（环境工程专业论文）既有医院节能潜力与改造效益的研究.pdf

武汉科技大学硕士学位论文 第1 页 摘要 论文在2 0 1 0 年武汉市国家机关办公建筑和公共建筑能源审计的基础上，讨论与分析 了武汉地区医院建筑能耗现状和能耗特点，指出了医院各用能系统运行中存在的问题，并 针对能源管理问题分析了医院建筑的节能潜力及可采取的有效节能措施。 从审计样本中选取一座典型综合性医院，计算并分析既有建筑能耗，并借用 d e s i g n b u i l d e r 建筑能耗模拟软件，在满足舒适度条件下，分析了医院住院楼和门诊楼各 种节能改造措施的节能潜力与静态投资回收期，并分别从低层次、中层次和高层次分析了 各综合节能改造方案所产生的节能效益、经济效益与环境效益。 论文在医院空调采暖冷热源系统现状的基础上结合空调采暖技术的发展，从技术性和 经济性的角度挖掘了不同冷热源改造方案的节能潜力，并计算了各改造方案的节能量、投 资回收期。 根据医院和设计单位提供的新建外科楼信息，模拟了不同冷热源方案下医院扩建外科 楼能耗，通过技术、经济性分析确定了扩建外科楼的冷热源方案。 论文还讨论了医院节能改造、扩建与医院服务水平三者之间的关系，预测分析了对医 院既有建筑采取适宜的节能改造措施和医院扩建建筑应用适宜的节能技术，可以在不增加 或者少量增加建筑能耗的基础上，提高医院的服务水平。 关键词：医院建筑，节能改造，扩建，节能率，投资回收期 第1 i 页 武汉科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t o nt h eb a s i so fw u h a nc i t yg o v e r n m e n to f f i c eb u i l d i n g sa n dp u b l i cb u i l d i n g s e n e r g ya u d i ti n2 0 1 0 ，t h ep a p e rd i s c u s s e da n da n a l y z e dt h eh o s p i t a lb u i l d i n g s e n e r g yc o n s u m p t i o ns t a t u sa n dc h a r a c t e r i s t i c si nw u h a n ，p o i n t e do u tt h ep r o b l e m s i nav a r i e t yo fe n e r g y u s i n gs y s t e m s ，a n dt h e na n a l y z e dt h ee n e r g ys a v i n gp o t e n t i a l a n dt h ee f f e c t i v ee n e r g ys a v i n gm e a s u r e so ft h eh o s p i t a lb u i l d i n gt ot h ep r o b l e m s o fe n e r g ym a n a g e m e n t s e l e c t i n gt h et y p i c a lg e n e r a lh o s p i t a lf r o mt h ea u d i ts a m p l e s ，t oc a l c u l a t e a n da n a l y s ee n e r g yc o n s u m p t i o no fe x i s t i n g b u i l d i n g s ，a n du s eo ft h eb u i l d i n g e n e r g yc o n s u m p t i o ns i m u l a t i o ns o f t w a r e 一一d e s i g n b u i l d e rs e t u pm o d e l 。a n a l y z e d e n e r g ys a v i n gp o t e n t i a la n ds t a r i ci n v e s t m e n tp a y b a c kp e r i o do fv a r i o u se n e r g y s a v i n gm e a s u r e si ni n p a t i e n tb u il d i n ga n do u t p a t i e n tb u i l d i n g ，a n dt h e na n a l y z e d v a r i e t yo fi n t e g r a t e de n e r g y s a v i n gs c h e m e sg e n e r a t eb e n e f i t so fe n e r g ys a v i n g ， b e n e f i t so fe c o n o m i ca n db e n e f i t so fe n v i r o n m e n t a lf r o ml o w - i