醫療建筑電氣系統的節能設計探討

陳智敏

（福建中森建筑設計院有限公司，福建 廈門 361012）

0 引言

醫療建筑用電主要分為照明、插座用電、空調用電、醫療設備用電及其它動力用電等。目前我國的醫院用電負荷總體上是以照明、空調為主的主要負荷，醫療設備用電所占比例相對較小。為實現醫院整體運行符合節能的理念，就需要從建筑的電氣系統節能設計入手。本次醫療建筑電氣系統的節能設計研究以泉州某醫院二期綜合病房大樓工程為例，從供配電系統節能設計、照明系統節能設計、樓宇建筑設備管理系統、主要電氣設備的選擇等方面入手，確定節能設計的關鍵，節能設計的注意事項，以及節能設計的難點等，結合實際的工程情況，進行具體的分析探討。該工程綠建要求按二星執行。

1 項目概況

本工程為泉州某醫院二期綜合病房大樓工程，系地下兩層，地上17 層建筑。其中地下二層為人防中心醫院，平時為車庫及設備用房；地下一層為車庫及太平間；一層為影像科、服務用房、急診、靜脈配置、藥劑科；二層為門診手術、功能檢查、超聲配置、窺鏡檢查；三層為手術中心、血透中心；四層為信息中心、病案室、會議中心、供應中心；五層為婦產科；六至十七層為病房；總建筑面積約為54000m2，建筑高度約為72.1m，系一類高層建筑；改擴建工程擬以三級甲等醫院標準建設，待二期項目完成后，醫院編制總床位數為800 張。

2 供配電系統節能設計

根據《醫療建筑電氣設計規范》JGJ312-2013 規定：產房、重癥監護室、血液透析室、手術室、術前準備室、術后恢復室、麻醉室等場所中涉及患者生命安全的設備及其照明為一級負荷中特別重要負荷，以上場所的其它負荷為一級負荷；影像科等場所的診療設備及照明用電為一級負荷；血庫、培養箱、恒溫箱、病理、主要通道照明、客梯、生活水泵、潛污泵等用電為一級負荷；均采用雙電源供電，設自投裝置。電子顯微鏡、影像科診斷設備、中心供應、凈化空調、太平柜等用電為二級負荷，均采用雙電源供電，設自投裝置。其他用電負荷則為三級負荷，采用單電源供電。

按其上述要求，在本工程設計時與建設方、電力部門及有關部門討論后確定如下供電方案：從市政10kV 電網引入兩路電源，采用YJY22-8.7/10kV 型高壓電纜直埋引來，兩路電源互為備用，均能承擔全部的一、二級負荷；本工程在一層設置一配變電所，盡量靠近負荷中心，減少低壓側線路長度，降低線路損耗，本工程至末端配電箱最長供電距離約185m。為確保在市網停電情況下一級負荷及消防設備供電的可靠性，在院區一層設置一臺1000kW 柴油發電機組，作醫院備用電源使用。當外電源發生故障時，柴油發電機立即自起動并應在15s 內投入運行。特別重要負荷增設UPS 作為備用電源。

醫院用電負荷一般分為照明、插座系統、醫療動力、空調系統等。本工程大型及重要性的設備均由變電所放射式供電，如手術室、產科、血透、供應中心、信息科、凈化空調主機等，均采用低煙無鹵阻燃電纜WDZB-YJY 沿防火橋架或穿鋼管暗敷由變電所放射式供電。一級負荷兩路電源分別引自變電所低壓常用、應急母線段。

