1、綜合醫(yī)院建筑能耗現(xiàn)狀
在工程建設領(lǐng)域，大型綜合醫(yī)院作為用能大戶，建筑節(jié)能工作往往被忽視。究其原因，能耗費用在醫(yī)院日常運營支出中的占比并不高。全國100家綜合醫(yī)院能耗統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，三級醫(yī)院平均能源支出占醫(yī)院總支出的 2.82%，各類醫(yī)院的平均值為 2.09%。調(diào)查數(shù)據(jù)還揭示大型綜合醫(yī)院單位用能水平顯著高于同地區(qū)的商業(yè)辦公建筑，其中單位建筑面積空調(diào)能耗約為商業(yè)辦公類建筑的 1.6-2.0 倍。
目前，長三角地區(qū)三級醫(yī)院建筑能耗水平已經(jīng)超過發(fā)達國家同等規(guī)模醫(yī)院，其中英國醫(yī)院建筑目前的平均水平為245KWh/m².a，英國現(xiàn)行節(jié)能標準要求新建醫(yī)院的能耗水平不得超過 170KWh/m².a。并且隨著醫(yī)院業(yè)務需求和服務標準的提高，綜合醫(yī)院年均能耗水平上升的趨勢還未根本改變。在可以預見的將來，如果不采取強有力的干預措施，醫(yī)院的能耗水平還將繼續(xù)攀升。加快建筑領(lǐng)域綠色低碳轉(zhuǎn)型，實現(xiàn)建筑領(lǐng)域碳達峰、碳中和是一場廣泛而深刻的系統(tǒng)性社會變革。節(jié)能是實現(xiàn)建筑領(lǐng)域綠色低碳目標的關(guān)鍵手段?？梢姡酝咄度?、高消耗、高排放的粗放式的醫(yī)院建設模式在新形勢下將難以為繼?？紤]到綜合醫(yī)院的建設和用能的復雜性，扭轉(zhuǎn)能耗上升趨勢實現(xiàn)建筑碳達峰的任務十分艱巨。因此，新建醫(yī)院應該未雨綢繆及早規(guī)劃合理建筑節(jié)能方案和應用適用的綠色低碳措施，實現(xiàn)綠色低碳措施的同步規(guī)劃、同步設計、同步建設、同步驗收。
2、綜合醫(yī)院的用能特點
綜合醫(yī)院用能種類繁多，冷、熱、電、水、蒸汽、天然氣、醫(yī)用氣體。其中，采暖、通風、空氣調(diào)節(jié)和供熱能耗占有很大份額。各種統(tǒng)計均顯示暖通空調(diào)和蒸汽動力系統(tǒng)的能耗在醫(yī)用建筑總能耗中所占份額最大，位于杭州的某省級三甲醫(yī)院的暖通空調(diào)能耗占醫(yī)院總能耗的53%。發(fā)達國家的情形與此類似，日本醫(yī)院典型暖通空調(diào)能耗占比值 51.7%，美國為67%。
3、新技術(shù)賦能醫(yī)院建筑低碳新路徑
實現(xiàn)節(jié)能減排，除了提高機電設備能效水平外，更要看到數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化為建筑節(jié)能注入的新動能、新機遇。人工智能與信息技術(shù)賦能建筑機電系統(tǒng)帶來設備系統(tǒng)范式的轉(zhuǎn)換和系統(tǒng)構(gòu)架的變革。面向未來的醫(yī)院機電系統(tǒng)將來不再是一個個孤立運行設備的組合。應用物聯(lián)網(wǎng)和人工智能技術(shù)在整個醫(yī)院院區(qū)尺度內(nèi)全局協(xié)同和優(yōu)化設備運行已經(jīng)初見成效，并有了具體的實踐。建筑信息模型（BIM）為醫(yī)院物業(yè)設施管理和物業(yè)維保業(yè)務聯(lián)動提供大量基礎信息。新技術(shù)帶來新思路、新措施，不僅給醫(yī)院建設管理者新的啟示，也為改善醫(yī)院設備系統(tǒng)運營水平和節(jié)能帶來全新的機遇。為適應上述新技術(shù)的發(fā)展，醫(yī)院也應及時變革原有的后勤管理體系，打破內(nèi)部班組、科室壁壘，探索與數(shù)據(jù)流相適應的全業(yè)務聯(lián)動機制。