e v e l ，m i d d l e l e v e l a n dh i g h l e v e l t h e ni ta n a l y z e dt h ee x i s t i n gc o l da n dh e a ts o u r c es y s t e mo fh o s p i t a l ，a n d c o m b i n e dw i t ha i rc o n d i t i o n i n ga n dh e a t i n gt e c h n o l o g yd e v e l o p m e n t ，f r o mt h e t e c h n i c a la n de c o n o m yp o i n to fv i e wt om i n i n gt h ee n e r g y 。s a v i n gp o t e n t i a lo ft h e d i f f e r e n tr e c o n s t r u c t i o ns c h e m e s ，a n dc a l c u l a t e dt h ei n v e s t m e n tp a y b a c kp e r i o d o fv a r i o u sr e c o n s t r u c t i o ns c h e m e a c c o r d i n gt ot h en e wi n f o r m a t i o no fs u r g i c a lb u i l d i n gp r o v i d e db yt h eh o s p i t a l a n dd e s i g nu n i t s ，i ts i m u l a t e de n e r g yc o n s u m p t i o no fe x p a n s i o ns u r g i c a lb u i i d i n g i nd i f f e r e n tc o l da n dh e a ts o u r c e ss c h e m e s ，t h r o u g ht e c h n i c a la n de c o n o m i c a n a l y s i s t od e t e r m i n et h ec o l da n dh e a ts o u r c es c h e m eo ft h ee x p a n s i o ns u r g i c a lb u i l d i n g i th a st h er e l a t i o n s h i pa m o n gt h eh o s p i t a le n e r g ys a v i n gr e c o n s t r u c t i o n 。 e x t e n s i o na n dt h es e r v i c el e v e lo fh o s p i t a l ，f o r e c a s t e da n da n a l y z e dt h es u i t a b l e m e a s u r e sf o re n e r g y s a v i n gr e c o n s t r u c t i o ni ne x i s t i n gb u i l d i n g so fh o s p i t a la n d t h et e c h n o l o g yo fe n e r g ys a y i n gi ne x t e n s i o nb u i l d i n go fh o s p i t a l ，w h i c hc a n i m p r o v et h el e v e lo fh o s p i t a ls e r v i c e so nt h eb a s i so fn oi n c r e a s eo rs m a l li n c r e a s e i nb u il d i n ge n e r g yc o n s u m p t i o n k e yw o r d s ：h o s p i t a lb u i l d i n g ，e n e r g ys a v i n gr e c o n s t r u c t i o n ，e x t e n s i o n ，e n e r g y s a v i n gr a t e ，p a y b a c kp e r i o d 武汉科技大学硕士学位论文第1 页 第一章绪论 1 1 论文研究背景 1 1 1 能源消费现状 随着经济的发展和生活水平的提高，世界能源消耗飞速增长，严峻的形势促使人们意 识到能源问题的严重性和长期性。2 0 1 1 年6 月1 6 日，备受业界重视的 b p 世界能源统计 报告发布。根据该报告可知，2 0 1 0 年全球能源消费在经济复苏的推动下，经历了一波强劲 的反弹，能源消耗增长态势加快。 