安科瑞 宣依依

　　摘要：為減少(shao)醫(yi)療建筑能(neng)(neng)耗，優化醫(yi)院(yuan)能(neng)(neng)源(yuan)管(guan)理，基于(yu)智慧醫(yi)院(yuan)的(de)(de)要求，通過分析廣州市番禺區 醫(yi)院(yuan)的(de)(de)能(neng)(neng)耗特(te)性，對(dui)醫(yi)院(yuan)空調(diao)系統、空調(diao)與窗戶聯(lian)動控(kong)制系統、屋頂光(guang)伏系統等智能(neng)(neng)樓(lou)宇(yu)分系統進行節(jie)能(neng)(neng)建模分析，建議采取(qu)醫(yi)院(yuan)信(xin)息化建設、可(ke)再生能(neng)(neng)源(yuan)改造、精細化管(guan)理等措施(shi)，預計實(shi)施(shi)后每(mei)年可(ke)以節(jie)約(yue)用(yong)電256萬(wan)kW·h，相當于(yu)節(jie)省315t標準煤，減少(shao)CO2排放量873t，對(dui)于(yu)城市既有(you)醫(yi)療建筑的(de)(de)節(jie)能(neng)(neng)改進和能(neng)(neng)源(yuan)智慧管(guan)理具(ju)有(you)較強的(de)(de)示范(fan)作用(yong)。

　　關鍵詞：智慧醫(yi)院(yuan)；綜合智能樓(lou)宇；精細化管理；節能減(jian)排；光(guang)伏發(fa)電

　　0引言

　　隨(sui)著社會經濟(ji)的(de)(de)(de)快(kuai)速發展，我(wo)國的(de)(de)(de)能源(yuan)消費(fei)呈(cheng)現增(zeng)長態(tai)勢。據統(tong)計2018年全(quan)國建(jian)(jian)(jian)(jian)筑運(yun)行能耗(hao)達到10億(yi)t標(biao)準煤，占全(quan)國能源(yuan)消費(fei)總(zong)量比重(zhong)為百分(fen)之21.7，碳排放21.1億(yi)t（以CO2計，下同），占全(quan)國能源(yuan)碳排放的(de)(de)(de)比重(zhong)百分(fen)之21.9[1]。大(da)型公共建(jian)(jian)(jian)(jian)筑是建(jian)(jian)(jian)(jian)筑能源(yuan)消耗(hao)的(de)(de)(de)高密度領域，醫(yi)院建(jian)(jian)(jian)(jian)筑的(de)(de)(de)能耗(hao)是一般公共建(jian)(jian)(jian)(jian)筑的(de)(de)(de)3～4倍(bei)[2]。2020年度廣(guang)東(dong)省公立醫(yi)院單(dan)位(wei)建(jian)(jian)(jian)(jian)筑面積能耗(hao)17.17kg標(biao)準煤/m2，人均綜(zong)合(he)能耗(hao)達280.82kg標(biao)準煤，遠高于場(chang)館、學(xue)校等公共建(jian)(jian)(jian)(jian)筑，是廣(guang)東(dong)省中小學(xue)建(jian)(jian)(jian)(jian)筑能耗(hao)的(de)(de)(de)5倍(bei)。隨(sui)著國家(jia)“雙碳"戰(zhan)略的(de)(de)(de)推動(dong)，醫(yi)院建(jian)(jian)(jian)(jian)筑運(yun)行節能工作迫在眉睫[3]。

　　當前(qian)醫(yi)院(yuan)采(cai)用的節能(neng)(neng)措施(shi)主要(yao)圍繞(rao)設備改造和更新[4]。林愛麟[5]摸(mo)查了(le)長沙市醫(yi)院(yuan)建(jian)(jian)筑能(neng)(neng)耗，提出采(cai)用提升冷熱(re)源(yuan)運行(xing)效率、合理(li)配(pei)置空調(diao)及通(tong)風(feng)系(xi)統(tong)等(deng)措施(shi)來降低醫(yi)院(yuan)能(neng)(neng)耗；姜海勇等(deng)[6]以深(shen)圳市孫逸(yi)仙心血管(guan)醫(yi)院(yuan)為(wei)例，通(tong)過空調(diao)主機(ji)系(xi)統(tong)等(deng)節能(neng)(neng)改造達(da)到降耗效果。沈洪(hong)等(deng)[7]分析了(le)中山大學附屬腫瘤醫(yi)院(yuan)燃油蒸汽(qi)鍋爐技改，同(tong)時(shi)配(pei)合智(zhi)能(neng)(neng)群控系(xi)統(tong)。以上研究(jiu)主要(yao)考(kao)慮設備因素，較(jiao)少考(kao)慮人的用能(neng)(neng)行(xing)為(wei)。方婷婷[8]選取廣州地區6個典型醫(yi)院(yuan)建(jian)(jian)筑，提出落實(shi)能(neng)(neng)源(yuan)管(guan)理(li)制度等(deng)節能(neng)(neng)建(jian)(jian)議(yi)，包括運用制度對人員行(xing)為(wei)進行(xing)約束，但(dan)因為(wei)人的行(xing)為(wei)較(jiao)難預測(ce)，實(shi)施(shi)效果難以保(bao)證。

