H醫院分布式能源系統的研究與設計

王明開 張帆 張冶迪

摘要：目前的醫院設計中，已經開始更加側重于成本管理工作，并且各類能源的使用穩定性和管理工作方案，都需要得到全面性的分析與探討，當此時才可以確保已經設定的工作方案具有更高的完善性?；趯醫院本身參數以及能源使用現狀的分析，本文探討了醫院分布式能源系統的設計過程中需要考慮的項目和信息，并且在得到了所有這類專業性的信息之后，方可為該工程項目的實質性設計方法與管理工作提供依據，使得整個系統的運行質量和運行穩定度可以符合建筑行業內當前已經開發處的各類規章制度和專項要求。

關鍵詞：醫院設計;分布式能源;方案規劃

引言

所謂的分布式能源，就是醫院在使用各類能源的過程，通過能源來源、輸送路徑、使用區域、處理方法的調整，使得各類能源都可以被科學使用，同時針對已經取得的分析結果，還需要對其做出進一步的調整，當此時方可讓醫院除了可以在能源的使用方面可確保能源的供給穩定，從而提高醫院的運行可靠度。同時針對不同類型能源的分別使用與調整，可以讓醫院在當前的運行和發展過程中，也可以通過對于各類資源和信息的調整，使得醫院在能源使用的費用支出上大幅下降，讓醫院可以有序推行降本增效工作。

一、H醫院項目綜述

（一）項目信息

H醫院是一所集合了醫療、預防、教學、保健、康復、社區服務和急救為一體的現代化綜合醫院，工作任務繁重，且工作責任更高。該醫院的綜合用地面積為174524㎡，總建筑面積約為21萬㎡，一期工程中設置的床位有1500張，二期工程設計的床位有800張，一期工程的總建筑面積約有16.5萬㎡，其中涵蓋了二期工程中的1.1萬㎡感染樓，一期和二期工程的地下建筑面積約有2.6萬㎡。整個醫院內部的相關配套設施包括排水系統、電氣系統、暖通系統，乃至于安全消防系統，另外在室外的管線和地面的硬化工程設計過程中，也完全根據當前的醫院區域環境建設要求和相關的能源利用方法，建成了穩定的冷熱水以及電負荷系統的建設標準，可以說整個醫院從當前的硬件設施上來看，很適合采用分布式能源系統。

（二）能源消耗信息

在醫院的原有運行過程，針對原有的能源消耗信息，可以將其分為制冷季度的能源消耗信息、供暖季度的能耗消息以及過渡季度的能源消耗信息。對于制冷季度的日負荷變化規律，整體上可由如下圖的相關信息展示：

可以發現在日負荷中，能源消耗體系的最重要負荷為冷負荷，而對于其他的負荷相對較低，且冷負荷的日常產生過程也主要是根據空調系統，以及其他的相關制冷設備建設。

對于采暖季節的日負荷變化規律，可以由下圖進行直接性的展示：

從該圖中可以發現，每天的上午時間段屬于每天的是負荷最大的狀態，對于其他的時間段內負荷，整體上下降，但是這并不是意味著負荷不會產生，而是在最高點的基礎上進行相對應的調低。

對于過渡期的日負荷變化規律，最終取得的分析圖如（圖2、3）：

從取得的結果上來看，主體上的變化規律一個是生活熱水的負荷規律，另一個是電負荷的規律。針對生活熱水，處于不同時間節點內的最高狀態，同時對于電負荷，也出現了較大程度上的增長狀況。不過無論是對于哪個季節，在具體的增長過程和發展過程中，都可以發現實際上其產生的日負荷總量都相對較高，這就意味著，如果無法對現有的處理工作預案和工作標準做出有序的調整和升級，那么醫院不但會消耗過高的能源，同時成本的控制工作也無法推行。