数据显示，2 0 1 0 年全球一次能源消费总量增长了5 6 ，一举超过了2 0 0 8 年经济衰退 前的峰值，达到了1 9 7 3 年以来的最高水平。其中，经合组织国家消费增长了3 5 ，为1 9 8 4 年以来的最大增幅：非经合组织国家增长了7 5 ，消费量超出了2 0 0 0 年水平的6 3 。世 界主要能源消费国一次能源消费量见表1 1 。按燃料划分的世界一次能源增长图见图 1 1 【1 1 。 表i 1 世界主要能源消费国一次能源消费量( 单位。百万吨油当量) 2 0 0 9 2 0 1 02 0 1 0 占总 2 0 0 52 0 0 62 0 0 7 2 0 0 82 0 0 9 2 0 1 0 增长率量比例 美国 2 3 5 1 2 2 3 3 2 7 2 3 7 2 72 3 2 0 22 2 0 4 i2 2 8 5 73 7 1 9 0 加拿大 3 2 5 33 2 3 63 2 93 2 6 63 1 2 53 1 6 71 3 2 6 巴西2 0 7 22 1 2 7 2 2 5 42 3 5 12 3 4 1 2 5 3 98 5 2 1 法国 2 6 1 22 5 9 22 5 6 72 5 7 82 4 42 5 2 43 4 2 1 德国3 3 3 23 3 9 53 2 4 23 2 6 83 0 7 43 1 9 53 9 2 7 俄罗斯6 5 7 46 7 5 3 6 8 5 86 9 1 6 5 4 76 9 0 95 5 5 8 英国 2 2 8 32 2 5 62 1 8 42 1 4 92 0 3 62 0 9 i2 7 1 7 中国1 6 9 1 51 8 5 8 11 9 9 6 82 0 7 9 92 1 8 7 72 4 3 2 21 1 2 2 0 3 印度 3 6 43 8 1 44 1 4 54 4 4 64 8 05 2 4 29 2 4 4 日本5 2 7 25 2 8 35 2 3 65 1 6 24 7 35 0 0 95 9 4 2 韩国2 2 0 6 2 2 2 72 3 1 32 3 5 32 3 6 7 2 5 57 7 2 1 世界总计 1 0 8 0 0 91 1 0 8 7 81 1 3 9 8 41 1 5 3 5 81 1 3 6 3 21 2 0 0 2 45 6 1 0 0 0 2 0 1 0 年世界主要能源消费国按燃料划分的能源消费量见表1 2 。根据报告统计数据， 全球石油消费量每天增加了2 7 0 万桶，达到创纪录的每天8 7 4 0 万桶，增幅为3 1 ；全球 天然气消费增长了7 4 ，为自1 9 8 4 年以来的最快增长；全球煤炭消费增长了7 6 ，是2 0 0 3 年以来最快的增速，煤炭已经占到全球能源消费总量的2 9 6 ：全球水电消费量实现连续 7 年增长，总消费量增加了大约5 3 ，也打破了以往的消费纪录；全球核电在连续3 年下 滑之后，2 0 1 0 年仍有2 的增长；全球生物燃料的产量增加了1 3 8 ，相当于每天增长2 4 万桶油当量，成为全球液态燃料中产量增长最多的一项；全球可再生能源电量去年总共增 长了1 5 5 ，为1 9 9 0 年以来的最快增幅。其中主要是风力发电的持续强劲增长，增幅达到 2 2 7 。 第2 页 武汉科技大学 硕士学位论文 图1 1 按燃料划分的世界一次能源消费增长图 表1 22 0 1 0 年世界主要能源消费国按燃料划分的能源消费量( 单位：百万吨油当量) 石油天然气煤炭核能水电可再生能源 总计 美国 8 5 0 06 2 1 05 2 4 61 9 2 25 8 83 9 12 2 8 5 7 加拿大1 0 2 38 4 52 3 4 2 0 3 8 2 93 。3 3 1 6 7 巴西11 6 92 3 81 2 43 38 9 67 92 5 3 9 法国8 3 44 2 21 2 1 9 6 91 4 3 3 4 2 5 2 4 德国 1 1 5 17 3 27 6 53 1 84 31 8 63 1 9 5 俄罗斯 1 4 7 63 7 2 79 3 83 8 53 8 10 16 9 0 9 英国7 3 78 4 53 1 21 4 1 0 84 92 0 9 1 中国4 2 8 6 9 8 11 7 1 3 51 6 71 6 3 11 2 12 4 3 2 2 印度 1 5 5 55 5 72 7 7 65 22 5 25 05 2 4 2 日本2 0 1 6 8 5 11 2 3 76 6 21 9 35 15 0 0 9 韩国 1 0 5 63 8 67 6 03 3 40 8o 52 5 5 0 世界总计 4 0 2 8 12 8 5 8 13 5 5 5 86 2 6 27 7 5 61 5 8 61 2 0 0 2 4 能源是人类赖以生存和发展的基本条件。社会的进步、国家的发展、人类生活水平的 提升，均使能源消耗量在不断增长。同时由于我国人口的基数大、能源结构不合理、能源 利用率较低，导致能源消耗的增长幅度比其它国家大，也就造成近年来我国的能源形势非 常紧张。b p 世界能源统i t 一报告指出，2 0 1 0 年中国超过美国成为世界上最大的能源消费 国，中国的能源消费量占全球的2 0 3 ，超过了美国1 9 的比例，中国能源消费量比2 0 0 9 年增长1 1 2 1 2 1 。 