醫院綜合節能解決方案及案例分析

來源:互聯網 醫療改革 照明系統

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關鍵詞:醫院綜合節能

        現代醫院建筑是科學、技術、信息的載體,是社會發展、技術進步、人民生活水平和生活質量提高的重要標志。隨著人們生活需求的提高,對改善醫療條件的要求愈加迫切,醫療改革的推進,醫院將面臨著激烈的市場競爭,從改善病人就診環境、提高醫院內部管理技術手段考慮,許多新建的醫院建筑對空調、供熱設備的自控管理、安保及計算機網絡等諸多方面都提出了要求,醫院設計有賓館化的趨勢。醫院建筑是所有建筑中使用功能最為復雜的。隨著醫療技術的不斷進步,診療設備的不斷完善,醫院功能還將進一步增多。尤其是隨著人民生活水平的大幅度提升,醫院提供的已經不僅僅是單純的治療服務。患者對醫院的就醫環境和醫護人員對工作環境舒適程度的要求也越來越受到人們的重視,因此醫院的能耗也不斷上升。以一家傳統型綜合醫院為例,其日常能耗中,電力消耗最大,主要用于照明、電梯、空調和通風等設備。其次,醫院還以燃氣、重油等作為主要能源,用于供應蒸汽、熱水、消毒、洗滌、廚房以及冬季供暖等。
        深圳共有綜合醫院近三百家,在全市醫療衛生系統中推廣節能工作,意義十分重大。據我協會調查統計,深圳市全市各大醫院的平均節能潛力在25%以上。以我們2002年做的市政府節能改造示范單位——深圳市孫逸仙心血管醫院為例,該醫院共投入改造資金48萬元,改造前后期實地測算數據顯示,通過系統的節能改造,醫院年節省能耗開支達42萬余元。其中空調主機系統比改造前同期節電30%,循環系統節電率達35%以上,月平均減少開支4萬元左右。照明系統節電率31.7%,月平均減少開支5千余元,且安裝T5節能型熒光燈管后,照明亮度提高,為患者提供了更舒適的醫療環境,為醫護人員提供更好的工作環境,全院醫護人員和患者普遍反映良好。實踐經驗證明,通過節能改造,在提高醫院能源使用效率,降低服務成本的同時,醫院的空調照明環境整體舒適度也將得到明顯的提高。
        我國建筑物單位能耗很高,與氣候條件相近的發達國家相比,我國建筑物單位能耗是他們的2~5倍。水、電、空調、蒸汽、醫療氣體作為維持醫院運作之基本要素,其中以電力和醫療氣體最重要,若二者之一中斷,便會立刻危害到病患的生命,所以公用系統為醫療作業之命脈。系統設備以安全、可靠度為首要要求,但是公用系統亦為主要能源耗用設備,必須妥善管理以確保安全,并兼顧節約能源。在醫院能耗中,電力約占64%,為整個醫院之主要能源,瓦斯、重油等約占11%,主要用在供應蒸汽、熱水、消毒、洗縫、廚房及冬季暖氣,其中如以電力再分析如圖二,空調約占50%,照明、插座約占34%,所以空調、照明為醫院節能管理重點。


     

    圖1 傳統醫院能源費用結構分析

     

    圖2 傳統醫院電力耗用結構分析

    按以人為本的原則,對醫院系統進行空調和照明節能改造后,將使醫院的工作環境的舒適度大大提高,同時節約了20%以上的能源,空調及照明設備的壽命也將延長2~3倍,大大減少了設備的維修工作量;在減少使用電量的同時,也減少了因電力生產時對環境污染物的排放;投入資金回收期短,又具有良好的社會效益和經濟效益。
        由于系統的服務對象主要是病人,不允許出現任何差錯,系統的安全性與可靠性是必然的要求。不僅要創造室內高品質的環境,而且還要保護室外的環境。

