医院建筑的电气节能设计探讨

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中国医院.2006 年10 月第10 卷第10 期 ·21·
医院建筑的电气节能设计探讨
欧阳东：中国建筑设计研究院机电院，100044 北京市车公庄大街19号
【关键词】节能建筑 节能设计 建筑电气 高次谐波
【摘 要】阐述了节能建筑的特点，分析了建筑节能设计规程及标准的特点，并结合中国的资源状况和北京的能耗现状，论述了医院建筑
电气专业的具体设计做法。
Electric energy saving design in hospital building/OUYANG Dong//Chinese Hospitals.-2006,10(10):21-23
【Key words】energy saving buildings, energy saving design, electric building, high-order harmonic generation
【Abstract】The article introduced the characteristic of energy saving buildings and analyzed the standards and rules of
architectural energy saving design. Based on the resource situation of China and the energy consumption situation of Beijing, the
application of hospital building electrization design was discussed.
Author’s address:Electro-mechanical Department, China Architectural Research Institute, No.19, Chegongzhuang Road, Beijing,
100044, PRC
1 节能建筑的特点
节能建筑就是采用国际上先进的系
统集成技术，将建筑内所有的自动化设
备保安、消防设备的运行信息、建筑物
能源管理汇集到中央系统集成平台上，
通过对信息的收集、分析和做出决策，对
整个系统的强、弱电系统进行最优化控
制，达到高效、经济、节能、协调的运行
状态，并最终与建筑艺术相结合，创造
一个舒适、温馨、安全的工作环境。
节能建筑的特点可以将其归纳为
“四个必设系统，六项技术要素，八个建
筑系统， 八项节能措施”，具体内容如
下：
四个必设系统:（1）高效能源系统。
（2）安全保障系统。（3）高效信息通讯
系统。（4）办公自动节能系统。
六项技术要素：（1）采用高效保温
防晒节能，且双层PET-LOWE 玻璃的
外墙。（2）使用高效水源热泵和低温供
冷、制暖的系统。（3）采用自然通风为
70% 以上的热交换系统。（4）利用太阳
能发光置热设施，设置智能自动感应的
控制系统。（5）实现能源自给自足、实
现零能耗、零排放。（6）采用钢结构全
装配式的结构形式。
八个建筑系统：（1）采用活性能量
建筑基础系统。（2）使用呼吸式双层玻
璃幕墙系统。（3）利用混凝土楼板实现
辐射采暖、制冷系统。（4）采用置换式
新风系统。（5）设置智能控制的遮阳系
统。（6）使用自然高效通风系统。（7）采
用双层架空地面的系统。（8）采用太阳
能系统。
八项节能措施：（1）采用高效浇灌
技术和雨水收集系统。（2）排水创新技
术和中水节水系统。（3）全方位节约用
水。（4）将能源消耗将至最低，优化能
源利用，采用可再生能源（太阳能、地缘
热泵、天然采光等）。（5）采用绿色电源
（零污染）。（6）严格控制室内化学品和
污染源。（7）高水平的控制热工，通风
和照明系统。（8）充分利用天然采光，要
求90％的日用房间有外窗，75％的空间
日照系数至少为2％。
据有关数据表明,在发达国家,生态
再生能源利用率占建筑使用能耗的10%，
生态建筑的综合能耗仅为普通建筑能耗
的30％，城市的建筑能耗已占总能耗的
30％～40％。我国的建筑能耗占全国总
能耗的12％左右。只有从技术上达到上
面的要求，才可以称得上是真正的节能
建筑。
2 相关的建筑节能设计规程及
标准的特点
2.1 《居住建筑节能设计标准》
2004 年7 月1 日北京市开始实施新