国家统计局2 0 11 年3 月1 日发布的2 0 1 0 年国民经济和社会发展统计公报，公报显 示，经初步核算，我国全年能源消费总量3 2 5 亿吨标准煤，比上年增长5 9 。煤炭消费 量增长5 3 ：原油消费量增长1 2 9 ：天然气消费量增长1 8 2 ：电力消费量增长1 3 1 。3 1 。 能源消费总量及构成见表1 3 。 武汉科技大学硕士学位论文第3 页 衰i 3 能源消费总量及构成“1 能源消费总量占能源消费总量的比重( ) 年份 ( 万吨标准煤)煤炭石油天然气水电、核电、风电 1 9 7 85 7 1 4 47 0 72 2 73 23 4 1 9 8 06 0 2 7 57 2 22 0 73 14 0 1 9 8 5 7 6 6 8 2 7 5 8 1 7 12 24 9 1 9 9 09 8 7 0 37 6 21 6 62 15 1 1 9 9 11 0 3 7 8 37 6 11 7 12 04 8 1 9 9 21 0 9 1 7 07 5 71 7 51 94 9 1 9 9 31 1 5 9 9 37 4 71 8 21 95 2 1 9 9 41 2 2 7 3 77 5 01 7 41 95 7 1 9 9 51 3 1 1 7 67 4 61 7 5 1 - 86 1 1 9 9 61 3 5 1 9 27 3 51 8 71 86 o 1 9 9 71 3 5 9 0 97 1 4 2 0 41 86 4 1 9 9 81 3 6 1 8 47 0 92 0 81 - 86 5 1 9 9 91 4 0 5 6 97 0 62 1 52 o5 9 2 0 0 01 4 5 5 3 16 9 22 2 22 26 4 2 0 0 11 5 0 4 0 66 8 32 1 82 47 5 2 0 0 21 5 9 4 3 1 6 8 02 2 32 47 3 2 0 0 31 8 3 7 9 26 9 82 1 2 2 56 5 2 0 0 42 1 3 4 5 66 9 52 1 3 2 56 7 2 0 0 52 3 5 9 9 77 0 81 9 82 66 8 2 0 0 62 5 8 6 7 67 1 11 9 32 96 7 2 0 0 72 8 0 5 0 87 1 11 8 83 36 8 2 0 0 82 9 1 4 4 87 0 31 8 33 77 7 2 0 0 93 0 6 6 4 77 0 41 7 93 97 8 2 0 1 0 3 2 4 9 3 96 8 01 9 04 4 8 6 注：数据来源于“中国统计年鉴2 0 1 i ” 1 1 2 建筑能耗的现状 建筑能耗是我国能源消耗的主要领域之一，伴随着我国城市化的飞速发展，建筑商品 能耗在逐年不断增加。由中国建筑能耗模型( c h i n ab u ii d i n ge n e r g ym o d e l ，简称c b e m ) 计算，1 9 9 6 - - 2 0 0 8 年，我国总的建筑商品能耗从2 5 9 亿吨标煤( t e e ) 增长到6 5 5 亿t c e ， 增加了1 5 倍。其中，2 0 0 8 年的建筑能耗为6 5 5 亿t c e ( 不含生物质能) ，2 0 0 7 年的建筑 能耗为6 0 7 亿t c e ( 不含生物质能) ，约占当年社会总能耗的2 3 ，其中电力消耗为7 1 5 0 第4 页 武汉科技大学 硕士学位论文 亿k w h ，约占当年社会总电耗的2 2 旧1 。 建筑能耗的增长，一方面是由于建筑室内环境的改善，建筑服务水平的提高以及建筑 室内用能设备的增加引起的；另一方面，是由于建筑用能人数的增加，尤其是随着城市化 进程的推进，城市人口的增加。表1 3 是一个百万人口城市一天的平衡数据( 吨) 。从表 中可知，城市能源消费量、废物排放量与人口成比例增长。 表1 3 一个百万人口城市一天的平衡数据( 吨) 资源 消费量废弃物排放量 水 5 2 5 0 0 0废水5 0 0 0 0 0 食物 2 0 0 0 固体废物 2 0 0 0 煤炭 3 0 0 0 颗粒物 1 6 0 石油 2 8 0 0 气体污染物 1 0 0 天然气2 7 0 0 平均每人生活能源消耗 图1 2 人均生活能源消耗( 单位：k g c e ) 自1 9 9 6 2 0 0 9 的人均生活能源消费量示意图如图1 2 所示【4 1 。从图中可以看出，近1 5 年来我国人均生活的能源消费情况呈现出不断上升的趋势。这说明，伴随着我国经济的稳 定持续发展，人民的生活消费水平得到了提升：另一方面能源消耗量也不断上涨，建筑能 耗已经约占我国社会总能耗3 0 7 0 ，第三，伴随着经济的稳步增长，我国城市化的进程的逐 步推进，建筑能耗也将呈现上涨的趋势，若任由其增长，必将引发大范围的能源危机。 据统计，“十一五”期间全国累计建成节能建筑面积4 8 5 7 亿m 2 ，全国城镇节能建筑 占既有建筑面积的比例为2 3 1 ，即7 7 的既有城镇建筑没有达到节能设计标准。