某綜合醫(yī)院能耗模擬及空調(diào)負(fù)荷分析

高瑞凱，張家瑤

（安徽省建筑設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司，合肥 230601）

1 引言

隨著我國(guó)醫(yī)療改革的不斷推進(jìn)，我國(guó)新建醫(yī)療建筑市場(chǎng)規(guī)模逐步擴(kuò)大，且新建醫(yī)療建筑多是集門(mén)診、醫(yī)技、病房、科研等多種功能于一體的綜合性建筑。截至2017 年10 月底，全國(guó)醫(yī)療衛(wèi)生機(jī)構(gòu)數(shù)達(dá)98.9 萬(wàn)個(gè)。

根據(jù)美國(guó)能源部統(tǒng)計(jì)計(jì)算，美國(guó)的醫(yī)療行業(yè)能耗為75kW·h/（m2·a）， 在手術(shù)、ICU 等特殊區(qū)域的單位能耗可達(dá)1 040kW·h/（m2·a）。路賓等通過(guò)對(duì)上海醫(yī)院建筑用能狀況調(diào)查統(tǒng)計(jì)得出；上海醫(yī)院建筑單位面積年能耗量為76.0～109.1kW·h/（m2·a），且空調(diào)與供暖系統(tǒng)所占比例最大達(dá)到54%【1】。賈北平通過(guò)對(duì)山東省三所醫(yī)院調(diào)研以及各種能源等效電折算得出：建筑的全年能耗密度值為80.6～155.0kW·h/（m2·a），其中供暖空調(diào)能耗指標(biāo)為34.4～73.66kW·h/（m2·a），約占總能耗的 45%【2】。

有關(guān)資料表明，醫(yī)院建筑供暖空調(diào)系統(tǒng)的年一次能耗是一般辦公建筑的1.6～2.0 倍【3】。常規(guī)供暖空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中往往采用面積指標(biāo)估算法、諧波反應(yīng)法或冷負(fù)荷系數(shù)法，以典型設(shè)計(jì)日為基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算?？照{(diào)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行時(shí)大部分時(shí)間為部分負(fù)荷運(yùn)行。這些部分負(fù)荷工況多樣，往往在實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)問(wèn)題，或難以滿足環(huán)境要求或存在不合理的冷熱抵消，導(dǎo)致能耗增加。通過(guò)對(duì)全年8 760h 逐時(shí)負(fù)荷模擬，可以了解實(shí)際運(yùn)行中可能出現(xiàn)的各種工況，從而對(duì)系統(tǒng)方案和設(shè)備配置進(jìn)行優(yōu)化。

本文采用DeST-C 軟件對(duì)合肥某醫(yī)院項(xiàng)目進(jìn)行全年能耗模擬，并進(jìn)行負(fù)荷分析，為項(xiàng)目合理制定冷熱源方案提供依據(jù)。

2 項(xiàng)目概況

項(xiàng)目總建筑面積 155 473m2， 地上 14 層，地下 2 層，最大高度58.45m，設(shè)計(jì)床位數(shù)1 100 床，位于安徽省合肥市。主要功能劃分為：地下1 層、2 層地下車庫(kù)、設(shè)備用房、核醫(yī)學(xué)用房；裙房1～4 層門(mén)診用房、醫(yī)技用房、體檢中心、手術(shù)用房、ICU等；5 層以上塔樓住院部。

3 設(shè)計(jì)參數(shù)

3.1 室外設(shè)計(jì)參數(shù)

項(xiàng)目位于合肥市，屬于夏熱冬冷地區(qū)，從DeST-C 分析軟件數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)取合肥市氣象參數(shù)。

3.2 室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)

建筑室內(nèi)熱環(huán)境根據(jù)GB 50139—2014《綜合醫(yī)院建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》、GB 50189—2015《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》設(shè)定，設(shè)定值見(jiàn)表1 。

表1 室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)

3.3 圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)

建筑體型系數(shù)0.10，屋頂傳熱系數(shù)K=0.39W/（m2·K），外墻K=0.50W/（m2·K），外窗K=2.10W/（m2·K），天窗K=1.86W/（m2·K）。

3.4 其他參數(shù)設(shè)定

其他參數(shù)的設(shè)定包括室內(nèi)熱擾的設(shè)定有室內(nèi)人員、燈光照明和設(shè)備的熱擾，均按照DeST-C 軟件給定的參考值來(lái)設(shè)定。作息時(shí)間參照DeST-C 軟件給定參考值并結(jié)合醫(yī)院各功能用房實(shí)際使用需求設(shè)定。

4 能耗模擬及負(fù)荷分析

4.1 簡(jiǎn)化模型建立

根據(jù)建筑圖紙，采用DeST-C 軟件建立簡(jiǎn)化建筑模型。對(duì)相同業(yè)態(tài)的房間和區(qū)域進(jìn)行合并處理。

4.2 能耗模擬及負(fù)荷分析

通過(guò)DeST-C 軟件對(duì)建筑模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，得出空調(diào)全年負(fù)荷如表2 所示。