醫(yī)院能源供應形式的低碳化、用能管理的數(shù)字化將成為未來的長期趨勢。醫(yī)院建設者在規(guī)劃醫(yī)院的用能和能源供應方案時應該摒棄單一、靜態(tài)思維，采取多元并舉、基于權(quán)衡分析的全年能耗決策策略。把用能側(cè)（如：醫(yī)療設備、空調(diào)冷源、熱源、蒸汽、衛(wèi)生熱水、照明、電梯等）與能源供應側(cè)（如：分布式能源、冷熱電三聯(lián)供、太陽能光伏光熱及其他可資利用的再生能源系統(tǒng)）關(guān)聯(lián)成一個院區(qū)級綜合能源解決方案，實現(xiàn)創(chuàng)新驅(qū)動的高效、綠色、智慧的新系統(tǒng)。
4、新型高效能冷源的選擇
（1）選用什么樣的制冷主機？
醫(yī)院約30-70% 的用能分布在門急診部門，同時 25-40% 左右的分布在住院部。由于門急診部門、醫(yī)技部門和后勤辦公部門的工作時間不一，醫(yī)院暖通空調(diào)系統(tǒng)極少能達到設計預期的滿負荷狀態(tài)，即使是最炎熱和最寒冷的極端天氣也是如此。制冷供熱主機裝機容量偏大，大馬拉小車的現(xiàn)象在醫(yī)院普遍存在。實踐證明，對醫(yī)院冷熱源主機系統(tǒng)配置方案實施優(yōu)化，可帶來巨大的初投資節(jié)省效益和運行效能提升。醫(yī)院建筑常用的制冷主機形式有電制冷壓縮式水冷冷水機組、風冷熱泵冷熱水機組、變頻多聯(lián)空調(diào)、溴化鋰吸收式冷水機組等。
（2）水冷冷水機組的能效優(yōu)勢是什么？電力驅(qū)動的壓縮式水冷冷水機組應該是大型綜合性醫(yī)院首選的供冷方式。壓縮式水冷冷水機組使用冷卻水通過冷卻塔散熱，相比其它制冷方式能源效率優(yōu)勢十分明顯。通常單機容量越大，其節(jié)能優(yōu)勢越是明顯。水冷冷水機組有多種不同的壓縮機形式，其中離心壓縮式和螺桿壓縮式因單壓縮機機制冷容量大、性價比高和可靠性好而受到普遍歡迎。除了冷卻塔散熱，江水、湖水、海水、地下水都是潛在的冷水機組散熱源也是潛在的供熱源。但是是否適用于具體項目，需要根據(jù)項目場址的自然資源條件做地質(zhì)水文調(diào)查和需求分析，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較后確定。在嚴重缺水地區(qū)，水冷冷水機組的應用受到一定的局限，因為冷卻塔會耗費相當容量的水資源。缺水地區(qū)可以考慮風冷熱泵作為替代方式。
（3）冷水機組是否需要變頻驅(qū)動？
家用空調(diào)變頻驅(qū)動已經(jīng)成為主流，商用多聯(lián)空調(diào)基本上都是變頻機的天下。那么水冷冷水機組是否也應該考慮變頻驅(qū)動呢？答案是肯定的。從節(jié)能效果看，冷水機組采用變頻驅(qū)動后可以獲得更高的能效，見圖2，尤其是春秋季，變頻機組的性能還會更加明顯提升，這種能效特性對長江以南供冷季長的綜合醫(yī)院或內(nèi)區(qū)較多的特大型醫(yī)院建筑來說特別有吸引力。

從投資回報率看，冷水機組采用變頻所追加的投資有限，其回收周期通常在3年左右。離心式水冷冷水機組采用變頻驅(qū)動可降低壓縮機葉輪喘振的風險，這也是設計師傾向于選用變頻冷水機組的一個重要原因。離心式冷水機組的喘振會危及制冷主機的設備安全。定頻離心式水冷冷水機組在制冷負荷下降到 30-40% 以下時即可能出現(xiàn)喘振。當應用變頻驅(qū)動后，喘振點降低到 10-15%，基本化解喘振風險。
（4）醫(yī)院使用變頻驅(qū)動的動力設備應注意什么事項？