相对于 居住建筑，公共建筑特别是大型公共建筑具有能耗高的特点，一般为普通住宅建筑的5 l o 倍，年耗电量平均在8 0 3 0 0 k w h m ：。按照目前建筑能耗的发展水平，2 0 2 0 年，我国 建筑能耗将达到1 0 8 9 亿吨标准煤，超过2 0 0 0 年的3 倍：6 。因此，建筑节能已是刻不容缓。 武汉科技大学硕士学位论文第5 页 1 1 3 医院建筑发展及其能耗 在建筑能耗方面，公共建筑的能耗占了相当大的比重。统计结果显示，我国公共建筑 总面积不足城镇建筑总面积的4 ，但总能耗却占全国城镇总耗电量的3 0 。随着我国经 济发展和城市化进程的加快，直辖市、省会和沿海城市的公共建筑数量也会迅速增加。医 院作为一个特殊的社会公共场所，集患者诊疗、休养、康复于一体，是所有建筑中使用功 能最为复杂的公共建筑之一，其数量和规模也在逐年的不断增长。 据国家统计局资料显示，2 0 1 0 年我国共有卫生机构9 3 7 万个，其中医院2 0 9 1 8 个： 全国医疗机构( 不包括诊所、卫生所、医务室和村卫生室) 诊疗人次数为5 8 3 7 亿次，比上 年增加3 5 0 亿次。医院和卫生院床位共4 7 8 7 万张，其中医院床位3 3 8 7 万张，比2 0 0 9 年增加2 6 6 2 万张，年平均增长8 5 ：全国医疗机构入院人数1 4 1 7 4 万人，比上年增加 9 1 8 万人；医疗机构病床使用率为8 6 7 ，出院者平均住院日为1 0 5 日，比上年增加1 9 日“1 。图1 3 所示为改革开放至今我国医疗卫生事业部分指标的变化趋势。由图可知，我国 医疗卫生机构总床位数量持续增长的姿态；从事医疗卫生的人员数量略有波动，近年来稍 有增长：虽然规模较小的医院由于合并使得其数量逐步减少，但规模较大的医院数量在不 断上升，因此医疗机构总数量处于相对稳定的状态。大规模医疗机构数量的不断增长实际 上构成了医院建筑能耗持续上升，医院运行成本剧增的背景。 圈1 3 医疗机构数量、人数和床位数 纵观我国过去十多年来医院的发展方向，可以发现许多大中型医院在发展过程中都非 常重视医院规模的扩大，从医院工作用房的建设，到医院病床数的扩增，再到大型医疗设 备的配套购进，无不体现着医院规模的扩大。不可否认，改革开放以后随着我国人口的增 加和人民群众生活水平的提高，社会对医疗保健工作提出了更高的要求，医院规模的扩大， 对于解决当时看病难、住院难的矛盾具有重要的积极意义，同时也加快了医院的发展步伐。 近十年来医院建设总投资和政府财力投入均超过了过去5 0 年的投入。在投资大，硬 件环境改善的同时，医院的运行成本迅速提高，能耗迅速增长。据有关资料介绍，医院的 第6 页武汉科技大学硕士学位论文 能耗是一般公共建筑的1 6 - - - 2 倍 。医院的总费用支出过亿元，能源费用支出达1 千万元 以上。 1 2 论文研究意义 建筑节能己成为我国可持续发展战略的重要组成部分。建筑节能工作不仅仅是一个经 济问题，也是一个重要的战略问题，是一项节约资源、保护环境、改善室内舒适度、促进 经济社会可持续发展的重要工作。 现代医院建筑是科学、技术、信息的载体，是社会发展、技术进步、人民生活水平和 生活质量提高的重要标志。随着人们生活需求的提高，对改善医疗条件的要求愈加迫切， 医疗改革的推进，医院将面临着激烈的市场竞争，从改善病人就诊环境、提高医院内部管 理技术手段考虑，许多新建的医院建筑对暖通空调等设施诸多方面都提出了要求。医院提 供的已经不仅仅是单纯的治疗服务。患者对医院的就医环境和医护人员对工作环境卫生、 舒适程度的要求也越来越受到人们的重视。 保障医疗与卫生要求，是医院建筑节能的前提条件，也是相对于其他公用建筑节能的 最大区别。但是我国医院环境控制系统的设计和建造对节能问题考虑不周也是普遍存在的 问题。而追求高标准、大规模、高级别的理念一度非常盛行，其能耗之高可见一斑。近年 来我国医疗进行了医疗改革，医院还贷与日常运行费用压力倍增，医疗费用急剧上涨，引 起广大百姓乃至中央领导极大关注，医院与卫生主管部门也承受着巨大的压力。我国已经 颁布了公共建筑节能设计标准g b 5 0 1 8 9 2 0 0 5 、公共建筑节能改造技术规范 g j g l 7 6 - 2 0 0 9 ，在国家建筑节能减排的大环境下，作为特殊公共建筑，在保证医院正常发 展、满足人民需求、提高医疗质量的前提下，对新建建筑应用节能技术、既有建筑进行节 能改造，降低医院建筑能耗与运行费用中不合理部分已成为医疗机构建设的重要课题。因 此研究既有医院建筑节能改造对节约资源、保护环境、改善室内舒适度、提高医疗服务水 平、促进经济社会可持续发展等方面均有十分重要意义。 1 3 研究现状分析 1 3 1 国外研究现状 由于发达国家的城市化进程已经进入稳定阶段，新建建筑量少于既有建筑，因此，他 们在对正在兴建的建筑按照节能标准设计的同时，尤其加强对既有建筑的节能改造，并己 取得许多成果。 英国对医疗服务体系医疗设施比较重视，卫生设施发展历史比较悠久。为了应对设施 老化，他们曾针对新医院的建设开发研究了包括分子核式的医院等多种探索，也开展了对 现有医院的提高改良与升级的研究。