項(xiàng)目實(shí)際空調(diào)面積89 992m2，模型空調(diào)面積94 128.54m2，誤差為4.4%，模型建立較為準(zhǔn)確。模型設(shè)定供暖季周期為12月 15 日～次年 3 月 15 日，總計(jì) 2 184h；供暖季周期為 6 月1 日～9 月30 日，總計(jì)2 928h。單位建筑面積全年供暖空調(diào)能耗指標(biāo)為49.81kW·h/（m2·a）。

表2 建筑全年負(fù)荷統(tǒng)計(jì)

通過(guò)對(duì)模擬結(jié)果的建筑逐時(shí)負(fù)荷結(jié)果進(jìn)行分析，可以得到供暖季熱負(fù)荷分布時(shí)頻圖和制冷季冷負(fù)荷分布時(shí)頻圖，詳見(jiàn)圖1、圖2。由圖1 可知，熱負(fù)荷主要集中在40%～90%區(qū)間內(nèi)，占總供暖季的89.9%。由圖2 可知，冷負(fù)荷80%以上出現(xiàn)的概率為0.79%，設(shè)計(jì)時(shí)可忽略此部分負(fù)荷，冷負(fù)荷0%～60%區(qū)間內(nèi)，占總制冷季的96.24%。冷負(fù)荷0%～5%區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)概率為24.39%，由于夜間加強(qiáng)了自然通風(fēng)降低了導(dǎo)致空調(diào)負(fù)荷降低，經(jīng)分析此部分負(fù)荷基本上出現(xiàn)在20：00～次日9:00。

圖1 供暖季熱負(fù)荷分布時(shí)頻圖

圖2 制冷季冷負(fù)荷分布時(shí)頻圖

為了提高夜間供暖空調(diào)設(shè)備的使用效率，提高系統(tǒng)能效，對(duì)夜間工作的ICU、手術(shù)室、病房等房間負(fù)荷進(jìn)行單獨(dú)統(tǒng)計(jì)，由分析結(jié)果可知，本項(xiàng)目供暖季夜間熱負(fù)荷集中在2 000～4 000kW，制冷季夜間冷負(fù)荷集中在2 000～6 000kW，設(shè)計(jì)時(shí)可單獨(dú)考慮冷熱源設(shè)備。

計(jì)算分析了制冷季逐日空調(diào)總負(fù)荷和峰電時(shí)段逐日空調(diào)總負(fù)荷，以供冰蓄冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)蓄冰槽容量和制冰主機(jī)設(shè)定。逐日空調(diào)總負(fù)荷在175 000kW·h 以內(nèi)的概率為87.7%，在225 000kW·h 以內(nèi)的概率為98.36%；峰電時(shí)段日空調(diào)總負(fù)荷在30 000kW·h 之內(nèi)的概率為58.2%，在50 000kW·h 之內(nèi)的概率為75.41%，在60 000kW·h 以內(nèi)的概率為90.98%，為降低系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用，可考慮峰電時(shí)段系統(tǒng)全部采用蓄冰槽供冷。

5 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)使用DeST-C 軟件對(duì)合肥某醫(yī)院項(xiàng)目進(jìn)行全年負(fù)荷模擬計(jì)算，并對(duì)計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得出如下結(jié)論：

1）本項(xiàng)目單位建筑面積全年供暖空調(diào)能耗指標(biāo)為49.81kW·h/（m2·a）；

2）本項(xiàng)目熱負(fù)荷主要集中在40%～90%區(qū)間內(nèi)，占總供暖季的89.9%；冷負(fù)荷0%～60%區(qū)間內(nèi)，占總供暖季的96.24%，冷熱源設(shè)備可按部分負(fù)荷配置；

3）本項(xiàng)目供暖季夜間熱負(fù)荷集中在2 000～4 000kW，制冷季夜間冷負(fù)荷集中在2 000～6 000kW；

4）日空調(diào)總負(fù)荷在175 000kW·h 以內(nèi)的概率為87.7%，在225 000kW·h 以內(nèi)的概率為98.36%；峰電時(shí)段日空調(diào)總負(fù)荷在30 000kW·h 之內(nèi)的概率為58.2%，在50 000kW·h 之內(nèi)的概率為75.41%，在60 000kW·h 以內(nèi)的概率為90.98%，為降低系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用，可考慮峰電時(shí)段系統(tǒng)全部采用蓄冰槽供冷。如采用冰蓄冷系統(tǒng)可在上述范圍內(nèi)設(shè)定蓄冰槽容量，結(jié)合本文分析結(jié)果確定基載機(jī)、制冰機(jī)設(shè)備型號(hào)。