十大信誉网赌精彩网-网赌信誉最好平台-登录

医院建筑节能研究进展及问题综述

时间:2018-11-15 编辑整理:石 媛 ,闫增锋 来源:早发表网

 在国家绿色发展和节能减排的大环境下, 医院建筑作为高耗能的公共建筑,其节能研究备 受关注。该文在梳理相关文献的基础上,系统分析 了医院建筑节能的研究历程、医院建筑的能耗特 点、能耗结构及节能措施等内容,并进一步提出医 院建筑节能在现阶段的不足与在未来阶段的研究 展望。旨在为下一步的理论研究与实践工作提供 参考,引导医院建筑节能的良性发展。

关键词 医院建筑 建筑节能 医院能耗 绿色发 综述

随着国家政策的强力推动,发展绿色建筑、实现建筑节能已逐步成为一种共识。《建筑节 能与绿色建筑发展“十三五”规划》明确目标是:到2020年,城镇新建建筑中绿色建筑面积比 重超过50%,绿色建材应用比重超过40%,完成公共建筑节能改造1亿m2。可以预见,绿色的 建筑与设施将是行业绿色发展的前提条件和基本要求。医院建筑是一种特殊的公共建筑,其 功能布局复杂,能源形式多样,成为耗能最大的公共建筑之一。相关文献资料显示,医院建筑 能耗是一般公共建筑的1.6~2倍,未来一段时间内我国医院建筑能耗还将持续上涨。因此,医 院建筑节能研究迫在眉睫。本文通过文献梳理,试图揭示医院建筑节能的研究历程,系统分析 医院建筑在能耗特点、能耗结构、节能措施及气候对医院节能影响等方面的研究进展及主要成 果,整理有引导价值的观点与建议,以完善医院建筑节能理论,明晰下一步研究方向。

1 医院建筑节能研究的必要性及其历程

1.1 医院建筑节能的必要性

近年来,能源问题越来越受到各国的重视,工业化带来的环境破坏和污染等问题都严重威 胁着人类的生活和未来的生存空间。因此,低碳、环保的“绿色”生活和发展理念日益被全人类 所关注。由于综合医院的规模较大、就诊人数多、功能复杂、设备多样,从而消耗了大量的资源 和能源,造成了院内和周边环境的空气污染;在过去的二十年间,英国医疗机构增长了40%的 碳排放量;而美国医疗行业的温室气体排放总量为所有行业的8%;在公共建筑类型中,医疗建 筑的能源消耗相当于普通办公建筑的2倍;医院建筑的照明、通风、设备运行等能源支付占医 院运营成本的10%以上。因此,要实现节能、减排的“绿色”目标,必须推动医院建筑的节能设 计。

1.2 医院建筑节能的研究历程

1973年石油危机爆发以来,许多国家开始关注能源消耗问题,而医院建筑作为耗能最 大的公共建筑之一,其关注度不言而喻。1979年,英国国民卫生保健机构开始启动低能耗医院 研究;日本的资源十分匮乏,石油危机爆发后也开始了对绿色医院发展的探索;20世纪初,美 国健康促进基金会提出了绿色医院的概念;我国在20世纪90年代末提出了绿色医疗的发展 思路。在大约三十年的时间里,医院建筑节能走过了漫长的研究历程,硕果累累,现根据各时 期的研究特点,将医院建筑节能的研究历程划分为三个阶段,分别为萌芽探索阶段、起步发展 阶段、快速发展阶段,各阶段的代表性文献、主要研究内容和研究特征参看表1。

 

2 医院建筑的用能特点、能耗结构及设备用能分析

2.1 医院建筑的用能特点分析

医院是运用医学科学理论和技术、对病人或特定人群进行防病、治病,提供保健服务的 场所,医院建筑除了具有一般公共建筑的特点外,还因作为集病原与易感人群为一体的特殊场 所,担负着救死扶伤的重任,使得医院建筑有别于一般公共建筑。医院建筑功能独特,因此具有特殊的用能特点。