本工程消防電梯、消控室、消防泵消防風機均采用礦物絕緣電纜由變電所放射式供電；應急照明采用低煙無鹵耐火阻燃預分支電纜YDF-WDZN-YJY 沿防火橋架由變電所放射式供電。客梯、生活泵、DSA、DR、CT、MR 等采用低煙無鹵阻燃電纜WDZB-YJY 沿防火橋架或穿鋼管暗敷由變電所放射式供電；公共走道照明采用低煙無鹵阻燃預分支電纜YDF-WDZB-YJY 沿防火橋架由變電所放射式供電。裙房普通照明系統及插座按科室或分區放射式供電，由變電所采用低煙無鹵阻燃電纜WDZB-YJY 沿防火橋架或穿鋼管暗敷引自各分區或科室總箱；病房層普通照明系統及插座采用樹干式供電，由變電所采用母線槽引自各層豎井，各層豎井內設有總箱，再放射至各分區的照明配電箱；各科室的計量設在豎井配電箱內。本工程三相單相負荷盡可能均衡地分配在三相上，使三相負荷保持基本平衡，最大相負荷不超過三相負荷平均值的115%，最小相負荷不小于三相負荷平均值的85%。對于三相不平衡或采用單相配電的供配電系統，采用分相無功自動補償裝置。

根據負荷計算，本工程安裝容量約為5200kW，需要系數Kx 取0.65，計算負荷約為3380kW。經過計算，變電所內需設2 臺2000kVA 變壓器，考慮到容量較大的對季節性負荷容量或專用設備（如放射科CT、MR、DR 等），放射科單設一臺630kVA 變壓器，以降低變壓器損耗。

供配電系統節能設計中需重點關注的一項內容就是功率因素，根據實際的需求，合理提升一定數值，在低壓側設集中無功自動補償，采用自動投切裝置，要求功率因數保持在0.95 以上，實現在保證有功功率穩定的基礎上，電流輸入量減少，工作效率提升。同時在設計中也要合理地配置無源濾波裝置，能避免諧波對設備的使用產生影響和危害，對諧波電流較嚴重的非線性負荷，無功功率補償考慮諧波的影響，采取電容器串接調諧電抗器的抑制諧波的措施。保證處于一個相對平衡以及協調的運作環境之下[2]。

3 照明系統節能設計

照明系統是醫療建筑電氣中不可或缺的組成部分，也是節能設計中需重點探討的環節。

醫療建筑照明在設計上應符合醫療場所的工藝要求，并能體現以人為本的設計理念，創造寬敞舒適的氣氛和整潔安靜的氛圍，給病人創造良好的康復和就診環境，并實現綠色照明。

本工程光源的選擇應滿足顯色性、啟動時間等要求，并應根據光源、燈具及鎮流器等的效率或效能、壽命等在進行綜合技術經濟分析比較后確定。建筑的公共走道、樓梯間、廁所及地下車庫等無人員長時間逗留的場所均采用發光二極管燈具，其照明光源的顯色指數≥80，色溫為4000K；對于病房、診室和各功能房等有人員長期逗留的場所均采用T5 高效節能熒光燈，照明光源的顯色指數≥80，色溫為4000K，并配有電子鎮流器。衛生間、水泵房、開水間等潮濕的場所采用防水防塵燈具，手術室、ICU 等要求潔凈的場所采用潔凈燈具，放射科如：MR、CT、DR 等有磁共振的場所采用工程塑料、銅、鋁等非磁性材料燈具。本工程照明設計標準參見《建筑照明設計標準》GB50034—2013 中規定的照度標準、照明均勻度、統一眩光值、光色、照明功率密度目標值（簡稱LPD）、能效指標等相關要求。

本工程在照明的設置上避免臥床患者視野內產生直射眩光。在需要設置局部照明的場所均有預留局部照明插座，如口腔科、耳鼻喉科、治療室等；在骨科、呼吸科等診室面向主治醫院的墻面上均有設置嵌入式觀片照明；在病房的床頭設置有局部照明，安裝在醫療設備帶內，供醫生檢查病人用；病房內除設置局部照明外，還在病房及病房走道上設置有夜間照明，采用地腳燈，其病床床頭的夜間照明照度不小于11x；手術室設有一般照明，其照度不低于7501x，并設置有手術室專用無影燈。

