|
前言 现代医院建筑功能以及布局复杂，人流量大，各类大型医疗设备多且需要24小时运行，因此，与普通公共建筑相比，医院建筑能耗往往是普通公共建筑能耗的1.6-2倍。 随着医疗技术的不断进步，诊疗设备将不断完善，医院功能也将进一步增多。随之而来的，必将是医院能耗的不断提高。在国家节能减排的大环境下，医院面临的节能压力越来越大。医院建筑节能改造势在必行。 1．医院简介 该医院位于上海市静安区，总建筑面积17.78万㎡, 拥有职工近3000人，实际使用床位数1452张，门急诊人次数为381.23万人次。院本部共有15栋建筑物，主要用能建筑有5栋，分别建成于1989年、2001年、2004年以及2010年。 2．医院改造前能源使用情况 医院消耗的能源主要为水、电和天然气。以2013年为例，2013年能源使用费用如表1所示，各类能源消耗费用所占比例如图一所示。  由图一可知，我院能耗及能耗费用支出主要以电能消耗及电费支出（电费支出占总支出的69%）为主。故节约用电是我院节能减排工作的重点。 3．改造前存在的问题 由于医院几幢主要大楼分别建于不同年代，因此每幢主要大楼均有自己独立的中央空调系统。空调系统存在的问题如下： （1）空调系统 2号楼现有旧型活塞式制冷主机已运行超过15年，接近设备设计使用寿命，故障率上升，系统安全性无法保证，维修费用也日益增加。且机组设计效率差，能耗高，冷量衰减快，在夏季峰值供水温度已无法维持设计温度，难以满足系统末端的设计制冷需求。从主机运行记录的温差判断，主机蒸发器和冷凝器过流严重，在输送能耗大幅损失的同时影响换热器管束寿命。 6号住院部综合楼现有的三台制冷主机配置完全能够满足实际需求，系统夏季负荷高峰期只需要开启两台主机，一台主机作为系统备用。目前由于考虑到全院配电安全需要，夏季时间（从六月中旬起至九月中旬）基载优先开启一台溴化锂主机，以减少全院夏季峰值用电负荷；在全院夏季用电峰值时段以外，6号楼系统优先加载螺杆式主机，在同时加载两台螺杆式主机的时候，系统运行正常。 （2）自控系统 2号住院病房楼制冷机房未加载自控系统，主机和水泵运行均为手动控制。现有水泵根据旧型活塞式制冷主机设计选型，设计余量偏大，且旧型水泵额定效率低。经过多年运行，水泵自身的衰减和末端阻力变化使现有水泵已无法满足实际系统要求。冷冻水系统为一次泵定流量系统，未设置旁通管，水泵工况已偏离设计值，根据主机进出口温差判断，水泵实际运行大幅过流，输送能耗损失严重。 6号楼自控系统管路和阀门未得到更新，现有自动排气阀早已失效，水系统管路排气不畅，管内空气甚至引起压力表剧烈震荡，大大增加了系统阻力。由于系统阻力增加，为防止末端欠流引起空调效果下降，冷冻水系统需要增开一台冷冻水泵，浪费水泵输送能耗。 目前6号楼在1楼设有远程监控系统，但仅具备远程启停功能，实际操作仍需依赖手动操作。人工控制难以避免两台主机低负荷运行，导致主机效率降低；系统水泵加载了PLC变频控制，但仅对系统部分水泵加装变频器，在操作变频水泵和工频水泵并联运行时，由于水泵扬程无法保持一致，两台水泵均偏离工况点，控制状态点不稳定，实际无法达到理想可靠的效果。 系统冷却塔未设置优化控制，一直处于满载工频运行。在过渡季和低负荷时，冷却塔供水温度极低，不但浪费冷却塔风机能耗，还可能导致主机油压差下降，触发主机冷却水低温保护。 （3）锅炉系统 1号楼锅炉系统设备保养良好，目前锅炉效率仍可维持90%，但锅炉排烟温度达到200℃，排烟热损失较大，限制了锅炉效率的进一步提升。 