医院建筑的电气节能设计探讨

欧阳东

[摘要] 本文阐述了节能建筑的特点,分析了建筑节能设计规程及标准的特点,并结合中国的资源状况和北京的能耗现状,论述了医院建筑电气专业的具体设计做法。

[关键词] 节能建筑 节能设计 建筑电气

[Abstract] This paper describes the characteristics of energy-saving buildings, Analysis of protocols and standards for building energy-saving design features, Combined with China's resource situation and the status of Beijing's energy consumption, Discussion the hospital buildings electrical professional practice of the specific design.

一、节能建筑的特点

节能建筑的特点可以将其归纳为“四个必设系统,六项技术要素,八个建筑系统, 八项节能措施”;具体内容如下:

1、四个必设系统:

(1)高效能源系统;

(2)安全保障系统;

(3)高效信息通讯系统;

(4)办公自动节能系统。

2、六项技术要素:

(1)采用高效保温防晒节能,且双层PET-LOWE玻璃的外墙;

(2)使用高效水源热泵和低温供冷、制暖的系统;

(3)采用自然通风为70%以上的热交换系统;

( 4)利用太阳能发光置热设施,设置智能自动感应的控制系统;

(5)实现能源自给自足、实现零能耗、零排放;

(6)采用钢结构全装配式的结构形式。

3、八个建筑系统:

(1)采用活性能量建筑基础系统;

(2)使用呼吸式双层玻璃幕墙系统;

(3)利用混凝土楼板实现辐射采暖、制冷系统;

(4)采用置换式新风系统;

(5)设置智能控制的遮阳系统;

(6)使用自然高效通风系统;

(7)采用双层架空地面的系统;

(8)采用太阳能系统。

4、八项节能措施:

(1)采用高效浇灌技术和雨水收集系统;

(2)排水创新技术和中水节水系统;

(3)全方位节约用水。

(4)将能源消耗将至最低,优化能源利用,采用可再生能源;(太阳能、地缘热泵、天然采光等)

(5)采用绿色电源。(零污染)

(6)严格控制室内化学品和污染源;

(7)高水平地控制热工,通风和照明系统。

(8)充分利用天然采光,要求90%的日用房间有外窗,75%的空间日照系数至少为2%。

据有关数据表明,在发达国家,生态再生能源利用率占建筑使用能耗的10%;生态建筑的综合能耗仅为普通建筑能耗的30%;城市的建筑能耗已占总能耗的30%-40%。我国的建筑能耗占全国总能耗的12%左右。只有从技术上达到上面的要求才可以称得上是真正的节能建筑。

二、相关的建筑节能设计规程及标准的特点

1、2004年7月1日北京市开始实施新版地方设计标准《居住建筑节能设计标准》(DBJ01-602-2004)。

新标准有两个特点:一是从原有的节能50%提高到节能65%,建筑降低能耗的措施从过去仅由围护结构和采暖来分担,扩大到由围护结构、外墙、屋顶、外门窗来承担;二是过去节能标准只涉及到冬季采暖,新标准则根据北京的气候特点,以冬季采暖为主,兼顾夏季空调制冷的节能。

据有关资料指出,全球总能耗的30%能源消耗在居住建筑的建造、采暖、空调制冷和日常生活中,其中约50%的垃圾由家庭生活所产生,约40%的污水是由家庭住宅所派出的生活污水。为此,今后北京市住宅建筑的外窗玻璃将从采用普通单层玻璃、双层玻璃发展到中空、充气、低辐射玻璃。此外,对墙体的保温也制定了相应的技术标准。

2、2005年7月1日开始实施新的国家设计标准《公共建筑节能设计标准》(GB50189-2005)。要求全年的总能耗(采暖、通风、空气调节和照明)减少50%。

3、2006年1月1日起实施《民用建筑节能管理规定》(2005年10月28日通过第76次常务会)。其中:第八条:鼓励发展下列建筑节能技术和产品:

(1)新型节能墙体和屋面的保温、隔热技术和材料;

(2)节能门窗的保温隔热和密闭技术和材料;

(3)集中供热和热、电、冷联产联供技术;

(4)供热采暖系统温度调控和分户热量计量技术和装置;

(5)太阳能、地热等可再生能源应用技术及设备;

