上海市医院能耗现状与节能对策

上海市医院能耗现状与节能对策 1(医院特点与节能前提 (1)医院是病原体与易感人群聚集的特殊场所，院内感染中最难于控制的是气溶胶传染 与手术部位感染 (2)控制院内感染，尤其是控制关键科室(手术室、无菌室、隔离病房等)交叉感染就是最 大效益。环境控制系统必须是有效、安全、冗余。 (3)在保障医疗与控制感染的前提下尽可能降低造价与能耗。 (4)中国医院体量大、就诊人数、手术人数、看望陪同人员之多，世界独一。室内发菌量与 室外大气含尘量大。医院环境控制与节能技术要有自主技术与创新。 (5)国外推销的总是自己的优势技术(美国智能化、VAV，日本VRV，欧洲绿色技术)，回避 自己的劣势。 2(上海“十五”新建大型医院的特点 (1)整个医院院区规划完整性突出，并不是独栋建筑的简单组合，门急诊、医技、药剂、住院 各部门连通便利。 (2)体现医科教研综合性，院区功能分区明确。 (3)整个建筑群为全空调环境，设施系统、医疗设备、通讯与信息，配备有BA或智能化系统。 (4)医院更加重视主体建筑的形象代表性，医疗环境追求宽敞、明亮、舒适的现代建筑风 格，重视环境绿化。 医院建设是明年拉动内需重点之一。上海市韩正市长批评医院不像医院，外面看不像医 院，里面看也不像(医院病房大楼宾馆化，门急诊展厅化，大体量综合楼化)。医院不同于一般公 共建筑，有其特性。医院建设如何处理好医疗、造价与运行能耗关系是关键。 3(医疗建筑能源费用和用能状况的调查和 近年在上海申康医院发展中心领导下，课题组对上海医疗建筑能源费用和用能状况进行 了大规模调研。 (1)调查分析对象 十五期间上海申康医院发展中心所辖23家市级三甲医院的新、 改、扩建医疗建筑。 实际参与医疗机构(按测评时间排序) 岳阳医院，第六人民医院，曙光医院，肺科医 院，公共卫生中心，瑞金医院，精神卫生中心，龙华医院，第九人民医院，华东医院，第一妇婴保 健院，胸科医院，儿童医院，第,人民医院等14家医院(共16个院区)。 信息统计时段2oo7年7月至今。 测试时段2oo7年7月一8月整整两个月(夏季)。 关键 如何处理这些庞大、繁杂的数据，寻求有用信息。 (2)医院用能状况调查 ? 随着医疗技术的进步、诊疗设备的发展、医院建筑规模扩大、各科室环境控制的提 高，在未来一段时间内，医院建筑能耗绝对值仍可能有所上升。单纯地降低能耗不可能有效解 决医院节能问题。 ? 由于用能状况和医院总体布局和医院性质(综合性和专科性)有很大关系，统计必须涉 及到医院整体的各个方面，力求全方位剖析影响医院用能的因素，并归纳体现于各项指标物 中，寻求具有代表性的能耗指标，找出用能合理与不合理部分，以及不可再生能源消耗。 (3)2003年至2007年医院整体调查统计要点 ?整体建筑概况建筑面积、年限、新旧程度; ?大楼建筑结构信息 围护结构、冷热源形式; ?床位就诊量门急诊量、手术人数、出入院量; ?医院收支构成医疗、药品、人员管理、能源; ?分项能源逐月消耗量煤炭、煤气、天然气、燃油、电。 (4)医疗机构评价体系 ?医疗建筑静态组成因素医疗、建筑、设备; ? 医疗建筑动态运行要素 能源种类与能耗; ?按医疗性质西医、中医、专科医院; ?按建筑属性既有医院的原有与新建院区; ?同时考虑医疗、建筑要素诊疗部、住院部和辅助部门; ?设备使用类别电梯、照明、医办设备、空调、蒸汽和热水。 (5)医院总能耗类型份额 ?2006年11家医院总耗能统计结果见图 ?2006年l4家医院院区耗能份额见图2 ?医院建筑的用能大户为热水和空调冷热源系统，而热水用量逐年增大; ?各医院热水供应约占其总用能量的20-37(5,不等; ?最小用能项为电梯系统，平均约占5,。