医院建筑电气设备选型与节能研究

2022-12-31刘捷云鄢剑鸣林贤东

科技创新与应用 2022年34期

刘捷云，鄢剑鸣，林贤东，陈塨

（福州滨海临空开发建设有限公司，福州 350000）

医院是重要的公共服务机构，发挥着重要的社会职能。本文从医院电气管理的现状着手，从人员和建筑设施2方面分析了医院电气管理存在的问题，讨论了各类医院对电能的需求特点，以几种主要的电气设备为例，研究了医院电气设备的选型依据，最后对医院电气设备节能方案进行了设计。为了保证医院的正常运转，医院需要大量的电力，来保证医院的正常运转。但是，由于我国的人口规模和其他原因，医院每天接收的病人越来越多，消耗的能量也越来越多。据有关调查资料表明，我国每年的能耗中，医院对能源的消耗量占到了6%左右。在全球能源资源紧张的情况下，医院应加强对建筑电气的选择，降低能耗，从而达到节约能源的目的。

1 医院的划分和供电需求

就目前来看，医院可分为综合医院、专科医院、康复医院、急救中心和疗养院，按医院的技术和医疗水平，可以分为三级医院、二级医院、一级医院。

不同等级、不同规模的医院，其耗电情况也不同。一般的疗养院、一级医院，因为收治的患者较少，医疗水平较低，所以可以选用较低配置的电气，例如：在设计时选用普通的电气；而三级综合性医院、大型专科医院，因为患者多、床位多、医疗设备多，特别是大型的手术，对医院的电气配置、供配电系统的配置、电气元件的配置要求都很高。

2 医院的能源消耗现状

随着中国经济的快速发展，医疗体制的不断完善，我国的医疗技术也在不断进步，一些大型医院也在不断使用新的医疗设备，这对我国的医学发展有很大的促进作用，但同时也会增加医院的能耗。中国是全球第二大能源消耗国，因此，我国当前所面对的一个重大问题就是人均能源短缺。我国医院既要保证医疗技术的专业化，又要尽量减少对医院电气的能耗。因此，在能源消费日益严重的今天，电力设备的选择与节能改造变得尤为重要。

3 当前我国医院能源消耗存在的主要问题

随着我国经济的高速发展，各大医院都在想方设法满足病人的需求，寻求更高效率的医疗器械，提高医院的治愈率，为病人提供更好的服务。虽然医院的医疗技术有了很大的提高，但是同时也带来了大量的能源消耗。

近年来，各大医院都在努力提高医院的服务质量，改善病人的就诊环境，但效果却并不尽如人意，有的医院为了提高自己的服务质量，往往会对相关的医疗设施进行过分的升级。然而，很多医院在升级实施前都没有做出合理的评价与预测，造成了大量的能源消耗，以及后续的运营费用。因此，我国医疗机构在快速发展和改革的同时，也存在许多问题。

4 医院电气可靠性和安全性的主要设计内容

4.1 电力负载分级

一般来讲，设备分为3类：第一类设备是用电设备与人的身体的外部联系，如门诊、预备室、保健室等；第二类是指在电力供应装置发生故障时，如手术室、心脏监护治疗室等，有生命危险的地方。第三类为在治疗期与人体直接接触的传导设备，位于门诊、护士站或大型生化设备等。这进一步说明了医院的电力负荷是由医疗单位所用电力设备的数量、病人生命安全的相关性、电器与人体的接触等因素来精确决定的，同时也为医疗单位的自动恢复供电提供了可靠的依据。所以，在进行电力负载分类时，必须保证其分类的准确性和合理性。在医院建筑物的实际建设、电力负载的使用、场所类型的划分等方面，都要严格遵循相关的技术规程。通常情况下，普通的医疗机构会对自动恢复供电的时间进行限定，从而能够满足主要负载的需求。