现代医院建筑趋向于规模大,功能错综复杂,对环境舒适度和安全性要求高;门急诊、医技、病房、手术部、后勤保障等的能源需求及设备运 行时间要求各不相同;机电设备数量众多,能耗中心分散、种类繁杂;采暖通风空调系统能耗巨大、医院建筑对供电连续性及电能质量要求高。医 技、医务等部门出于卫生考虑,有大量的蒸汽和热水要求。另外,医院为了给病人及医护人员提供良好的就医及工作环境,满足治疗过程特殊的 温湿度要求,需要增加制冷、采暖、加湿、通风负荷。医院全年供热量大,用户侧供热的要求不一,用热参数差异大。医院有两类差异较大的室 内环境控制,一类是量大面广的一般科室,如普通病房、诊室,只需季节性舒适空调;另一类是数量相对较少的有无菌与湿度控制要求的,如手 术室、无菌病房等关键科室(部),需全年空调,特别是湿度控制是保障无菌环境的关键因素。尤其是近几年,我国医院建设加快,具有建筑体 量大、楼层高、床均建筑面积增大、新功能科室增多的特点。因此人性化设计要求提高、建筑内区扩大、温湿度控制科室增多、热水用量增加、季 节性空调与全年空调矛盾加剧,致使能耗大幅攀升,能耗支出达到医院总运行费用支出的 10%以上,医院建筑节能刻不容缓。

2.2 医院建筑的能耗结构分析

医院是以病人为核心的医疗建筑,除了具有一般建筑的特点外,还具有特殊的性质和使用功能,这也决定了医院建筑不同的能耗结构,学者们以不同的依据或对象对其进行研究,从而得出不同类别的能耗构成 结果。张磊(2010)通过调查发现,在医院的能源中,耗电和耗燃气占 到了医院能耗的86.9%。陆诤岚,常艳新(2010)以浙江省医院为调查 对象,发现医院使用的能源主要有电力、热力、天然气、柴油和煤共5种, 其中以电力为主。李强(2013)研究发现医院能耗包括:采暖、通风、空 气调节、照明、医技设施及其他动力设施等能耗。其中,空调能耗(采暖、 通风、空气调节)和供热能耗(热水、蒸汽)占有很大份额,已达到总能耗 的60%左右,并且比例还在不断提高。高云峰(2016)[14]等人通过对山东 省某医院用能现状进行调研,将能源种类分为电耗、天然气耗量、油耗。 在进行能耗分析的过程中,为了更直观地比较各类能耗之间的所占比 重,通过将热水、天然气、油耗等折算为电力,即等效电法来显示各项 能耗指标,相比较,电耗所占的比重最大,其次是天然气消耗。

 

另外,又分别进行了电耗结构分析和天然气耗量结构分析。电耗结 构分析是根据医院内医用设备、办公设备等使用情况,将建筑电耗进行 细致划分,研究影响电力消耗的主要因素,将其分为9类,分别为照明、 办公设备、电梯、空调设备、供暖设备、给排水设备、医疗设备、消毒洗衣、饮用热水。数据分析表明,在诸多用电分项中,空调设备的用电 量占总用电的44.3%(图1)。对于天然气耗量进行结构分析,首先对 医院用天然气的

单位进行了调研,发现天然气主要流向4个方面,分别为卫生 热水用气、供暖用气、制冷机用气、消毒热水用气,其中空调制 冷机用气量占65%,为主要用气单位。通过对该大型三级甲等医 院的能耗数据的分析,发现其电力消耗仍占建筑能源消耗的主要 部分,而且不管在电力消耗还是天然气耗量中,空调系统的能源 消耗占比重最大。方婷婷(2016)实地了解到广州地区医院 建筑共有的能源消耗形式包括:通风空调用电、采暖用电或用燃 气(燃油)、生活热水用电或用燃气(燃油)、消毒用电或用燃气 (燃油)、厨房用燃气、照明用电、电梯用电、诊疗设备等电器用 电等。其中电力消耗是医院最大的能源消耗形式,并对电力系统 能耗结构进行了详细分析(表2)。

