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站在电气角度谈绿色医院建设

作者:刘力 李明东 天津市建筑设计院

在此后的医院建设中,我们仍要因地制宜、与时俱进地采用新产品、新技术,只有这样才可能达到前期投入少但后期运行却高效的目的,也才能让绿色医院的建设事半功倍。

《绿色医院建筑评价标准》GB/T51153-2015中对绿色医院建筑的定义是:在医院建设全寿命周期内且在保证医疗流程的前提下,最大限度地节约资源(节地、节能、节水、节材)、保护环境和减少污染,为患者和医护工作者提供健康、适用和高效的使用空间,与自然和谐共生的医院建筑。即我们通常强调的“四节一环保”,其中,围绕节能,业内往往对之关注力度更甚,下面结合配电室的设置、空调制冷系统的节能、谐波治理三点分析如何在绿色医院建设中深挖节能潜力。


配电室的设置

说到变电室,相信大家马上就能想到两个最基本的原则。

第一:三相配电变压器应满足现行国家标准《三相配电变压器能效限定值及节能评价值》。这句话是对产品节能的要求,所见即所得,买的是节能产品,运行便会有节能的效果。道理简单,这里就不再结合规范展开描述。

第二:变配电室应设置在负荷中心。众所周知,变电室位置的合理选取不仅能缩短供电半径,保证供电可靠性,还能节省初期投资和运行费用。根据以往经验,大型综合医院主要大型负荷主要集中在:制冷机房、净化手术室、影像科三个部分。制冷机房通常设置于地下室,影像科通常位于首层,而净化手术室通常位于医院裙房顶层,净化空调机组位于裙房屋面。在理想状态下,变电室的最佳位置应贴临制冷机房;同时位于净化手术室投影的下方,距离影像科的供电距离宜控制在30~100米 (为了防止电磁干扰,变电室不应位于影像科的正下方) 。

变压器与影像科设备配电柜距离与电缆截面的关系

以下为我院设计的淮安妇幼保健院项目,机电专业在方案初期与建筑专业共同与甲方商榷功能布局,在落实医技、医疗流程的同时,也确定了各专业主要设备用房的位置。方案阶段,设备专业的提前参与,不仅使变电室位置的设置更为合理,同时也为医院的节能、稳定运行打下了良好的基础。

变电室贴临制冷机房

变电室位于净化手术室投影的下方

空调制冷系统的节能

空调制冷系统的能耗在各类建筑总能耗中都占有相当大的比例,医院也不例外。在我院做过的项目中,医院空调制冷系统的用电负荷占变压器总负荷的25%~35%,仅制冷每年所需要的电费都在百万元数量级。所以降低空调制冷系统的能耗不仅是建设方的诉求,同时也是绿色医院建筑的重要标志。

医院空调制冷系统负载率

由于医院的空调制冷方案比较多,也比较复杂,此次仅以最基础的电制冷方案进行简单的分析。电制冷的主要用电负荷包括:螺杆式冷冻机组、冷冻循环泵、冷却循环泵、冷却塔、风机盘管等设备。在运行过程中,我们通常会采用机房群控技术来达到节能降耗的目的。但我认为这仅仅可以治“标”而不能治“本”。所谓“标”就是群控系统通过监测回水温度或系统总冷量控制冷主机制运行台数、通过监测冷冻水压差控制水泵变频、通过监测冷却塔出水温度控制风机启停,这些措施都是通过对制冷主机、水泵、风机进行时时调节来弥补人工控制无法时时调节造成的浪费。而“本”是指从根本上减少冷量的需求,建筑专业的外保温设置以及LOW-E玻璃的采用,都可以减少对冷量的消耗。电气专业可以通过设置智能型温控面板(网络温控面板)配合智能管理平台的方式对医院进行分区控制管理已达到减少冷量、降低医院能耗的目的。

首先,医院的公共区域和医护办公区域的夏季空调温控面板设定最低温度限值,面板设定温度越低,其冷量需求越高,能耗也就越高;其次,在医护办公区及会议区定时远程关闭风机盘管,风机盘管停机后可由现场温控面板手动开启,避免空调系统在无人状态下运行;最后,要避免夏季开窗开空调的行为。针对医护办公区,院方可以通过加强科室管理来避免浪费能源的行为。针对病房区,在建设过程中可在窗户上设置窗磁,通过窗磁联动温控面板来避免能源浪费。此外,当患者入睡后,如果病房内设置温度过低,我们也可以通过智能管理平台对房间温度进行远程调节,这样不仅有利于患者康复,还能降低医院的能耗。

智能管理平台对风机盘管状态、温度设定监控

谐波治理

现下,多数医院都配备有大量的影像设备,这些设备有着共同特点,那就是:对电源质量要求很高,且运行时会产生大量的高次谐波。

经过分析,影像设备在运行过程中电流畸变率大约在50%~60%,是医院配电系统中最大的污染源,除此以外,变频设备、UPS电源等也会产生大量谐波。谐波如不能及时消除,将严重影响医院的正常运营:第一,谐波电流在线缆中,令电缆长时间发热,造成电能损耗,增加运营费用;第二,谐波引起的谐振会导致局部电压增高,击穿造价昂贵的影像设备;第三,谐波产生的电磁辐射会造成影像设备图像模糊,数据错误,造成误诊;第四,谐波电流会引起继电保护装置发热量增加,引发继保装置的错误动作,影响医院供电的可靠性。

对于谐波的处理较为常见的方式有两种:第一种是无源滤波,无源滤波主要由电容器、电抗器和电阻器串联组成。无源滤波一般需要在项目建成运行后,对配电系统进行实测,根据监测结果针对主要谐波进行消除,这种方式成本虽低,但不能将谐波全部消除;第二种是有源滤波,其原理为实时监测谐波,复制谐波,然后将复制的谐波镜像输入配电系统,与原谐波抵消,这种方式几乎可以将谐波全部滤除,但成本较高。

在医院低压配电系统中存在3、5、7、11、13次等多种谐波,单纯消除一两种主要谐波无法从根本上解决谐波带来的危害,所以在医院的建设中,多采用有源滤波的方式。对于照明、动力、空调等相对分散的负载,建议在变电室设置集中补偿滤波。对于影像设备建议在末端配电箱处就地设置补偿。下图为电能质量的实测,经过检测发现,有源滤波的效果非常明显,基本消除了配电系统中的所有谐波。

智能管理平台对谐波治理前后实测对比

随着科技的发展,大量新产品、新技术涌现在各个行业,别特是在绿色医院建设过程中,节能产品的应用、节能控制的创新、智能化管理平台的出现,都推动了绿色医院的建设、发展。在此后的医院建设中,我们仍要因地制宜、与时俱进地采用新产品、新技术,只有这样才可能达到前期投入少但后期运行却高效的目的,也才能让绿色医院的建设事半功倍。

此书籍为收费书籍

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编辑:胡冰

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