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医院用能特点与暖通空调系统节能

随着我国经济不断发展，人民对医疗的需求也不断增长，我国卫生保健事业进入快速发展时期。各地新建、改建了大量的医疗卫生设施,一些医院配置了许多先进诊疗设备,建立了完备的检验、分析、诊断用科室。它们中许多规模较大,所使用设备对环境要求较高,空调通风及其他系统的用能也越来越大。医院作为高能耗建筑的同时，也意味着其存在巨大的节能空间。在当前能源紧缺和国家节能排的大环境下，研究医院的用能特点及其暖通空调系统节能有重要的意义。
1、医院建筑的用能特点
医院不同于一般的公共建筑。它的正常使用关系到患者的身体健康、生命安全。所以其能源供应既要求不能中断，还要求必须保证供应品质。这都说明了医院能源供应的重要性。随着医疗技术的不断进步和诊疗设备的不断更新，医院建设的相关标准已大大提高，各项能耗也随之不断上升。医院能耗日益增大是一个客观的事实，其中原因很多，但主要原因有以下几点。首先，新建、改建的医院面积不断增长，众多诊疗设备不断进驻，导致其用电负荷不断增长。其次，医技、医务等部门出于卫生考虑，有大量的蒸汽和热水要求。另外，医院为了给病人及医护人员提供良好的就医及工作环境，满足治疗过程特殊的温湿度要求，需要增加制冷、采暖、加湿、通风负荷。医院能耗包括：采暖、通风、空气调节、蒸汽、热水、照明、医技设施及其他动力设施等能耗。其中，空调能耗（采暖、通风、空气调节）和供热能耗（热水、蒸汽）占有很大份额，已达到总能耗的60%左右，并且比例还在不断提高。
2、医院暖通空调系统的功能
医院作为特殊的公共建筑，其暖通空调系统不仅仅要保证来院患者、陪同人员及医护人员的舒适度和必要的空气品质，更重要是要保证其他许多特殊要求。
2.1 医院暖通空调是防止交叉感染的重要措施
医院是各种各样病患者的聚集场所，他们既是自身免疫力非常弱的人群，同时又是各种细菌、病原体的携带者、产生者，这就需要医院建筑设计从防止交叉感染的层面给予足够的重视和考虑。尤其是其暖通空调系统应根据各科室的不同职能、性质，严格细化分区，维持各个不同功能房间的合理压差，控制空气流向，合理选择气流组织形式。例如感染疾病科、手术室、病房的空调通风设计截然不同。感染疾病科内为负压，周围空气流向科室内，保证有害病菌不外泄；手术室（正负压手术室除外）内为正压，保证气流从手术室流向洁净走廊、辅助用房、缓冲，最终流向手术部区域外，总体方向是由洁净区流向污染区；病房的压力为微正压，气流大部分流向和病房配套的负压卫生间，一部分由窗流向室外。这三种科室类型只是医院众多功能的一小部分，但是他们基本代表了医院暖通空调系统的一个基本原则，就是合理控制压差，保证气流组织、流向，达到抑制有害物质扩散，防止交叉感染发生。
2.2 医院暖通空调是治疗康复的重要手段
医院空调的功能绝不仅是提高环境的舒适度，在多数情况下，适宜的空调环境是治疗和康复的重要因素，在某些情况下，甚至是主要的治疗方法。根据研究证明，烧伤病人的康复需要热、湿的环境，病室的温湿度达到干球温度32℃和相对湿度95%最适宜治疗。而甲状腺功能亢奋患者为了促进皮肤辐射散热和蒸发散热，缓解病情，需要凉爽、干燥的环境。心脏病患者特别是充血型心衰病人，因血液循环不足导致无法正常散热，需要空调做为辅助治疗方法。根据上述临床举例可以看出，医院的暖通空调已经成为治疗、康复的重要手段。
2.3 医院暖通空调是医院运行的重要保障
随着现代医院医疗技术的进步，管理经验的提高，各种先进的医疗设备、信息设备成为医院的标准配置。这些设备散热量大，需要独立的机房，有自己固定的温湿度要求，其中一部分还需要净化要求。为了保证设备的稳定性，可靠性，需要为这些功能用房设置独立的空调系统。其中一些设备产生或可能产生有害物质，还需要单独的排风设施。例如：普通X光室、CT室、电子加速机科室、核磁共振机科室、信息中心、计算机房等。从上述举例不难看处，医院空调系统已经成为疾病诊断治疗及医院正常运转强有力的、不可或缺的技术保障。
3、医院暖通空调系统的能耗
正是由于上述对医院暖通空调系统的功能要求，才使得整个系统的能耗居高不下，下面进行一下具体分析。首先随着办公自动化和先进诊疗设备的出现，各科室的设备散热量大幅提高，使得空调的冷负荷本身就很大。其次，由于各科室的温湿度要求均有所不同，使用时间上也不尽一致，而且不能完全保证相近室内参数的科室在建筑平面上相邻，导致空调系统分区必须细化，以此满足科室在不同时间独立控制、调节房间参数的功能。从而致使机组、风机长时间运行,能耗增加。
为了保证各科室内的空气品质，维持合理的压差、空气流向，以达到防止通过空气交叉感染的效果，就需要加大新风量及送风量，并保证一定的排风量与送风量相匹配。这样的结果是新风负荷很大，运行能耗高，这也是由医院建筑的性质所决定的。洁净手术部就是典型的例子:手术室内有大量先进医疗设备，人员多，散热量大，冷负荷高达250-350W/m2。另外，为了保证气流方向、压力梯度、洁净度，空调系统需要较大新风量，并维持相应的换气次数，所以新风负荷及运行能耗都非常高。
