醫(yī)院作為公共建筑，其使用功能具有特殊性。目前，大量的醫(yī)院建筑存在著結(jié)構(gòu)老化、運(yùn)行階段能耗過(guò)高、室內(nèi)舒適度較差等問(wèn)題，進(jìn)行節(jié)能改造迫在眉睫。本文以安徽省合肥市某醫(yī)院建筑的急救中心大樓綠色節(jié)能改造項(xiàng)目為例，研究其節(jié)能改造措施，并對(duì)改造方案進(jìn)行優(yōu)化分析，旨在對(duì)類似工程提供參考和借鑒。

項(xiàng)目概況

案例工程項(xiàng)目位于安徽省合肥市，屬于框剪結(jié)構(gòu)，于2004年竣工投入使用。該建筑地上共12層，地下1層，總建筑面積約19360m2。針對(duì)急救中心現(xiàn)有功能布局已不能完全滿足醫(yī)療需求、供能設(shè)備老化、就醫(yī)環(huán)境不夠完善等問(wèn)題，為全面提升各項(xiàng)醫(yī)療基礎(chǔ)設(shè)施、改善診療環(huán)境、提高建筑能效，決定對(duì)急救中心大樓進(jìn)行綜合節(jié)能改造。

該改造項(xiàng)目于2016年11月開(kāi)始2018年10月基本完成，節(jié)能改造內(nèi)容主要有外圍護(hù)結(jié)構(gòu)改造、供暖通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)改造、照明系統(tǒng)改造和建筑用能監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)改造。

建立建筑模型

為準(zhǔn)確了解急救中心建筑樓改造前后的既有能耗的情況，采用建筑能耗計(jì)算分析軟件PKPM-Energy進(jìn)行建模及能耗模擬計(jì)算。該軟件能夠根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況建立建筑模型，采用當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料、暖通設(shè)備，計(jì)算各圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能；采用當(dāng)?shù)貧庀髷?shù)據(jù)庫(kù)，模擬計(jì)算建筑的逐時(shí)負(fù)荷、供暖通風(fēng)與空調(diào)能耗，并分析各指標(biāo)的節(jié)能降低幅度，生成建筑負(fù)荷模擬分析報(bào)告書(shū)、建筑能耗模擬分析報(bào)告書(shū)。

改造方案

▌外圍護(hù)結(jié)構(gòu)改造

1）外墻節(jié)能改造

圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能效果是建筑節(jié)能的核心內(nèi)容。在外圍護(hù)結(jié)構(gòu)面積中，占比最大的就是建筑外墻，外墻面積越大，建筑的熱損失也就越大。對(duì)建筑外墻進(jìn)行改造的措施是增加保溫層，分為外保溫改造和內(nèi)保溫改造兩種，為不影響醫(yī)院內(nèi)部在改造期間正常辦公，本項(xiàng)目采用外保溫改造形式。半硬質(zhì)憎水性巖棉板具有絕熱、隔音和防潮作用，且成本較低，符合本次節(jié)能改造的要求，因此決定以其作為外墻保溫材料。

取外墻保溫層厚度為30～100mm，變化區(qū)間為10mm，同時(shí)保持建筑的其它參數(shù)不變，運(yùn)用建筑能耗計(jì)算分析軟件PKPM-Energy模擬改造建筑外墻空調(diào)負(fù)荷、采暖負(fù)荷隨保溫材料厚度的變化，得出外墻負(fù)荷隨保溫材料厚度變化曲線如圖1所示

由圖1可以看出，隨著保溫材料厚度增加，外墻空調(diào)負(fù)荷、采暖負(fù)荷整體呈現(xiàn)不斷減小的趨勢(shì)，當(dāng)保溫材料厚度從30mm增加到50mm時(shí)，空調(diào)負(fù)荷、采暖負(fù)荷下降最明顯，下降率達(dá)到了12.4％；繼續(xù)增加保溫材料厚度至100mm，空調(diào)負(fù)荷、采暖負(fù)荷的變化幅度都變小，每增加10mm厚度，空調(diào)負(fù)荷、采暖負(fù)荷僅分別下降2.6％、2.7％。可見(jiàn)，當(dāng)保溫材料厚度大于50mm時(shí)，不斷增加保溫層厚度并不能持續(xù)顯著地降低外墻的負(fù)荷。

