医疗建筑电气系统的节能设计探讨

陈智敏

（福建中森建筑设计院有限公司，福建 厦门 361012）

0 引言

医疗建筑用电主要分为照明、插座用电、空调用电、医疗设备用电及其它动力用电等。目前我国的医院用电负荷总体上是以照明、空调为主的主要负荷，医疗设备用电所占比例相对较小。为实现医院整体运行符合节能的理念，就需要从建筑的电气系统节能设计入手。本次医疗建筑电气系统的节能设计研究以泉州某医院二期综合病房大楼工程为例，从供配电系统节能设计、照明系统节能设计、楼宇建筑设备管理系统、主要电气设备的选择等方面入手，确定节能设计的关键，节能设计的注意事项，以及节能设计的难点等，结合实际的工程情况，进行具体的分析探讨。该工程绿建要求按二星执行。

1 项目概况

本工程为泉州某医院二期综合病房大楼工程，系地下两层，地上17 层建筑。其中地下二层为人防中心医院，平时为车库及设备用房；地下一层为车库及太平间；一层为影像科、服务用房、急诊、静脉配置、药剂科；二层为门诊手术、功能检查、超声配置、窥镜检查；三层为手术中心、血透中心；四层为信息中心、病案室、会议中心、供应中心；五层为妇产科；六至十七层为病房；总建筑面积约为54000m2，建筑高度约为72.1m，系一类高层建筑；改扩建工程拟以三级甲等医院标准建设，待二期项目完成后，医院编制总床位数为800 张。

2 供配电系统节能设计

根据《医疗建筑电气设计规范》JGJ312-2013 规定：产房、重症监护室、血液透析室、手术室、术前准备室、术后恢复室、麻醉室等场所中涉及患者生命安全的设备及其照明为一级负荷中特别重要负荷，以上场所的其它负荷为一级负荷；影像科等场所的诊疗设备及照明用电为一级负荷；血库、培养箱、恒温箱、病理、主要通道照明、客梯、生活水泵、潜污泵等用电为一级负荷；均采用双电源供电，设自投装置。电子显微镜、影像科诊断设备、中心供应、净化空调、太平柜等用电为二级负荷，均采用双电源供电，设自投装置。其他用电负荷则为三级负荷，采用单电源供电。

按其上述要求，在本工程设计时与建设方、电力部门及有关部门讨论后确定如下供电方案：从市政10kV 电网引入两路电源，采用YJY22-8.7/10kV 型高压电缆直埋引来，两路电源互为备用，均能承担全部的一、二级负荷；本工程在一层设置一配变电所，尽量靠近负荷中心，减少低压侧线路长度，降低线路损耗，本工程至末端配电箱最长供电距离约185m。为确保在市网停电情况下一级负荷及消防设备供电的可靠性，在院区一层设置一台1000kW 柴油发电机组，作医院备用电源使用。当外电源发生故障时，柴油发电机立即自起动并应在15s 内投入运行。特别重要负荷增设UPS 作为备用电源。

医院用电负荷一般分为照明、插座系统、医疗动力、空调系统等。本工程大型及重要性的设备均由变电所放射式供电，如手术室、产科、血透、供应中心、信息科、净化空调主机等，均采用低烟无卤阻燃电缆WDZB-YJY 沿防火桥架或穿钢管暗敷由变电所放射式供电。一级负荷两路电源分别引自变电所低压常用、应急母线段。

本工程消防电梯、消控室、消防泵消防风机均采用矿物绝缘电缆由变电所放射式供电；应急照明采用低烟无卤耐火阻燃预分支电缆YDF-WDZN-YJY 沿防火桥架由变电所放射式供电。客梯、生活泵、DSA、DR、CT、MR 等采用低烟无卤阻燃电缆WDZB-YJY 沿防火桥架或穿钢管暗敷由变电所放射式供电；公共走道照明采用低烟无卤阻燃预分支电缆YDF-WDZB-YJY 沿防火桥架由变电所放射式供电。裙房普通照明系统及插座按科室或分区放射式供电，由变电所采用低烟无卤阻燃电缆WDZB-YJY 沿防火桥架或穿钢管暗敷引自各分区或科室总箱；病房层普通照明系统及插座采用树干式供电，由变电所采用母线槽引自各层竖井，各层竖井内设有总箱，再放射至各分区的照明配电箱；各科室的计量设在竖井配电箱内。本工程三相单相负荷尽可能均衡地分配在三相上，使三相负荷保持基本平衡，最大相负荷不超过三相负荷平均值的115%，最小相负荷不小于三相负荷平均值的85%。对于三相不平衡或采用单相配电的供配电系统，采用分相无功自动补偿装置。

根据负荷计算，本工程安装容量约为5200kW，需要系数Kx 取0.65，计算负荷约为3380kW。经过计算，变电所内需设2 台2000kVA 变压器，考虑到容量较大的对季节性负荷容量或专用设备（如放射科CT、MR、DR 等），放射科单设一台630kVA 变压器，以降低变压器损耗。

供配电系统节能设计中需重点关注的一项内容就是功率因素，根据实际的需求，合理提升一定数值，在低压侧设集中无功自动补偿，采用自动投切装置，要求功率因数保持在0.95 以上，实现在保证有功功率稳定的基础上，电流输入量减少，工作效率提升。同时在设计中也要合理地配置无源滤波装置，能避免谐波对设备的使用产生影响和危害，对谐波电流较严重的非线性负荷，无功功率补偿考虑谐波的影响，采取电容器串接调谐电抗器的抑制谐波的措施。保证处于一个相对平衡以及协调的运作环境之下[2]。

