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北京朝阳医院本部能耗与空调系统管理及其节能潜力分析

更新时间:2009-03-28

0 引言

随着我国经济、社会的发展以及人民生活水平的提高,建筑能耗已经攀升到社会总能耗的1/3[1],而公共建筑具有体量小、能耗大的特点。由于医院建筑的复杂性和医疗服务的特殊性,其能耗远高于其他公共建筑,并且随着医疗需求的增加、疾病流行和变异、先进的医疗技术与诊疗设备的应用、就诊环境的提高,医院建筑能耗逐年升高。因此了解医院的能耗构成、空调系统原理、物业管理现状,分析节能潜力,可有的放矢地制定医院节能管理措施,减少医院建筑能耗,实现国家节能减排的目标。

1 能耗现状及能耗水平

北京朝阳医院是一所集医疗、教学、科研、预防为一体的大型综合性三级甲等医院,北京朝阳医院本部共有床位1 300余张,日门急诊量7 700余人次,共有手术室18间,年手术约8万例。本部建筑面积约15万m2,其中教学科研区面积约8 000 m2,行政后勤管理面积约4 000 m2,职工生活用房面积约2 000 m2,其余部分为诊疗区(包括门急诊、病房、手术室、ICU、医技科室等)。

[16] 张云:《国际政治中的“弱者”逻辑——东盟与亚太地区大国关系》,北京:社会科学文献出版社,2010年,第61-65页。

北京朝阳医院本部建筑主要由7栋相互连通的楼组成,但建筑年代跨度时间长,其中A,B楼于2008年建成,C楼于1996年建成,D~G楼于1958年建成。A楼为门诊医技楼;B~E,G楼为病房楼,手术室位于B楼;F楼东侧为病房楼,西侧为行政办公楼。除此7栋主体建筑外,还包括其他独栋建筑。使用科室为:病理科、高压氧科、发热肠道门诊、病案科、职业病科、感染微生物科、教育处(教室、24 h住院医师宿舍、动物实验室、技能训练室)和后勤保障部。

北京朝阳医院本部2014—2016年各类能耗如表1所示。医院消耗的能源形式主要是电能和市政热力。电耗主要包括空调系统用电、医疗设备用电、电梯用电、照明用电、办公设备用电;市政热力用于空调供暖及加热生活热水;天然气主要用于蒸汽锅炉,为中心供应室提供蒸汽;汽油用于汽车。

 

表1 20142016年医院各类能耗

  

年份耗电量/市政热力能耗燃气耗量/汽油耗量/(GW·h)供暖/TJ热水/TJ105m3104L201420.4853.5124.761.2442.621201520.8055.8524.671.3092.423201621.9855.6624.651.3671.782

将各类能源按表2所列系数转化为标准煤进行分析,得各类能耗构成如图1所示。2016年北京朝阳医院本部总能耗折合标准煤为100 210 t,单位面积能耗折合标准煤为68 kg/m2,而2012年北京市综合医院单位面积平均能耗折合标准煤为81.2 kg/m2[2],2016年的能耗在其基础上降低了16%。对能耗种类进行分析,电能、市政热力为主要能耗,其中电能最高,约占70%,市政热力次之,约占28%。

 

表2 各能源与标准煤转换系数

  

电/(t/(104kW·h))市政热力/(t/102GJ)天然气/(t/103m3)汽油/(t/t)3.223.421.331.47

  

图1 北京朝阳医院本部2014—2016年能耗

第一,教育项目是教育活动和教育过程的集合,且有特定的时间与条件要求;第二,教育项目以教育教学为目的,由教学人员,教学管理人员或部门,教育教学机构或企业设计、开发、管理和实施教学项目;第三,教育项目参与的形式有两种,一种是教学项目直接用于教育教学活动中,第二种是支持教育教学活动,为教育教学活动提供服务。

2 能耗分析

2.1 总体能耗

3) 进行节能诊断、调试。北京朝阳医院本部空调系统自2008年初开始使用,至今已有约10 a时间。随着建筑的改造、系统的老化、门急诊量的增加,空调系统运行效率逐渐降低。通过对空调系统进行节能诊断,对空调系统进行调试,更换损坏的电磁阀门,从而提高空调系统运行效率,可进一步降低空调系统能耗。

  

  

 

图2 20142016年能耗统计

供暖主要集中在冬季,但由于室外温度的变化,历年同一月份能耗有些许差异。热水的需求也呈现季节性特点,冬季天气寒冷,用户使用温度更高的水用来盥洗;夏季天气炎热,使用的水温相对较低。

