某綜合醫院能耗模擬及空調負荷分析

高瑞凱，張家瑤

（安徽省建筑設計研究總院股份有限公司，合肥 230601）

1 引言

隨著我國醫療改革的不斷推進，我國新建醫療建筑市場規模逐步擴大，且新建醫療建筑多是集門診、醫技、病房、科研等多種功能于一體的綜合性建筑。截至2017 年10 月底，全國醫療衛生機構數達98.9 萬個。

根據美國能源部統計計算，美國的醫療行業能耗為75kW·h/（m2·a）， 在手術、ICU 等特殊區域的單位能耗可達1 040kW·h/（m2·a）。路賓等通過對上海醫院建筑用能狀況調查統計得出；上海醫院建筑單位面積年能耗量為76.0～109.1kW·h/（m2·a），且空調與供暖系統所占比例最大達到54%【1】。賈北平通過對山東省三所醫院調研以及各種能源等效電折算得出：建筑的全年能耗密度值為80.6～155.0kW·h/（m2·a），其中供暖空調能耗指標為34.4～73.66kW·h/（m2·a），約占總能耗的 45%【2】。

有關資料表明，醫院建筑供暖空調系統的年一次能耗是一般辦公建筑的1.6～2.0 倍【3】。常規供暖空調系統設計過程中往往采用面積指標估算法、諧波反應法或冷負荷系數法，以典型設計日為基準進行計算。空調系統實際運行時大部分時間為部分負荷運行。這些部分負荷工況多樣，往往在實際運行中出現問題，或難以滿足環境要求或存在不合理的冷熱抵消，導致能耗增加。通過對全年8 760h 逐時負荷模擬，可以了解實際運行中可能出現的各種工況，從而對系統方案和設備配置進行優化。

本文采用DeST-C 軟件對合肥某醫院項目進行全年能耗模擬，并進行負荷分析，為項目合理制定冷熱源方案提供依據。

2 項目概況

項目總建筑面積 155 473m2， 地上 14 層，地下 2 層，最大高度58.45m，設計床位數1 100 床，位于安徽省合肥市。主要功能劃分為：地下1 層、2 層地下車庫、設備用房、核醫學用房；裙房1～4 層門診用房、醫技用房、體檢中心、手術用房、ICU等；5 層以上塔樓住院部。

3 設計參數

3.1 室外設計參數

項目位于合肥市，屬于夏熱冬冷地區，從DeST-C 分析軟件數據庫中調取合肥市氣象參數。

3.2 室內設計參數

建筑室內熱環境根據GB 50139—2014《綜合醫院建筑設計規范》、GB 50189—2015《公共建筑節能設計標準》設定，設定值見表1 。

表1 室內設計參數

3.3 圍護結構參數

建筑體型系數0.10，屋頂傳熱系數K=0.39W/（m2·K），外墻K=0.50W/（m2·K），外窗K=2.10W/（m2·K），天窗K=1.86W/（m2·K）。

3.4 其他參數設定

其他參數的設定包括室內熱擾的設定有室內人員、燈光照明和設備的熱擾，均按照DeST-C 軟件給定的參考值來設定。作息時間參照DeST-C 軟件給定參考值并結合醫院各功能用房實際使用需求設定。

4 能耗模擬及負荷分析

4.1 簡化模型建立

根據建筑圖紙，采用DeST-C 軟件建立簡化建筑模型。對相同業態的房間和區域進行合并處理。

4.2 能耗模擬及負荷分析

通過DeST-C 軟件對建筑模型進行動態模擬，得出空調全年負荷如表2 所示。

項目實際空調面積89 992m2，模型空調面積94 128.54m2，誤差為4.4%，模型建立較為準確。模型設定供暖季周期為12月 15 日～次年 3 月 15 日，總計 2 184h；供暖季周期為 6 月1 日～9 月30 日，總計2 928h。單位建筑面積全年供暖空調能耗指標為49.81kW·h/（m2·a）。

表2 建筑全年負荷統計

通過對模擬結果的建筑逐時負荷結果進行分析，可以得到供暖季熱負荷分布時頻圖和制冷季冷負荷分布時頻圖，詳見圖1、圖2。由圖1 可知，熱負荷主要集中在40%～90%區間內，占總供暖季的89.9%。由圖2 可知，冷負荷80%以上出現的概率為0.79%，設計時可忽略此部分負荷，冷負荷0%～60%區間內，占總制冷季的96.24%。冷負荷0%～5%區間內出現概率為24.39%，由于夜間加強了自然通風降低了導致空調負荷降低，經分析此部分負荷基本上出現在20：00～次日9:00。

圖1 供暖季熱負荷分布時頻圖

圖2 制冷季冷負荷分布時頻圖

為了提高夜間供暖空調設備的使用效率，提高系統能效，對夜間工作的ICU、手術室、病房等房間負荷進行單獨統計，由分析結果可知，本項目供暖季夜間熱負荷集中在2 000～4 000kW，制冷季夜間冷負荷集中在2 000～6 000kW，設計時可單獨考慮冷熱源設備。

計算分析了制冷季逐日空調總負荷和峰電時段逐日空調總負荷，以供冰蓄冷系統設計時蓄冰槽容量和制冰主機設定。逐日空調總負荷在175 000kW·h 以內的概率為87.7%，在225 000kW·h 以內的概率為98.36%；峰電時段日空調總負荷在30 000kW·h 之內的概率為58.2%，在50 000kW·h 之內的概率為75.41%，在60 000kW·h 以內的概率為90.98%，為降低系統運行費用，可考慮峰電時段系統全部采用蓄冰槽供冷。

5 結語

本文通過使用DeST-C 軟件對合肥某醫院項目進行全年負荷模擬計算，并對計算結果數據進行分析得出如下結論：

1）本項目單位建筑面積全年供暖空調能耗指標為49.81kW·h/（m2·a）；

2）本項目熱負荷主要集中在40%～90%區間內，占總供暖季的89.9%；冷負荷0%～60%區間內，占總供暖季的96.24%，冷熱源設備可按部分負荷配置；

3）本項目供暖季夜間熱負荷集中在2 000～4 000kW，制冷季夜間冷負荷集中在2 000～6 000kW；

4）日空調總負荷在175 000kW·h 以內的概率為87.7%，在225 000kW·h 以內的概率為98.36%；峰電時段日空調總負荷在30 000kW·h 之內的概率為58.2%，在50 000kW·h 之內的概率為75.41%，在60 000kW·h 以內的概率為90.98%，為降低系統運行費用，可考慮峰電時段系統全部采用蓄冰槽供冷。如采用冰蓄冷系統可在上述范圍內設定蓄冰槽容量，結合本文分析結果確定基載機、制冰機設備型號。