據(jù)市場(chǎng)調(diào)查，半硬質(zhì)憎水性巖棉板的市場(chǎng)價(jià)為450元/m3，保溫材料厚度越大，費(fèi)用越高。綜合上述分析，當(dāng)保溫材料的厚度取50mm時(shí)，外墻的空調(diào)負(fù)荷和供暖負(fù)荷及經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)。

2）外窗節(jié)能改造

窗戶能耗在建筑能耗中的占比約為50％。改造前，急救中心的外窗采用的是鋁合金普通玻璃，冷熱傳導(dǎo)非?？?，并且鋁合金窗的整窗傳熱系數(shù)在6.0W/（m2·k）以上，影響了建筑的密封、保溫性能。市面上的窗戶有很多類型，根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況，選擇下面5種常用窗戶進(jìn)行改造研究。通過(guò)PKPM軟件模擬，對(duì)不同外窗材質(zhì)進(jìn)行對(duì)比分析。外窗改造方案見(jiàn)表１。

采用方案w1，即采用斷熱鋁合金低輻射（6Low_E+12A+6）中空玻璃窗時(shí)，建筑的節(jié)能效果是最優(yōu)的，此時(shí)建筑外窗的空調(diào)負(fù)荷和采暖負(fù)荷總值是最低的。方案w1的空調(diào)負(fù)荷是所有方案中最低的，但是采暖負(fù)荷并不是最高，僅次于方案2。方案Ｗ１屬于節(jié)能型窗戶，傳熱系數(shù)僅為2.40W/（m2·k），不僅能有效減少外窗能耗，還能降低城市噪音對(duì)急救中心大樓內(nèi)部人員的影響。因此，本次改造將外窗換成方案w1中的窗戶材質(zhì)，以達(dá)到最優(yōu)的節(jié)能效果。

3）屋頂節(jié)能改造

改造前本項(xiàng)目沒(méi)有設(shè)置屋面保溫，因此對(duì)屋頂增加保溫層，并采用勻質(zhì)改性防火保溫板作為屋頂?shù)谋夭牧稀?/span>

屋面熱阻的計(jì)算公式為：

式(1)中，Ro為屋面總熱阻，（m2·k）/W；Ri為內(nèi)表面換熱阻，（m2·k）/W；R為屋面熱阻，（m2·k）/W；Re為外表面換熱阻，（m2·k）/W。其中，Ri＝0.11（m2·k）/W，Ｒｅ＝0.05（m2·k）/W。

屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的計(jì)算公式為：

為滿足節(jié)能建筑屋面熱工規(guī)定性指標(biāo)的最低要求，增加保溫層后建筑屋面的傳熱系數(shù)應(yīng)為0.5W/（m2·k）。由公式(1)和(2)計(jì)算可得保溫材料厚度為170mm，且此厚度在滿足規(guī)定性指標(biāo)的前提下最為經(jīng)濟(jì)。屋頂熱工性能見(jiàn)表2。

▌供暖通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)改造

建筑的供暖通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)使用時(shí)間越長(zhǎng)，設(shè)備的老化情況就越嚴(yán)重，會(huì)造成建筑能耗不斷增加。針對(duì)供暖通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的改造措施是：①門(mén)廳設(shè)置機(jī)械排風(fēng)，并設(shè)置熱回收裝置，過(guò)渡季節(jié)全新風(fēng)運(yùn)行；②通風(fēng)、空調(diào)設(shè)備均更換為高效低噪型的設(shè)備；③機(jī)房采用自動(dòng)控制技術(shù)，空調(diào)水泵改為變頻模式運(yùn)行。這樣的改造既能夠提高新風(fēng)品質(zhì)，又能夠降低能耗，達(dá)到了節(jié)能改造的目的。改造前后建筑各項(xiàng)能耗變化如圖2所示。可以直觀地看出，此次節(jié)能改造使急救中心冷凍水泵能耗、空調(diào)機(jī)組能耗和市政供暖能耗顯著降低。