　　智(zhi)(zhi)慧(hui)醫(yi)院(yuan)(yuan)的(de)建設立(li)足于信(xin)息化、互聯網、物聯網，通(tong)過對醫(yi)院(yuan)(yuan)資源(yuan)的(de)合理(li)(li)配置達到智(zhi)(zhi)慧(hui)管理(li)(li)的(de)效果[9-10]。其中，運用物理(li)(li)信(xin)息技術進行精細化管理(li)(li)的(de)理(li)(li)念(nian)為醫(yi)院(yuan)(yuan)能(neng)源(yuan)系(xi)統管理(li)(li)提供了新的(de)方向。本文以廣(guang)州市番禺區 醫(yi)院(yuan)(yuan)為研究對象，分析醫(yi)院(yuan)(yuan)能(neng)耗特性(xing)和主要耗能(neng)因素(su)，提出基于智(zhi)(zhi)慧(hui)能(neng)源(yuan)管理(li)(li)的(de)節能(neng)措施，并對節能(neng)措施的(de)影(ying)響因素(su)進行敏感性(xing)分析。

　　1醫院能耗特(te)性分析

　　醫(yi)(yi)院建筑的(de)能耗總量因醫(yi)(yi)院類型、等級、地(di)理位置等因素而不同，但具體的(de)醫(yi)(yi)院在功能和(he)能源(yuan)(yuan)結構確定(ding)(ding)后，通常有著較穩定(ding)(ding)的(de)能耗[11]。本文(wen)以華南(nan)地(di)區某綜合醫(yi)(yi)院為(wei)例分(fen)析醫(yi)(yi)院的(de)能源(yuan)(yuan)消(xiao)耗情況。

　　廣州市(shi)番(fan)禺區 醫(yi)院(yuan)是一所大型綜合(he)公立醫(yi)院(yuan)，占地14.7萬m2，有(you)建筑(zhu)樓(lou)8棟(dong)，總建筑(zhu)面積23.5萬m2，實際開放(fang)床位1479張，2020年(nian)(nian)總診療達176.8萬次(ci)。該(gai)醫(yi)院(yuan)能源消耗的類(lei)主要為電能消耗和燃(ran)料(liao)消耗。2020年(nian)(nian)度用(yong)電量(liang)達2489萬kW·h，

　　天然(ran)氣消(xiao)費(fei)量(liang)3068m3，汽油(you)消(xiao)費(fei)量(liang)59656L，柴油(you)消(xiao)費(fei)量(liang)240L，全院(yuan)年能(neng)源消(xiao)費(fei)量(liang)折算標煤3152t標準煤，電(dian)能(neng)消(xiao)費(fei)占醫院(yuan)總能(neng)消(xiao)耗的百分(fen)之97.07。醫院(yuan)電(dian)能(neng)消(xiao)費(fei)可分(fen)為醫療設備(bei)和(he)后(hou)勤服務(wu)設備(bei)，其中(zhong)后(hou)勤服務(wu)設備(bei)包括暖通空調、照(zhao)明(ming)系(xi)統、電(dian)梯、安防、

　　辦(ban)公用(yong)電等(deng)。該(gai)醫(yi)院地處南(nan)亞熱(re)帶，氣候分區屬于(yu)夏(xia)(xia)熱(re)冬暖，冬季無供暖需求，空(kong)調系(xi)統主要用(yong)于(yu)夏(xia)(xia)季供冷。

　　醫院空(kong)(kong)調(diao)能耗全年平(ping)均占比百分(fen)之45.83，6、7、8月份占比達百分(fen)之51以上。醫院空(kong)(kong)調(diao)能耗逐月分(fen)布情況見表1。