由于汽车使用频率的不确定性,因此各月汽油能耗变化较大。但由于汽车使用频率的下降,因此2016年汽油消耗低于2014年和2015年。

1) 2016年北京朝阳医院本部总能耗折合标准煤为105 t/a,单位面积能耗折合标准煤为68 kg/m2,与2012年北京市综合医院单位面积能耗相比节能16%。在中国建筑能耗比对评价工具中,北京朝阳医院本部2014—2016年的能耗得分均为93分以上,能耗水平低于北京市93%的同类医院。

2.2 空调能耗

医院建筑一般由门诊、病房、ICU、手术室、医技科室、行政办公、后勤附属用房等部分组成。由于空调面积大、大型医疗设备多、空调系统要求高、部分区域有净化需求,因此其空调系统高能耗现象尤为突出。

  

图3 综合医院能耗构成比例

综合医院能耗构成[3]如图3所示,可以看出,空调系统能耗所占比例高达65%,而医疗设备的能耗只占10%,因此通过降低医院空调系统能耗可以极大地降低医院建筑总能耗。而集中空调系统由冷源、输送设备及空调末端设备三部分组成,各部分能耗分别占空调总能耗的55.53%,21.02%,23.45%[4],因此降低冷水机组能耗可有效地降低空调能耗,从而降低医院能耗。

用X射线衍射仪(XRD,Rigaku D-max-r A型,Cu靶Kα射线,44kV,44mA,2θ=10°~80°)来确定制备的催化剂的物相组成;用扫描电子显微镜(SEM,JSM-6700F)观察催化剂的微观形貌;用X 射线光电子能谱仪(XPS,PHI-5000C ESCA X,激发源Al靶Kα射线)分析样品中各元素的结合能Eb及元素价态;用紫外-可见漫反射光谱仪(UV-Vis,Hitach 1800,对比基准物BaSO4)表征样品的光吸收性能。

北京朝阳医院本部建筑年代跨度大,HVAC系统结构复杂。主体建筑A,B楼建筑面积约5.4万m2,使用全年性空调;C~G楼供冷采用空调系统,供暖为热力集中供暖;E楼的外科重症监护室(SICU)冷热源均由独立的空气源热泵提供,空调面积约为14万m2;诊室、病房及办公用房采用风机盘管加新风系统,走廊及大厅采用全空气系统。独栋建筑供冷使用分体式空调或多联机,供暖为热力集中供暖。本文冷源能耗仅指冷水机组能耗。

幼儿教育是学生的启蒙教育,因此语言教师在这一阶段承担着很大的责任,而语言更是教师传授知识的重要渠道。在这个阶段,幼儿识字能力较差,所以教师便成了学习上的重要引领者。在幼教期间,教师需要格外注意自身的语言行为规范。同时,运用正确的语言教学方法对幼儿进行语言教育,充分利用此阶段学生模仿力强的优势,与幼儿相互配合,提高语言能力。

  

图4 2014—2016年冷热源能耗

北京朝阳医院本部冷热源能耗如图4所示,热源能耗约为冷源能耗的2倍,2016年冷热源总能耗折合标准煤为2.932×103 t,占医院总能耗的29%。根据文献[1]估算,空调能耗约占总能耗的52%,与图3中空调能耗占65%相比,减少了13%。上文提到北京朝阳医院本部2016年能耗比2012年北京市综合医院单位面积平均能耗低16%,而空调系统节能管理贡献占其中的13%。

2) 通过对2014—2016年各月能耗分析,发现建筑能耗随空调负荷的增大而增大,验证了空调系统能耗是医院建筑主要能耗。

  

图5 2014—2016年供冷季每周冷水机组能耗

3 医院空调系统节能运行管理

医院空调系统种类复杂:门急诊、普通病房采用舒适性空调;ICU病房为8.5级的洁净空调;血液移植净化病房为5级洁净空调,血液移植过渡病房为7级洁净空调;手术室为5~8.5级洁净空调,并要求恒温恒湿。由于医院既包括舒适性空调,又包括净化工艺性空调,因此医院空调系统能耗高于其他公共建筑的空调能耗。工艺性空调由于用途特殊性,为安全考虑,空调系统节能主要在满足人员舒适性要求的情况下减少舒适性空调系统能耗。