各医院能源有效利用率均超过92,; ?新建和专科性质医院用能比例不均匀性较大。 (6)不同医疗建筑的能耗份额 ?13个医院院区有41, ,62,用能分布在门急诊医技部门; ?27,,43,能耗用于住院病房部门; ?医疗区域能耗占总体用能比例超过80,;医疗区域是节能重点。 (7)六家医疗机构总能耗费用增长趋势 2002—20137年典型的6家医疗机构(第六人民医院，瑞金医院，肺科医院，岳阳医院，曙光 医院，龙华医院)的总能耗费用增长情况见图3。 (2)用能方面 ?用能类型上以电力为主，且占有率呈上升趋势; ?改扩建医院煤炭的使用逐步减少，多改为电力; ?新建医院使用天然气，成本上升，有利于环保; ?各家医院水费占总费用比例均呈下降趋势。 (3)收支方面 ? 医院收入逐年增加，支出也相应提高; ?能耗费用比例稳定在总支出额的2-3,。 (4)运行方面 ?建筑新建初期能源消耗增长显著，但随运行稳定和节能措施的落实，增幅趋于平 ; ?医院用能以空调占比例最大，23,50,不等，空调冷热源与热水合计能耗大于50,，是节 能重点。 (5)综合 ?九家医院收入平均增加值为83(8,，能源费用增长与医院收入增加比值约为1(5; ? 由于各医院的性质和新改扩建年限不同，在数据上表现出的差别很大。 (6)不同空调形式医疗环境的评价 ? 医院一般科室空调期间，室内环境不佳; ? 门急诊大楼人满为患，所测医院的所有病房、门急诊部新风量不够，COz浓度均超标，主 观评价不佳，异味大(详见图4和图5)。 (7)医疗环境各项评价值 总的说，关键科室环境得到有效控制，但一般科室空气品质 下降，感染风险增大! ?从医院类型上看，中西医综合性医院问题多，除平均照度外，其余各项均高于其他类型 的医院。高湿一方面与室外环境有关，也和中医性质相关; ?病房部平均温度偏高，室内较暗，噪声较高，CO2浓度高。急诊部存在相对湿度大和环境 吵杂等问题。门诊部候诊和诊室的通风不佳，人员密度高，COz浓度大; ?新建院区建筑空间宽敞，人员密度较低，采用中央空调系统模式，注意室外绿化等综合 配套设施完善。 5(分析与结论 (1)这次调研结果表明，医院在建设前期均存在对关键科室提出过高室内控制参数要求 或过多设置高级别关键科室、过大建设面积。 (2)由于医务人员不了解医疗环境控制要求与造价、运行费用关系，设计工程师又不了解 感染机理与医疗过程，加强两者理解合作至关重要。 (3)必须认真考虑关键科室的医疗要求、感染风险、环境控制特点，提出合适参数、合理控 制措施、适度自控，针对性提出相应节能措施。 (4)医院最大的能耗是热水与空调，是节能的重点。 (5)8家医院的能源消费呈上升趋势，新建医院均采取了节能措施，但建成后增幅很大，特 别是使用初期用能状况不稳定。 (6)十五期间各医院医疗收入随业务量扩大增幅均超过60,，但有8家医院收支比下降。 (7)因此，不能采用传统的节能措施，必须转变我们思路。 6(存在的主要问题 (1)现有节能措施与不足 ?为节能提高冷源冷冻水供水温度到10?以上，客观上造成关键科室湿度超标; ?随室外气温下降，保证一般科室空调，逐步提高集中供给冷冻水的水温，客观上造成湿 度失控; ?为节能将传统的一次回风+再加热改为二次回风，使得空调所需控制的机器露点进一 步降低; ?关键科室常常会处于空调内区，不得不采用四管制水系统。为节能又采用较冷的室外 新风直接供冷，客观上破坏了整个关键科室(部)内有序的正压梯度; ?蒸汽网大、供热点分散，热损失大，凝结水难回收; ?处于上海市区医院容积率偏高，大多为高层建筑，占地面积较小，不可能有足够的屋顶 或地面面积布置太阳能热水器和地源热泵。即使设置，替代的热水量十分有限。 (2)节能运行控制与自控 ? 自控不是万能，自控只是神经系统，靠执行机构(手足)实现，自控不靠逻辑，而靠不断 实践而成熟。目前许多不好的自控又费钱，又耗能(不断调节)，还费事无能(被控参数波动)。 特别是实现医疗环境受控状态与湿度优先控制最耗能。不能放手给国外公司; ?依照《医院洁净手术部建筑技术规范》要求，靠先进系统思路将耗能控制转变为节能控 制。 ? 空调机组与冷热源系统节能控制。 ?将关键科室实现受控状态与湿度优先控制结合起来，形成一套有效的节能系统。 7(节能综合对策 (1)总的要求 ?功能与合适的平面布局; ?新型冷热源的应用; ? 提高设施系统效率; ? 管路输配系统变频控制的应用; ? 自然采光与照明节能; ? 医院功能合理分区; ?完善楼宇自控系统。 (2)合理设定室内设计参数 ?合理设定医疗场所要求的无菌水平、温湿度、压力控制值、换气次数等参数就是降低负 荷(尤其是生物负荷)，对降低整个系统能耗至关重要; ? 由于系统的送风量与补风量多少，空气过滤级数与过滤器效率，系统配置与控制要求 等均取决于这些参数的设定; ? 为了正确确定这些参数，暖通空调工程师必须了解感染机理与医疗过程，还应该根据 功能科室的特点考虑运行工况，预测其能耗平均水平，才能针对性地提出节能措施。 (3)合适医疗环境控制技术的应用 ?提高人室新风空气品质与改善气流分布，提高新风稀释效应，而不是盲目提高新风量; ?冗余适度控制，非过度控制; ? 局部送风技术，而不是全室净化; ? 局部排风技术，而不是全室排风; ? 湿度优先控制，而不是恒温恒湿控制; ? 系统优先，不过分依赖自控; ? 利用预测技术(CFD)优化设计，非滞后调节。 (4)保证医疗，选择合适空调形式 ?一般科室可以参照(不是套用)通用节能措施; ? 空调方式的选择应基于医院集中冷热源，考虑季节性空调特点，重视新风供给与系统 新风分配，空气过滤等因素; ? 认识误区:“病房用风机盘管已过时”;“变制冷剂流量多联机VRV是发展方向”;“变风 量空调代表高档次;” ? 一般科室病患者不携带空气途径传染的病菌，但不等于说不存在其他途径的传染。表 面(沉降)菌也会转变为悬浮菌; ? 两种错误认识: ?不重视:忽视新风作用，仅靠表面消毒; ?过分重视:如提高过滤级别、加大换气、加装负离子、光触媒、臭氧发生器、静电除尘器、 甚至系统设消毒装置等。 (5)认识微生物传播链 ? 院内感染涉及到一个关系链，由六环节组成: ?致病菌在环境中的积存; ?促成病菌繁殖的因素; ?将致病菌从积存地散播给易感人群的途径; ?其毒性足够感染人体的菌株; ?致病菌接种在人体内能够发生感染的某处; ?易感染且无法成功抵御感染的人员。 ? 节能措施是切断这个传播链，还是加强这个传播链，甚至生成新的传播链; ? 否则，一旦条件适宜，潜在风险就转变为感染爆发。 (6)认识医院节能技术局限 ? 严格湿度控制与区域梯度正压控制难于实现变新风量调节; ? 系统送、排风量差异较大，不利于采用全热交换器; ?高致病菌传播科室不能用全热交换器; ?室内微生物控制要求不能用水系统替代空气系统; ? 洁净无菌环境控制不允许采用变风量系统; ?绝不容许用冷凝水喷淋在冷凝器上(气溶胶); ?难以采用置换通风等气流分布形式(二次气流); ? 慎用变频器变速(电磁干扰); ? 不便用集中空调(各科室医疗与抗感染要求不同); ?不宜提高冷冻水出水温度(湿度控制); ? 不要随意选择净化消毒措施。 8(污染控制与净化手段 (1)注意送风与排风技术的区别。