H医院分布式能源系统的研究与设计

王明开 张帆 张冶迪

摘要：目前的医院设计中，已经开始更加侧重于成本管理工作，并且各类能源的使用稳定性和管理工作方案，都需要得到全面性的分析与探讨，当此时才可以确保已经设定的工作方案具有更高的完善性。基于对H医院本身参数以及能源使用现状的分析，本文探讨了医院分布式能源系统的设计过程中需要考虑的项目和信息，并且在得到了所有这类专业性的信息之后，方可为该工程项目的实质性设计方法与管理工作提供依据，使得整个系统的运行质量和运行稳定度可以符合建筑行业内当前已经开发处的各类规章制度和专项要求。

关键词：医院设计;分布式能源;方案规划

引言

所谓的分布式能源，就是医院在使用各类能源的过程，通过能源来源、输送路径、使用区域、处理方法的调整，使得各类能源都可以被科学使用，同时针对已经取得的分析结果，还需要对其做出进一步的调整，当此时方可让医院除了可以在能源的使用方面可确保能源的供给稳定，从而提高医院的运行可靠度。同时针对不同类型能源的分别使用与调整，可以让医院在当前的运行和发展过程中，也可以通过对于各类资源和信息的调整，使得医院在能源使用的费用支出上大幅下降，让医院可以有序推行降本增效工作。

一、H医院项目综述

（一）项目信息

H医院是一所集合了医疗、预防、教学、保健、康复、社区服务和急救为一体的现代化综合医院，工作任务繁重，且工作责任更高。该医院的综合用地面积为174524㎡，总建筑面积约为21万㎡，一期工程中设置的床位有1500张，二期工程设计的床位有800张，一期工程的总建筑面积约有16.5万㎡，其中涵盖了二期工程中的1.1万㎡感染楼，一期和二期工程的地下建筑面积约有2.6万㎡。整个医院内部的相关配套设施包括排水系统、电气系统、暖通系统，乃至于安全消防系统，另外在室外的管线和地面的硬化工程设计过程中，也完全根据当前的医院区域环境建设要求和相关的能源利用方法，建成了稳定的冷热水以及电负荷系统的建设标准，可以说整个医院从当前的硬件设施上来看，很适合采用分布式能源系统。

（二）能源消耗信息

在医院的原有运行过程，针对原有的能源消耗信息，可以将其分为制冷季度的能源消耗信息、供暖季度的能耗消息以及过渡季度的能源消耗信息。对于制冷季度的日负荷变化规律，整体上可由如下图的相关信息展示：

可以发现在日负荷中，能源消耗体系的最重要负荷为冷负荷，而对于其他的负荷相对较低，且冷负荷的日常产生过程也主要是根据空调系统，以及其他的相关制冷设备建设。

对于采暖季节的日负荷变化规律，可以由下图进行直接性的展示：

从该图中可以发现，每天的上午时间段属于每天的是负荷最大的状态，对于其他的时间段内负荷，整体上下降，但是这并不是意味着负荷不会产生，而是在最高点的基础上进行相对应的调低。

对于过渡期的日负荷变化规律，最终取得的分析图如（图2、3）：

从取得的结果上来看，主体上的变化规律一个是生活热水的负荷规律，另一个是电负荷的规律。针对生活热水，处于不同时间节点内的最高状态，同时对于电负荷，也出现了较大程度上的增长状况。不过无论是对于哪个季节，在具体的增长过程和发展过程中，都可以发现实际上其产生的日负荷总量都相对较高，这就意味着，如果无法对现有的处理工作预案和工作标准做出有序的调整和升级，那么医院不但会消耗过高的能源，同时成本的控制工作也无法推行。