二、醫院分布式能源系統的使用意義

（一）能源使用意義

當前我國已經開始側重針對能源的監管工作，而在醫院分布式能源系統的建設過程，由于其使用的資源通過對多種不同能源類型的協調和綜合應用，從而使得醫院本身獲得的能源來源多樣，那么也就是說，醫院方面的各類能源實際上處于多變狀態，可以根據當前的發展和運行要求，乃至于病患及其家屬的要求，對相關能源進行相應的調整[1]。此外在各類能源的使用過程中，針對這類能源的具體調整方法、使用模式以及具體的工程量，也都可以按照特定的時間節點和工作規范對其做出相對應的調整，那么在醫院能源的使用過程，醫院本身就具備了選擇能力和分析能力，從而讓醫院的各類能源使用量可以發生下降，帶動醫院的能源性成本下降。

（二）環境維持意義

在當前的我國環境體系建設過程中，要求所有地區都必須要能夠落實生態環境的保護工作，而各類生態保護工作中，最為嚴重的問題是針對能源的消耗過高或者針對各類能源的使用質量與已經建立了的工作標準之間存在較大的差別，因此醫院方為了能夠獲得更好的環境保護效果，必須需要通過對能源的科學選擇和利用，才可以保證無論是在隱性層面上還是顯性層面上，都可以完成該項工作。醫院分布式能源系統的建設過程中，一方面可以根據當前的實際發展情況對各類能源進行合適的甄別，另一方面針對所有能源的使用量變化參數進行設定，可以說醫院當前無論是在成本的控制方面還是對于各類信息的使用方面，都具有良好的環保工作責任意識，那么自然可以更好參與到針對環境質量的維持過程[2]。

（三）成本節約意義

醫院在當前的發展過程中，隨著新醫改制度和體系的全面推行，要求醫院本身能夠自負盈虧，而醫院日常支出過程，很大一部分是針對各類能源的成本支出，所以如果醫院要能夠全面推行內部控制工作，那么自然要對能源的使用工作也納入考慮范圍。分布式能源機制的使用階段，一方面醫院可以根據各類能源的本身作用標準和使用規范，在能源的選擇方面進行綜合，另一方面更加具有靈活性與個性化，醫院可以直接根據所有能源的成本以及建設和使用原則，對其具體調整工作預案和機制作出協調，當此時醫院就可以在成本的控制層面上，投入更少的能源和成本，應用于相關資源的采購過程。此外在當前的系統構造過程，要根據當前的系統工作標準和使用機制對其做出相對應的協調和處理。同時分布式工程項目中，能源的價格要根據當前的集中采購價格會產生一定的波動，而該過程很可能會對實際產生的成本總量造成相對應的干擾，此時醫院方可以根據不同類型能源在一段時間內所產生的消耗量和單位成本價格對其作出調整，讓醫院本身的成本獲得更好的控制。

（四）技術使用意義

在各類技術的使用過程，當前已經開發出了一些完全依托于新型技術的使用，提高能源使用效率的技術，同時一些新型的技術也可以對原有的能源使用系統做出相對應的填補作用。在當前的分布式能源系統建設過程中，實際上一個重要的工作任務就是針對一些新型技術進行全方位的使用。如在本文研究的醫院項目中，在醫院的頂樓中配置光伏發電系統，該系統可以發揮一些非核心部分的供電功能，當然考慮到氣候環境參數的變化，很可能會對該系統的運行狀態造成影響，此時會在整個系統的建設工作內，根據當地的氣候條件特征以及電力系統的建設方法，建設該系統運行過程中的供電方案。

（五）環境改善意義

在環境的改善工作中，要采用分布式能源系統，大多數的能源都可以實現階梯性的利用，其中以天然氣分布式能源系統為例，整個項目在年均能源的綜合利用率達到了70%以上，相對原有的火力發電系統，能源使用效率方面可以得到大幅度的提升[3]。同時由于采用的天然氣由城市的專業管道系統提供，且天然氣相對于煤炭資源更加清潔，所以在產生的二氧化碳、氮氧化物以及硫氧化物等方面，在氣體的污染程度方面處于大幅度的下降狀態，因而有效降低了整個地區的污染程度。