醫(yī)院采用變頻驅(qū)動的冷水機組需要注意大功率變頻器諧波干擾對周邊敏感醫(yī)療設備、儀器和植入心臟起搏器等敏感病人的影響。驅(qū)動冷水機組的工業(yè)級變頻器會產(chǎn)生大量電磁干擾，電磁干擾通過電力電纜傳導和空間輻射兩種形式擴散。為了防止諧波干擾影響醫(yī)療設備的正常工作或危害病人安全需要對變頻設備的總諧波畸變率THD 提出要求。通常變頻冷水機組出廠 THD≤15%，如果采用變頻主機或變頻泵的制冷機房貼鄰敏感醫(yī)療場合，則需要添加諧波柜抑制電源的諧波分量，使得電源 THD≤5%。
以往，醫(yī)院多采用自建鍋爐蒸汽供熱。有集中供熱的地區(qū)冬季采用熱網(wǎng)集中供熱，沒有集中供熱季的仍然自建鍋爐蒸汽供熱。醫(yī)院供熱主要用于采暖、供應室高溫滅菌、洗衣房洗滌及消毒、制劑、餐飲、空調(diào)加濕、空調(diào)送風再熱等，同時有衛(wèi)生熱水的需求。傳統(tǒng)的做法是統(tǒng)一用蒸汽鍋爐產(chǎn)汽，通過管道輸送到用汽點。這一設計最大的問題是能源效率低，蒸汽容易跑冒滴漏，控制粗放，造成不必要的損耗。同時蒸汽系統(tǒng)部件易損，維修工作量大。
2020 年新版《鍋爐房設計標 GB 50041-2020》指出：“供采暖、通風、空氣調(diào)節(jié)和生活用熱的鍋爐房宜采用熱水作為鍋爐供熱介質(zhì)；以生產(chǎn)用汽為主的鍋爐房應采用蒸汽作為鍋爐供熱介質(zhì)”。從目前醫(yī)院建設的趨勢看，集中熱水鍋爐 +零散用汽點分設小型蒸汽鍋爐或蒸汽發(fā)生器的解決方案最受歡迎。用零散汽點包括洗衣房、中心供應室、潔凈手術(shù)部、廚房等，能源為燃氣或電力。用汽點分設的蒸汽發(fā)生設備使用靈活、響應快、投資和管理成本低、無特殊消防和安全監(jiān)察要求，從根本上避免了蒸汽鍋爐年檢年審、消防及專業(yè)操作工人持證上崗問題。
1）超低氮真空熱水鍋爐
工作原理：該類鍋爐內(nèi)部密閉腔通過抽氣后形成一個真空腔，燃燒煙氣加熱真空腔中的熱媒水使之在負壓下沸騰產(chǎn)生水蒸汽。蒸汽在熱水換熱器管外凝結(jié)，將管內(nèi)冷水加熱升溫后輸出熱水。真空腔的水蒸汽凝結(jié)后形成水滴流回爐膛被加熱重新汽化，完成整個爐內(nèi)循環(huán)。真空熱水鍋爐近年來應用越來越廣泛，其極佳的安全性、承壓供熱的特點非常適合作為醫(yī)院集中供熱的熱源。由于爐體是負壓容器，其建設無需報審技術(shù)質(zhì)量監(jiān)督部門，使用也無需年檢年審。真空熱水鍋爐相對蒸汽鍋爐或承壓熱水鍋爐，其技術(shù)優(yōu)勢為：負壓運行無爐膛爆炸危險，升溫快，啟停熱損失低，熱效率高；通過內(nèi)部換熱，實現(xiàn)了供熱系統(tǒng)的承壓運行，又避免了換熱器散熱損失與二次換熱水泵功耗。與“蒸汽鍋爐＋換熱器”的間接供熱系統(tǒng)相比，投資與占地面積均有較大節(jié)省，適合地下室安裝；整裝成套設備，鍋爐本體壽命長。新一代超低氮真空熱水鍋爐采用新型燃燒核心在全預混燃燒的基礎上，通過利用相變鍋爐熱媒水冷卻火焰的方式，大大降低了火焰溫度，有效抑制了 NOX 的合成，實現(xiàn)了氮氧化物超低排放。采用水冷預混燃燒的燃氣真空熱水鍋爐的總氮氧化物排放量 NOX: <20mg/m³。
2）模塊化鍋爐
模塊化鍋爐有緊湊的爐體設計，可以極大地降低鍋爐安裝所需的場地，為醫(yī)院集中供熱提供了新的解決方案，可以利用屋頂、室外空閑場地作為鍋爐的安裝場地，適合于城區(qū)用地緊張的醫(yī)院，尤其適合于醫(yī)院既有建筑的改造和醫(yī)院原址改擴建工程和鍋爐房的擴容增容。模塊化鍋爐通常內(nèi)置遠程智能管理系統(tǒng)，用于模塊調(diào)度，這為建設和管理帶來極大的便利性。室外安裝的鍋爐可實現(xiàn)無人值守操作，設備可以全自動運行，在手機或其他智能終端即可遠程操作和監(jiān)測設備運行情況，大大減少其他智能化子系統(tǒng)（如安防、辦公自動化）之間傳遞信息和進行功能協(xié)調(diào)整合。有了 BAS，醫(yī)院后勤管理部門可以方便的實現(xiàn)設備定時開機關(guān)機、空調(diào)室內(nèi)溫度控制、運行容量調(diào)節(jié)等遠程操作或其他程序控制。