二、医院分布式能源系统的使用意义

（一）能源使用意义

当前我国已经开始側重针对能源的监管工作，而在医院分布式能源系统的建设过程，由于其使用的资源通过对多种不同能源类型的协调和综合应用，从而使得医院本身获得的能源来源多样，那么也就是说，医院方面的各类能源实际上处于多变状态，可以根据当前的发展和运行要求，乃至于病患及其家属的要求，对相关能源进行相应的调整[1]。此外在各类能源的使用过程中，针对这类能源的具体调整方法、使用模式以及具体的工程量，也都可以按照特定的时间节点和工作规范对其做出相对应的调整，那么在医院能源的使用过程，医院本身就具备了选择能力和分析能力，从而让医院的各类能源使用量可以发生下降，带动医院的能源性成本下降。

（二）环境维持意义

在当前的我国环境体系建设过程中，要求所有地区都必须要能够落实生态环境的保护工作，而各类生态保护工作中，最为严重的问题是针对能源的消耗过高或者针对各类能源的使用质量与已经建立了的工作标准之间存在较大的差别，因此医院方为了能够获得更好的环境保护效果，必须需要通过对能源的科学选择和利用，才可以保证无论是在隐性层面上还是显性层面上，都可以完成该项工作。医院分布式能源系统的建设过程中，一方面可以根据当前的实际发展情况对各类能源进行合适的甄别，另一方面针对所有能源的使用量变化参数进行设定，可以说医院当前无论是在成本的控制方面还是对于各类信息的使用方面，都具有良好的环保工作责任意识，那么自然可以更好参与到针对环境质量的维持过程[2]。

（三）成本节约意义

医院在当前的发展过程中，随着新医改制度和体系的全面推行，要求医院本身能够自负盈亏，而医院日常支出过程，很大一部分是针对各类能源的成本支出，所以如果医院要能够全面推行内部控制工作，那么自然要对能源的使用工作也纳入考虑范围。分布式能源机制的使用阶段，一方面医院可以根据各类能源的本身作用标准和使用规范，在能源的选择方面进行综合，另一方面更加具有灵活性与个性化，医院可以直接根据所有能源的成本以及建设和使用原则，对其具体调整工作预案和机制作出协调，当此时医院就可以在成本的控制层面上，投入更少的能源和成本，应用于相关资源的采购过程。此外在当前的系统构造过程，要根据当前的系统工作标准和使用机制对其做出相对应的协调和处理。同时分布式工程项目中，能源的价格要根据当前的集中采购价格会产生一定的波动，而该过程很可能会对实际产生的成本总量造成相对应的干扰，此时医院方可以根据不同类型能源在一段时间内所产生的消耗量和单位成本价格对其作出调整，让医院本身的成本获得更好的控制。

（四）技术使用意义

在各类技术的使用过程，当前已经开发出了一些完全依托于新型技术的使用，提高能源使用效率的技术，同时一些新型的技术也可以对原有的能源使用系统做出相对应的填补作用。在当前的分布式能源系统建设过程中，实际上一个重要的工作任务就是针对一些新型技术进行全方位的使用。如在本文研究的医院项目中，在医院的顶楼中配置光伏发电系统，该系统可以发挥一些非核心部分的供电功能，当然考虑到气候环境参数的变化，很可能会对该系统的运行状态造成影响，此时会在整个系统的建设工作内，根据当地的气候条件特征以及电力系统的建设方法，建设该系统运行过程中的供电方案。

（五）环境改善意义

在环境的改善工作中，要采用分布式能源系统，大多数的能源都可以实现阶梯性的利用，其中以天然气分布式能源系统为例，整个项目在年均能源的综合利用率达到了70%以上，相对原有的火力发电系统，能源使用效率方面可以得到大幅度的提升[3]。同时由于采用的天然气由城市的专业管道系统提供，且天然气相对于煤炭资源更加清洁，所以在产生的二氧化碳、氮氧化物以及硫氧化物等方面，在气体的污染程度方面处于大幅度的下降状态，因而有效降低了整个地区的污染程度。