送风技术服务对象是人，所采用的净化消毒技术不同于 排风技术，有一定限制，对人必须绝对安全、无害的; (2)去除污染与改善空气品质的措施不同，适用场所不同，评价也不同; (3)医院应采用阻隔性净化装置，要注意不会产生电磁干扰; (4)通风空调系统不允许采用臭氧消毒与化学消毒，紫外线装置不适合用于通风空调系 统消毒空气，但允许表面消毒，多尘、高湿会大大降低消毒效果; (5)高质量光催化对低浓度V0C的控制效果有发展前景; (6)过滤器不应被看作为耗能部件，应是最有效、最经济、最价廉的产品，不会产生电磁干 扰; (7)对医疗环境控制最有效的是阻隔性除菌装置。一般医疗场合下中效过滤器就能胜任; (8)高度无菌病房与高危隔离病房的末端只能是高效过滤器; (9)医院空调有效措施:管好系统两个口，新风口和回风口，对医院强调设置回风过滤器; (10)新风引入要保证品质，注意新风口位置与排风口间距，确保新风不带人污染物; (11)如果排风对室外环境产生负面影响，应净化处理之; (12)进风与排风用静电除尘的异同如下表: 9(医院用能特点与存在问题 (1)医院建设规模扩大，在造价提高的同时能耗也不断上升，成为能耗最大的公共建筑之一. 节能减排是医院建筑设计重点之一; (2)我国大型综合医院常采用集中冷热源，供给各功能科室空调所需的冷冻水与热水。这 是最典型最成熟的医院配置，但却成为节能症结; (3)集中式冷热源供给系统所用媒介与温度是以控制参数要求最高的科室而设定的，如 冷冻水为7?(或更低)。这是为湿度控制设定的。高压蒸汽热媒是为灭菌而设定; (4)对于要求较低的科室，则可采用质调(如将蒸汽变为不同温度的热水)或量调(如变流 量)等措施进行运行调节; (5)医院传统的集中冷热源设置理念来源于公共建筑。公共建筑各功能空问均为舒适性空调，差异不大，但医院有两类控制要求不同的科室; (6)一般科室量大面广，如普通病房、诊疗室等，只需季节性舒适空调; (7)关键科室(部)数量相对较少，有无菌与温湿度控制要求，如手术室、无菌病房、ICU等， 需全年空调; (8)这种传统式的集中配置是医院能耗居高不下的关键。医院节能必须治本，节能应与减 排结合; (9)集中热源还出于原燃煤锅炉的理念。燃煤要提高燃烧效率和降低污染，尽可能使用大 型锅炉。燃煤锅炉越大，效率越高、节能效果越显著，产生污染相对越小，也容易消除。而蒸汽 热值高、输送距离远，又可十分方便地将蒸汽转化热水。集中锅炉供热、庞大高压蒸汽供热网， 用户侧就地安装汽水热交换器成为传统设计; (10)目前医院将煤改为油、气，燃气锅炉效率与污染和容量关系不大，没有必要再采用传 统设计; (11)据调查，医院一次性物品种类与使用量大大增加，真正用于消毒的蒸汽量已很少。而 热水用量却日益增加，且供热点分散; (12)为节能提高冷源冷冻水供水温度到10?以上，客观上会导致关键科室湿度超标; (13)随室外气温下降，为保证一般科室空调，可逐步提高集中供给冷冻水的水温; (14)为节能将传统的一次回风+再加热改为二次回风，使得空调所需控制的机器露点进 一步降低; (15)关键科室常常会处于空调内区，不得不采用四管制水系统，为节能又采用较冷的室 外新风直接供冷，客观上破坏了整个关键科室(部)内有序的正压梯度; (16)蒸汽网大、供热点分散，热损失大，凝结水难回收; (17)处于市中心区内医院容积率偏高，大多为高层建筑，占地面积较小，不可能有足够的 屋顶或地面面积布置太阳能热水器和地源热泵。即使设置，替代的热水量十分有限。 1O(节能思路 (1)传统节能思路(以特定科室为对象) ? 以特定科室为对象，设计环境控制系统，不断消耗能 量，不断产生废物; ? 冷源、热源也各自消耗能量同时产生废物;(见图9) ? 各专业提出各自节能措施，如提高设施系统的效率， 采用高效设备或末端装置，采用各种热回收等; ? 