4.2 电力分配布线

在建设配网、布线前，要考虑到医院的具体条件，对设备进行合理选择和使用。在大负载情况下，可以利用辐射分配来改善电力供应的稳定性。因此，应把电力系统分为双向供电和终端到终端2种类型，以保证电力系统的可靠运行。对于具有相同特性的负载，可以将轴颈与辐射结合起来，从而达到供电目的。

5 医院设备维修要点

选择合适的修理方式。针对电子医疗器械在使用过程中遇到的问题，应根据不同的原因，采取科学的维修措施。如果是小零件的问题，可以通过零件替换的方式来找出有问题的零件，从而达到修理的目的。电子医疗器械非常精密，与其他零件的运行密切相关，所以必须同时进行维护。另外，在电子医学仪器中，印制电路板是最易发生故障的元件，因此，必须明确地认识到在维护过程中的损伤，并根据这些征兆，有针对性地进行维护。

6 医院建筑电气设备的选型分析

6.1 医院建筑供配电系统概述

配电系统是整个建筑的核心，它负责为医院所有医疗设备提供配电，为整个建筑提供电力和照明。医院建筑的配电系统由高压配电柜、低压配电柜、变压器、电缆桥架和电源配电箱等组成。选择合适的电气设备，要根据医院的实际情况，从医院的规模、用电量、负荷特性、经济条件等方面，综合考虑医院的各个方面，确定最优的选择和配置，以保证医院的正常运转。

6.2 医院建筑供配点系统选型

6.2.1 高压配电柜选型

目前，在医院建筑的电气设计中，主要使用的是内部嵌装移动金属开关，它具有“五防”联动的作用，能够保证医院建筑内高、低压设备的运行。在选择特定类型时，应以防止带负载的推拉断路器手车、防止误开断路器、防止接地开关在关闭状态下关闭断路器、防止误入带电隔室、在带电时误接接地开关等为主。此外，高压配电柜采用金属密封的盒式结构，保证在使用中不会发生变形、断裂、锈蚀等问题；在选用医院配电柜时，要注意材料的选用，保证选用的材料质量稳定，并对柜体进行除油、除锈、酸洗、磷化等工序。

6.2.2 低压配电柜选型

低压配电柜的结构分为2类：一是抽屉式，二是固定式。

抽屉低压配电柜的各个抽屉都是独立的，各个抽屉都是完全隔绝的。该系统通过手柄和机械链锁来实现对系统的有效控制。该方法能够精确地定位连接、分离、测试和移出。断路器合闸机构能有效避免抽屉的脱出，保证工作的安全。

固定低压配电柜的工作原理与普通的抽屉低压配电箱一样，都是独立、安全的，而且它的结构比较简单，使用时很少出现故障，使用起来也很方便。与抽屉低压配电柜不同，固定低压配电柜的配套元件可以使用插头，在更换和维修的过程中，并不需要断开全部的电源，只要将相应的电路部件从电路中取出就可以了。

由于医院电气设备的特殊性，在进行具体的选择时，应充分考虑到设备的使用地点、功率等因素，进行有效的选择。

在手术室里，由于手术室的重要性，手术室的负荷是最重要的，所以除了有2个电源，还必须有1个备用的发电机，当外部电力中断时，电力系统会变成发电机，而且可以在手术室里进行自动切换。

在急诊室里，可以根据相关规范，为重要的负载配置发电机。

在放射科，由于电子CT、X光等各种医学仪器的数量较多，因此，为防止在使用时发生干扰，可以将电源从医院的变电所中分离出来。同时，在设定电源时，要分别设定。

在办公室内部，根据医院的实际用电情况，将医院的配电房改造成“树干”式，通过电气竖井将电力输送到医院的各个配电箱中，再通过配电箱提供电力。

6.2.3 变压器选型

在医院的电力消耗中，大约有45%～55%的空气调节，30%的电力和医疗用电。而医院变压器的额定容量通常在65～75 VA/m2之间，最好的工作负荷应该是70%。由于医院是一级用电单位，所以在医院里一般都会配备2个以上的变压器，以保证在一个变压器发生故障时，另外一个变压器仍然可以工作，从而保证医院的电力供应。就医院而言，因为X光机、CT、ECT、核磁共振等医疗器械数量庞大，需要配备专门的变压器。在选用变压器时，应综合考虑噪声、维护、节能、环保等因素，选用干式变压器是最好的。

