文/孫增艷
北京小湯山醫(yī)院節(jié)能潛力分析
文/孫增艷
應(yīng)用多種技術(shù)進行綜合節(jié)能改造后,醫(yī)院建筑能耗可比改造前降低50%以上。
相關(guān)數(shù)據(jù)顯示,中國建筑能耗占整個社會能耗的30%,雖然中國有針對建筑節(jié)能的相關(guān)規(guī)范,但由于建筑建造的過程中環(huán)節(jié)很多,在建筑材料的采購、施工過程、驗收等環(huán)節(jié)中都存在問題,致使國內(nèi)80%建筑不是節(jié)能建筑。更為嚴(yán)重的是,建于20世紀(jì)八九十年代、現(xiàn)在仍在使用的建筑幾乎沒有任何隔熱措施,成為高能耗建筑。
隨著社會發(fā)展,國家更加重視建筑能耗,2017年住建部印發(fā)《建筑節(jié)能與綠色建筑發(fā)展“十三五”規(guī)劃》,明確了“十三五”時期建筑節(jié)能領(lǐng)域的主要目標(biāo)。在國外,德國作為世界建筑節(jié)能做的最好的國家之一,早在20世紀(jì)70年代就頒布了建筑節(jié)能相關(guān)的法律和政策支持,節(jié)能建筑在德國的普及率已經(jīng)遠遠超過其他國家,但德國依然不斷改進并完善政策和標(biāo)準(zhǔn)。
建筑節(jié)能是建設(shè)節(jié)約型社會的根本要求,隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展,人們對熱環(huán)境的要求日益提高,采暖和空調(diào)的使用越來越普遍,如果仍然采用較低水平的圍護結(jié)構(gòu),勢必使我國建筑能耗成倍增加,對國家的能源壓力急劇增大。
北京小湯山醫(yī)院(以下簡稱“小湯山醫(yī)院”)又名北京小湯山康復(fù)醫(yī)院,坐落于北京市昌平區(qū)小湯山鎮(zhèn),是北京市屬醫(yī)療機構(gòu)。醫(yī)院占地面積近500畝,擁有兩大主要功能:一是作為北京市醫(yī)保定點三級綜合醫(yī)院,提供門診就醫(yī)、住院治療,并以治療各種老年病、慢性病為主要特色;二是作為北京市干部保健基地,以“健康四大基石”為醫(yī)療服務(wù)宗旨,提供個人體檢、團體體檢、膳食與指導(dǎo)、心理咨詢與指導(dǎo)、康復(fù)等服務(wù)項目。
從中國建筑熱工設(shè)計分區(qū)來看,醫(yī)院位于寒冷地區(qū),氣象參數(shù)如下表所示:
季節(jié)大氣壓力(hPa)室外計算干球溫度(℃)室外計算相對濕度(%)夏1004.8 33.4 78冬1026.6-11 53
近三年能耗統(tǒng)計如下表所示:(單位:萬元)
注:不含水資源。
小湯山醫(yī)院2016年基礎(chǔ)運營成本在1692.614萬元左右(不含水資源消耗),通過表格中數(shù)據(jù)可以看出,醫(yī)院2016年的主要能源消耗為634.662萬元,占到醫(yī)院基礎(chǔ)運營成本的37.5%,并且總體呈現(xiàn)逐年上升的趨勢??梢娔茉聪氖轻t(yī)院基礎(chǔ)運營成本開支中的主要部分。因此,如何有效推進節(jié)能降耗工作,節(jié)約運營成本,實現(xiàn)醫(yī)院可持續(xù)發(fā)展是醫(yī)院亟待解決的問題。
近三年各類能用占比如下:
從上述對比看出:
一是電力能源的消耗占了總能耗的50%,2016年的占比達到了56%,這是因為全院區(qū)各處均采用分體空調(diào)制冷,且各戶缺乏有效的計量及集中控制手段,造成了大量電力資源的浪費。
二是煤炭資源的消耗約占總能耗的40%。院區(qū)燃煤鍋爐為中心供應(yīng)室等區(qū)域提供蒸汽的同時,180℃的煙氣被當(dāng)做廢氣直接排掉了。
近三年能耗對比如下:
我院近三年能耗趨勢圖
我院近三年單位面積年能耗趨勢圖
從近年的能耗數(shù)據(jù)分析來看,院區(qū)的總能耗是逐年增加的,單位面積年能耗已由2014年的114.71元/(m2·a)增長至2016年的122.05元/(m2·a)。
2017年開始,醫(yī)院改用燃氣鍋爐,單位面積能耗預(yù)計將增加至約170元/(m2·a)。因此,如何利用節(jié)能技術(shù)降低負(fù)荷刻不容緩。