版地方设计标准《居住建筑节能设计标
准》（DBJ01-602-2004）。新标准有两个
特点：一是从原有的节能50% 提高到节
能65%，建筑降低能耗的措施从过去仅
由围护结构和采暖来分担，扩大到由围
护结构、外墙、屋顶、外门窗来承担；二
是过去节能标准只涉及到冬季采暖，新
标准则根据北京的气候特点，以冬季采
暖为主，兼顾夏季空调制冷的节能。
据有关资料指出,全球总能耗的30％
能源消耗在居住建筑的建造、采暖、空
调制冷和日常生活中，其中约50％的垃
圾由家庭生活所产生，约40％的污水是
由家庭住宅所派出的生活污水。为此，今
后北京市住宅建筑的外窗玻璃将从采用
普通单层玻璃、双层玻璃发展到中空、充
气、低辐射玻璃。此外，对墙体的保温也
制定了相应的技术标准。
2.2 《公共建筑节能设计标准》
2005年7月1日开始实施新的国家设
计标准《公共建筑节能设计标准》
（GB50189-2005）。要求全年的总能耗（采
暖、通风、空气调节和照明）减少50％。
2.3 《民用建筑节能管理规定》
2006 年1 月1 日起实施《民用建筑
节能管理规定》。其中第八条：鼓励发展
下列建筑节能技术和产品：（1）新型节
能墙体和屋面的保温、隔热技术和材料。
（2）节能门窗的保温隔热和密闭技术和
■ 欧阳东　
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·22· Chinese Hospitals,Oct.2006,Vol.10,No.10
材料。（3）集中供热和热、电、冷联产
联供技术。（4）供热采暖系统温度调控
和分户热量计量技术和装置。（5）太阳
能、地热等可再生能源应用技术及设
备；（6）建筑照明节能技术与产品。（7）
空调制冷节能技术与产品。（8）其他技
术成熟、效果显著的节能技术和节能管
理技术。
2．4 《联合国气候变化框架公约（京
都议定书）》
1997年12月联合国气候大会在日本
东京都通过《京都议定书》。《京都议定
书》于2005年2 月16 日正式生效。目前
全球已有141个国家和地区签署议定书，
其中包括30 个工业化国家。《京都议定
书》需要在占全球温室气体排放量55％
的至少55个国家批准之后才具有国际法
效力。2006 年3 月，欧盟环境部长会议
批准了《京都议定书》。6 月，日本政府
也批准了《京都议定书》。至此，批准议
定书的国家已超过5个，但批准国家的温
室气体排放量仅为全球温室气体排放总
量的36％，尚不足以使《京都议定书》生
效。美国人口仅占全球人口的3％至4％，
而所排放的CO2 却占全球排放量的25％
以上。美国曾于1998年11月签署了《京
都议定书》。
2005 年12月10日联合国气候大会
（14 天）在加拿大蒙特利尔闭幕，一致
同意就2012 年后室温气体排减问题开
始进行谈判，40 个发达国家同意出资
1000 亿美元用于全球100 多个环保项
目。中国等70多个发展中国家在会上支
持举行《京都议定书》之后室温气体排
减目标的谈判。
《京都议定书》的主要目标：2008～
2012年工业化国家室温气体排放总量在
1990 年的基础上平均减少5.2％，发展
中国家没有减排的义务。其中：欧盟削
减8％，美国削减7％，日本和加拿大削
减8％，东欧各国削减5％～8％，新西兰、
俄罗斯和乌克兰可以保持1990 年的水
平。允许爱尔兰、澳大利亚和挪威的排
放量分别增加10％、8％、1％。限排的
6 种温室气体包括二氧化碳(CO2)、甲烷
(CH4) 、氧化亚氮(N2O)、氢氟碳化物
(HFCS)、全氟化碳(PFCS)、六氟化硫
(SF6)。
《京都议定书》允许采取下列4 种
“协作”方式：（1）难以完成削减任务的
国家，可以花钱从超额完成任务的国家
买进超出的额定。（2）以“净排放量”计
算室温气体排放量，即从本国实际排放
量中扣除森林吸收二氧化碳（CO2 ）的
量。（3）采用绿色开发机制，促使发达
国家和发展中国家共同减排室温气体。
（4）“集团方式”，即欧盟内部许多国家
可视为一个整体，有的国家削减、有的
国家增加，在总体上完成减排任务。
2.5 建设部《“十一五”城市绿色照
明工程规划纲要》
以2005年底为基数，年城市照明节
电目标5％，5 年（2006～2010年）累计
节电25％。灯具效率在80％以上的高效
节能灯具应用率达85％以上，高光效、长
寿命光源的应用率达85％以上。同时规
定，在城市照明建设、改造工程中，全面