由于各科室负荷分散，空调系统的水路及风道较长，从而导致系统的驱动能耗比普通公建大。
4. 医院暖通空调系统的节能措施和技术
4.1 选择合理的冷热源方案
医院的功能复杂，各个科室的使用时间和空调负荷特性不尽相同。在冷热源配置时，除满足最大负荷外，还应注意最小负荷时，冷热源能否正常运行和有较高的能量效率。例如：在医院综合楼中，只有病房、急诊室和手术室有夜间负荷。但在最小负荷发生的过渡季夜间，也许只有少数几间手术室在使用。为应对这种情况，在夏热冬冷地区，通常采用独立空气源热泵机组作为急诊室、手术室及ICU过渡季空调的冷热源。所以，最大、最小及特殊负荷均应统筹考虑，才能打造出灵活、高效的运行系统。
4.2 合理的新风量调节
暖通空调系统摄入新风量是要达到调节室内空气质量，维持房间正压，防止交叉感染等目的。在满足室内卫生要求的前提下，在非工作班或患者较少时，适当减小新风量，对于降低新风及运行能耗，是有显著效果的。另外，新风系统上的过滤净化装置应该定期清洗更换，保持清洁，以维持其正常的工作效率和较低的流通阻力，达到降低运行能耗的目的。
4.3 过渡季取用室外空气作为自然冷源
当供冷期间出现室外空气比焓小于室内空气比焓时（过渡季），应该采用全新风，这不仅可以缩短制冷机组的运行时间，减小新风能耗，同时也可以改善室内空气品质。采用此项节能措施时，应设置最小及最大新风阀，既能保证冬夏季的最小新风量，又能保证过渡季全新风运行。
4.4 降低空气和水输送过程中的能耗
从风机和水泵的轴功率计算公式N=LP/η不难看出，要减少功耗（N），就应该从三个方面入手：减小流量（N），降低系统阻力（P），提高风机、水泵效率（η）。为了减小流量，通常采用加大送风、供水温差的做法。大温差不仅能减少输送过程的能耗，同时减小了管路的断面，从而降低了管路的初投资。当然一味的加大温差也会导致设备的性能受到影响，使冷源能耗增加，所以应综合系统总能耗、输送能耗和冷源能耗，选择合理温差。而降低系统阻力是通过采用低流速实现的。因为水泵、风机的功耗基本与管路中流速的平方成正比，因此要想达到节能效果
就不要选用高流速。另外，输送设备的效率也是值得关注的。风机、水泵的最佳工作点不仅有自身的因素，而且也取决于所在管路的阻力特性。在设备选型时应该同时研究管道的阻力特性及在部分负荷时阻力的变化情况，使所选设备与之相匹配，达到节能效果。
4.5 医院暖通空调系统中采用的节能技术
空调系统节能技术种类很多，大多数也比较成熟，主要有热回收、冷却塔供冷、蓄冷技术、变频调速技术、设备自动化系统等。这些技术在特定的地域、特定的时间、特定的建筑负荷条件及特定的部位被选用，可充分发挥其作用，达到节能的目的。
医院建筑节能是一个系统工程，涉及各个相关专业。而暖通空调系统的实施主要取决于设计、施工、运行管理的正确性、合理性和规范性。但在现实工程中存在很多问题，导致其系统不节能。
在设计过程中，设计人员往往仅关注暖通空调本专业范围内的技术措施，而对于其他专业涉及节能方面的技术、指标参与意见很少。例如：建筑专业对建筑的朝向和外形、围护结构的保温性能、外窗的隔热密封、遮阳技术的选择。建筑节能不但可以削减30%～50%的空调负荷，减少在暖通空调系统上的投资，同时还可以节省大量的运行费用。另外，设计人员通常把注意力集中在系统中采取何种节能措施、节能技术，而忽视对基础参数、设备型号的慎重选择。例如采用保守的室内温湿度、风速参数，不进行逐时负荷计算或者负荷计算取值偏离实际值较大，设备选型不按实际负荷选配，选型过大。室内参数选择、负荷计算、设备选型都是暖通空调设计的基础、根本工作。如果取值均放大，将导致负荷、能耗层层放
大，系统设备投资激增。
在整个工程进度中，工程管理者总是注重设计、施工过程，而对暖通空调系统日常的调试、运行管理重视不足。据资料显示，医院建筑的造价一般只占建筑物寿命周期内总费用的11 %左右,而运行费用则占50 %以上。良好的系统维护管理可延长空调系
统的使用寿命,减少设备更换开支,保持较高的系统运行效率，达到节能目的。换句话说，一个设计再好的节能系统，如果管理维护不善，一样不节能。
5、结语
医院是用能量较大的建筑，用能特点有其自身特殊的因素。而医院暖通空调系统用能约占整个医院用能的一半以上,因此其节能潜力有很大的空间。暖通空调系统有很多节能措施和技术，都已非常成熟，能够达到良好的节能效果。但整个系统的节能是个系统工程，不能孤立的关注某个环节，而必须通过投资者、设计师、施工者、系统运行维护人员的通力合作才能完成,节能工作必须从建筑设计、暖通空调系统设计、系统维护、运行管理各方面展开,才能有效地实现降低医院能耗的目标。
本文取材于互联网，作者：北京市建筑设计研究院有限公司 李强