在冷、熱源方面存在的問題:建筑中大量使用分體式空調(diào),沒有完善的空調(diào)控制系統(tǒng),無法實現(xiàn)集中控制,從而易造成能耗的浪費;燃煤鍋爐平均使用20年以上,且自動化程度較低;管路年久失修,跑、冒、滴、漏嚴(yán)重,鍋爐每日補水量在50~100噸左右,提高了能耗和日常運行成本;鍋爐和新風(fēng)系統(tǒng)無余熱回收系統(tǒng),造成能量的流失。
在電氣系統(tǒng)、照明及辦公設(shè)備方面存在的問題:未普及使用高效節(jié)能的LED燈具;樓宇智能化水平較低,主要局限于安防和門禁系統(tǒng),而對于空調(diào)、照明等用電設(shè)備無集中、智能、有效的控制系統(tǒng)。
在圍護結(jié)構(gòu)方面存在的問題: 圍護結(jié)構(gòu)無保溫層,且大部分建筑大門采用單層玻璃對開門,框窗采用普通雙層玻璃鋁合金窗,隔熱性能差,易造成溫度的流失;外窗外遮陽技術(shù)應(yīng)用少。
針對存在的種種問題,小湯山醫(yī)院擬采取多種措施對現(xiàn)有體系進行改造。從技術(shù)上,在建筑綠色化的過程中秉持以簡單和常規(guī)的建筑節(jié)能技術(shù)為主的原則,在此基礎(chǔ)上加大科技創(chuàng)新力度,實現(xiàn)成本合理化、性能最優(yōu)化的目標(biāo);從規(guī)劃上,優(yōu)化建筑功能應(yīng)用,因地制宜,通過整體設(shè)計,實現(xiàn)建筑功能區(qū)域劃分的合理化和系統(tǒng)化的目標(biāo)。
幾種節(jié)能措施
各種建筑節(jié)能措施對比
投資回報對比
生命周期碳平衡對比
主要節(jié)能改造措施的應(yīng)用
外墻保溫技術(shù)
外墻和屋面是建筑外圍護結(jié)構(gòu)的主要散熱部分,磚混結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)大于2W/m2K,對屋頂和墻體進行保溫技術(shù)改造后,屋頂傳熱系數(shù)由原來的1.5W/m2K下降到0.23W/m2K以下,墻體傳熱系數(shù)由原來的2.1W/m2K下降到0.24W/m2K以下。
現(xiàn)有方案:輕質(zhì)瓷磚墻面。
原外墻
保溫板薄抹灰外保溫系統(tǒng)
改造方案:外加150mm保溫板薄抹灰外保溫系統(tǒng), 注重施工工藝細節(jié),如對錨栓等微小熱橋,進行了深埋技術(shù)處理,避免熱橋效應(yīng)。
門的改造技術(shù)
現(xiàn)有方案:單玻門。
改造方案:改為感應(yīng)旋轉(zhuǎn)門,兩旁各開雙層手推門,作為安全通道或供節(jié)假日人少使用,傳熱系數(shù)2W/m2k(國標(biāo)≤6.5W/m2K),每次開門約減少0.4kWh熱損失。
原單玻門
感應(yīng)旋轉(zhuǎn)門
窗戶改造技術(shù)
使用三層玻璃塑框窗(4+9A+4+9A+4,充惰性氣體)代替現(xiàn)在雙層玻璃鋁合金窗,玻璃之間用非金屬密封條隔斷熱橋。改造前窗戶傳熱系數(shù)為13W/m2K,改后減到1.65W/m2K。
現(xiàn)有方案:雙層玻璃鋁合金窗。
改造方案:三層玻璃塑鋼窗。
雙層玻璃鋁合金窗
三層玻璃塑鋼窗效果圖
外遮陽技術(shù)
外遮陽對于建筑整體降低能耗方面有著重大的作用。在夏季,空調(diào)負(fù)荷大部分來自通過窗戶進入室內(nèi)的太陽熱量,有外遮陽比無外遮陽可以減少太陽輻射傳熱70%以上。
現(xiàn)有方案:無外遮陽。
改造方案:加裝外遮陽板或電動金屬卷簾外遮陽。
加裝外遮陽板
加裝電動金屬卷簾外遮陽
新風(fēng)熱回收技術(shù)
可以采用熱回收新風(fēng)機解決傳統(tǒng)空調(diào)的弊端:在平時的使用為了節(jié)能在空調(diào)房里必須密閉門窗,空氣無法保持新鮮,為了空氣新鮮就必須開窗,無法避免能源浪費。
現(xiàn)有方案:整體無新風(fēng)機,部分區(qū)域有但無凈化效果,且無熱回收,能源浪費嚴(yán)重。