制冷系统示意图见图6。制冷系统设备参数如表3所示。由图6和表3可知,北京朝阳医院本部冷水系统为一级泵系统,主要由4台冷水机组组成(两大两小),每台冷水机组分别配置1台定频冷水泵和1台定频冷却水泵,冷水系统配有2台变频定压补水泵,一用一备。由于空调使用时间不同,因此空调冷水用水分为门诊风机盘管用水、门诊空调及新风用水、病房空调用水。非工作时间门诊风机盘管用水、门诊空调及新风用水支管阀门关闭。舒适性空调首先考虑室内温度是否满足人员舒适性需求。工作人员选取每栋楼中间层的某房间作为测试房间,每日测试房间温度一次,根据天气预报记录室外最高温度,制作成每日室外温度、房间温度变化图。观察在室外温度变化时空调系统能否满足室内舒适性需求。

  

图6 制冷系统示意图

目前北京朝阳医院本部空调系统节能管理手段主要为:

1) 过渡季尽量使用新风。过渡季,由于室外温度低,室内冷负荷小,向室内引入新风或使用全新风来避免冷水机组的启动,从而减少空调系统能耗。

 

表3 制冷系统设备参数

  

冷水机组冷却水泵冷水泵补水泵1#2#3#4#1#2#3#4#1#2#3#4#1#2#功率(制冷量)/kW386838681336133690903737909037372.22.2

注:1#,2#冷水机组下文简称大机组,3#,4#冷水机组下文简称小机组。

2) 根据负荷开启相应冷水机组。1#,2#冷水机组单台制冷量远大于3#,4#冷水机组。当负荷率低时,启动1#,2#冷水机组会降低机组COP;而负荷率高时,3#,4#机组无法满足舒适性需求。因此需要根据工况切换不同机组工作。机组的切换根据出水温度和机组负荷率来判断,切换逻辑如图7所示。由图7可知:

  

注:3#+4#表示2台冷水机组同时运行,1#(2#)表示1#或2#冷水机组单独运行。图7 冷水机组随负荷使用逻辑图

① 夏季病房需24 h供冷,因此晚上一般开启2台小机组,上午空调负荷增加,当2台小机组负荷率超过90%或供水温度超过14 ℃时开启1台大机组,待供水温度稳定后关闭2台小机组,保持1台大机组运行;

② 当1台大机组负荷率超过90%或供水温度超过14 ℃时,再开启1台小机组同时运行;

建筑工程施工中使用节能环保技术主要是在建设项目可行性研究、工程设计过程中,在保证建筑技术要求与用户要求的基础上,以节能环保性能为前提,尽量选择新材料与新施工技术,减少建筑工程施工中及使用后可能会出现的能源损耗与环境污染,在施工中,做好原料回收利用,使能源利用实现最大化,以可持续发展为基本理念,实现建筑工程施工的资源环境友好型目的。目前,在建筑工程施工中主要通过选择节能环保材料与节能环保施工技术实现节能环保要求。

③ 当1台大机组+1台小机组负荷率超过90%或供水温度超过14 ℃时,开启另1台大机组,待供水温度稳定后关闭小机组,保持2台大机组同时运行;

④ 当2台大机组负荷率降至60%时,开启1台小机组,关闭1台大机组,保持1台大机组和1台小机组同时运行;

⑤ 当1台大机组和1台小机组负荷率降至60%时,关闭小机组,保持1台大机组运行;

⑥ 当1台大机组负荷率降至60%时,开启2台小机组,保持2台小机组同时运行。

3) 定时开关空气处理机组。医院门诊时间为07:30—17:00。通过远程控制空气处理机组,在06:00—18:00开启门诊空调系统,在空调运行期间监控空气处理机组各运行参数。

其次,加强与体育舞蹈消费产品商的合作,构建电商平台。目前公众号仅通过微店软件售卖相关教材,就已经走向电商发展的趋势,可以此为切入点,与业内消费产品商合作,引入行业内其他消费产品,如针对舞蹈爱好者售卖自主研发的在线课程、专业书籍;针对比赛选手售卖比赛服装及用品。另外还可以通过吸引体育舞蹈产业链中的实体企业,使其通过缴纳线上店铺租金的方式入驻公众号的电商售货位,在打造行业协会教育平台的基础上发展电商交易平台,丰富盈利模式。

4) 定期更换空气处理机组粗、中效过滤器。过滤器使用过程中会有尘埃堆积,定期更换可减少空气输配系统阻力,减少风机能耗,并保证送风质量。粗效过滤器每月更换一次,中效过滤器每3个月更换一次。

几天之后,我习惯了在晚上8点吃饭,这样就可以避开危险的蜱虫。在海岸上生火,烟雾会把它们驱走。我的脸、腿渐渐暖和后,身体得以放松,这时就可以把火扑灭了,再盖上余烬。回到帐篷里,我很快就可以舒服地入睡了。