　　根據(ju)使用目(mu)的(de)，醫院(yuan)空(kong)(kong)調可分為舒(shu)(shu)適(shi)性(xing)(xing)空(kong)(kong)調和工藝性(xing)(xing)空(kong)(kong)調[12]。舒(shu)(shu)適(shi)性(xing)(xing)空(kong)(kong)調主要為室內人(ren)員提供舒(shu)(shu)適(shi)環(huan)境，包括(kuo)病房、辦公室等(deng)公共活動區(qu)域(yu)。工藝性(xing)(xing)空(kong)(kong)調應用在對空(kong)(kong)氣質量有(you)嚴格要求的(de)空(kong)(kong)間，包括(kuo)手術室、麻醉(zui)科等(deng)區(qu)域(yu)。醫院(yuan)空(kong)(kong)調系統耗能量前五的(de)區(qu)域(yu)見圖1，

　　分別是(shi)病房（含(han)辦公(gong)室區域(yu)）、手(shou)術室和麻醉科(ke)、門診、消(xiao)毒供應 、急診。其中病房（含(han)辦公(gong)室區域(yu)）占空(kong)調系統用能的百分之35.8，大大高于手(shou)術室等區域(yu)。

　　此外，醫院(yuan)的(de)(de)(de)能源(yuan)均為外部購置，成(cheng)本居(ju)高不下。醫院(yuan)的(de)(de)(de)能源(yuan)供(gong)應(ying)結(jie)構較為單(dan)一，電能百分之100由市(shi)電供(gong)應(ying)，不利(li)于醫院(yuan)能源(yuan)系統(tong)安全(quan)。根(gen)據綠色醫院(yuan)建(jian)筑的(de)(de)(de)建(jian)設理念，需要符合低碳環保的(de)(de)(de)要求(qiu)。

　　2醫院節能(neng)措施建模

　　由(you)醫院(yuan)能(neng)(neng)(neng)(neng)耗(hao)特性分析可知，醫院(yuan)能(neng)(neng)(neng)(neng)源(yuan)系統節(jie)能(neng)(neng)(neng)(neng)應從減(jian)少能(neng)(neng)(neng)(neng)源(yuan)消(xiao)耗(hao)和(he)改(gai)善能(neng)(neng)(neng)(neng)源(yuan)供應結構著手。以電能(neng)(neng)(neng)(neng)為主的(de)能(neng)(neng)(neng)(neng)源(yuan)消(xiao)費中，空調(diao)能(neng)(neng)(neng)(neng)耗(hao)占能(neng)(neng)(neng)(neng)耗(hao)的(de)大(da)部(bu)分。其中，醫院(yuan)工藝性空調(diao)需要(yao)為診(zhen)療服務提供支撐，不(bu)適宜進行大(da)幅度改(gai)造(zao)。醫院(yuan)舒適性空調(diao)中，病(bing)房(fang)（含辦(ban)公室區(qu)(qu)域）應作(zuo)為節(jie)能(neng)(neng)(neng)(neng)對(dui)象。在日(ri)常實踐(jian)中發(fa)現，病(bing)房(fang)和(he)辦(ban)公室區(qu)(qu)域，人為不(bu)節(jie)能(neng)(neng)(neng)(neng)行為會造(zao)成空調(diao)非必要(yao)的(de)能(neng)(neng)(neng)(neng)耗(hao)。例(li)如(ru)，在病(bing)房(fang)區(qu)(qu)域，部(bu)分病(bing)人節(jie)能(neng)(neng)(neng)(neng)意識(shi)差，將空調(diao)溫度調(diao)至很低(di)；部(bu)分病(bing)人擔

　　心室內空(kong)氣流(liu)通(tong)狀況不(bu)佳，在空(kong)調(diao)運行(xing)(xing)期間將窗戶打開通(tong)風(feng)；辦公區(qu)域(yu)，辦公室人員時常有下班忘記關(guan)空(kong)調(diao)等現(xian)象。醫院(yuan)人員構成復雜，節能(neng)理念難以統一，靠制度(du)約束人的行(xing)(xing)為不(bu)可控(kong)因素過多(duo)。因此，考(kao)慮基于智(zhi)慧醫院(yuan)管(guan)理的智(zhi)能(neng)樓宇建設(she)，構建空(kong)調(diao)監控(kong)系統、空(kong)調(diao)與窗戶聯動控(kong)制系統模(mo)型，同時挖掘醫院(yuan)可再生能(neng)源資源的潛力，構建屋頂(ding)光伏系統模(mo)型。