改造方案:采用潔凈熱回收新風(fēng)機,換氣時通過熱交換節(jié)能,不需要開窗,可以使室內(nèi)空氣質(zhì)量遠優(yōu)于室外。新風(fēng)經(jīng)熱回收新風(fēng)機靜電除塵、高壓殺菌、活性碳吸附、二氧化碳傳感器監(jiān)測,保證室內(nèi)空氣質(zhì)量達到以下指標(biāo):每小時徹底換氣1次以上,空氣中0.3μm顆粒物平均<2萬/m3,甲醛為0,CO2濃度<1000ppm。熱回收效率>80%。
采用遠大專利成品熱回收新風(fēng)機及工作原理示意圖
LED燈改造
醫(yī)院病員流量大,燈具使用頻率高,環(huán)境照明平均使用時間長?,F(xiàn)有照明燈具大多為T8和T5熒光燈管,功率分別為21W和14W,光通量在1260lm至1900lm之間,熒光燈管在使用過程中具有電能消耗大、使用壽命短、發(fā)熱量大等缺點。在夏季給空調(diào)系統(tǒng)帶來更多壓力,并且具有一定的消防安全隱患。LED燈管光通量在1600lm左右,而功率卻僅為8W,耗電量相對較低,使用壽命是熒光燈的1.25倍、發(fā)熱量小。
現(xiàn)有方案:日光燈、節(jié)能燈。
改造方案:改裝LED燈具。
煙氣熱回收
驅(qū)動熱源天然氣、蒸汽、煙氣低溫?zé)嵩纯照{(diào)水、工藝?yán)鋮s水溫水用途工藝用熱模式特點一套設(shè)備實現(xiàn)同時制冷和供熱,低溫?zé)嵩从糜谥评洌瑴厮糜诠に嚬徇m用場合有穩(wěn)定制冷供熱需求的場合
現(xiàn)有方案:直接排放,無利用,污染嚴(yán)重且效率低。
改造方案:采用吸收式熱泵,對煙氣余熱進行回收利用,可用來制冷制熱及提供衛(wèi)生熱水,實現(xiàn)能源多級利用。
院區(qū)內(nèi)原溫泉水直接排放,能源浪費嚴(yán)重并造成污染,可進行集中收集,利用熱泵機組對排放的溫泉水(廢水溫度可達30℃)吸熱對供暖水或蒸汽補水加熱。機組能效可達450%,遠高于普通采暖鍋爐或蒸汽鍋爐92%的熱效率。
能耗監(jiān)控系統(tǒng)
建立能耗管控平臺,通過智能儀表和終端設(shè)備,對醫(yī)院建筑群內(nèi)的變配電、照明、電梯、數(shù)據(jù)機房、空調(diào)、供熱等能源使用狀況實行在線集中監(jiān)視、管理和控制。實現(xiàn)對各類建筑物的能耗考核、統(tǒng)計和分析建筑物的單位面積能耗、分析重點用能設(shè)備的效率、及時發(fā)現(xiàn)能源消耗異常情況以及對系統(tǒng)能耗情況進行實時監(jiān)測等功能。從而達到統(tǒng)計能耗、提高能效、降低能耗、節(jié)約運營成本的目的。同時擬將能源消耗計入科室績效考核指標(biāo)。
小湯山醫(yī)院節(jié)能改造資金來源:一方面是政府相關(guān)補貼和本院自籌,另一方面由國內(nèi)具有一定資金及工程實力的企業(yè)實行全投資進行節(jié)能改造,利用節(jié)省的能源費用進行分享盈利,分享期5~10年。
在應(yīng)用多種技術(shù)進行綜合節(jié)能改造后,醫(yī)院建筑能耗可比改造前降低50%以上,每年每平方米平均能耗由現(xiàn)在的122.05元/(m2·a)可降低至60元/(m2·a)以下,全院區(qū)每年節(jié)省基礎(chǔ)能耗開支322.66萬元;相當(dāng)于年減排CO24356噸,相當(dāng)于種24萬棵樹,節(jié)能減排效益明顯。
小湯山醫(yī)院采用節(jié)能改造EMC模式進行院區(qū)內(nèi)老建筑的節(jié)能改造,在零投資下實現(xiàn)了院區(qū)建筑的外立面美化、門窗升級、屋面防漏、空氣凈化、智能控制等,提高了醫(yī)院形象和患者就醫(yī)環(huán)境。在改造后遏制了能耗的逐年遞增,實現(xiàn)節(jié)能效益分享后還有結(jié)余。
對于新院區(qū)而言,在規(guī)劃時能盡早地設(shè)計綜合建筑節(jié)能技術(shù)(外墻及屋面厚保溫、三玻塑框窗、窗外遮陽、新風(fēng)熱回收、LED燈、冷熱電三聯(lián)供、煙氣熱回收、能耗監(jiān)控)等系統(tǒng),打造真正的綠色、低碳醫(yī)院。
作者單位為北京小湯山醫(yī)院
編輯/本刊記者 劉文生