    一、照明系統節能
        1、產品和技術
        目前市場上的照明節電產品主要分為兩種:
        傳統的發光效率低的光源(如:T8熒光燈、白熾燈、石英燈等)。
        發光效率更高的光源(如:T5熒光燈、緊湊型熒光燈、冷陰極燈或發光二極管)
        2、效用分析
        使用高效發光光源代替原有的低效光源,在節電的同時提高照度、顯色度,改善照明環境,從而給人們提供一個舒適、穩定的照明環境,既提高了工作效率亦保護了人體健康。用T5(高效熒光燈+電子鎮流器)替換T8(熒光燈+電感鎮流器),節電25%以上,照度提高15%以上,顯色指數由原來的70提高到85,消除了頻閃,T5熒光燈的壽命是T8的兩倍。磨砂燈泡或白熾燈泡選用色溫相當的節能燈替換,在照度不降低的前提下,節電60%以上,且壽命提高6至8倍。其余部分可根據各科室的不同要求來替換更高效的節能環保光源。
        如:T8 36W一套雙燈管(燈管+電感鎮流器)的功率為(36W+8W)×2=88W,用T5代替(熒光燈2支+1拖2電子鎮流器)只需28W×2+6W=62W,節電26W,以360天/年,日照明時間10小時,0.9元/度計算,年節電:0.026×360×10×0.9=84.24元 
    投資T5光源約需140元,投資回收期為:140/84.24=1.7年  