三、醫院分布式能源系統的方案設計思路

（一）電力系統設計

1. 電氣系統

H醫院作為二級甲等醫院，在醫院的日常運行過程中，用電量龐大，同時對電力的運行穩定度提出了極高要求，在具體的建設過程，醫院的配電系統要能夠從上一級別的兩個不同變電站分別引出一條10kV的專線電源，從而全面采用10kV的雙向電源鍵供電，并且讓這兩條電路都可以分立運行，處于相互的備用狀態，其中一路電源發到故障時，另外一路要能夠滿足整個醫院內部全部的電力供應要求，當然對于一些核心性的設施，也可以直接采用柴油發電機系統作為電源，從而確保無論在何種情況之下，這類核心性的設備都會處于正常穩定的運行狀態。在具體的設計過程，要能夠根據各類醫療設備的配置情況，設定10kV的高壓配電室，而之后在不同的區域內，配置四個10/0.4kV的變配電室，其中對于1號變頻室，裝配2臺80kVA和兩臺1750kVA的干式變壓器，而對于2號配電室，設置2臺630kVA的干式變壓器，3號配電室配置二臺1250kVA干式變壓器，4號變配室設置2臺1600kVA干式變壓器。其中1號至3號的變配室主要運行目的是，提供醫院內部的照明、醫療設施以及消防設施的正常穩定運行能力，而對4號變壓器，則主要是能夠實現對于各個分布式能源站的低壓設備供電能力，從而保證醫院內的所有熱水負荷和電力負荷處于穩定狀態。

2. 應急電源

醫院的日常過程中，考慮到其特殊性，必須要能夠具備應急性電源，尤其是對于ICU，必須要確保應急電源本身可以在相關系統發生故障時第一時間投入運行，同時其產生的參數也必須要能夠滿足相關設備的全部運行參數。

在本工程的研究過程中，采用了一臺柴油發電機組，該設備的功率為1500kW，同時配置了4個變配電室變壓器，其中各類變壓器的低壓側設備要能夠設置獨立性的應急電源母線，同時針對采用發電機的相關電源和訓練系統，都要能夠在應急電源母線的相關工配電柜內采用ATS切換，當市電系統停電，或者同一個變壓器內的2臺變壓器同時發生故障時，則采用發電機第一時間投入運行，并確保該設備可以在30s之內到達額定發電功率。同時在市電恢復之后，由ATS自動切換到市電系統供電，此時柴油發電機組處于投出狀態，其中柴油發電機組的待機時間為全天候24小時。對于工程項目中所涉及的各類機房以及消防監控中心，這主要是采用低壓側電源對其供電，因為整個系統屬于弱電系統，此時在所有的10kV電源都發生故障無法供電時，UPS系統要立即投入運行，確保所有監控類設施處于正常運行狀態。

3. 能源站接入

在能源站的投入系統確定中，需要根據我國的電力規章制度以及相關的規范，對整個系統進行建設，其中需要考慮能源站的設計規劃容量和單機容量，同時對于供配電系統的運行狀態和運行方法也都進行分析，之后把所有取得的分析結果直接和當地的建筑監管部門和電力系統的研發部門進行對接和分析，從而研究當前取得的分析結果是否可以處于正常安全的運動狀態。在本文研究的工程項目中，針對分布式能源系統的供電對象，為整個能源站內的冷熱負荷和醫院部分的用電負荷，并且需要將其直接接入到分析中心內，其中采用的發電機要遵循“并網不上網”工作思路，使得其本身產生的各類電纜可以被醫院自行采用。比如對于太陽能光伏發電系統，主要是采用0.4kV電壓等級，而之后將其接入到醫院的0.4kV配電系統內。

（二）負荷分析方案

1. 空調設計

在空調系統的設計過程中，要根據所有區域的內部空間進行科學的建設，而且本工程的研究項目中，各個區域之內的空調運行參數也都需要經過核算，并保持在不同的運行時間段內[4]。

從取得的結果上來看，所有的空調設計過程，必須要完全根據具體的系統運行標準以及室內空間的相關責任規范，實現對所有參數的取得。并且全面研究空調系統在運行過程中所產生的電能消耗參數，并對整個系統的后續運行工作做出整理。