(6)建筑照明节能技术与产品;

(7)空调制冷节能技术与产品;

(8)其他技术成熟、效果显著的节能技术和节能管理技术。

4、《联合国气候变化框架公约(京都议定书)》

(1)1997年12月联合国气候大会在日本东京都通过《京都议定书》。《京都议定书》于2005年2月16日正式生效。目前全球已有141个国家和地区签署议定书,其中包括30个工业化国家。京都议定书》需要在占全球温室气体排放量55%的至少55个国家批准之后才具有国际法效力。今年3月,欧盟环境部长会议批准了《京都议定书》。6月,日本政府也批准了《京都议定书》。至此,批准议定书的国家已超过5个,但批准国家的温室气体排放量仅为全球温室气体排放总量的36%,尚不足以使《京都议定书》生效。美国人口仅占全球人口的3%至4%,而所排放的二氧化碳却占全球排放量的25%以上。美国曾于1998年11月签署了《京都议定书》。

(2)2005年12月10日联合国气候大会(14天)在加拿大蒙特利尔闭幕,一致同意就2012年后室温气体排减问题开始进行谈判,40个发达国家同意出资1000亿美元用于全球100多个环保项目。中国等70多个发展中国家在会上支持举行《京都议定书》之后室温气体排减目标的谈判。

(3)《京都议定书》的主要目标:2008-2012年工业化国家室温气体排放总量在1990年的基础上平均减少5.2%,发展中国家没有减排的义务。其中:欧盟削减8%,美国削减7%,日本和加拿大削减8%,东欧各国削减5%-8%,新西兰、俄罗斯和乌克兰可以保持1990年的水平。允许爱尔兰、澳大利亚和挪威的排放量分别增加10%、8%、1%。限排的六种温室气体:包括二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氧化亚氮(N20)、氢氟碳化物(HFCS)、全氟化碳(PFCS)、六氟化硫(SF6)。

(4)《京都议定书》允许采取下列四种“协作”方式:

(1)难以完成削减任务的国家,可以花钱从超额完成任务的国家买进超出的额定;

(2)以“净排放量”计算室温气体排放量,即从本国实际排放量中扣除森林吸收二氧化碳的量;

(3)采用绿色开发机制,促使发达国家和发展中国家共同减排室温气体;

(4)“集团方式”,即欧盟内部许多国家可视为一个整体,有的国家削减、有的国家增加,在总体上完成减排任务。

5、建设部下发《“十一五”城市绿色照明工程规划纲要》的要求,以2005年底为基数,年城市照明节电目标5%,5年(2006-2010年)累计节电25%。灯具效率在80%以上的高效节能灯具应用率达85%以上,高光效、长寿命光源的应用率达85%以上。同时规定,在城市照明建设、改造工程中,全面推行专业管理机构规划、设计论证、专项验收制度。2008年前,完成城市照明专项规划编制。完善功能照明,基本消灭无灯区。新改扩建的城市道路装灯率达100%,公共区域装灯率达98%以上。道路照明主干道亮灯率达98%,次干道、支路亮灯率达96%。

三、中国的资源状况和北京的能耗现状

1、中国的资源状况:

2、中国的建筑规模

中国建筑规模巨大,发展迅速,2003年房屋建筑竣工面积20.26亿m2,其中:城镇新建住宅面积5.50亿m2,农村新建住宅面积7.52亿m2,公共建筑及工业建筑面积7.24亿m2。中国建筑规模世界最大,是世界上最大的建筑市场。中国城乡既有建筑面积达420亿m2,中国人口12.9亿,平均每人32.5 m2,2003年全国城市房屋建筑面积140.91亿m2,其中住宅建筑面积89.11亿m2,公共建筑及工业建筑面积51.80亿m2。

3、中国建筑的能耗现状

(1)建筑运行能耗占我国非发电用煤量的16%～18%,发电总量的22%～24%。

(2)北方地区采暖:城镇建筑采暖总面积为65亿平米,全国采暖约耗煤1.3亿吨标煤;其中集中供热承担约占总面积70%的建筑采暖,其余为分散式采暖炉;目前采暖耗煤量为14-25公斤标煤/年平米,平均约为20公斤标煤/年平米。