3 照明系统节能设计

照明系统是医疗建筑电气中不可或缺的组成部分，也是节能设计中需重点探讨的环节。

医疗建筑照明在设计上应符合医疗场所的工艺要求，并能体现以人为本的设计理念，创造宽敞舒适的气氛和整洁安静的氛围，给病人创造良好的康复和就诊环境，并实现绿色照明。

本工程光源的选择应满足显色性、启动时间等要求，并应根据光源、灯具及镇流器等的效率或效能、寿命等在进行综合技术经济分析比较后确定。建筑的公共走道、楼梯间、厕所及地下车库等无人员长时间逗留的场所均采用发光二极管灯具，其照明光源的显色指数≥80，色温为4000K；对于病房、诊室和各功能房等有人员长期逗留的场所均采用T5 高效节能荧光灯，照明光源的显色指数≥80，色温为4000K，并配有电子镇流器。卫生间、水泵房、开水间等潮湿的场所采用防水防尘灯具，手术室、ICU 等要求洁净的场所采用洁净灯具，放射科如：MR、CT、DR 等有磁共振的场所采用工程塑料、铜、铝等非磁性材料灯具。本工程照明设计标准参见《建筑照明设计标准》GB50034—2013 中规定的照度标准、照明均匀度、统一眩光值、光色、照明功率密度目标值（简称LPD）、能效指标等相关要求。

本工程在照明的设置上避免卧床患者视野内产生直射眩光。在需要设置局部照明的场所均有预留局部照明插座，如口腔科、耳鼻喉科、治疗室等；在骨科、呼吸科等诊室面向主治医院的墙面上均有设置嵌入式观片照明；在病房的床头设置有局部照明，安装在医疗设备带内，供医生检查病人用；病房内除设置局部照明外，还在病房及病房走道上设置有夜间照明，采用地脚灯，其病床床头的夜间照明照度不小于11x；手术室设有一般照明，其照度不低于7501x，并设置有手术室专用无影灯。

本工程楼梯间照明采用延时自熄的控制方式；地下车库、公共走道、门厅等场所采用智能照明集中控制，采取分区、定时、感应等节能措施，可根据建筑的使用情况和天然采光状况，采用分区、分组控制，并按需要采取调光或降低照度的控制方式，夜间可关掉部分灯具或降低照度，达到节能效果；房间设置不少于一个灯具的，每个房间照明控制开关不宜少于2 个，有外窗的，所控灯列均与侧窗平行。应急照明与消防联动，让疏散工作或者抢救工作能第一时间进行，避免人工造成滞后，进而出现各种危险事故，确保在事故发生的第一时间，能给予民众引导以及照明帮助，降低事故所造成的人员伤害[3]。

4 楼宇建筑设备管理系统

建筑设备管理系统是利用计算机过程控制和网络通信技术，并通过自动化仪表，对建筑内的机电设备运行状态进行优化控制及管理，从而到达安全、可靠、高效运行，做到节省能耗，减少运行成本的目的。

医疗建筑的楼宇建筑设备管理系统设计内容包括空调系统、冷水机组系统、全热交换新风系统、给排水系统、进排风系统、电梯系统等。空调系统节能设计具体包括送风机合理设计时间，自动开启和自动停止送风，自动检测温度，过高，开风机，关热水阀；过低，反之；保证室内温度的相对恒定，也避免温度与外界差异过大，耗电量增加，并且强化对于自身运行状况的监测，一旦监测到异常，及时反馈管理系统，及时处理优化，避免由于运行故障导致的电能损耗大幅提升。冷水机组系统节能设计，根据医院制定的工作安排，合理设置开启和停止系统的周期，监测冷却水温度，回水温度，回水量等数值，根据监测到的数值变化，自动化控制塔风机的开启停止数量，保证运行的高效稳定性，实现电能的最大化利用。全热交换新风系统节能设计，根据热交换器中流出的水温度，与设置好的标准范围温度比对，如过高或者过低，合理调整调气阀，实现温度达到设定的范围内。给排水系统节能设计，自动排放污水，自动储存生活用水，自动供应，实现给排水系统运行的效率以及质量提升，避免排水速度跟不上用水速度，随时监测水池的高度，设置一个最高限度的水位高度，和最低限度的水位高度，一旦超出这个范围，及时警报，及时处理，避免无法满足正常用水需求的情况出现，或者水溢出的情况出现。进排风系统节能设计，进排风设备也根据运行的状态自动开启或者停止风机设备，一旦监测到异常，及时传递给中央管理计算机，寻求帮助，及时解决。电梯系统节能设计，监测电梯使用的主要时间段，在使用频率较低的时间段，关闭一部分的电梯，留备用电梯，保证满足部分需求，从根本上降低这方面的能耗[4]。

5 主要电气设备的选择

为达到节能减排的效果，医疗建筑电气在主要电气设备的选择上应尽量选择节能型产品。本工程变压器选用的是[D，yn11]结线组别的干式变压器，为低损耗、低噪音的节能产品[5]。采用节能型电梯设备，配备有高效电机，并采取电梯群控、扶梯自动启停等节能控制措施。在满足工艺要求、运行可靠的前提下，电动机均选用节能型电动机；22kW 及以上的交流异步电动机采用降压启动，改善启动特性。生活水泵、冷却塔风机、空调水泵均采用变频调节，在部分负荷时低能耗运行；在有要求恒温恒湿的场所，空调主机采用四管式风冷热泵，不采用电直接加热设备作为空调系统的热源及空气加湿热源。新风机、排风机均选用医用节能型风机。

6 结束语

医疗建筑电气系统节能设计研究的意义在于提高电气系统的电能运输质量、电能利用率，降低不必要的电能损耗，利用在线能耗检测系统，实时监控能源损耗情况，保证在相同电气系统运行质量的基础上，有效减少能源的消耗量，达到绿色建筑的要求。