　　2.1空調智慧監控系統

　　結合國(guo)務院執行(xing)公共建筑空調(diao)(diao)溫(wen)(wen)度(du)控(kong)制(zhi)標準的(de)通(tong)知(zhi)和(he)夏季病(bing)(bing)房內(nei)病(bing)(bing)人舒適性要求(qiu)，空調(diao)(diao)系(xi)統(tong)設定(ding)的(de)溫(wen)(wen)度(du)取27℃較(jiao)為適宜[13]，而現實中，用戶(hu)多將病(bing)(bing)房空調(diao)(diao)設定(ding)溫(wen)(wen)度(du)遠(yuan)低(di)于27℃。因(yin)此，在考慮用戶(hu)偏好的(de)前(qian)提下(xia)，通(tong)過(guo)空調(diao)(diao)智慧監(jian)控(kong)系(xi)統(tong)對病(bing)(bing)房內(nei)空調(diao)(diao)溫(wen)(wen)度(du)范圍(wei)進行(xing)調(diao)(diao)控(kong)，空調(diao)(diao)智慧監(jian)控(kong)系(xi)統(tong)設定(ding)如下(xia)：

　　1）實時(shi)采(cai)集室(shi)內、室(shi)外氣溫(wen)；

　　2）規定(ding)空調設定(ding)溫度值tn；

　　3）病房內用戶輸入自己的偏好(hao)溫度ti；

　　4）當(dang)外界氣(qi)溫(wen)高于(ti+3)℃時(shi)，病房(fang)空(kong)調(diao)開(kai)啟，且(qie)溫(wen)度設定為ti；

　　5）當用戶(hu)輸入(ru)的(de)偏好溫度(du)ti低(di)于tn時，病(bing)房空(kong)調自動設(she)定(ding)為tn。

　　模型假設(she)用(yong)(yong)(yong)戶用(yong)(yong)(yong)能行(xing)為(wei)與(yu)(yu)監控(kong)系統邏輯(ji)一致，傾向(xiang)于在(zai)外(wai)界氣(qi)溫(wen)高于用(yong)(yong)(yong)戶的(de)偏(pian)(pian)好溫(wen)度(du)(du)3℃時(shi)開(kai)啟空(kong)(kong)調(diao)。南方(fang)地區(qu)除夏季持續(xu)高溫(wen)外(wai)，過渡季節(jie)氣(qi)溫(wen)較多處于25～30℃間，因此該(gai)系統能有效監控(kong)病房內(nei)空(kong)(kong)調(diao)開(kai)啟次數(shu)和設(she)定溫(wen)度(du)(du)。根據Meteonorm軟件(jian)導出的(de)廣州(zhou)市2020年(nian)全(quan)年(nian)8785h氣(qi)象數(shu)據，廣州(zhou)市全(quan)年(nian)有1444h≥30℃，3122h≥27℃，4185h≥25℃。若用(yong)(yong)(yong)戶偏(pian)(pian)好溫(wen)度(du)(du)為(wei)22℃，則與(yu)(yu)設(she)定溫(wen)度(du)(du)值(zhi)27℃相比，全(quan)年(nian)空(kong)(kong)調(diao)開(kai)啟時(shi)長相差(cha)(cha)巨大。用(yong)(yong)(yong)戶偏(pian)(pian)好溫(wen)度(du)(du)較低(di)，令室(shi)內(nei)外(wai)溫(wen)差(cha)(cha)加(jia)大，從而(er)增加(jia)空(kong)(kong)調(diao)運行(xing)能耗(hao)。計算能耗(hao)改變比例時(shi)，可(ke)以(yi)假設(she)外(wai)界環境除氣(qi)溫(wen)以(yi)外(wai)的(de)因素不變，將空(kong)(kong)調(diao)系統能耗(hao)簡(jian)化為(wei)室(shi)內(nei)外(wai)空(kong)(kong)氣(qi)焓(han)差(cha)(cha)。在(zai)改善空(kong)(kong)調(diao)開(kai)啟時(shi)長和空(kong)(kong)氣(qi)焓(han)差(cha)(cha)共同作用(yong)(yong)(yong)下(xia)，節(jie)約的(de)能耗(hao)計算如(ru)下(xia)：