国外医院能耗种类分为电能消耗和燃料消耗。Kolokotsa (2012)指出有500床的运行良好的医院能耗中电耗占52%,其 中照明耗电占14%,其他如暖通空调系统、医疗设备、办公设备等 占38%;化石燃料消耗占48%,其中天然气占57%,主要用于加热, 如供暖、生活热水等。2001年加拿大绿色卫生保健联盟给出医院能 耗组成,其中暖通空调占62%,照明占15%,生活热水占11%,餐饮 占6%,消毒占3%,医疗设备占2%,其他占1%。2003年美国EIA 的数据指出,医院建筑各个末端能源消耗的比例为:暖通空调占 30%,照明占27%,生活热水占14%,设备占2%,炊事占10%,制冷 占2%,其他占15%。

通过以上研究可以发现,虽然不同学者通过不同的分类方式 进行研究,得出的结果略有不同,但在主要方面所得的结论是一致 的,即在医院建筑能耗构成中,电和天然气占绝大部分,在设备用 能方面,空调用能占总能耗的主要部分

3 基于气候分区的医院建筑节能研究

一般情况下,建筑物的建设一定程度上要依据当地特定的气候 特征,由于不同的气候特征对建筑物室内热环境、建筑材料、建筑 结构以及设备选用等有着很大的影响,而这又导致建筑能耗的不 同。因此,有必要基于气候分区对医院建筑节能进行研究,以因地 制宜,采取相应的节能措施。

基于气候区域型的医院建筑理论研究,是医院建筑节能研究 更进一步的体现,一些学者在这方面已经有所建树。周巧(2012)以湿热地区医院病房楼作为研究对象,提出了气候适应性研究对湿 热地区病房楼设计的现实价值,最终分析总结出湿热地区医院病房 楼的自然通风采光节能设计策略。孙川(2014)以医院街模式医 院内部公共空间为主要研究对象,分析了夏热冬暖地区气候特点 和建筑设计特点,总结了医院街模式内部公共空间的自然通风设 计策略,为以后绿色医院的设计提供了设计的依据和策略。张旻 (2016)结合太原地区的地理、气候环境特点,针对医院建筑风 环境涉及使用者的健康和舒适、绿色建筑与节能、污染物的扩散与 自然通风等问题,提出了太原地区绿色医院建筑改善医院风环境的措施和办法。

在冰冷地区,恶劣的自然条件迫使建筑总能耗中80%~90%是建筑 物在使用过程中的能耗。医院建筑作为能耗较大的建筑类型,更应该遵 循地域气候特征,采取必要的节能技术与手段,在满足医疗功能的基础 上尽量减少能耗。张润斌,蔡觉先(2010)探讨了北方冰冷地区医院洁 净手术室热水采暖取代热泵空调机组加电采暖的可行性。韩丹(2012) 等学者提出冰冷地区的医院设计应遵循集约的总体布局、合理的功能分 布、高效的交通组织。温信(2013)以严寒和冰冷地区医院门诊楼和板 式多层居住建筑为研究对象,通过显著性检验得到不同建筑模型的冷热 负荷显著性影响因子,为空调节能提供了参考依据。

4 医院建筑节能的措施研究

要实现与自然和谐共生的绿色医院建设目标,必须采取相应的 节能环保措施,主要可以通过以下两种手段:一种是利用低成本的技 术,包括充分利用自然通风和太阳光线,利用传统的施工工艺、建筑 技术、环保材料等,使生态环境得以保护;另一种是应用高新科技降 低医院的能源和资源消耗,提高利用效率从而保护环境。