2. 供能設計

工程設計過程中，主要的設計對象為系統的功能時間，根據麻城市中心醫院工程項目的建設特征來看，其中初步的設計過程可以確定，新建的能源站制冷季節為每年的5月16日～9月30日，采暖季節為10月15日到次年的2月28日，要求醫院在每天的運行過程中，必須要可以穩定提供生活熱水。針對醫院的普通病房和ICU病房，需要保障24小時全天候具備穩定的供冷、供暖能力，且對于門診和辦公室區域，需要實現10小時內的制冷功能或者供暖能力。對于天然氣的分布式能源系統建設，則主要是根據室外的氣候環境參數，對具體的使用時間進行靈活控制。

3. 冷熱電源設計

針對冷熱電源的設計過程中，需要根據電源的配置方法和處理原則配置，其中對于原有的醫院系統，采用13臺風冷熱泵模塊調整空間參數，其中的具體控制方法和處理工作方案中，要可以采用相對應的探頭式處理方法得到研究結果，制冷量，大約為2064kW。其中住院樓內設置二臺1700kW雙機頭電制冷螺桿機組，對于建筑物的其他區域，主要是在該區域內設置分體空調。另外對于原有的供配電系統，其中設置了2t/h油氣兩用型的蒸汽鍋爐，實現對冬季采暖和全院衣物消毒系統的處理。其中鍋爐系統的額定蒸汽壓力為1.0MPa，該鍋爐的容量已經不能夠滿足新的醫院性能要求，所以在今后的升級過程中，必須要能夠實現對各類變壓器系統以及管理系統的全面升級和優化，從而讓該系統可以依托于當前的資源管理和資源的使用方法，得到后續的有效調整工作機制。

（三）燃料系統設計

1. 燃料來源

燃料的來源主要是通過對于天然氣系統的研究，而天然氣來源于麻城市內的當地燃氣公司，同時也要由政府的相關管理工作部門批復，直接說明是否需要建立獨立性的管道，為醫院投建獨立性的天然氣提供方案，最終得出的結果是，天然氣市場中的壓力管道網接口，可設置在醫院的紅線外西南角區域，此時天然氣的供應壓力為0.3MPa，并且該天然氣可以從整個中央管道內直接引入，對于紅線內的燃氣管線以及天然氣調壓站系統，屬于整個醫院的工程項目。

2. 燃料品質

天然氣能源的使用過程中，必須要能夠確保其使用的天然氣品質和燃料的供應穩定度符合要求，由于在本文分析項目的建設過程中，該工程使用的天然氣為當地的專業氣體提供的天然氣，已經具有高穩定度，因此可以說，燃料的本身品質方面并不存在明顯性的問題。此外從渠道的結構上來看，由于各類使用的天然氣材料都經過了專業的檢測，并且最終的檢測結果符合工作標準，此時可以直接根據麻城市內的天然氣提供單位所提供的能源直接使用即可[5]。

3. 燃料運輸與消耗量

原料的運輸過程中，要根據用氣設備的本身類型和具體的處理方法進行分析，在本文研究的工程項目中，用氣設備包括燃氣真空鍋爐和燃氣發電機，其中燃氣內燃發電機組的近期端壓力要設置在0.002～0.02MPa，而真空鍋爐的進氣壓力設定為0.015～0.02MPa，所以在整個系統的建設過程中，可以通過在其中設置調壓裝置，使得市政管網中的燃料壓力直接調整到相對應運行設備的額定壓力，從而可以在整個設備內處于高效穩定的運行狀態。另外只有在選用燃料的壓力調整到額定壓力之后，才可以正式運行，這就要求必須要能夠證明該系統中建立了獨立性的監控機制。而對于燃氣的消耗量，要根據給出的分布式能源站建設方案做出建設，其中兩臺燃氣發電機組最大的燃氣消耗量為400Nm3/h，采暖鍋爐的耗氣量為840Nm3/h，生活熱水鍋爐耗氣量為340Nm3/h，所以整個工程項目內，最大狀態下的相關設施耗氣量為1600Nm3/h，每個能源站的每年總燃氣用量為267萬Nm3/a。