各种专业的节能措施有可能产生矛盾:大玻璃窗的隔 热与采光，集中供蒸汽与供热水，供冷与废热，独立冷热源， 空凋二次回风，再加热与机器露点等; ? 对于公共建筑室内环境控制来说，室温只是控制到摄 氏二十多度，而所用制冷手段可以达到摄氏零下二百多度。 所用燃烧手段甚至能达到摄氏几百度，真是“杀鸡用牛刀”。这是节能问题的症结。而传统冷 源、热源又是分成不同单体，自成系统，独立供给所需要的控制空间。即使采用种种节能手段， 传统的冷热源也难以使建筑能耗有效下降; ?传统冷热源的理念永远是消耗能源，产生废热。为此人们千方百计提高制冷机组和锅炉 的效率，并回收这些废热，取得了瞩目的成效。如目前推广使用的制冷机热回收机组，烟气或冷 凝水热回收器等;近百年来制冷机组和锅炉的效率不断提高，Et趋完善，难以再有大的提高; ?传统节能的理念是各个专业只是从自身角度提出节能措施，不能形成综合措施。即使 采用最先进的技术、使用最高效的设备，再提高系统用能效率，最终降低的能耗、减少废热排 放还是有限的。 (2)推荐节能新思路(以整幢建筑为对象) 前提 医院耗热量大，用水量大，保证医疗，避免感染。 新思路 以整幢大楼为对象，仅耗传输能量的电量。一 侧水变为冷冻水，另一侧水变为热水，成为整幢大楼的冷 热媒介，没有废物排出。 ? 合理规划医院耗能，从整幢大楼着眼平衡各种功 能科室(部)的供冷量和供热量，不抑制需求; ? 取消集中供蒸汽，直接供热水，将蒸汽供量减到 最少; ? 不仅仅提高能量使用效率，还要打破专业屏障， 提出节能整体策略。 (3)热泵型多功能冷热源一体机的应用 ? 热泵型冷热源一体机的运行也有制约条件，首先两侧水温不可能很低或很高，但是一 侧产生7?的冷冻水，另一侧产生55?的热水，正是它理想的运行范围。“游刃有余”，完全适 合空调使用; ?其次，热泵型冷热源一体机两端制冷量和供热量必须是匹配的。如果不平衡，不平衡一 端会向外排热(冷)以保持两端平衡。因此，热泵型冷热源一体机使用的关键必须在任何不同 工况下简便、高效地保持两端的平衡。因此我们必须创造条件夏季多用热量，冬季多用冷量平 衡，而不是抑制需求; ?夏季供热水洗浴、清洗、空调去湿再加热等。冬季影像、诊疗、高压灭菌、空调内区需供 冷等; ?综合考虑室内外环境的“最佳能量调节”，是以大楼而不是机组本身作热平衡。 (4)新理念与支撑 ?热量平衡是关键。对暖通空调的设计，应提出热平衡的概念。设计任务转化成为，整栋 大楼进行热量平衡。为此，可采用多机组或模块化机组进行调节。夏天设法多用热，冬季设法 多用冷。根据具体情况，考虑是冷量优先，还是热量优先; ?热泵型多功能冷热源一体机的运行，可考虑冷量优先。冬季可采用污水热回收，采用分 散式热源补充供热，也可实现热量优先，夏季配热回收机组; ?热泵型多功能冷热源一体机的应用，推荐大体量医院采用四管制空调系统，特别是处 于内区的科室; ?热泵型多功能冷热源一体机的应用，推荐需要温湿度控制的关键科室采用一次回风+ 再加热，对过渡季节尤为重要。 11(推荐的措施 (1)供热系统分散化、小型化 ?蒸汽锅炉和集中供汽原出于燃煤的概念，推荐采用分散式热水系统，用局部供热替代。 提高供热系统的医疗性、灵活性、可靠性和安全性; ?燃气靠自己压力可输送到医院任何科室，没必要集中设置大型热水锅炉，靠水泵将热 水输送到用户侧。只需在热水用户侧，甚至考虑以楼层为单位，设置一台或几台小型燃气热水 器即可; ?将采暖和热水供应集成为一个系统，在短时需用大量热水时可暂停供暖，利用建筑本 体蓄热，维持室内温度。这样，不仅节能，提高了设备利用率，还可降低锅炉容量; ?仅在真正需要蒸汽的部门(如中心供应室、制剂室等)才设置小型蒸汽锅炉。