    二、空調系統節能

    空調能耗是建筑能耗的主要部分,約占醫院總能耗的50%左右,最大可占到建筑總能耗的65%,因此,醫院節能的主要任務是降低其空調系統能耗。一個良好、舒適、清潔的環境僅是空調的目的,也是現代醫療的一個不可缺少的部分。醫院建筑的現代化,必將使醫院空調擔負起更重的責任、更新的使命,空調也一定會為醫療事業作出更大的貢獻。
        醫院空調的設計參數主要是指空氣溫度、相對濕度、氣流速度、潔凈度以及室內空氣品質。由于醫院空調不僅僅是一種環境的控制,而且也是一種確保診斷、治療疾病、減少污染、降低死亡率的技術措施。但是醫院各室功能差異很大,所要求的室內設計參數也不同。為了防止污染、降低室內細菌和塵埃濃度,還對室內新風量、換氣次數、室內外壓差以及末級空氣過濾器等有一定要求。一般來說,凡是清潔、無菌、無塵、無臭以及怕污染的場所,應保持正壓;凡是有污染發生、有害氣體散發以及極大熱濕產生的室內,應保持負壓。無明顯的污染、熱濕及有害氣體發生,又無特殊要求的室內可與室外保持同壓,人員進出不會造成較大的影響。由于科室不同,設備繁多,要求各不相同。在確定室內設計參數時還要充分聽取醫護人員的技術人員的意見。
        我們應根據國家的相關標準與規范,如:《綜合醫院建筑設計規范》、《醫院潔凈手術部建筑技術規范》、《公共場所集中空調通風系統衛生標準》、《空調通風系統運行管理規范》、《醫院消毒衛生標準》,嚴格控制中央空調的衛生條件,杜絕由中央空調末端設備引起的二次污染。
        1、產品和技術
        空調節能的技術措施可歸納為矛和盾共八個方面:減少冷負荷、提高制冷機組效率、利用自然冷源、減少水系統泵機的電耗、減少風機電耗、采用自然通風、使用智能控制系統、中央空調余熱回收。
        1.1、盾是指減少冷負荷
        冷負荷是空調系統最基礎的數據,制冷機、水循環泵以及給房間送冷的空調箱、風機盤管等規格型號的選擇都是以冷負荷為依據的。如果能減少建筑的冷負荷,不僅可以減小制冷機、水循環泵、空調箱、風機盤管等的型號,降低空調系統的初投資,而且這些設備型號減小后,所需的配電功率也會減少,運行費用降低。所以減少冷負荷是空調節能最根本的措施。減少冷負荷有以下一些具體措施:
        ①改善建筑的隔熱性能
        房間內冷量的損失通過房間的墻體、門窗等傳遞出去的。改善建筑的隔熱性能可以直接有效地減少建筑物的冷負荷,深圳有一大型超市,玻璃采用貼膜后,主機系統能耗下降了30%-40%。改善建筑的隔熱性能可以從以下幾個方面著手:確定合適的窗墻面積比例。合理設計窗戶遮陽。充分利用保溫隔熱性能好的玻璃窗。單層玻璃采用貼膜技術。
        ②選擇合理的室內參數
        人體感覺舒適的室內空氣參數區域,大約是空氣溫度13℃~23℃,空氣相對濕度20%~80%。如果設計溫度太低,會增加建筑的冷負荷。在滿足舒適要求的條件下,要盡量提高室內設計溫度和相對濕度。
        ③局部熱源就地排除
    在發熱量比較大的局部熱源附近設置局部排風機,將設備散熱量直接排出室外,以減少夏季的冷負荷。
        ④合理使用室外新風量
        由于新風負荷占建筑物總負荷的20~30%,控制和正確使用新風量是空調系統最有效的節能措施之一。除了嚴格控制新風量的大小之外,還要合理利用新風,新風閥門采用焓差法自動控制,根據室內外空氣的焓差值自動調節新風閥門的開度。
        ⑤防止冷量的流失
        廳門、走廊門安裝風幕,可有效減少冷量的流失。
        1.2、矛是指提高制冷機組的效率
        評價冷源制冷效率的性能指標是制冷系數(COP,Coefficient Of Performance ),是指單位功耗所能獲得的冷量。根據卡諾循環理論,制冷系數ε1=To/(Tk-To), To為低溫熱源溫度,即蒸發溫度;Tk為高溫熱源溫度,即冷凝溫度。所以空調系統冷機的實際運行過程中不要使冷凍水溫度太低、冷卻水溫度太高,否則制冷系數就會較低,產生單位冷量所需消耗的功量多,耗電量高,增加建筑的能耗。提高冷源效率可采取以下一些措施:
        ①降低冷凝溫度
        由于冷卻水溫度越低,冷凝溫度越低,冷機的制冷系數越高。降低冷卻水溫度需要加強運行管理,停止的冷卻塔的進出水管的閥門應該關閉,否則,來自停開的冷卻塔的溫度較高的水使混合后的水溫提高,冷機的制冷系數就減低了。冷卻塔、冷凝器使用一段時間后,應及時檢修清洗。目前深圳市節能協會正在積極推廣一種冷凝器自動在線清洗裝置,能使冷卻水出水和冷凝溫差控制在1℃左右(相當于新機的效果),使冷凝器始終保持最佳熱轉換效率,主機節能10%左右。