三、医院分布式能源系统的方案设计思路

（一）电力系统设计

1. 电气系统

H医院作为二级甲等医院，在医院的日常运行过程中，用电量庞大，同时对电力的运行稳定度提出了极高要求，在具体的建设过程，医院的配电系统要能够从上一级别的两个不同变电站分别引出一条10kV的专线电源，从而全面采用10kV的双向电源键供电，并且让这两条电路都可以分立运行，处于相互的备用状态，其中一路电源发到故障时，另外一路要能够满足整个医院内部全部的电力供应要求，当然对于一些核心性的设施，也可以直接采用柴油发电机系统作为电源，从而确保无论在何种情况之下，这类核心性的设备都会处于正常稳定的运行状态。在具体的设计过程，要能够根据各类医疗设备的配置情况，设定10kV的高压配电室，而之后在不同的区域内，配置四个10/0.4kV的变配电室，其中对于1号变频室，装配2台80kVA和两台1750kVA的干式变压器，而对于2号配电室，设置2台630kVA的干式变压器，3号配电室配置二台1250kVA干式变压器，4号变配室设置2台1600kVA干式变压器。其中1号至3号的变配室主要运行目的是，提供医院内部的照明、医疗设施以及消防设施的正常稳定运行能力，而对4号变压器，则主要是能够实现对于各个分布式能源站的低压设备供电能力，从而保证医院内的所有热水负荷和电力负荷处于稳定状态。

2. 应急电源

医院的日常过程中，考虑到其特殊性，必须要能够具备应急性电源，尤其是对于ICU，必须要确保应急电源本身可以在相关系统发生故障时第一时间投入运行，同时其产生的参数也必须要能够满足相关设备的全部运行参数。

在本工程的研究过程中，采用了一台柴油发电机组，该设备的功率为1500kW，同时配置了4个变配电室变压器，其中各类变压器的低压侧设备要能够设置独立性的应急电源母线，同时针对采用发电机的相关电源和训练系统，都要能够在应急电源母线的相关工配电柜内采用ATS切换，当市电系统停电，或者同一个变压器内的2台变压器同时发生故障时，则采用发电机第一时间投入运行，并确保该设备可以在30s之内到达额定发电功率。同时在市电恢复之后，由ATS自動切换到市电系统供电，此时柴油发电机组处于投出状态，其中柴油发电机组的待机时间为全天候24小时。对于工程项目中所涉及的各类机房以及消防监控中心，这主要是采用低压侧电源对其供电，因为整个系统属于弱电系统，此时在所有的10kV电源都发生故障无法供电时，UPS系统要立即投入运行，确保所有监控类设施处于正常运行状态。

3. 能源站接入

在能源站的投入系统确定中，需要根据我国的电力规章制度以及相关的规范，对整个系统进行建设，其中需要考虑能源站的设计规划容量和单机容量，同时对于供配电系统的运行状态和运行方法也都进行分析，之后把所有取得的分析结果直接和当地的建筑监管部门和电力系统的研发部门进行对接和分析，从而研究当前取得的分析结果是否可以处于正常安全的运动状态。在本文研究的工程项目中，针对分布式能源系统的供电对象，为整个能源站内的冷热负荷和医院部分的用电负荷，并且需要将其直接接入到分析中心内，其中采用的发电机要遵循“并网不上网”工作思路，使得其本身产生的各类电缆可以被医院自行采用。比如对于太阳能光伏发电系统，主要是采用0.4kV电压等级，而之后将其接入到医院的0.4kV配电系统内。

（二）负荷分析方案

1. 空调设计

在空调系统的设计过程中，要根据所有区域的内部空间进行科学的建设，而且本工程的研究项目中，各个区域之内的空调运行参数也都需要经过核算，并保持在不同的运行时间段内[4]。

从取得的结果上来看，所有的空调设计过程，必须要完全根据具体的系统运行标准以及室内空间的相关责任规范，实现对所有参数的取得。并且全面研究空调系统在运行过程中所产生的电能消耗参数，并对整个系统的后续运行工作做出整理。