4 空调系统节能潜力分析

虽然北京朝阳医院本部在节能方面做了大量工作,并取得了良好的节能效果,但经现场调研发现,空调系统仍有较大的节能潜力,主要措施如下:

1) 提高医护人员、患者的节能意识。空调系统配有新风,而新风能耗一般占空调总能耗的1/4。空调季期间,医务人员和患者经常将空调器和窗户同时打开,从而造成了冷负荷和空调能耗的增加。通过加大宣传力度和张贴标语,培养用户良好的节能习惯,可进一步降低空调能耗。

2) 实现空调控制系统自动化。目前北京朝阳医院本部空调系统仍然依赖于工作人员管理,人工操作不能根据工况准确地调节空调系统运行。但空调自动控制系统可以根据工况自动调节空调系统运行,解放人工劳动,减少因调节不及时而造成的能源浪费。

将3 a各类能耗分别输入中国建筑能耗比对评价工具中,北京朝阳医院本部2014—2016年的能耗得分均在93分以上,表明其节能管理水平高,能耗低于北京市93%的同类医院。

将2014—2016年各月、各类能耗分别统计,结果如图2所示。电耗历年同一月份基本持平,由于夏季需要电能驱动冷水机组制冷,因此电耗呈现夏季高、冬季低的特点。燃气耗量没有明显的季节性变化,但由于蒸汽使用的不确定性,部分月份燃气耗量会远高于其他时期。

5 结论

从总能耗来看,历年同一月份基本持平。由于冬夏两季需要供热和供冷,因此总能耗呈现冬夏两季能耗高、春秋两季能耗低的特点,说明空调系统能耗是医院建筑的主要能耗。

北京朝阳医院本部空调系统集中供冷时间为5月1日至9月30日,2014—2016年供冷季每周冷水机组能耗如图5所示。3 a供冷季冷水机组能耗基本持平,但受室外环境及用户使用的影响,各年能耗波动不尽相同,故波峰出现时间不同。如2016年供冷季节第4~7周,16~19周,制冷机能耗低于其余2 a,但第8~13周能耗则远高于其余2 a。

黄瓜适宜的贮藏温度为10~13℃,适宜的相对湿度为30%,水缸贮藏的黄瓜采收时成熟度可比一般上市的商品瓜稍嫩一些。用新缸贮藏最好,用旧缸时,贮前几天用开水加碱面刷洗干净,夏天放在阴凉处,冬天放在温暖的地方,缸盛净水10~20厘米深,距水面3~5厘米处放木架,架上铺木板,垫一层干净麻袋片,上码黄瓜。采用大缸贮藏,将瓜条平放,缸中心形成一个空间,码至离缸口10~12厘米为止。黄瓜入缸后用牛皮纸或塑料薄膜封严,置凉爽的室内。天冷后要采取保暖措施,避免低于10℃。此法可贮藏30~40天。

(四)以滚动计划为核心的作业许可管理。储运作业具有需敏捷管理的特点,敏捷管理的核心就是要根据现有资源,排定应对计划变动的需求池。以天为最小单位的滚动执行计划,是易于实践的敏捷计划管理实践之一。在实际运用中,采取了三天滚动计划的管理方法,要求变动的计划申请除限定范围的紧急需求外,均安排在三天后进行;稳定了正常的作业安排,也使得工作所需的资源准备更加充分。

3) 通过以下措施:① 过渡季尽量使用新风;② 根据负荷开启相应机组;③ 定时开关空气处理机组;④ 定期更换空气处理机组粗、中效过滤器,空调系统可节能13%。

4) 空调系统仍具有较大的节能潜力,主要措施为:① 提高医护人员、患者节能意识;② 实现空调控制系统自动化;③ 进行节能诊断、调试。

参考文献

[1] 江亿. 我国建筑节能战略研究[J]. 建筑科学,2011,13(6):30-38

[2] 王珊, 肖贺, 王鑫,等. 北京市21家市属医院基础用能设备能耗现状及节能建议[J]. 暖通空调, 2017,47(2):48-53

[3] 刘丽莹, 付祥钊. 医院建筑用能模式及能耗评价指标研究现状[J]. 建筑节能, 2014(10):90-94

[4] 江华, 刘宪英, 黄忠. 中央空调能耗现状调查与分析[C]∥西南地区暖通空调热能动力年会, 2005:31-33

 
洪阳,智艳生,李林涛
《暖通空调》 2018年第05期
《暖通空调》2018年第05期文献

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