▌?wù)彰飨到y(tǒng)改造

照明能耗在公共建筑的能耗中的占比達(dá)到了20％～40％。照明系統(tǒng)的改造工作主要是將現(xiàn)有燈具進(jìn)行更換，換成節(jié)能燈具，同時(shí)建立一個(gè)醫(yī)院內(nèi)部的照明控制系統(tǒng)，具體措施是：①一般場(chǎng)所均更換為L(zhǎng)ED節(jié)能型光源；②住院病房與護(hù)理單元走道設(shè)置夜間照明，病房采用防眩光的格柵式熒光燈；③候診區(qū)、消毒室、洗消間等場(chǎng)所預(yù)留紫外線消毒器插座回路。

▌建筑用能監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)改造

改造前，急救中心采用人工用能管控模式，但管理分散，能源浪費(fèi)較多。對(duì)此項(xiàng)的改造措施是增加建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)分析能耗數(shù)據(jù)，具體內(nèi)容為：通過(guò)安裝相應(yīng)的智能計(jì)量表具及傳感器，自動(dòng)收集醫(yī)院現(xiàn)場(chǎng)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，主要有照明用電、空調(diào)用電、醫(yī)療設(shè)備用電、冷水用量、熱水用量、蒸汽用量以及各種環(huán)境參數(shù)等；建立對(duì)急救中心水、電、空調(diào)冷熱量、氧氣等分類能耗的一級(jí)、二級(jí)或三級(jí)分項(xiàng)消耗全過(guò)程的監(jiān)測(cè)監(jiān)管以及室內(nèi)環(huán)境參數(shù)的全面監(jiān)測(cè)，滿足能耗監(jiān)管和能源考核的目標(biāo)。

改造效果分析

▌外圍護(hù)結(jié)構(gòu)及供暖通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能量分析

對(duì)外圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行節(jié)能改造后，外窗所占負(fù)荷比例最大，達(dá)到42.58％，外墻負(fù)荷次之，地面負(fù)荷最少，僅為5.92％。這是因?yàn)楹戏实貐^(qū)屬于夏熱冬冷地區(qū)，對(duì)建筑的空調(diào)和采暖需求較大，而外圍護(hù)結(jié)構(gòu)屬于建筑物與外界環(huán)境接觸面積最大的構(gòu)件，受外界環(huán)境變化影響最大，因此外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的負(fù)荷在建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)負(fù)荷中占比最大。

外窗負(fù)荷中的空調(diào)負(fù)荷高于采暖負(fù)荷。這是因?yàn)橄募緯r(shí)，合肥地區(qū)室外溫度高，太陽(yáng)輻射時(shí)間長(zhǎng)，建筑通過(guò)外窗進(jìn)行熱交換所流失的熱量較多，導(dǎo)致夏季空調(diào)負(fù)荷有所增加。

急救中心的改造面積為20303.06m2，系統(tǒng)類型為冷水機(jī)組和市政供暖。軟件計(jì)算得到改造前后急救中心全年累計(jì)負(fù)荷改造后建筑的全年累計(jì)熱負(fù)荷從1229582.28KWh下降至944597.36KWh，下降率為23.18％，冷負(fù)荷從1164543.14KWh下降至1050898.18KWh，降低了9.8％，可以看出進(jìn)行節(jié)能改造后熱負(fù)荷的節(jié)能率比冷負(fù)荷的高，且約是冷負(fù)荷節(jié)能率的兩倍。