        對于風冷主機,主機應盡量安裝在通風性能良好的場所,或增加排風機將冷凝廢熱抽到室外,或增加噴淋裝置實現部分水冷效果。
        ②提高蒸發溫度      
        由于冷凍水溫度越高,蒸發溫度越高,冷機的制冷效率越高,所以在日常運行中不要盲目降低冷凍水溫度。例如,不要設置過低的冷機冷凍水設定溫度;關閉停止運行的冷機的水閥,防止部分冷凍水走旁通管路,經過運行中的冷機的水量較少,冷凍水溫度被冷機降低到過低的水平。蒸發器注意清洗,保持高的熱轉換系數。
        ③制冷設備優選
        要選用能效比高的制冷設備,不但要注意設計工況下制冷設備能量特性,還要注意部分負荷工況下的能量特性,選用是要統籌考慮。
        1.3、利用自然冷源
        比較常見的自然冷源主要有兩種,一種是地下水源及土壤源,另一種是春冬季的室外冷空氣。深圳地下水及地下土壤常年保持在20℃左右的溫度,所以地下水可以在夏季可作為冷卻水為空調系統提供冷量,也就是地溫式空調的使用。第二種較好的自然冷源是春冬季的室外冷空氣,當室外空氣溫度較低時,可以直接將室外低溫空氣送至室內,為室內降溫。對于全新風系統而言,排風的溫度、濕度參數是室內的空調設計參數,通過全熱交換器,將排風的冷量傳遞給新風,可以回收排風冷量的70~80%左右,有明顯的節能作用。
        1.4、減少水系統泵機的電耗
        空調系統中的水泵耗電量也非常大。空調水泵的耗電量占建筑總耗電量的8%~16%,占空調系統耗電量的15%~30%,所以水泵節能非常重要,節能潛力也比較大。減少空調水泵電耗可從以下幾個方面著手:
        ①減小閥門、過濾網阻力
        閥門和過濾器是空調水管路系統中主要的阻力部件。在空調系統的運行管理過程中,要定期清洗過濾器,如果過濾器被沉淀物堵塞,空調循環水流經過濾器的阻力會增加數倍。
    閥門是調節管路阻力特性的主要部件,不同支路阻力不平衡時主要靠調節閥門開度來使各支路阻力平衡,以保證各個支路的水流量滿足需要。由于閥門的阻力會增加水泵的揚程和電耗,所以應盡量避免使用閥門調節阻力的方法。
        ②提高水泵效率
        水泵效率是指由原動機傳到泵軸上的功率被流體利用的程度。水泵的效率隨水泵工作狀態點的不同從0~最大效率(一般80%左右)變化。在輸送流體的要求相同,如果水泵的效率較低,那么就需要較大的輸入功率,水泵的能耗就會較大。因此,空調系統設計時要選擇型號規格合適的水泵,使其工作在高效率狀態點。空調系統運行管理時,也要注意讓水泵工作在高效率狀態點。
        ③設定合適的空調系統水流量
        空調系統的水流量是由空調冷負荷和空調水供回水溫差決定的,空調水供回水溫差越大,空調水流量越小,從而水泵的耗電量越小。但是空調水流量減少,流經制冷機的蒸發器時流速降低,引起換熱系數降低,需要的換熱面積增大,金屬耗量增大。所以經過技術經濟比較,空調冷凍水的供回水溫差4~6℃較經濟合理,大多數空調系統都按照5℃的冷凍冷卻供回水溫差工況設計。
        空調循環水泵的耗電量跟流量的3次方成正比,實際工程中有很多空調系統的供回水溫差只有2~3℃,如果將供回水溫差提高到5℃,水流量將減少到原來的50%左右,所以如果水流量減少50%,水泵耗電量將減少87.5%,節能效果非常明顯。   
        水系統采用變流量模糊控制變頻節能技術。
        在中央空調系統中,冷凍水泵、冷卻水泵和冷卻塔風機的容量是按照建筑物最大設計熱負荷選定的,且留有10%—15%的余量,在一年四季中,系統長期在固定的最大水流量下工作。由于季節、晝夜和用戶負荷的變化,空調實際的熱負荷在絕大部分時間內遠比設計負載低。一年中負載率在50%以下的運行小時數約占全部運行時間的50%以上。當空調冷負荷發生變化時,所需空調循環水量也應隨負荷相應變化。所以采用變頻調速技術調節水泵的流量,可大幅度降低水系統能耗。由于中央空調系統是一種多參量非常復雜的一個系統,即當氣溫、末端負荷發生改變時,水系統溫度、溫差、壓力、壓差、流量等均會發生長改變。單純的PID調節根本滿足不了要求,只有采模糊控制技術才能實現最佳節能控制。
        由于建筑全年平均冷熱負荷只有最大冷熱負荷的50%以下,通過使用變頻調速水泵使水量隨冷熱負荷變化,那么全年平均的水量只有最大水流量的50%左右,水泵能耗只有定水量系統水泵能耗的12.5%,節能效果是非常明顯的。 
        1.5、減少風機電耗