推行专业管理机构规划、设计论证、专
项验收制度。2008年前，完成城市照明
专项规划编制，完善功能照明，基本消
灭无灯区。新改扩建的城市道路装灯率
达100％，公共区域装灯率达98％以上。
道路照明主干道亮灯率达98％，次干道、
支路亮灯率达96％。
3 全中国与北京的能耗现状
3.1 全中国的建筑规模
全中国建筑规模巨大, 发展迅速，
2003年房屋建筑竣工面积20.26亿平方
米。其中，城镇新建住宅面积5.50亿平
方米，农村新建住宅面积7.52亿平方米，
公共建筑及工业建筑面积7.24 亿平方
米。全中国建筑规模世界最大，是世界
上最大的建筑市场。全中国城乡既有建
筑面积达420 亿平方米，全国人口12.9
亿，平均每人32.5 平方米 ，2003年全
国城市房屋建筑面积140.91 亿平方米，
其中住宅建筑面积89.11 亿平方米，公
共建筑及工业建筑面积51.80亿平方米。
3.2 中国建筑的能耗现状
建筑运行能耗占我国非发电用煤量
的16％～18％，发电总量的22％～24％。
北方地区采暖：城镇建筑采暖总面
积为65 亿平方米，全国采暖约耗煤1.3
亿吨标煤。其中集中供热承担约占总面
积70％的建筑采暖，其余为分散式采暖
炉。目前采暖耗煤量为14～25 公斤标
煤/ 年平方米，平均约为20 公斤标煤/
年平方米。
住宅除采暖之外的用电包括照明、
家电、空调，及长江流域及长江以南区
域的分散采暖用电；我国城镇住宅总量
目前约为100亿平方米，耗电量2000亿
度/ 年，占我国发电总量约10％；15～
30 度/ 平方米年（目前发达国家住宅用
电量为60～100 度/ 平方米年）。
一般性非住宅建筑的非采暖电耗，
包括一般的办公室、教室、商店、营房等
的照明、办公用电设备、饮水设备、空调
等的电耗。建筑总面积约为55亿平方米，
总的用电量为1600亿度，占我国总发电
量约8％，20～60度/ 平方米年，平均用
电水平目前低于发达国家。
大型公共建筑用电如高档办公楼、
宾馆、大型购物中心、综合商厦、交通枢
纽等，到2004年全国总量仅为5 亿平方
米，全国此类建筑年耗电总量约为1000
亿度/ 年，占我国总发电量约5％；用电
量为100～300度/ 平方米年，单位建筑
面积耗电量为住宅的10～15倍。
3.3 北京的建筑能耗现状
北京市目前拥有三星级以上的宾馆
约207家，2 万平方米以上的商场、写字
楼约200家。现有的大型公建的建筑面积
约2000万平方米，在近期新建的大型公
建的建筑面积约2000 万平方米，合计：
大型公建的建筑面积约4000 万平方米。
大型公建的建筑面积仅占民用建筑总建
筑面积的5.4％, 但耗电量接近北京市生
活用电的50％, 大型公建的单位耗电量
是普通住宅的10～15倍。据有关资料表
明：设计能控制建安投资的70％，设计
修改和建成后的修改的投资比例：1 ：
1500。
因此，北京市政府要求：2005年现
有大型公建的节能率为10％。新建的大
型公建项目必须作“节能设计和评估”，
否则不能开工。
3.4 全中国的医院建筑现状
全中国的医疗卫生发展的速度是相
当快的。2005年按床位数分组的医院数：
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100 张床位以下的医院10867 个，100～
199张的医院3812个，200～499张的医
院2759 个，500～799 张的医院715个，
800张及以上的医院243个。中国合计约
1.84万个医院。
全中国卫生技术人员总数约557万
人，其中：医生约204万人，护士约124
万人，管理人员约44 万人，
3.5 北京的医院建筑的建设
“十一五”期间，北京将建设360个
社区卫生服务中心，2700个社区卫生服
务站。要求在15、20、30分钟到达服务
中心或卫生站。
在设计时，要考虑运营费用，充分
利用现有资源，采用成熟新技术和节能
材料。
4 医院建筑电气专业的具体设
计做法
4.1 采用变配电系统的计算机监制系
统
对建筑内的供配电系统进行监视及
实施节能控制。该系统通过收集有关电
气设备的全套数据，特别是对变配电系
统的谐波检测,经过监测、分析、控制变
配电系统, 合理地利用电能源, 降低电
气设备的成本，提高配电系统的性能，以
达到节能的目的。
4.2 采用智能照明节能控制系统
对建筑物内外部环境的照明进行自
动或现场手动等多种方式的控制，以实
现集中管理、节约能源、优化照明环境