（四）工程設計方案

1. 能源站規劃

在能源站的整體規劃過程中，要根據已經建設的相關配套設施以及建設的分布式能源站，對各類發電機組以及煙氣熱水型的機組運行狀態進行全方位的控制，整個項目中需要建設一座裝機容量為156kWp的屋頂分布式光伏發電系統，同時對于蒸汽負荷的供應也需要實現對業主方意見的考慮。對于技術的選擇方面，需要將響應的能源站設置在原規劃系統的內科住院樓中，地下一層區域建筑面積為1400㎡;對于水源系統，由當地的水務局單獨供應;對于燃料系統，由城市的燃氣管道中的各類管道，引入新建立的燃氣調壓箱;對于電氣的出線，需要按照10kV等級進行出現設計;能源站設置過程中，要讓光纖接入到整個醫院的供電系統，其中太陽能光伏發電系統直接接入到醫院的低壓配電體系;冷熱管道系統的建設過程，直接由能源站引出的相關管道，在整個區域內滿足冷熱需求;屋頂的光伏系統中，其中的住院樓可以采用的面積為1200㎡，外科住院樓可以采用的面積為1000㎡。

2. 總平面布置

對于總體性的評論布局過程中，要根據該能源站的建設標準，實現對于通風、排爆等工作的全面踐行，同時要具有極高的消防安全能力。其中對于能源站系統，需要設置晚間設備值班室、配電室、水泵間以及輔助用房，同時各類設備間需要滿足排爆以及專業化的消防功能要求，從而使得整個系統的建設質量符合標準。此外在后續的建設工作中，也需要全面利用原有的鍋爐房系統以及制冷機的分布式裝置，實現對該系統運行方案的協調。

3. 裝機方案設計

裝機方案的設計中，需要保障整個工程項目的投資收益，其中發電容量保證在1200～1600kW，其中通過對多個方案的全面分析，最終使用TCG 2016 V16 C燃氣內燃發電機組對整個體系進行建設，其中單臺的設備容量為800kW，裝機數量為2臺。

對于機組方面的選擇，需要分析單機的能源轉化效率參數、電力環境所造成的影響效果、操作過程中的負載波動抵抗能力、操作過程的難易程度以及針對天然氣管道壓力方面的要求等，其中所有參數都得到了全面性的分析和監測之后，則需要根據各類機組本身的裝配原則和裝配原理，將其配置到正確的分布式能源使用系統內。此外在熱電聯產電廠或者調峰電廠的工作中，必須要能夠在其中實現針對所有系統的合理對接和調整，而且確保得到的所有工作參數工作參數和信息之后，才可以使得整個燃氣內燃發電機組的技術處于成熟性的使用狀態[6]。

四、醫院分布式能源系統的方案實施方法

（一）設備選用工作

在相關設備的使用過程中，要根據醫院分布式能源系統的電子化發展，對其具體的實施模式進行調整和研究，其中針對該設備的選用過程，要研究整個系統當前運行過程中所消耗的能源總量、對于各類復合系統的影響程度、對于各類能源運行穩定性的調整方法等，而在得到了所有這類專業化的信息之后，該過程要為后續的各類設備選擇工作提供幫助[7]。此外相關設施的選擇過程和專業分析過程，針對設備之間的本身對接方法和使用原則，若發現相關設備本身就存在對接性的問題和使用性的問題時，那么需要對整個設備系統做出進一步的調整和研究，以了解這類設備是否可以在具體的時間過程，正確、完整、穩定地運行，并分析完整度參數，如果發現不能達到這一目的時，則需要對某臺設備的相關參數標號乃至于廠商進行替換。