2. 供能设计

工程设计过程中，主要的设计对象为系统的功能时间，根据麻城市中心医院工程项目的建设特征来看，其中初步的设计过程可以确定，新建的能源站制冷季节为每年的5月16日～9月30日，采暖季节为10月15日到次年的2月28日，要求医院在每天的运行过程中，必须要可以稳定提供生活热水。针对医院的普通病房和ICU病房，需要保障24小时全天候具备稳定的供冷、供暖能力，且对于门诊和办公室区域，需要实现10小时内的制冷功能或者供暖能力。对于天然气的分布式能源系统建设，则主要是根据室外的气候环境参数，对具体的使用时间进行灵活控制。

3. 冷热电源设计

针对冷热电源的设计过程中，需要根据电源的配置方法和处理原则配置，其中对于原有的医院系统，采用13台风冷热泵模块调整空间参数，其中的具体控制方法和处理工作方案中，要可以采用相对应的探头式处理方法得到研究结果，制冷量，大约为2064kW。其中住院楼内设置二台1700kW双机头电制冷螺杆机组，对于建筑物的其他区域，主要是在该区域内设置分体空调。另外对于原有的供配电系统，其中设置了2t/h油气两用型的蒸汽锅炉，实现对冬季采暖和全院衣物消毒系统的处理。其中锅炉系统的额定蒸汽压力为1.0MPa，该锅炉的容量已经不能够满足新的医院性能要求，所以在今后的升级过程中，必须要能够实现对各类变压器系统以及管理系统的全面升级和优化，从而让该系统可以依托于当前的资源管理和资源的使用方法，得到后续的有效调整工作机制。

（三）燃料系统设计

1. 燃料来源

燃料的来源主要是通过对于天然气系统的研究，而天然气来源于麻城市内的当地燃气公司，同时也要由政府的相关管理工作部门批复，直接说明是否需要建立独立性的管道，为医院投建独立性的天然气提供方案，最终得出的结果是，天然气市场中的压力管道网接口，可设置在医院的红线外西南角区域，此时天然气的供应压力为0.3MPa，并且该天然气可以从整个中央管道内直接引入，对于红线内的燃气管线以及天然气调压站系统，属于整个医院的工程项目。

2. 燃料品質

天然气能源的使用过程中，必须要能够确保其使用的天然气品质和燃料的供应稳定度符合要求，由于在本文分析项目的建设过程中，该工程使用的天然气为当地的专业气体提供的天然气，已经具有高稳定度，因此可以说，燃料的本身品质方面并不存在明显性的问题。此外从渠道的结构上来看，由于各类使用的天然气材料都经过了专业的检测，并且最终的检测结果符合工作标准，此时可以直接根据麻城市内的天然气提供单位所提供的能源直接使用即可[5]。

3. 燃料运输与消耗量

原料的运输过程中，要根据用气设备的本身类型和具体的处理方法进行分析，在本文研究的工程项目中，用气设备包括燃气真空锅炉和燃气发电机，其中燃气内燃发电机组的近期端压力要设置在0.002～0.02MPa，而真空锅炉的进气压力设定为0.015～0.02MPa，所以在整个系统的建设过程中，可以通过在其中设置调压装置，使得市政管网中的燃料压力直接调整到相对应运行设备的额定压力，从而可以在整个设备内处于高效稳定的运行状态。另外只有在选用燃料的压力调整到额定压力之后，才可以正式运行，这就要求必须要能够证明该系统中建立了独立性的监控机制。而对于燃气的消耗量，要根据给出的分布式能源站建设方案做出建设，其中两台燃气发电机组最大的燃气消耗量为400Nm3/h，采暖锅炉的耗气量为840Nm3/h，生活热水锅炉耗气量为340Nm3/h，所以整个工程项目内，最大状态下的相关设施耗气量为1600Nm3/h，每个能源站的每年总燃气用量为267万Nm3/a。