这样便于 提高蒸汽质量，也便于采用凝结水热回收技术。 (2)利用集中供冷系统满足关键科室需求 ?利用原有集中供冷系统，加大新风去湿量，解决关键科室环境控制问题; ? 增加盘管的排深; ? 改变盘管回路; ?增加盘管的有效长度; ? 增大盘管的水流量; ? 双冷源新风机组(DX或独立冷冻水)的作用(见图11和图12); ?在降低进水温度同时，提高出风温度。 (3)空调系统分散化、小型化 ?关键科室位置不集中，控制要求不一; ?用分散式空调机组配置关键科室，以提高其医疗性、灵活性、可靠性和安全性; ?将集中冷热源作为一个大系统，只为一般科室服务(或利用双冷源机组兼为关键科室 服务); ?西欧医院空调大多分散化、小型化。这也许是由于欧洲气候特点所致，中国也有类似气 候地带(西部医院)。 12(几种适用的专用空调设备 图11 双冷源、双冷凝器专用新风机组 (1)双冷源(Dx)新风空调机的基本工作原理可参见图11 (2)双水冷源新风空调机 ?这是另一种双冷源专用新风机组的概念; ?原理:在夏季工况，新风机组先充分利用系统的冷冻水对新风冷却去湿，然后再使用独 立设置的冷热源的冷冻水作进一步冷却去湿，以达到所要求的机器露点。 (3)独立全空气空调机组 ?全空气空调机组分成四个易运输与安装箱体(见图2); ?提出综合指标最佳空调的概念，并以此对各种大空间空调系统进行研究、分析与比较， 确定规格化生产的热泵空调处理机组系统参数; ?提出利用热泵循环中部分冷凝热作为一次回风+再加热，替代二次回风，实现系统节能 运行，同时避免了二次回风系统的复杂性与低露点，并利用排风冷量提高冷凝器散热效率，提 ? 高部分负荷下性能系数; ?优化机组设备容量、匹配及设置方式，实现节能运行，确定不同气候条件能量的充分利用; ?采用离心式排风机，既可设置在室外，也可设置于室内; ?在机组中设两个冷凝器，利用自身冷凝热作为再热能源; ? 自带控制系统，控制精度较高; ?保持全空气式空调系统具有良好的过滤、加湿等各种空气处理功能，机器露点温度高， 能满足换气要求等方面的优势; 可回收利用排风中的能量。 ?夏季:利用排风冷量可提高冷凝器散热效率 ?冬季:可抑制结霜工况的产生 ?可实现可变新风量运行，而不会影响正压控制; ? 可实现变风量运行; ?用于独立大型科室(部)，只要接上风管与电源即可。 (4)医院专用空调机 ?IS0 16814已将暖通空调设备视为污染源; ?空调机组高性能关键在于消除微生物污染，节能关键在于湿度控制; ?关键科室采用的空调机组必须符合国标GB50333—2002《洁净手术部建筑技术规范》、 《综合医院建筑技术规范》相关条文的规定; ?所用空调机组必须采用符合国家标准GB,T19569—2004《洁净手术室用空气调节机组》 的要求。 ? 不能采用一般民用空调机组替代，否则会留下微生物污染的隐患和交叉感染的风险; ?利用专用空调机(新风机组与干盘管)实现节能控制。 13(结语 (1)、综观上海市十五期间建设项目，新建市级医院项目的选址、设计理念、医疗功能、建 筑内外部环境、物流规划等方面都取得了很大进步。 (2)、调研表明，医院节能应在保障医疗、避免院内感染的前提下，根据医院项目建设总成 本观念及建设前期规划，从“节能减排”基本国策出发，重视期中建设管理、后期运行能耗与运 营成本。 (3)、能源消耗总体提高，但费用比例总体呈下降趋势。十五期问以电力为主要用能形式 的格局，已经基本确立。 (4)、要有效节能必须根据医院特点，特别是关键科室，依据能量平衡新思路，不能盲目套用通 用的节能措施。仅仅提高能量使用效率是不够的，更不能抑制需求，牺牲环境品质与病患安全。