太陽能在青島海慈醫院改造中的利用

于佳佳，楊坤麗，白文東

(西南交通大學，四川成都610031)

高效利用太陽能提供給醫院不同功能房間和病房的復合能量，以滿足建筑的使用需求，實現安全、便利、舒適、健康的環境，是醫療建筑利用太陽能技術的目標。除此之外，在既有建筑，特別是醫療建筑的改造中，加以利用太陽能來替換陳舊消耗資源高的能源設備，實現節能和清潔能源的利用，有效地改善了醫療建筑對能源的需求。

為了使太陽能建筑盡可能全面、完善地滿足醫院改造及人群間的要求，以及技術措施與建筑自身實現優化組合，盡量降低初投資和運營管理費用，達到利用最優化、產出最大化、操作簡便化。在單體建筑的改造中，要綜合考慮場地規劃、建筑單體設計及改造、技術措施應用以及圍護結構選取等多方面要素，以保證太陽能建筑在改造中的合理性、實用性、高效性、美觀性、耐久性。

1 太陽能在醫院改造中的作用

太陽能建筑的規劃設計原則簡單的說可以分為冬季、夏季和建筑冷熱負荷三個部分：在冬季爭取足夠多的日照；在夏季要爭取做到改善建筑周邊的微氣候。總之，要減少建筑的冷熱負荷。

現代醫院建筑對建筑裝潢、溫濕度控制、空氣潔凈度、環境安全和信息自動化等都有很高要求，醫院建筑是所有建筑中使用功能最為復雜、安全性要求最高的建筑之一。醫療環境質量的提高，勢必增加醫院的運營能耗，為降低運營成本，已建成醫院需在運行管理和節能改造上下功夫。節約能源，使用新能源特別是太陽能作為醫院建筑改造中的重點考慮，已經越來越受到重視。

2 青島海慈醫院改造背景

該醫院位于青島市四方區與市北區的交界，東臨威海路、鞍山路、人民路的交叉口，北靠鞍山路高架橋，南臨海泊河(市內河)，西側為占地22.7×104m2的青島市文化公園，交通便利，沿河和公園景觀環境優美。

改造內容包括：現將B座改造為城市老年人康復中心，主要面向病后康復以及需要休養的老年人。對C、D兩座病房樓的外圍護結構和室內設施進行改造，使其外圍護結構滿足公共建筑節能設計標準的要求；添加新風系統和熱水系統，滿足室內空氣環境及就醫人員使用的要求。

3 青島海慈醫院改造中被動式太陽能的利用

3.1 病房陽臺改造為日光間

醫院對采光、采暖、日照等均有較高要求，如何在改造中充分利用太陽能，解決節能的同時，又滿足病房功能上的需求，是本次改造中的難點。通過Eco-tect建筑生態大師模擬的日照分布圖，在合理朝向方面，選擇B座樓為病房改造對象，將B座東南面病房的陽臺統一改造成日光間，并且把樓底層的地板改為蓄熱地面，便于太陽能量的收集和放熱，能有效地節約能源和取得良好的采光、采暖的效果。為了增加窗臺的太陽照射面積和直射角度，營造出良好的日光間形式，本次改造將平面形式作了調整，如圖1所示。

改造前 改造后圖1 日光間的改造利用示意

3.2 被動式集熱墻的利用

陽光透過太陽能房照射在集熱墻上，墻體蓄熱向室內提供大量熱輻射，使室內溫度升高。病房的外墻，是太陽能系統的一個保溫部件，采用夾芯復合墻體，具有建筑保溫防潮和蓄熱的雙重性能，它可發揮各組成材料的優點。該夾芯復合墻體的保溫層外側有12 cm厚的磚砌體，可作為良好的飾面材料，有利于外部裝修，保溫層內側有24 cm厚的磚砌體作為承重層，夾芯復合墻體內葉的磚砌體，是蓄熱性能好的材料，為被動式太陽能病房的蓄熱部分。當有日照時可吸收和貯存太陽能，而在夜間或者無日照時，又能逐漸地向室內散發熱量。