大型綜合性醫(yī)院，體量往往超過 20 萬平方米，設備系統(tǒng)復雜而龐大，需要決策的運行參數(shù)眾多，如何實現(xiàn)全局性、預見性的高效能運行控制，面臨新挑戰(zhàn)。BAS 興起于 20 世紀 90 年代，系統(tǒng)構(gòu)架和功能基于當時計算機算力和網(wǎng)絡傳輸能力。時至今日，BAS 的局限性日益凸顯，應對新需求傳統(tǒng)的 BAS 方式顯然捉襟見肘。應對這種挑戰(zhàn)，現(xiàn)代醫(yī)院建設應該超越 BAS 在功能和構(gòu)架上的局限，積極引入以人工智能、大數(shù)據(jù)、云服務為主導技術(shù)的新一代空調(diào)運行管理系統(tǒng)。新的系統(tǒng)為集中式空調(diào)系統(tǒng)量身定制，利用大數(shù)據(jù)和云計算實現(xiàn)全鏈路智能運維控制。
醫(yī)院建筑需要采集哪些數(shù)據(jù)、控制哪些設備、調(diào)節(jié)哪些參數(shù)？
人工智能、大數(shù)據(jù)、云服務為我們提供了全新的視角，在大數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運維中存在的問題、在數(shù)據(jù)中挖掘節(jié)能潛力正是新興技術(shù)賦能的結(jié)果?；谌溌分悄芸刂葡到y(tǒng)，通過對空調(diào)系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)實時數(shù)據(jù)的采集，將生產(chǎn)側(cè)（冷熱源）、輸配側(cè)（管網(wǎng)）與消費側(cè)（末端空調(diào)用熱設備）關(guān)聯(lián)起來，實現(xiàn)高維度的預測性決策和整體協(xié)調(diào)一致的聯(lián)動控制，從而達到全局性的能源最優(yōu)化。這類智能化的中央空調(diào)集成控制系統(tǒng)在商業(yè)開發(fā)項目中已經(jīng)得到充分驗證，實際使用案例已經(jīng)超過3000余個。通過技術(shù)改造應用此類系統(tǒng)，實現(xiàn)了管理決策的可視化和云端托管，為項目帶來可觀的節(jié)能效益、經(jīng)濟效益（空調(diào)節(jié)能率通常在25%以上）。
（5）其它節(jié)能設計措施有哪些？
1）供冷有沒有免費的午餐？
醫(yī)院在春秋兩季也會有少量的供冷需求，經(jīng)常出現(xiàn)的情況是供暖季剛剛結(jié)束，部分科室的供冷就提上日程。這時室外還十分涼爽，能不能不啟動制冷主機也為醫(yī)院供冷呢？答案是肯定的，除了加大新風供應來引入室外涼爽空氣外，啟動閑置的冷卻塔也可以為醫(yī)院“免費”供冷。冷卻塔可以為醫(yī)院提供低于室外大氣溫度 5℃左右的冷凍水。在早春和晚秋時節(jié)、以及夜間室外氣溫低的地區(qū)，通過特殊的管道設計，可以實現(xiàn)冷卻塔免費供冷。這種供冷方式既節(jié)省制冷費用，又符合綠色低碳的要求。與冷水機組系統(tǒng)結(jié)合時，免費供冷技術(shù)還有利于規(guī)避制冷壓縮機負荷下降時的喘振風險。浙江大學附屬第一醫(yī)院余杭院區(qū)設計時采用冷卻塔免費供冷方案，在每年的 3-4 月期間為整個院區(qū)“免費”供冷，供冷時間長達一個月，深秋季節(jié)也可不開制冷主機免費供冷。項目建成后實際運行經(jīng)濟效益和社會效益十分明顯，受到醫(yī)院管理方的歡迎。
2）大溫差空調(diào)水系統(tǒng)和風系統(tǒng)