此次節(jié)能改造對(duì)建筑熱負(fù)荷影響最大，對(duì)冷負(fù)荷的影響次之。這是因?yàn)楦脑旌蠹本戎行亩静捎昧耸姓┡?，大幅度減少了急救中心在冬季的熱負(fù)荷。

檢驗(yàn)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的最終節(jié)能改造效果，具體看是否有效地降低了建筑供暖通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)能耗。因此，針對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能改造核定節(jié)能量，主要是根據(jù)供暖通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)能耗的降低程度。對(duì)急救中心改造前后供暖通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)能耗用PKPM-Energy進(jìn)行模擬計(jì)算發(fā)現(xiàn)，對(duì)該項(xiàng)目進(jìn)行節(jié)能改造后，市政供暖能耗下降了60908.78KWh，下降率為12.7％；空調(diào)機(jī)組下降了10.1％；冷卻水泵能耗增加了772.73KWh，增長(zhǎng)率為1.5％；冷凍水泵能耗下降了17411.81KWh，下降率為29.0％。

綜上可知，急救中心供暖通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)能耗改造前為811652.23KWh，改造后為711763.55KWh，節(jié)能量為99888.68KWh，能耗降低幅度為12.3％。

▌?wù)彰飨到y(tǒng)節(jié)能量分析

照明系統(tǒng)節(jié)能量計(jì)算公式如下：

式(3)中，Ｐ改造前為改造前照明系統(tǒng)的總功率，W；P改造后為改造后照明系統(tǒng)的總功率，W；Ｔ照明為照明系統(tǒng)全年運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)，h；K為室內(nèi)照明設(shè)備同時(shí)使用系數(shù)。

調(diào)研該項(xiàng)目改造前后照明燈具功率，統(tǒng)計(jì)得出照明系統(tǒng)改造前的總功率P改造前＝131.5KW，改造后的總功率Ｐ改造后＝78.2KW。根據(jù)照明系統(tǒng)節(jié)能率計(jì)算公式，急救中心照明系統(tǒng)按照全年365d運(yùn)行，每日運(yùn)行時(shí)間約16h，同時(shí)使用系數(shù)取0.8，根據(jù)公式(3)計(jì)算可得，照明系統(tǒng)這一部分的節(jié)能量為24.9萬(wàn)KWh，節(jié)能率為40.5％。

▌綜合節(jié)能量與節(jié)能率分析

改造前急救中心照明系統(tǒng)年總能耗為61.2萬(wàn)KWh。根據(jù)急救中心的能源統(tǒng)計(jì)，改造前非空調(diào)季（不含照明）月總電耗為2.4萬(wàn)KWh。將急救中心改造前的能耗作為基準(zhǔn)期，基準(zhǔn)期能耗為非空調(diào)季（不含照明）年總電耗、照明系統(tǒng)年總能耗與供暖通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)全年總能耗之和，計(jì)算得基準(zhǔn)期總能耗為171.2萬(wàn)KWh。

急救中心的總節(jié)能量為圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能量與照明系統(tǒng)節(jié)能量總和，圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能量為9.9萬(wàn)KWh，照明系統(tǒng)節(jié)能量為24.9萬(wàn)KWh，則急救中心總節(jié)能量為34.8萬(wàn)KWh，急救中心的節(jié)能率為20.3％。

結(jié)語(yǔ)

１）在外圍護(hù)結(jié)構(gòu)改造中增加保溫措施、選擇高性能的節(jié)能外窗顯著降低了建筑在制冷與暖通方面的能耗，提升了既有建筑的節(jié)能效果。

２）對(duì)建筑的照明系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造能有效減少照明的耗電量。在公共建筑節(jié)能改造中，照明系統(tǒng)的改造與外圍護(hù)結(jié)構(gòu)改造、暖通空調(diào)改造相比，難度低、投入小且改造效果明顯。

３）既有建筑綠色節(jié)能改造將成為未來(lái)建筑業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的主要方向。