（四）工程设计方案

1. 能源站规划

在能源站的整体规划过程中，要根据已经建设的相关配套设施以及建设的分布式能源站，对各类发电机组以及烟气热水型的机组运行状态进行全方位的控制，整个项目中需要建设一座装机容量为156kWp的屋顶分布式光伏发电系统，同时对于蒸汽负荷的供应也需要实现对业主方意见的考虑。对于技术的选择方面，需要将响应的能源站设置在原规划系统的内科住院楼中，地下一层区域建筑面积为1400㎡;对于水源系统，由当地的水务局单独供应;对于燃料系统，由城市的燃气管道中的各类管道，引入新建立的燃气调压箱;对于电气的出线，需要按照10kV等级进行出现设计;能源站设置过程中，要让光纤接入到整个医院的供电系统，其中太阳能光伏发电系统直接接入到医院的低压配电体系;冷热管道系统的建设过程，直接由能源站引出的相关管道，在整个区域内满足冷热需求;屋顶的光伏系统中，其中的住院楼可以采用的面积为1200㎡，外科住院楼可以采用的面积为1000㎡。

2. 总平面布置

对于总体性的评论布局过程中，要根据该能源站的建设标准，实现对于通风、排爆等工作的全面践行，同时要具有极高的消防安全能力。其中对于能源站系统，需要设置晚间设备值班室、配电室、水泵间以及辅助用房，同时各类设备间需要满足排爆以及专业化的消防功能要求，从而使得整个系统的建设质量符合标准。此外在后续的建设工作中，也需要全面利用原有的锅炉房系统以及制冷机的分布式装置，实现对该系统运行方案的协调。

3. 装机方案设计

装机方案的设计中，需要保障整个工程项目的投资收益，其中发电容量保证在1200～1600kW，其中通过对多个方案的全面分析，最终使用TCG 2016 V16 C燃气内燃发电机组对整个体系进行建设，其中单台的设备容量为800kW，装机数量为2台。

对于机组方面的选择，需要分析单机的能源转化效率参数、电力环境所造成的影响效果、操作过程中的负载波动抵抗能力、操作过程的难易程度以及针对天然气管道压力方面的要求等，其中所有参数都得到了全面性的分析和监测之后，则需要根据各类机组本身的装配原则和装配原理，将其配置到正确的分布式能源使用系统内。此外在热电联产电厂或者调峰电厂的工作中，必须要能够在其中实现针对所有系统的合理对接和调整，而且确保得到的所有工作参数工作参数和信息之后，才可以使得整个燃气内燃发电机组的技术处于成熟性的使用状态[6]。

四、医院分布式能源系统的方案实施方法

（一）设备选用工作

在相关设备的使用过程中，要根据医院分布式能源系统的电子化发展，对其具体的实施模式进行调整和研究，其中针对该设备的选用过程，要研究整个系统当前运行过程中所消耗的能源总量、对于各类复合系统的影响程度、对于各类能源运行稳定性的调整方法等，而在得到了所有这类专业化的信息之后，该过程要为后续的各类设备选择工作提供帮助[7]。此外相关设施的选择过程和专业分析过程，针对设备之间的本身对接方法和使用原则，若发现相关设备本身就存在对接性的问题和使用性的问题时，那么需要对整个设备系统做出进一步的调整和研究，以了解这类设备是否可以在具体的时间过程，正确、完整、稳定地运行，并分析完整度参数，如果发现不能达到这一目的时，则需要对某台设备的相关参数标号乃至于厂商进行替换。

（二）参数分析工作

在医院的分布式能源系统构造，必须要能够全面分析该系统在当前的运行过程中，针对医院本身负载和运行参数的研究过程，而且在得到了这类专业化的分析信息后，才可以确保当前所设定的参数分析机制和参数的使用原则，要具有更高的科学性与完整性。其中在参数的分析工作推行阶段，所有设备方面的信息以及医院运行方案方面的信息，都需要得到全面性的跟踪，同时研究针对不同设备设置过程中所能够产生的负载。比如在本文分析的工程上，其中就分析了光伏发电系统在医院正式运行过程所能够起到的作用，乃至于所提供的电力参数是否符合相关设备的正常使用和运行状态，如果发现不能达到这类标准时，则需要对该系统后续的运行方法和运行方案作出相对应的调整。