4．改造方案 （1）空调系统 2号楼选用两台280冷吨高效螺杆式主机替代现有两台265冷吨旧型活塞式主机，改善末端空调效果。新型主机设计额定效率达到5.5以上，大幅提高主机效率，节省运行能耗。同时，由于主机额定输入功率降低，可直接减少2号楼用电负载约170kW，有效缓解医院夏季尖峰用电负荷。 减少170kW峰值用电，再加上其他用电设备节能改造的节能量，完全可满足峰值增加一台6号楼现有螺杆式主机运行用电需求（224kW）。因此，6号住院部综合楼制冷系统可改为制冷季基载螺杆式主机运行，溴化锂主机作为系统安全备用。为了兼顾系统配电安全，需要增加一套自控系统，与配电系统通信，监控全院配电系统用电高峰，一旦超过安全警戒用到，可使6号楼系统切回使用溴化锂主机，以保证系统安全运行。 （2）控制系统 2号楼根据系统实际水力情况和高效螺杆式主机水量要求设计匹配高效冷冻、冷却水泵，替换现有旧型水泵，同时进行管路优化改造。在更换高效水泵的基础上加载制冷机房自控系统，对主机、水泵和冷却塔的整体运行进行系统优化。优化控制包括以下内容： 大温差系统应用：新型制冷主机可接受更低的蒸发器和冷凝器流量而不损失主机效率的特性，因此通过增加系统温差设计，减少水泵流量配置，节省水泵输送能耗； 一次泵变流量应用：对系统冷冻水泵加设变频器，同时设置管路传感器，通过传感器信号反馈合理调节控制冷冻水泵流量，以使制冷系统实时匹配末端负荷需求，进一步减少输送能耗； 冷却塔优化控制：对冷却塔风机加装变频器，通过主机和冷却塔联动控制，优化冷却塔供水温度，使主机和冷却塔风机的总能耗达到最佳化； 机房系统群控：在冷冻水总管增加流量计和温度计，以实时确定系统末端负荷，并根据实际负荷通过系统优化控制逻辑确定开启主机和辅助设备的数量和负载，使系统能效在手动操作的基础上进一步得到提升，达到系统全自动高效运行。 数据监控系统：增设监控系统，配置数据库记录系统用能历史数据，从而加强设备监控和用能管理。 检查现有管路排气阀，对损坏的阀门进行修复，如有必要需在系统上增设排气措施，保证系统管路排气完全，以避免因此导致额外开启水泵的能耗浪费。并采用高效水泵替换螺杆机组现有水泵，校核实际流量和扬程，优化水泵选型，减少运行能耗。 另外，对现有系统监控平台进行扩展和恢复，并进一步加载制冷机房系统整体优化控制（同2号楼系统整体优化）。 （3）锅炉系统 由于1 号楼锅炉系统采用的是燃气锅炉，其烟气中的主要成分为二氧化碳和水蒸气，所以可以加载锅炉排烟热回收系统，降低最终排气温度。排烟温度越低，回收的热量就越大。 从烟气中回收的热量被用来加热锅炉补水，将常温的市政补水温度提升，以减少锅炉加热补水时的燃气消耗，提升锅炉效率。  5．改造效果 （1）空调系统 2号楼全年活塞机系统供冷量参照2013年系统历史运行记录（包括各主机进出口温差、水泵电流数据）推算得出，为2,621,219kWh。另外，活塞机额定效率为3.87，实际效率按衰减15%，即3.29 估算，高效螺杆机效率取5.4。  6号楼全年溴化锂机组系统供冷量参照2013年系统历史运行记录（包括各主机进出口温差、水泵电流数据）推算得出，为1,340,982kWh； 采用螺杆式主机替代溴化锂主机运行的供冷量保守按现有溴化锂主机供冷量的80%估算，计1,072,786kWh； 螺杆机按额定效率10%衰减保守计算，即按5.17估算； 溴化锂机组按额定效率5%衰减，蒸汽锅炉热效率按90%估算，蒸汽系统输送损失按5%估算，即整个溴化锂机组供冷效率按1.07估算； 另外，由于螺杆机用冷却塔风机功率相对更低，因此采用现有螺杆式主机替换溴化锂机组运行后，可以减少冷却塔风机能耗。