（二）參數分析工作

在醫院的分布式能源系統構造，必須要能夠全面分析該系統在當前的運行過程中，針對醫院本身負載和運行參數的研究過程，而且在得到了這類專業化的分析信息后，才可以確保當前所設定的參數分析機制和參數的使用原則，要具有更高的科學性與完整性。其中在參數的分析工作推行階段，所有設備方面的信息以及醫院運行方案方面的信息，都需要得到全面性的跟蹤，同時研究針對不同設備設置過程中所能夠產生的負載。比如在本文分析的工程上，其中就分析了光伏發電系統在醫院正式運行過程所能夠起到的作用，乃至于所提供的電力參數是否符合相關設備的正常使用和運行狀態，如果發現不能達到這類標準時，則需要對該系統后續的運行方法和運行方案作出相對應的調整。

（三）設備裝配工作

在設備的裝配工作推行過程中，一方面要根據所有設備的本身處理工作原則和處理方法，對該設備的具體作用表現做出相對應的研究，另一方面要根據所有設備本身的作用原則和處理依據，對設備的后續裝配模式做出相對應的協調。要求所有設備裝配階段，要根據室內空間的參數、設備本身的處理參數以及各類設備之間的彼此連接方法，對其作出調整。比如對于光伏發電系統和市電供配電系統，兩者之間必然需要處于信息方面的交流以及共同參數調整式工作狀態，那么就需要考慮電力接口以及參數方面如何對接，并且在得到了這類信息之后，為后續的建設工作提供幫助。

（四）設備檢查工作

在相關設備的檢查過程，所有設備正式使用之前，以及與供應商的交流工作全面落實過程，需要全面落實整個系統的檢查工作，同時無論是檢查的效率方面還是檢查的規范性方面，都要根據所制定的工作規范設計完成工作[8]。比如針對某臺設備的可靠度研究，就需要讓醫院研究該設備生產廠家所給出的相關數據，同時針對醫院本身的具體要求和工作參數進行監管，如果發現這兩個數據之間存在明顯性的不匹配問題，或者提供的數據明顯不符合整個行業內相關工作數據或者相關標準時，那么該設備就不可使用。

（五）系統監管工作

針對系統的監管，要面向兩個方面，一個是針對設備選擇過程，落實裝備過程中的監管工作，那一個是對設備日常運行過程中的監管工作。對于前項任務，需要建立專業性的施工監管部門，讓這類部門共同分析，以確保所有設備無論是在質量檢查過程還是裝配過程中存在的問題都可以被去除。后項工作主要是在各類設備日常運行過程，通過使用傳感器以及專業監控，分析所有設備是否可處于安全穩定運行狀態。

結論

綜上所述，醫院分布式能源系統的建設過程，必須根據醫院本身的運行操作、運行狀態以及得到的分析結果，研究設備的具體作用，同時要全面分析醫院內不同系統對能源系統本身工作穩定性、運行可靠度的相關要求，并且要對所有信息的類型做出合理性選擇，只有在得到了專業結果后，才可以確保當前的設計方案并不存在問題。

參考文獻：

[1]牛天鈺，于金輝.燃氣冷熱電聯供分布式能源系統及其在四川醫院建筑中的應用[J].發電技術，2020，41（03）：288-294.

[2]王瑜，孫曼莉.醫院天然氣分布式能源系統實施問題探討[J].低碳世界，2020，10（04）：103-104+106.

[3]沈忠杰，汪鵬，鐘少芬，等.基于醫院用能的天然氣分布式能源站綜合效益分析[J].暖通空調，2020，50（03）：32-37.

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[7]賴子波. H醫院天然氣分布式能源投資改造項目可行性研究[D].華南理工大學，2018.

[8]宋鄭忠. 天然氣分布式能源（樓宇型）在嚴寒地區的適用性研究[D].吉林建筑大學，2018.

作者簡介

王明開，1989.6 男，漢族，湖北武漢人，初級工程師，研究方向：暖通/計算機應用。

張帆，1982.5男，漢族，湖北當陽人，初級工程師，研究方向：暖通/計算機應用。

張冶迪，1988.2男，漢族，湖北大冶人，初級工程師，研究方向：暖通/計算機應用。