷機、鍋爐等設備的運行時間,避免末端無需求時的設備運行浪費。
o 根據(jù)室外溫度、室內(nèi)負荷需求等及時調(diào)整冷機出水溫度。
避免過渡季節(jié)冷機通電待機能耗。
o 定期清潔維護空調(diào)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)設備,執(zhí)行正確的運行規(guī)定和程序,進而改善各用能設備的運行工況和運行效率。
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