研究中对分子核式医院的能耗进行了分析，认为在建 筑能耗中：占5 0 面积的周边区域用于采暖和照明的能耗平均每年约1 5 0 k w h m 2 。而位于核 心区域约2 0 的部分因需要空调其能耗约为7 5 0 k w h m 2 ，二者相差悬殊嵋儿训。 德国联邦科技部曾开展一项称之为e r i k 医院的能源合理化使用的研究。报告认为医 疗与科技进步，已使医院成为一种高度技术化的专业部门，其功能尤其需要越来越高的能 武汉科技大学 硕士学位论文第7 页 耗支持与消耗。分析报告认为，在医院的运营成本中，7 0 是人力成本，3 0 是设备维持费， 其中约1 5 是能源消耗成本。报告认为医院节能存在有巨大的潜能。e r i k 研究项目的出发 点与研究目标，是通过对各种影响能源使用的多种不同部件组成的复杂体系，从数量与质 量上分析，以寻找具有普遍可行的节能方案，以提供将来实际使用，达到具体工程节约成 本的目的。研究包括以下几个方面：( 1 ) 通过优化控制以获得室内技术设备的最佳运行状 态。( 2 ) 校验室内与建筑物的设计参数。( 3 ) 及充分利用现有设施降低建筑空间的需要。 ( 4 ) 使用节能型室内技术。( 5 ) 对建筑物进行节能改造哺儿引。 美国供热制冷空调工程师协会( a s h r a e ) 的调查资料表明，与医院空调通风系统相关 的能耗约占医院总能耗的6 7 ，而空调通风的风机能耗和混合再热能耗占全年能耗的i 3 。 日本某家典型医院能源消耗情况也表明，空调冷、热源和空调动力能耗占总能耗的5 1 8 ， 与美国a s h r a e 的调查资料中空调通风系统的能耗情况相近旧1 。 日本岛根大学的s a t o r uo k a m o t o 教授以该校附属医院对例，提出在医院建筑中推广使 用余热发电系统( c g s ) 的观点。将传统的蒸汽吸收式制冷与燃油锅炉的冷热源改造为热 电联产系统，得到空调采暖能耗降低1 6 5 l 的结论。并对该医院采用该系统作了可行性分 析，认为能量需求大、负荷稳定的大型医院更加适宜推广热电联产系统，建议回收期在5 年以内的医院进行改造【1 0 】【1 1 1 【1 2 1 。 同时发达国家在遵照各国的公共建筑节能标准或规范对其进行节能改造的同时，还制 定了相应的医院绿色建筑指南和规范，如2 0 0 1 年，美国一些医院和非营利性组织集合在 一起，编制了一套基于l e e d 评估系统的医疗绿色建筑指南( g r e e ng u i d ef o r h e a l t h c a r e ，简称g g h c ) 。2 0 0 9 年。美国加利福尼亚州政府首个强制执行绿色医院建筑 规范( g r e e nh o s p i t a lb u i l d i n gc o d e ) n 引。2 0 0 7 年，德国颁布了医院标准v d l 2 1 7 6 “医 院建筑设施供热、通风与空气调节”，同济大学沈晋明教授等介绍了该标准的应用范 围，卫生级别的定义，供热、通风与空气调节新概念和手术室验收等内容。并评述了于2 0 0 8 年1 2 月颁布的德国最新国家标准d i n l 9 4 6 第4 部分“医疗建筑与科室通风与空调”的适 用范围、基本章节、控制思路、技术措施和手术室送风天花验收等内容，并分析了与v d l 2 1 7 6 的不同观点f 1 4 】【1 5 l 【1 引。2 0 0 8 年，英国b r e 发布专门针对医疗建筑的b r e e a mh e a l t h c a r e 版 本，专门针对医院建筑进行绿色评估，也意味着绿色医院将是医院节能工作发展的新方向 p t 。 1 3 2 国内研究现状 近年来，我国医院建设在改善就医环境、增加医疗实力的同时，建筑能耗不断上升， 成为能耗最大的公共建筑之一，引起人们广泛的注意。1 9 8 8 年l o 月4 日为使综合医院建 筑设计符合安全、卫生、使用功能等方面的具体要求，制定并发布了综合医院建筑设计 规范( j g j4 9 8 8 ) ，并继有2 0 0 4 年修改征求意见稿，2 0 0 8 年修订版报批稿。2 0 0 2 年1 1 月2 6 日建设部发布医院洁净手术部建筑技术规范( g b 5 0 3 3 2 0 0 2 ) 。 张建波刚等2 0 0 6 年 2 0 0 7 年对重庆市各类医院的用电情况进行了调研和测试，选取 第8 页武汉科技大学硕士学位论文 的8 个医院具有较好的代表性，建筑面积从2 7 0 9 m 2 6 0 4 5 0 m 2 ，其中包括私立医院和三甲医 院。从冷热源的形式来看，大规模的医院大多采用水冷离心( 螺杆) 式机组+ 燃气锅炉，而 中、小规模的医院则更多采用风( 水) 冷热泵机组。由于医院的规模和效益各异，使2 0 0 6 全年能耗指标跨度很大，从2 6 1 k w h ( m 2 a ) - 2 5 5 5 k w h ( m 2 a ) 。 胡仰耆 等给出了上海地区1 1 家三级甲等医院建筑的用电状况分项统计数据及 2 0 0 2 2 0 0 7 年这1 1 家医院单位面积年均能耗数据统计值。