6.2.4 照明系统选型

在医院里，照明用电大概要消耗30%的电力，这是因为医院里的照明时间比较长，所以一个很小的电源波动就会对整个医院的用电造成很大的影响。因此，若能采用多种途径、不同的照明方式，将极大地节省医院的能耗。

第一，根据国家有关法规，选用不同的照明系统，不同的使用场所，不同的灯光系统，不同的设备。若照明系统的光源类型相同，则应选用较佳的照明模式。一般情况下，当光源与外部环境基本一致时，通过采用较小的照明功率或较少的照明系统，可以大大降低照明系统的耗电量，从而实现节能。

第二，选择适当的照明方式。通常，照明方式对灯具的节能有很大的影响。所以，在选择合适的照明形式的时候，必须要利用自然的光线，利用一些特殊的方法，切断一部分的分支，在白天有足够光线的情况下，将它关掉，只有在阴天和晚上才能使用。楼梯间、公共走廊灯的位置，可以按照自然光的采光情况和建筑的特殊情况进行划分；在人流密集的地方，如收费大厅、急诊室等，可以采取集中式的管理方式，根据不同的需要，调整灯光的亮度和相应的应对措施。

7 医院电气设备节能思路

由于医疗用电设备的能耗较高，在当前世界能源日益紧缺的情况下，医院电气的节能设计显得尤为重要。

7.1 配电节能设置

在医院的电力系统中，电力分配系统是指将整个医院的电力供应进行分配。要想最大限度地减少能源消耗，除了选用节能变压器外，还要做好对电力系统的日常保养与管理。同时，要合理地配置电力负荷，从而提高电力系统的负荷率，并通过有效的优化措施，将变压器的负荷率保持在75%～85%，并保持在较长时间的经济负荷范围内，从而在保证医疗用电的前提下，大幅度地减少其运行损耗，从而达到节约能源的目的。

主要电力设备的节能配置，在医院中，用电设备也是最重要的供电设备，同时也是医院能源消耗的主要设备。所以，对相应电气设备进行节能设计是十分必要的。

首先，几乎所有的医院都会安装中央空调，但是，中央空调的设计大多都是按照最大负荷来设计的，当它真正运行起来的时候，它的最大负荷也就是10天左右，而且它的负荷并不高。在中央空调系统中，制冷设备的负载并不随季节而改变，经常处于满载状态，这样就会造成一定的能耗损失。因此，医院必须寻求更为高效的方法来解决中央空调设备的冷却塔、冷却水泵等问题。目前，若要更高效地节能，最好的办法就是实行契约型的能源管理。所以，如果一些医院的中央空调面积较大，采用这种方式，可以节省更多的能量。

其次是电梯节能。电梯是目前医院使用最多的电器，也是最重要的电力设备之一。在节能设计时，考虑到医院白天人流多、晚上少，采用变频调速技术进行节能改造。同时，通过建立健全的电梯运行管理机制，既能有效地减少能耗，又能在一定程度上提高电梯的利用率。

7.2 加大绿色能源的利用

在医院建筑电气设备的节能设计中，应加大对绿色能源的使用，如太阳能，从而达到减少医院能耗的目的。医院可以利用医院花园、空地屋顶来安装太阳能集热板，并与医院现有的空气源热泵系统相匹配，利用太阳能将室内的热水加热至一定的温度，再通过开动空气源热泵来持续加热，直至达到工作温度。这样既可以降低医院的能源消耗，又可以增加医院的经济价值，还可以从某种意义上起到环保的作用。