3.3 被動式集熱窗的利用

太陽能集熱窗是收集太陽熱能的集熱部件，集熱窗設計合理，才能使通過窗戶的太陽得熱大于通過窗戶的熱損耗，從而保證室內熱環境。由于冬季太陽方位角度變化范圍小，在建筑物各朝向墻面上獲得的日照時間變化幅度大，以南墻面日照時間最長，青島地區冬至日南向采光窗可保證9 h的日照，故集熱窗選擇最佳朝向是南向；集熱窗的合理尺寸關系到是否能最大限度地利用太陽能。綜合考慮這兩方面，必須應用大面積的南向集熱窗來獲得冬季的太陽能。

4 青島海慈醫院改造中主動式太陽能利用

4.1 醫院改造中的太陽能全息熱水系統

為了提高太陽能的利用率，將B座屋頂上的太陽能熱水器設計為全息熱水系統。傳統的太陽能熱水器的集熱器靠起熱效應的紅外線發熱，其它短波的光沒有得到很好的利用，太陽能的利用率很低。全息聚光器極大的提高太陽能的光熱轉換效率并降低了太陽能熱水器的成本。

全息聚光元件兼具有會聚和色散的功能，用它來實現聚光型太陽能的轉換系統不僅效率高，成本也大大地降低。全息集熱系統為一種反射透射型全息太陽能集光器，它由兩層組成，上層對可見光相當于一個凹面反射鏡把藍、綠、紅三種不同波長的光分開并會聚成不同的光斑，選用相應的光譜響應特性曲線的光電池進行光電熱轉換，下層對紅外光相當于會聚透鏡，把熱紅外光譜成分透射會聚到一個光熱轉化接收器上。這樣就減少光電轉換器件、光熱轉換器件的用量，降低太陽能熱水器的成本和提高太陽能的利用率。

4.2 醫院改造中的太陽能光伏發電

太陽能光伏發電系統是利用太陽電池半導體材料的光伏效應，將太陽光輻射能直接轉換為電能的一種新型發電系統，有獨立運行和并網運行兩種方式。獨立運行的光伏發電系統需要有蓄電池作為儲能裝置，主要用于醫院對電能的持續性要求較高的功能用房和病房；太陽能光伏發電組安裝在醫院病房大樓的頂部，除了醫院病房對電能的利用以外，剩余的光伏發電與電網連接并網運行，省去蓄電池，不僅可以大幅度降低造價，而且具有更高的發電效率和更好的環保性能。

4.3 太陽能光伏板兼做遮陽

由于醫院C座的東南面窗戶為平開窗，沒有陽臺，大面積窗戶需要遮陽來降低夏季太陽直接輻射對室內造成的溫度升高，并且考慮到醫院改造中太陽能將為主要的熱水和電力能源，除了屋頂安裝太陽能發電設備以外，醫院立面的改造與太陽能結合后，不僅使得能源生產得到保證，而且還起到了遮陽的作用。

4.4 其它太陽能技術應用

除此之外，筆者在青島海慈醫院改造設計中也采用了如太陽能拔風天井，被動式雙層幕墻，太陽能吸收式制冷等太陽能技術。本次醫院改造所用其它太陽能技術如圖2所示。

圖2 其它太陽能技術集成示意

5 結束語

太陽能與建筑的結合，能有效地減少建筑對常規能源的消耗，實現建筑節能，同時又使綠色能源技術與現代建筑有機地融為一體，而不會破壞建筑景觀和城市景觀，減少空氣污染和環境惡化。針對當前醫療建筑對新能源的需求以及醫院病房中病人對采光和日照的要求，我們應該采取積極、理性的態度，結合我國具體地區的地域特點，充分運用太陽能建筑應用技術。

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