(3)住宅除采暖之外的用电包括照明、家电、空调,及长江流域及长江以南区域的分散采暖用电;我国城镇住宅总量目前约为100亿平米,耗电量2000亿度/年,占我国发电总量约10%;15-30度/平米年(目前发达国家住宅用电量为60-100度/平米年)。

(4)一般性非住宅建筑的非采暖电耗包括一般的办公室,教室,商店,营房等——照明,办公用电设备,饮水设备,空调等,建筑总面积约为55亿平米,总的用电量为1600亿度,占我国总发电量约8%,20-60度/平米年,平均用电水平目前低于发达国家。

(5)大型公共建筑用电如高档办公楼、宾馆、大型购物中心、综合商厦、交通枢纽等,到2004年全国总量仅为5亿平米,全国此类建筑年耗电总量约为1000亿度/年,占我国总发电量约5%;用电量为100-300度/平米年,单位建筑面积耗电量为住宅的10～15倍。

4、北京的建筑能耗现状:

北京市目前拥有三星级以上的宾馆约207家,2万平方米以上的商场、写字楼约200家。现有的大型公建的建筑面积约2000万平方米,在近期新建的大型公建的建筑面积约2000万平方米,合计:大型公建的建筑面积约4000万平方米。大型公建的建筑面积仅占民用建筑总建筑面积的5.4%, 但耗电量接近北京市生活用电的50% , 大型公建的单位耗电量是普通住宅的10—15倍。据有关资料表明:设计能控制建安投资的70%,设计修改和建成后的修改的投资比例:1:1500。

因此,北京市政府要求:2005年现有大型公建的节能率为10%。新建的大型公建项目必须作“节能设计和评估”,否则,不能开工。

5、中国的医院建筑现状:

中国的医疗卫生发展的速度是相当快的。2005年按床位数分组的医院数:100张床位以下的医院10867个,100-199张的医院3812个,200-499张的医院2759个,500-799张的医院715个,800张及以上的医院243个。中国合计约1.84万个医院。

中国卫生技术人员总数约557万人,其中:医生约204万人,护士约124万人,管理人员约44万人,

6、北京的医院建筑的建设:

“十一五”期间:北京将建设360个社区卫生服务中心,2700个社区卫生服务站。要求在15,20,30分钟到达服务中心或卫生站。

在设计时,要考虑运营费用,充分利用现有资源,采用成熟新技术和节能材料。

四、医院建筑电气专业的具体设计做法

1、采用变配电系统的计算机监制系统:对建筑内的供配电系统进行监视及实施节能控制。该系统通过收集有关电气设备的全套数据,特别是对变配电系统的谐波检测,经过监测、分析、控制变配电系统, 合理地利用电能源, 降低电气设备的成本,提高配电系统的性能,以达到节能的目的。

2、采用智能照明节能控制系统:-对建筑物内外部环境的照明进行自动或现场手动等多种方式的控制,以实现集中管理、节约能源、优化照明环境的控制系统。通过对环境和立面照明进行光通量及光照范围的控制,减少光污染。室内对照明采用设有控制装置的昼光照明系统,将昼光照明系统与人工照明系统相结合,在尽量节省照明能耗的同时维持所需的工作照明和环境照明。

3、采用建筑能源管理系统(BEMS):对空调通风系统、给排水系统、室内温度、相对湿度、CO2浓度、照度、窗户开启状态、辐射板控制、照明开关、调光、户外遮阳板、室内百叶控制和风速等进行自动化集中管理。通过先进的建筑技术集成化设计和结构设计,控制运行、监测及管理等各个环节,实现生态环保型和能源高效率。BEMS系统通过传感器、变送器、控制器等设备,使其能在各种协议和网络结构上运行,这样,随时可更新、扩展和维护系统都不会影响建筑物的良好的运行状态, 所有的现场控制器以对等的方式通过BAC net/IP网络相连, 中央管理器将具有高水平的控制策略。

4、采用节能型照明器具:照明光源按照清洁明快为原则进行设计,采用高效的发射率高的灯具、节能型镇流器,光源采用光通量大的、寿命长的节能型光源。特别要注意镇流器的选型、能耗和谐波量。例如:选用节能型荧光灯。T8荧光灯与T12荧光灯相比,平均光效高出60.8%,T5荧光灯与T12荧光灯相比,平均光效高出93.5% 。