隨著醫(yī)院規(guī)模的擴大，中央空調(diào)供冷、供熱時的水泵風機能耗占比顯著上升，一些醫(yī)院反映盡管采購了高效制冷主機和鍋爐，系統(tǒng)的能耗仍然處在高位，究其原因是泵和風機的動力消耗過高，甚至達到整個系統(tǒng)的40%-50%。常規(guī)中央空調(diào)系統(tǒng)的冷凍水和冷卻水的供、回水設計溫差通常為 5℃，大溫差系統(tǒng)是指冷凍水或者冷卻水溫差大于5℃的空調(diào)水系統(tǒng)。大溫差技術(shù)可減少系統(tǒng)流量，節(jié)約介質(zhì)輸送動力消耗，并可有效降低管路系統(tǒng)的初投資。實踐表明，采用水側(cè)大溫差和送風側(cè)大溫差后，單位空調(diào)面積的管道造價節(jié)可降低25-30 元。供熱系統(tǒng)同樣可以采用大溫差，可以類似地減少水泵的動力消耗。在建的浙江大學醫(yī)學院附屬第二醫(yī)院柯橋未來醫(yī)學中心定位為集醫(yī)療、教學、科研于一體的大型研究型三級甲等綜合醫(yī)院，工程總建筑面積50萬平方米，設計床位 2000 床。其空調(diào)冷凍水風供回水溫度為 6/13℃（采用 7℃大溫差），冷卻水采用常規(guī)溫差。已建成投入實際運營的浙江大學醫(yī)學院附屬第一醫(yī)院余杭院區(qū)，總建筑面積約為 306511 平方米，地上建筑面積約為 178824 平方米，地下建筑面積約為 127687 平方米。其空調(diào)冷凍水的供回水溫度 6/14℃（采用 8℃大溫差），冷卻側(cè)供回水溫度 32/40℃（采用 8℃大溫差）。僅這一項技術(shù)措施即可節(jié)省投資400萬元，運行費用的節(jié)省也十分可觀。
3）通風的需求側(cè)管理
引入新風可以改善室內(nèi)空氣品質(zhì)，但這并不意味著新風換氣量越大就越好。在空調(diào)季節(jié)和采暖季節(jié)引入新風會顯著增加空調(diào)和采暖能耗，還影響室內(nèi)空氣濕度控制效果。以長三角地區(qū)為例，用于新風處理的能耗通常占醫(yī)院空調(diào)總能耗的 35-40%，全年用于新風處理的費用相當可觀。與其在醫(yī)院建成后再去節(jié)能改造，還不如盡早規(guī)劃節(jié)能措施。新風、排風熱回收或采取新風需求側(cè)管理是節(jié)能效果顯著的措施。醫(yī)院建筑中主要功能房間中人員密度較高且隨時間顯著變化，這些區(qū)域可以考慮設置室內(nèi)空氣品質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)。室內(nèi)空氣污染物濃度檢測與通風系統(tǒng)聯(lián)動調(diào)節(jié)通風量，這樣的系統(tǒng)稱為通風需求側(cè)管理。
新風、排風的需求側(cè)管理還適用于室內(nèi)污染物濃度波動幅度大的區(qū)域，例如病理科。實施新風需求側(cè)管理首先要確定目標區(qū)域首要空氣污染物是什么，確定其許可的上限值和目標值，通過實時監(jiān)測該污染物濃度來調(diào)控所需新風換氣量。調(diào)節(jié)方式可以是通斷控制也可以通過變頻調(diào)節(jié)流量。具體來說，對于門診大廳、輸液大廳、配藥等候區(qū)人員密度波動大的區(qū)域可以采用二氧化碳濃度探測聯(lián)動調(diào)節(jié)新風量的大小。在地下機動車停車庫可以設置一氧化碳濃度傳感器，按需啟動通風風機。檢驗科、病理科可以采用揮發(fā)性有機物 VOCs 或甲醛、二甲苯傳感器控制排風。即使是負壓病房也可以根據(jù)不同的感染控制要求實施新風量的需求側(cè)管理?，F(xiàn)在，集成化的空氣品質(zhì)控制器已經(jīng)非常廉價，基于二氧化碳的通風的需求側(cè)管理也非常簡便易行，可實現(xiàn)高度自動化的通風控制，能很好地兼顧空氣品質(zhì)和醫(yī)院建筑運行能耗。