本工程樓梯間照明采用延時自熄的控制方式；地下車庫、公共走道、門廳等場所采用智能照明集中控制，采取分區、定時、感應等節能措施，可根據建筑的使用情況和天然采光狀況，采用分區、分組控制，并按需要采取調光或降低照度的控制方式，夜間可關掉部分燈具或降低照度，達到節能效果；房間設置不少于一個燈具的，每個房間照明控制開關不宜少于2 個，有外窗的，所控燈列均與側窗平行。應急照明與消防聯動，讓疏散工作或者搶救工作能第一時間進行，避免人工造成滯后，進而出現各種危險事故，確保在事故發生的第一時間，能給予民眾引導以及照明幫助，降低事故所造成的人員傷害[3]。

4 樓宇建筑設備管理系統

建筑設備管理系統是利用計算機過程控制和網絡通信技術，并通過自動化儀表，對建筑內的機電設備運行狀態進行優化控制及管理，從而到達安全、可靠、高效運行，做到節省能耗，減少運行成本的目的。

醫療建筑的樓宇建筑設備管理系統設計內容包括空調系統、冷水機組系統、全熱交換新風系統、給排水系統、進排風系統、電梯系統等。空調系統節能設計具體包括送風機合理設計時間，自動開啟和自動停止送風，自動檢測溫度，過高，開風機，關熱水閥；過低，反之；保證室內溫度的相對恒定，也避免溫度與外界差異過大，耗電量增加，并且強化對于自身運行狀況的監測，一旦監測到異常，及時反饋管理系統，及時處理優化，避免由于運行故障導致的電能損耗大幅提升。冷水機組系統節能設計，根據醫院制定的工作安排，合理設置開啟和停止系統的周期，監測冷卻水溫度，回水溫度，回水量等數值，根據監測到的數值變化，自動化控制塔風機的開啟停止數量，保證運行的高效穩定性，實現電能的最大化利用。全熱交換新風系統節能設計，根據熱交換器中流出的水溫度，與設置好的標準范圍溫度比對，如過高或者過低，合理調整調氣閥，實現溫度達到設定的范圍內。給排水系統節能設計，自動排放污水，自動儲存生活用水，自動供應，實現給排水系統運行的效率以及質量提升，避免排水速度跟不上用水速度，隨時監測水池的高度，設置一個最高限度的水位高度，和最低限度的水位高度，一旦超出這個范圍，及時警報，及時處理，避免無法滿足正常用水需求的情況出現，或者水溢出的情況出現。進排風系統節能設計，進排風設備也根據運行的狀態自動開啟或者停止風機設備，一旦監測到異常，及時傳遞給中央管理計算機，尋求幫助，及時解決。電梯系統節能設計，監測電梯使用的主要時間段，在使用頻率較低的時間段，關閉一部分的電梯，留備用電梯，保證滿足部分需求，從根本上降低這方面的能耗[4]。

5 主要電氣設備的選擇

為達到節能減排的效果，醫療建筑電氣在主要電氣設備的選擇上應盡量選擇節能型產品。本工程變壓器選用的是[D，yn11]結線組別的干式變壓器，為低損耗、低噪音的節能產品[5]。采用節能型電梯設備，配備有高效電機，并采取電梯群控、扶梯自動啟停等節能控制措施。在滿足工藝要求、運行可靠的前提下，電動機均選用節能型電動機；22kW 及以上的交流異步電動機采用降壓啟動，改善啟動特性。生活水泵、冷卻塔風機、空調水泵均采用變頻調節，在部分負荷時低能耗運行；在有要求恒溫恒濕的場所，空調主機采用四管式風冷熱泵，不采用電直接加熱設備作為空調系統的熱源及空氣加濕熱源。新風機、排風機均選用醫用節能型風機。

6 結束語

醫療建筑電氣系統節能設計研究的意義在于提高電氣系統的電能運輸質量、電能利用率，降低不必要的電能損耗，利用在線能耗檢測系統，實時監控能源損耗情況，保證在相同電氣系統運行質量的基礎上，有效減少能源的消耗量，達到綠色建筑的要求。