依据运行记录统计，每年还可节省冷却塔运行费用约0.9万元。 按上述计算方式，采用现有螺杆式主机替换溴化锂机组运行的预期年节能效益约20.6万元，具体节能量计算如下表所示： （2）自控系统 2号楼水泵和冷却塔风机能耗根据运行记录统计，水泵全年能耗为312,480kWh；冷却塔风机全年能耗为34,940kWh； 优化改造后水泵按在现有全年能耗基础上节省30%运行能耗估算，冷却塔风扇按在工频运行能耗基础上节省40%估算。 按上述计算方式，采用2号楼自控系统优化控制的预期年节能效益约9.5万元，详细计算结果见下表所示：  6号楼主机、水泵和冷却塔风机能耗根据运行记录统计。螺杆式主机全年能耗为518,657kWh，水泵和冷却塔风机全年能耗为394,642kWh；另外，由于管路排气不畅，增开的水泵全年能耗为27,230kWh；预计通过机房群控优化，制冷主机按节省3%运行能耗估算，系统水泵和冷却塔风扇按现有控制基础上节省15%运行能耗估算； 按上述计算方式，采用6号楼自控系统优化控制的预期年节能效益约8.6万元，详细计算结果见下表所示： 6号住院部综合楼系统优化改造节能量计算汇总表  （2）锅炉系统 目前1 号门急诊大楼锅炉房设备排烟温度为200℃，按照理论计算和工程经验，将锅炉的烟气温度从200℃降低到120℃，保守估计可以节约5%的天然气消耗量。 根据医院用能运行记录，每年消耗的天然气（2011～2012 年含少量人工煤气）计214～230 万m3，合天然气消费795～860 万元。保守计算取每年天然气能耗730 万元，约合192 万m3 天然气。 则每年可以节约的费用为：730×5%＝36万元，约合9.5万m3天然气。 6．结论 医院主要用能区域改造方案以及其改造后效果见下表.  医院中央空调系统制冷机组由于设备老化，制冷效率降低，加之原本设计余量过大，因此存在很大的节能空间，此外，自控系统的进一步完善、余热回收等各项措施，都可以带来可观的节能量。 另外，为了更好地降低医院整体能耗，除了进行节能改造之外，医院还可以从以下几方面着手，开展节能降耗工作： 1）自控系统运行管理人员应参加相应的系统使用培训，掌握控制策略，避免过多的人工手动控制，实现真正的自动控制，从而进一步提高自控系统的节能效果。 2）加强运行管理，避免“跑冒滴漏”的现象出现，只有这样才能真正体现节能改造的节能潜力，减少不必要的能源流失。 3）建立能耗监控系统，及时了解掌握各系统日常能耗情况，通过监测、对比和分析，制定节能指标、调整用能策略。 4）采用合同能源管理，充分考虑行业差别和行业管理体制的特殊性，结合医院实际情况，因地制宜、科学的探索出具有行业特色的合同能源管理模式。 参考文献： [1]朱永松，罗蒙，甘宁，等。大型综合性医院节能管理的分析与对策【J】.中国医院，2011,15（2）：73-75 [2]姜海勇，陈宇，胡昌俊，等。医院节能技术的案例分析【J】，建筑节能，2008（2）：77. [3]沈晋明，马晓琼，等。医院建筑特点与节能【J】，暖通空调，2007（37）8:33-38. [4]吴锦华,王岚.上海市市级医院节能降耗的做法与体会【J】，中国医院建筑与装备. 2011(01) [5]殷惠基,周志仁,田慧峰,田伟. 上海某大型医院节能改造及评估【J】，制冷与空调. 2011(01) |
|
|