        空調系統中風機包括空調風機以及送風機、排風機,這些設備的電耗占空調系統耗電量的比例是最大的,風機節能的潛力也就最大,風機的節能也應引起最大的重視。減少風機能耗主要從以下幾個方面入手:定期清洗過濾網、定期檢修、檢查皮帶是否太松、工作點是否偏移、送風狀態是否合適。使用變頻風機將定風量控制改為變風量控制,降低送風的風速,減小噪音。末端風機改為變風量控制系統,可根據空調負荷的變化及室內要求參數的改變,自動調節空調送風量(達到最小送風量時調節送風溫度),最大限度的減少風機動力以節約能量。室內無過冷過熱現象,由此可減少空調負荷15%~30%。
        1.6、使用智能控制系統
        目前部分醫院的空調系統未設自控系統,空調設備的投入均由人工完成,對于面積較大的醫院,可能有上百臺空調箱、新風機組,運行管理人員連每天啟停空調箱都沒有足夠的精力去實現,更不用說適時地調整空調箱的運行參數,讓其節能運行。因此空調箱、新風機在空調季節只得讓它們全天24小時運行。如果為空調系統加裝樓宇自控系統,即使是最簡單的啟停控制,也可以極大節省空調能耗。另外也容易實現末端溫度的靈活設置。
        1.7、保持室內空氣清新
        室內環境污染已經成為危害人類健康的一個不容忽視問題,為了有效地解決空氣問題,杜絕室內空氣的污染,可采用雙向換氣裝置,這樣,送入的新風溫度基本相近于室內溫度,既可用于北方冬季室內保濕,又可用于南方夏季隔潮。而且在供熱和制冷時還可回收熱量,節約制冷供暖用能源可達30%以上。
        深圳市屬于海洋性氣候,夏季并不太熱,最高氣溫也就在33℃左右,晚上氣溫較低,深圳市夏季夜晚大多數時間是可以利用自然通風解決熱舒適的問題。如果自然通風解決的好,夏季可以節約一半的空調啟時間,而且室內空氣品質顯著提高。
        1.8、空調余熱回收
        壓縮機工作過程中會排放大量的廢熱,熱量等于空調系統從空間吸收的總熱量加壓縮機電機的發熱量。水冷機組通過冷卻水塔,風冷機組通過冷凝器風扇將這部分熱量排放到大氣環境中去。熱回收技術利用這部分熱量來獲取熱水,實現廢熱利用的目的。熱回收技術應用于水冷機組,減少原冷凝器的熱負荷,使其熱交換效率更高;應用風冷機組,使其部分實現水冷化,使其兼具有水冷機組高效率的特性;所以無論是水冷、風冷機組,經過熱回收改造后,其工作效率都會顯著提高。根據實際檢測,進行熱回收改造后機組效率一般都是提高5~15%。由于技術改造后負載減少,機組故障減少,壽命延長。目前該項技術廣泛應用于活塞式、螺桿式冷水機組。
        另外,采用冰蓄冷技術雖然不節能但可大幅降低醫院空調能耗。
        冰蓄冷技術是在用電低峰時蓄存冷量,而在用電高峰時放出所蓄存的冷量,可以實現對電網的“削峰填谷”。目前我國的許多地方都實行了分時電價、冰蓄冷電價等措施,因此有著很好的發展前景。
        蓄冷空調系統可以降低冷凍水的溫度,降低送風溫度,增加送回風溫差,減少送風量,從而大大減少風管截面積,減少了其占用空間,減少風機、水泵的功耗,因此雖然其初投資可能比常規空調系統稍高一些,但運行費用的降低將使得蓄冷系統很快收回增加的初投資,改善了空調系統整體的經濟性。
        1.9、空調及熱交換器自動清洗節能環保系統
        空調末端設備的熱交換器、冷凝水盤、過濾網等部件在陰暗、潮濕的環境下運行,為微生物的大量繁殖提供了生長條件。特別是過濾網前端的熱交換器,它介于過濾器與風機之間或風機之前,因無法清洗消毒而滋生繁衍了大量有害微生物,嚴重污染流經的空氣。
        目前一般采用人工化學清洗。污垢、水垢被化學、人工機械清洗暫時除掉后,隨著設備的從新啟用,新的污垢、水垢又不斷產生,這樣既不清潔,又降低了熱交換效率和制冷量,并回逐漸堵塞冷凝管降低了整套設備的運行效率,大大增加了損耗電量。驚人的多耗電產生了巨大的經濟損失,又造成嚴重的化學水污染。對于這一點,除了采用醫用中央空調的以外,還可采用空調及熱交換器自動清洗節能環保系統:
        ①      始終保持熱交換器管道清潔干凈,不產生任何污垢;
        ②      長期節能,降低用電成本;
        ③      杜絕化學清洗的污染、腐蝕,延長中央空調的使用壽命。
        2、效用分析
        對于一家醫院,如從基建時考慮到建筑主體節能,再全面采用中央空調系統綜合節能技術及冰蓄冷技術,空調運行費用可減少50%以上。以深圳地區的工程經驗來看,中央空調系統綜合節能技術以余熱回收技術投資回報最快,可控制在一年以內。