数据表明：在这些三级甲等医 院的各项能耗比例中，空调系统与冷热源部分的电耗约占医院总电耗的5 6 7 ：这些医院 的单位建筑面积年均能耗均超过2 0 0k w h ( m 2 a ) 。虽然近几年时间内，医院建筑设计与 运行管理中的节能意识在提高，在多方面采取了不同的节能措施。但综观全局，不论是从 我国未来医疗卫生设施建设的数量与规模来看，还是从某一个医院的具体情况来看，仍应 该高度重视医院这个高能耗行业的节能潜力。 上海医院建筑消耗的能源形式主要是电能、燃气和水，中国建筑科学研究院路宾等通 过对上海4 个医院的能耗调查结果的分析得出：医院耗能主要是集中在耗电和耗燃气、耗 油方面，共计占医院总能耗的9 5 左右。因此，节电和减少燃气( 油) 的消耗是医院节能 工作的重点。并且各医院之间能耗差异较大，单位建筑面积能耗费用处于1 0 5 - 1 4 8 ：元j ( m 2 - a ) 之间。单位建筑面积全年总耗电量处于7 6 0 1 0 9 1k w h ( m 2 a ) 之间。耗电量最高的医院的 用电量可达耗电量最低的医院的1 5 倍。这种差距也表明了上海医院建筑存在着十分巨大 的节能潜力l z 。 据有关资料显示，在医院能耗中，电力约占6 4 ，为整个医院的主要能源，瓦斯、重 油等约占l l ，主要用在供应蒸汽、热水、消毒、洗涤、厨房及冬季采暖。从用电量分析 空调约占5 0 ，照明、插座约占3 4 。所以空调、照明、供热水是医院节能管理的重点旧1 。 目前国内医院建筑节能主要从各自专业角度提出以下几方面措施心： ( 1 ) 关于医院冷热源节能的研究 燃气冷热电三联供( c c h p ) ，经过能源的梯级利用使能源利用效率从常规发电系统的 4 0 左右提高到8 0 左右，大量节省了一次能源。由于医院用电和用热量都较大，所以医院 是c c h p 系统较合适的用户。利用热电联产或冷热电三联供代替传统的锅炉，是医院冷热 源发展的一个方向。然而，当前关于分布式能源在医院建筑应用的研究与实践还处于起 步阶段，技术应用也不太成熟。 采用电制冷一般可选用离心机和螺杆机。这种制冷设备技术成熟，在国外已有近百年 的历史，在国内也有近四十年的历史。无论是在国外还是在国内，电制冷都是当前空调冷 源的主流。电制冷的能效比c o p 系数值高，一般可达4 0 - 6 0 ：能量自动调节、调节范围 大，一般可达2 0 9 6 1 0 0 ；机组故障率低，寿命长，一般可达2 5 3 0 年。医院由于医疗工 艺的需要，电源为两路供电之外还有备用电源，因此采用电制冷在医院来说是最安全可靠 的。 溴化锂吸收式制冷按能源又可分为以热源( 蒸汽或热水) 为能源的溴化锂吸收式制冷 和以天然气、油为能源的直燃型溴化锂吸收式制冷。建设部全国民用建筑工程设计技术 武汉科技大学硕士学位论文 第9 页 措施指出，只有存在废热或可获得廉价热源的情况下，才可能选用以热源( 蒸汽或热水) 为能源的溴化锂吸收式制冷。九十年代初，我国为了缓解电力供应紧张的局面，鼓励以天 然气、油为能源的新型空调制冷设备的使用，并通过征收高额电力增容费等手段限制电力 增容。直燃机在这种情况下迅速发展起来。直燃型溴化锂吸收式制冷的能效比c o p 系数较 低，一般只有1 1 ，其一次能源消耗约为电制冷的1 5 倍。而且经过十年的运行，直燃机 的结构曝露出一些问题：普遍存在制冷量衰减的现象，能耗增加，机组寿命缩短，外部负 荷变化不如电制冷反应快。 由于医院每天产生大量的生活医疗污水，国内对医院采用污水源热泵空调系统也有少 量研究。污水源热泵系统将污水热能连同热泵机组本身产生热能一并转移到室内，能效比 高达4 5 6 0 ，能源利用率是电采暖的3 4 倍，污水源热泵与空气源热泵相比，夏季冷 凝温度低，冬季蒸发温度高，能效比和性能系数大大提高，而且运行工况稳定，比传统中 央空调节省3 0 4 0 的运行费用。污水源热泵技术系统无需设冷却塔，利用的是生活医疗 污水，节约了大量水资源的同时又开发创造出新的清洁型能源。 据有关资料，日本医院空调冷源以吸收式制冷为主。而国内多数医院空调以电制冷为 主。对于大型医院建筑，空调能源的应该多元化才比较合理，当某种能源供应紧张时，能 源的多元化可以很好的起到消峰填谷的缓冲作用。从运行成本角度看，采用空调能源的多 元化，其中某种能源价格的波动都不会对整体运行费用造成太大的影响。 国内大部分老医院的洁净手术部均与其它功能科室合建在一幢楼内，并与其他功能科 室合用同一冷热源。医院病房、门急诊等均是季节空调，春、秋过渡季节大楼的中央空调 一般均停止使用，而洁净手术部、无菌病房、重症监护病房等科室经常需要全年空调。若 单独为这些部门而开启整幢大楼的空调冷热源，其能耗将相当大，也是极不经济的。因此， 为了确保手术部的空调在过渡季节能独立使用需要为其设置单独的冷热源。目前在常规的 设计中，一般单独为洁净手术部配置一台风冷热泵。在冬夏两季利用医院集中冷热源供冷 热，在过渡季节通过阀门的切换由风冷热泵单独供应手术部的空调冷热源。 ( 2 ) 关于空调水系统节能的研究 目前，国内对水系统部分负荷下节能运行的研究主要包括质调节和量调节。质调节指 当空调负荷低于设计负荷时，适当提高冷水温度，提高制冷设备的效率，使空调系统既能 保证舒适度要求又能减少运行电费。