学者们根据各自的研究对象和实际情况,分别提出了相应的节能 措施。原兆亮(2012)针对医院建筑用能的特点,考虑通过以下两种 方式进行节能设计:一是降低各种基础设施和长时间运行的仪器的平 均能耗以及在电力传输和仪器空转时候的能耗;二是将不同设备的能 源使用及设备剩余能量输出进行综合考虑,变废为宝。总的来说,医 院建筑技术上的节能包括降低建筑物的冷热负荷、冷热源高效运行、 降低输配系统的水泵电耗、空调和通风系统的合理运行、降低照明和 其他用电设备能耗。邵海龙和李桂平(2015)通过分析医院建筑的 能耗现状,从建筑设计、空调设计、给排水设计、动力及电气设计等方 面出发,对医院建筑的节能设计进行了探讨,旨在进一步提高医疗空 间、设备及资源的利用率,在满足医院运行需求的条件下达到节约能 源的效果。姚鹏(2017)从医院建筑整体规划设计方案、建筑设计 及节能专项设计实施方案、中央空调与通风系统专项设计三方面进行 了详细阐述,为大型医院建筑节能降耗工作提供了有力参考。 崔俊奎 (2017)等人对北京某专科医院运行能耗调研分析,针对存在的 问题提出有针对性的节能改造措施。郑晓波(2017)从医院能耗较 多的水、电、空调和其他辅助动力控制系统等方面入手,也针对性地指 出相应的节能措施。

在国际能源日益紧张、可持续发展的重要趋势下,医院建筑节能是 个持续不断的话题,各国学者应更加积极地投入医院建筑节能研究,寻 找更好的方案措施,从而在更大程度上缓解全球能源和环境问题。

5 医院建筑节能现有研究之不足及展望

综上所述,医院建筑节能方面的研究,已经有一定的前期研究基 础,但这些研究仍处于零散、局部的研究阶段,对于医院建筑节能缺 乏系统的、整体的探讨。总体来说,当前医院建筑节能研究尚存在着以 下一些不足,也是未来研究的方向。

5.1 医院建筑能耗构成的问题

对于医院能耗构成的研究,大多学者是基于能源的分类和能源使用形式的角度出发,研究能源消耗的部位和结构,缺乏基于用能者的 行为分析能耗产生的原因和影响,进而探讨节能的空间和节能方向。 随着医院规模的增加,工作人员与患者的增多,消耗的能耗会进一步 的提升,更多元地考虑与分析能耗构成的全方位因素和影响因子将 会是深度挖掘医院建筑节能的新趋势。

5.2 医院建筑节能措施的问题

文献从医院所采用的设备角度,即研究机械电气设备干预的角 度,研究了不同医疗设备的输配过程以及设备的定额研究,对医院建 筑从暖通空调、电气设备等方面有了较为系统的理论框架,达到采取 主动式技术实现医院建筑能耗降低的目的,但是对医疗建筑被动式 技术研究方面还存在不足。通过对建筑规划设计中建筑布局、建筑 朝向的合理布置、围护结构的保温隔热技术、遮阳的设置、有利于自 然通风的建筑形式设计等实现建筑节能,使其能耗更低,而且可以充 分利用可再生能源。因此,被动式节能技术研究有必要进一步加强。

5.3 医院建筑节能研究角度的问题

现有研究只是分别从建筑布局、单体、微环境措施、设备因素等 局部角度考虑医院建筑节能问题,很少有系统深层次地探索医院建 筑节能在综合因素的影响下产生的效果,将设备、整体布局、空间组 合、材料视为整体,形成统一完整的医院建筑节能设计理论基础。系 统地考虑医院节能设计和节能措施,进而上升到设计规范,为制定标 准奠定基础,是未来研究的需要。

5.4 医院建筑节能的人性化问题

现有研究大多只是单纯地从医院建筑节能技术层面上考虑建筑 节能,而医院建筑作为一种公共建筑,其功能复杂,使用目标多元, 人的需求是能耗上升的因素之一,如何能既满足不同人群的使用需 求,又兼顾舒适度从人性化的视角思考节能的效果和措施,将是医 院建筑节能更深一步应研究的。因此,如果将医院的功能需求、人性 化思想、节能策略三者融合在一起,统筹考虑,将对医院建筑节能设 计规范和标准产生较大的影响。


职称
论文

期刊
发表

加急
见刊

写作
咨询

课题
专答

编辑
顾问

关注
大家

返回
顶部

十大信誉网赌精彩网|网赌信誉最好平台

XML 地图 | Sitemap 地图