（三）设备装配工作

在设备的装配工作推行过程中，一方面要根据所有设备的本身处理工作原则和处理方法，对该设备的具体作用表现做出相对应的研究，另一方面要根据所有设备本身的作用原则和处理依据，对设备的后续装配模式做出相對应的协调。要求所有设备装配阶段，要根据室内空间的参数、设备本身的处理参数以及各类设备之间的彼此连接方法，对其作出调整。比如对于光伏发电系统和市电供配电系统，两者之间必然需要处于信息方面的交流以及共同参数调整式工作状态，那么就需要考虑电力接口以及参数方面如何对接，并且在得到了这类信息之后，为后续的建设工作提供帮助。

（四）设备检查工作

在相关设备的检查过程，所有设备正式使用之前，以及与供应商的交流工作全面落实过程，需要全面落实整个系统的检查工作，同时无论是检查的效率方面还是检查的规范性方面，都要根据所制定的工作规范设计完成工作[8]。比如针对某台设备的可靠度研究，就需要让医院研究该设备生产厂家所给出的相关数据，同时针对医院本身的具体要求和工作参数进行监管，如果发现这两个数据之间存在明显性的不匹配问题，或者提供的数据明显不符合整个行业内相关工作数据或者相关标准时，那么该设备就不可使用。

（五）系统监管工作

针对系统的监管，要面向两个方面，一个是针对设备选择过程，落实装备过程中的监管工作，那一个是对设备日常运行过程中的监管工作。对于前项任务，需要建立专业性的施工监管部门，让这类部门共同分析，以确保所有设备无论是在质量检查过程还是装配过程中存在的问题都可以被去除。后项工作主要是在各类设备日常运行过程，通过使用传感器以及专业监控，分析所有设备是否可处于安全稳定运行状态。

结论

综上所述，医院分布式能源系统的建设过程，必须根据医院本身的运行操作、运行状态以及得到的分析结果，研究设备的具体作用，同时要全面分析医院内不同系统对能源系统本身工作稳定性、运行可靠度的相关要求，并且要对所有信息的类型做出合理性选择，只有在得到了专业结果后，才可以确保当前的设计方案并不存在问题。

参考文献：

[1]牛天钰，于金辉.燃气冷热电联供分布式能源系统及其在四川医院建筑中的应用[J].发电技术，2020，41（03）：288-294.

[2]王瑜，孙曼莉.医院天然气分布式能源系统实施问题探讨[J].低碳世界，2020，10（04）：103-104+106.

[3]沈忠杰，汪鹏，钟少芬，等.基于医院用能的天然气分布式能源站综合效益分析[J].暖通空调，2020，50（03）：32-37.

[4]熊焰. 面向能源枢纽的气-电综合能源微网协同运行优化研究[D].广东工业大学，2019.

[5]张伟. 天然气CCHP与江水源热泵复合系统运行性能及优化策略研究[D].重庆大学，2019.

[6]童家麟，吕洪坤，蔡洁聪，等，孙五一.国内天然气分布式能源发展现状与应用前景综述[J].浙江电力，2018，37（12）：1-7.

[7]赖子波. H医院天然气分布式能源投资改造项目可行性研究[D].华南理工大学，2018.

[8]宋郑忠. 天然气分布式能源（楼宇型）在严寒地区的适用性研究[D].吉林建筑大学，2018.

作者简介

王明开，1989.6 男，汉族，湖北武汉人，初级工程师，研究方向：暖通/计算机应用。

张帆，1982.5男，汉族，湖北当阳人，初级工程师，研究方向：暖通/计算机应用。

张冶迪，1988.2男，汉族，湖北大冶人，初级工程师，研究方向：暖通/计算机应用。