     三、電梯節能

    1、產品和技術
        1.1、VVVF電梯可采用全可控有源能量回饋器進行節能。
    采用變頻調速的電梯啟動運行達到最高運行速度后具有最大的機械功能,電梯到達目標層前要逐步減速直到電梯停止運動為止,這一過程是電梯曳引機釋放機械功能量的過程。此外,升降電梯還是一個位能性負載,為了均勻拖動負荷,電梯由曳引機拖動的負載由載客轎廂和對重平衡塊組成,只有當轎廂載重量約為50%(1噸載客電梯乘客為7人左右)時,轎廂和對重平衡塊才相互平衡,否則,轎廂和對重平衡塊就會有質量差,使電梯運行時產生機械位能。
    電梯運行中多余的機械能(含位能和動能)通過電動機和變頻器轉換成直流電能儲存在變頻器直流回路中的電容中,目前國內絕大多數變頻調速電梯均采用電阻消耗電容中儲存電能的方法來防止電容過電壓,但電阻耗能不僅降低了系統的效率,電阻產生的大量熱量還惡化了電梯控制柜周邊的環境。
    有源能量回饋器的作用就是能有效的將電容中儲存的電能回送給交流電網供周邊其他用電設備使用,節電效果十分明顯,一般節電率可達15%-50%。此外,由于無電阻發熱元件,機房溫度下降,可以節省機房空調的耗電量,在許多場合,節約空調耗電量往往帶來更大的節電效果。
        2、效用分析
        2.1 VVVF電梯采用全可控有源能量回饋器進行節能,單臺回饋器的價格為15000元,投資回收在2.5年左右,如計算節省的空調費用,投資回收在2年以內。

     四、燃油鍋爐節能技術

    采用水源熱泵型熱水機組或風冷熱泵代替燃油鍋爐制熱水,除用于生活熱水外,也可用作燃油鍋爐的補充用水。
        相比較傳統的燃油鍋爐,熱泵型熱水機組具有以下的優點:
    ①效率高,節能顯著。深圳市地處亞熱帶,年均氣溫在20~25℃之間,使用熱泵機組制熱效率高,制熱系數為εhn=4~8。設備除生產50~55℃熱水相對于原有鍋爐制熱水節省能耗量費用70%,還可以用與制冷。如建筑物需制冷量大時可以將機組是熱時的副產物——冷凍水接入原有中央空調冷凍系統中加以利用則相對與原有鍋爐節省能耗100%;
    ②體積小,重量輕,可直接附設在中央空調機房內或附近,占用建筑面積小;
    ③環保性能好,無污染物排放;
    ④電腦自控,無需人工管理;
    ⑤具有防止結垢和水質軟化處理功能;
        為調節熱水在高峰期的使用需求,需加裝一儲熱水箱。技改后,該熱水管網并入原熱水管網、冷水管網并入中央空調冷凍水管網,使兩個系統既可獨立運行、互為備用,又可以同時運行、互相補充。
        另外,平常還可采用太陽能熱水器供應熱水,進一步達到節電節能的目的。
        2、效用分析
        如果一醫院年用熱水量約36000噸。則鍋爐年用柴油約20多萬升,年油費約80萬元,除了可回收的冷凝水部分,鍋爐每天需要補充25℃的常溫水4噸,用來產生蒸汽。
    采用熱泵機組制熱水,投資約為75萬元,每月可節約能耗費用約38774元;按每年使用8個月計,投資回收期在2.4年左右。在設備使用壽命的15年內產生的總效益約為465.3萬元(冷凍水接入原中央空調冷凍系統中加以利用節省的能耗未計算在內)。

    五、醫院污水處理投資和節能

    醫院污水處理不僅僅是技術問題,而且是衡量醫院服務質量和管理水平的重要標志。
        設備選型直接影響工程費用和運行費用。我們可對現有設備進行更新改造,采用國家科技部門推薦的無動力醫院污水處理裝置,進一步降低能耗和運行費用。

    六、加強能源管理

    再好的節能措施也必須要人來維持,醫院本身也要制定用電用水管理規章制度,建立節能獎勵制度和浪費能源處罰制度。
        節約能源工作,大有可為,在綜合醫院認真扎實地抓好此項工作,對提高后勤保障資源的利用效率、降低服務成本,決不是一個小數目,我們應給予足夠的重視。


    (審核編輯: 智匯小新)

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