5、采用性能先进的电气节能设备:大力发展低损耗、低噪音、标准化、小型化、智能化、少维护、环保型、节能型的性能价格比高的电气设备(例如,选用节能变压器,推荐SCB10系列配电变压器----节约空载损耗约10%,建议采用YX2系列电动机 ——节能约13%。)。

6、采用合理的电缆电线:注意线缆的选型规格和线路的铺设方式等,控制线路的损耗。

7、整治医院建筑中电源的高次谐波。

(1)产生高次谐波的原因:整流设备、变频器、恒温设备、点焊机、电弧炉、 变压器、 中频炉、 通讯系统基站;电梯、电脑、UPS不间断电源、冷气机、中央空调、荧光灯、节能灯、微波炉、复印机等设备产生的谐波。

(2)高次谐波危害:加速电容器老化,甚至使电容器爆炸;导致继电保护误动作;影响电动机效率和正常运行,缩短电动机寿命;增加变压器和线路损耗;影响和干扰测量控制仪器,特别是医疗仪器,通讯系统工作; 三次谐波导致中性线电流过大,引起电缆发热甚至火灾。

(3)整治电源的高次谐波的具体做法:可采用变压器以不同方式的联接、有源电力滤波器和无源电力滤波器。可采用总补偿,部分补偿和局部补偿三种方式。A)总补偿就是根据容量计算,对每台变压器低压母线进行集中谐波治理,每台变压器低压母线安装300A有源电力滤波器。B)部分补偿就是在二级配电系统前设置有源电力滤波器;C)局部补偿就是在末端设备(例如:变频电动机,整流器,直流电机,中频感应加热设备等)前设置有源电力滤波器;

8、选用节能的电子镇流器。使用低损耗电感镇流器比使用普通型电感镇流器节电44.4~55.6%,使用电子镇流器比使用普通电感镇流器节电达61.1%。

9、严格执行照明设计规范中的LPD规定(办公建筑照明功率密度值不应大于表6.1.2的规定)。照明功率密度lighting power density(LPD):单位面积上的照明安装功率(包括光源、镇流器或变压器),单位为W/m2)。

10、设置独立或并网的太阳能光伏发电系统。

11、建议采用节能型LED灯。

12、医院通常设置如下建筑智能化系统:

(1)火灾自动报警及消防联动控制系统

(2)紧急广播及公共广播系统

(3)建筑设备监控系统

(4)安全防范系统(含闭路电视监控系统、防盗报警系统、出入口管理系统、巡更系统)

(5)停车场管理系统

(6)IC卡系统

(7)通信网络系统(含综合布线系统、卫星电视及有线电视系统、电话程控交换机、计算机网络设备)

(8)综合医疗信息管理系统(含综合医疗信息管理的软件与硬件、触摸屏信息查询系统、公共显示系统、医生工作站)

(9)医院专用系统(含医用对讲系统、电子叫号系统、视频示教系统、远程医疗系统)

(10)智能化集成系统

总之,通过学习国外先进的节能技术和丰富的管理经验,提高能源的使用效率,改善各种能源的环境,以能源的可持续发展和有效地利用来保障中国经济社会的顺利发展。

据有关数据显示,我国400亿平方米的现有建筑中,99%属于高能耗建筑,新建建筑中只有15%达到节能标准。单位建筑面积能源消耗为发达国家的3倍以上。因此在国内要实现节能建筑的普及,需要整个社会作大量的基础工作和整体的进步。

绿色建筑是指为人们提供健康、安全、舒适和适应21世纪信息社会的居住、工作和活动的空间,同时实现保护自然资源、节约资源(节能、节材、节地、节水)及最大限度的减少对环境污染的建筑物。

节能建筑就是“采用国际上先进的系统集成技术,将建筑内所有的自动化设备保安、消防设备的运行信息、建筑物能源管理汇集到中央系统集成平台上,通过对信息的收集、分析和作出决策,对整个系统的强、弱电系统进行最优化控制,达到高效、经济、节能、协调的运行状态,并最终与建筑艺术相结合,创造一个舒适、温馨、安全的工作环境。”

本文是作者通过查阅大量的国内外资料和个人的一些粗浅认识,有不对和数据不准之处,请大家批评指正,望本文能起着抛砖引玉的作用。