相对来说，量调节通过调节冷冻水和冷却水流量，极 大减少了部分负荷下水泵的输送能耗，具有更大的节能潜力。 ( 3 ) 关于热回收节能的研究 关于空调建筑热回收的研究主要包括以下三个方面：燃气锅炉废热的回收；制冷机组 冷凝热的回收；排风冷、热量回收。应结合当地气候条件、经济状况、工程的实际状况、 排风中有害气体的情况等多种因素综合考虑，进行技术、经济分析分析比较，以确定选用 合适的热回收装置，从而达到花较少的投资，回收较多热( 冷) 量的目的。 在医院建筑中回收余热要满足医院微生物控制的要求。例如，全热换热器的余能回收 效率比显热换热器高很多，因此一般均推荐采用全热回收。但由于全热换热器存在着湿传 第1 0 页 武汉科技大学 硕士学位论文 递过程，而且传递比较缓慢，容易提供微生物滋生的条件，不利于医院微生物的控制。所 以需要结合医院建筑自身的特点，探讨适合于医院用能系统合理的能量回收方式。 ( 4 ) 关于其它节能措施的研究 i ) 照明系统的节能。使用高效发光光源代替原有的低效光源，在节电的同时提高照 度、显色度，改善照明环境，从而给人们提供一个舒适、稳定的照明环境，既提高了工作 效率也保护了人体健康。有资料显示，用t 5 ( 高效荧光灯+ 电子镇流器) 替换t 8 ( 荧光灯 + 电感镇流器) ，节电2 5 以上，照度提高1 5 以上，显色指数由原来的7 0 提高到8 5 ，消除 了频闪，t 5 荧光灯的寿命是t 8 的两倍。磨砂灯泡或白炽灯泡选用色温相当的节能灯替换， 在照度不降低的前提下，节电6 0 以上，且寿命提高6 - - 8 倍拉2 儿2 副。 2 ) 电梯的节能。电梯运行中多余的机械能( 含位能和动能) 通过电动机和变频器转换 成直流电能储存在变频器直流回路中的电容中。据有关资料显示，利用有源能量回馈器有 效的将电容中储存的电能回送给交流电网供周边其他用电设备使用，节电效果十分明显， 般节电率可达1 5 5 0 。 3 ) 医院污水处理的节能。对现有设备进行更新改造，采用无动力医院污水处理装置 等，降低能耗和运行费用。 1 4 研究思路、内容和方法 1 4 1 研究思路 医院节能不能等同于医院能耗数值上的降低，也不应该以牺牲医院医疗环境为代价。 事实上，随着医疗技术的进步、诊疗设备的发展，各科室环境的控制要求的提高，在未来 一段时间内，医院建筑能耗仍将有所上升。在现有的用能情况下，保证用能安全、稳定、 可靠的前提下，把优化能源类型与结构、提高设备能源利用率、促进新能源技术的使用， 作为医院节能策略。在建筑物的规划、设计、新建、改建( 扩建) 和使用过程中，采用新型 建筑材料和建筑节能新技术、新工艺、新设备、新产品，提高建筑围护结构的保温隔热性 能和建筑物用能系统效率，在保证建筑物室内热环境质量的前提下，减少供热采暖、空调、 照明、热水供应的能耗，并结合可再生能源、减少人类对自然损害，保护生态。 论文根据武汉市多家医院用能情况的调研分析，结合公共建筑节能技术和管理的成功 经验，给出符合地区情况的、行之有效的、合理的医院建筑节能方法以及相应的技术措施， 并以武汉市某综合医院为研究对象，从既有建筑的节能改造和医院扩建建筑的节能设计两 个方面出发，分析既有建筑各综合节能改造方案的节能效果以及扩建建筑的冷热源形式的 比较选择，最后分析医院节能改造、扩建和医疗服务水平的关系，旨在为我国医院节能提 供参考和借鉴。 1 4 2 研宄内容 以武汉地区医院建筑能源审计工作为基础，借助能耗模拟软件，主要研究以下内容： ( 1 ) 既有医院建筑围护结构、照明等单项改造方案的节能潜力 武汉科技大学硕士学位论文 第1 l 页 ( 2 ) 既有医院建筑各综合节能改造方案的节能潜力 ( 3 ) 既有医院建筑冷热源节能改造潜力 ( 4 ) 医院扩建建筑能源消耗和冷热源方案比较选择 ( 5 ) 扩建、节能改造节能量、服务水平三者之间的关系，对医院扩建能源消耗预测分 析 1 4 3 研究方法 ( 1 ) 审计法 能源审计：获取典型医院建筑围护结构热工参数、体形系数、窗墙比、设备型号、数 量及建筑用能系统等信息，调研先进的、可行的、可靠的节能改造技术，在此基础上分析 用能系统的节能潜力。 ( 2 ) 数值模拟法 对医院既有建筑，在能源审计的基础上，借助能耗模拟软件，选取典型医疗建筑作为 样本，模拟分析建筑能耗、节能潜力，进行节能改造投资回收期计算，确定适宜的综合节 能改造方案。 对医院新建建筑，根据设计信息及国家有关节能法规和标准，借助能耗模拟软件，模 拟不同冷热源方案下的建筑能耗，通过经济性分析进行冷热源方案比选。 ( 3 ) 数学方法 建筑能耗折算成一次性能源需求量的计算方法；分析得出既有医院建筑综合节能改造 的优化方案。 第1 2 页武汉科技大学硕士学位论文 第二章武汉市医院建筑现状、节能潜力及措施 2 1 武汉地区医院现状分析 2 1 1 武汉地区医院概况 截至2 0 0 9 年底，武汉地区各类医疗机构共计2 6 9 7 家，医院共计1 4 7 家，较2 0 0 6 年 增加了1 7 6 。图2 1 反映了近些年来武汉地区医疗事业床位数、医护人员数量的变化。 从医院总床位数、每千人口医院床位数、每干人口医