的控制系统。通过对环境和立面照明进
行光通量及光照范围的控制，减少光污
染。室内对照明采用设有控制装置的昼
光照明系统，将昼光照明系统与人工照
明系统相结合，在尽量节省照明能耗的
同时维持所需的工作照明和环境照明。
4.3 采用建筑能源管理系统(BEMS)
对空调通风系统、给排水系统、室
内温度、相对湿度、CO2 浓度、照度、窗
户开启状态、辐射板控制、照明开关、调
光、户外遮阳板、室内百叶控制和风速
等进行自动化集中管理。通过先进的建
筑技术集成化设计和结构设计，控制运
行、监测及管理等各个环节，实现生态
环保型和能源高效率。BEMS 系统通过
传感器、变送器、控制器等设备，使其能
在各种协议和网络结构上运行，这样，随
时可更新、扩展和维护系统都不会影响
建筑物的良好的运行状态, 所有的现场
控制器以对等的方式通过BAC net/IP
网络相连, 中央管理器将具有高水平的
控制策略。
4.4 采用节能型照明器具
照明光源按照清洁明快为原则进行
设计,采用高效的发射率高的灯具、节能
型镇流器，光源采用光通量大的、寿命
长的节能型光源。特别要注意镇流器的
选型、能耗和谐波量。例如：选用节能型
荧光灯。T8 荧光灯与T12 荧光灯相比，
平均光效高出60.8％；T5荧光灯与T12
荧光灯相比，平均光效高出93.5％ 。
4.5 采用性能先进的电气节能设备
大力发展低损耗、低噪音、标准化、
小型化、智能化、少维护、环保型、节能
型的性能价格比高的电气设备（例如，选
用节能变压器，推荐SCB10 系列配电变
压器可节约空载损耗约10%，并建议采
用YX2 系列电动机可节能约13%）。
4.6 采用合理的电缆电线
注意线缆的选型规格和线路的铺设
方式等，控制线路的损耗。
4.7 整治医院建筑中电源的高次谐波
4.7.1 产生高次谐波的原因。整流设备、
变频器、恒温设备、点焊机、电弧炉、 变
压器、 中频炉、 通讯系统基站；电梯、电
脑、UPS 不间断电源、冷气机、中央空
调、荧光灯、节能灯、微波炉、复印机等
设备产生的谐波。
4.7.2 高次谐波危害。加速电容器老化，
甚至使电容器爆炸；导致继电保护误动
作；影响电动机效率和正常运行，缩短
电动机寿命；增加变压器和线路损耗；影
响和干扰测量控制仪器，特别是医疗仪
器，通讯系统工作； 三次谐波导致中性
线电流过大，引起电缆发热甚至火灾。
4.7.3 整治电源的高次谐波的具体做法。
可采用变压器以不同方式的联接、有源
电力滤波器和无源电力滤波器。可采用
总补偿，部分补偿和局部补偿3种方式。
（1）总补偿就是根据容量计算，对每台
变压器低压母线进行集中谐波治理，每
台变压器低压母线安装300A 有源电力
滤波器。（2）部分补偿就是在二级配电
系统前设置有源电力滤波器。（3）局部
补偿就是在末端设备（例如：变频电动
机，整流器，直流电机，中频感应加热设
备等）前设置有源电力滤波器。
4.8 选用节能的电子镇流器
使用低损耗电感镇流器比使用普通
型电感镇流器节电44.4％～55.6％，使
用电子镇流器比使用普通电感镇流器节
电达61.1％。
4 . 9 严格执行照明设计规范中的
LPD 规定
办公建筑照明功率密度值不应大于
表6.1.2的规定。照明功率密度lighting
power density（LPD）：单位面积上的
照明安装功率（包括光源、镇流器或变
压器），单位为W / 平方米）。
4.10 设置建筑智能化系统
医院通常设置如下建筑智能化系
统：（1） 火灾自动报警及消防联动控制
系统；（2） 紧急广播及公共广播系统；
（3） 建筑设备监控系统；（4） 安全防范
系统（含闭路电视监控系统、防盗报警
系统、出入口管理系统、巡更系统）；（5）
停车场管理系统；（6） IC 卡系统；（7）
通信网络系统（含综合布线系统、卫星
电视及有线电视系统、电话程控交换机、
计算机网络设备）；（8）综合医疗信息管
理系统（含综合医疗信息管理的软件与
硬件、触摸屏信息查询系统、公共显示
系统、医生工作站）；（9）医院专用系统
（含医用对讲系统、电子叫号系统、视频
示教系统、远程医疗系统）；（10）智能
化集成系统。
此外还可设置独立或并网的太阳能
光伏发电系统，采用节能型LED 灯等。
总之，通过学习国外先进的节能技
术和丰富的管理经验，提高能源的使用
效率，改善各种能源的环境，可以能源
的可持续发展和有效地利用来保障中国
经济社会的顺利发展。
[收稿日期 2006-08-10](责任编辑　郝秀兰)