　　式(shi)中：ηt為(wei)(wei)(wei)每(mei)年(nian)(nian)因空(kong)調(diao)(diao)溫(wen)度控制而節約的空(kong)調(diao)(diao)能(neng)耗(hao)比例， ；η0為(wei)(wei)(wei)病房空(kong)調(diao)(diao)能(neng)耗(hao)占(zhan)醫院總體空(kong)調(diao)(diao)能(neng)耗(hao)比例， ；Q為(wei)(wei)(wei)未實施節能(neng)措(cuo)施前(qian)每(mei)年(nian)(nian)病房空(kong)調(diao)(diao)系(xi)統(tong)能(neng)耗(hao)，kW·h；Qrt為(wei)(wei)(wei)實施節能(neng)措(cuo)施后每(mei)年(nian)(nian)病房空(kong)調(diao)(diao)系(xi)統(tong)能(neng)耗(hao)，kW·h；ko為(wei)(wei)(wei)每(mei)年(nian)(nian)室外(wai)氣溫(wen)≥(ti+3)℃的時間，h；ki為(wei)(wei)(wei)每(mei)年(nian)(nian)室外(wai)氣溫(wen)≥(tn+3)℃的時間，h；hw為(wei)(wei)(wei)室外(wai)空(kong)氣逐時比焓，kJ/kg；hn為(wei)(wei)(wei)室內空(kong)氣時比焓，kJ/kg；Pt為(wei)(wei)(wei)在(t1,t2)溫(wen)度區間空(kong)調(diao)(diao)溫(wen)度設(she)定的取值概率。

　　2.2空調與(yu)窗戶聯動控制(zhi)系統(tong)

　　當(dang)開(kai)啟空調(diao)房間(jian)(jian)的(de)(de)窗戶(hu)打開(kai)時(shi)，在熱壓和風壓的(de)(de)作用下(xia)，室(shi)內冷(leng)(leng)空氣(qi)逸出，室(shi)外熱空氣(qi)進(jin)入，使房間(jian)(jian)的(de)(de)冷(leng)(leng)負荷增加(jia)。結合(he)醫院(yuan)“智慧管(guan)理(li)(li)"的(de)(de)精細(xi)化(hua)管(guan)理(li)(li)，加(jia)強醫院(yuan)設(she)備(bei)在線管(guan)理(li)(li)，可建設(she)空調(diao)系(xi)統(tong)與窗戶(hu)聯動(dong)控制系(xi)統(tong)，監控窗戶(hu)啟閉狀態，當(dang)空調(diao)運行和窗戶(hu)開(kai)啟2個條件同時(shi)滿(man)足時(shi)，通(tong)過能(neng)源(yuan)管(guan)理(li)(li)系(xi)統(tong)關閉房間(jian)(jian)空調(diao)，由此調(diao)節病房內空調(diao)用能(neng)行為(wei)。為(wei)簡(jian)化(hua)計算(suan)，忽略冷(leng)(leng)熱空氣(qi)焓差，假設(she)從(cong)窗戶(hu)進(jin)入的(de)(de)是與室(shi)內新(xin)風溫(wen)度(du)相同的(de)(de)冷(leng)(leng)空氣(qi)，通(tong)過實施該(gai)系(xi)統(tong)前后的(de)(de)系(xi)統(tong)風量變(bian)化(hua)計算(suan)節約的(de)(de)空調(diao)能(neng)耗比例。新(xin)風量能(neng)耗只占空調(diao)能(neng)耗的(de)(de)一部分，但(dan)在外界

　　條件不變(bian)的情況下(xia)，新風量(liang)的有限改變(bian)不會(hui)大幅影(ying)(ying)響(xiang)新風量(liang)負荷(he)占空調冷負荷(he)的比例。且真實的熱空氣進入(ru)房間(jian)后會(hui)額(e)外增加(jia)空調能(neng)(neng)耗，因此，該(gai)簡化不影(ying)(ying)響(xiang)措施(shi)的能(neng)(neng)耗節約比例計(ji)算。節約的能(neng)(neng)耗計(ji)算如下(xia)：

　　ηw=ηnew(1－Grw/G)×100 (4)

　　G=Go×T×N×Kw+Gr×D×N(5)

　　Grw=Gr×D×N(6)

　　式中(zhong)：ηw為每年因(yin)控制(zhi)開窗(chuang)(chuang)行(xing)為而節約的(de)空調能耗比例(li)， ；ηnew為新風(feng)(feng)量(liang)部分(fen)占空調冷負荷(he)的(de)比例(li)， ；Grw為實(shi)施空調與(yu)窗(chuang)(chuang)戶聯動控制(zhi)系(xi)統(tong)后每年病房(fang)空調系(xi)統(tong)總新風(feng)(feng)量(liang)，m3；Go為通(tong)過開窗(chuang)(chuang)戶流通(tong)的(de)空氣(qi)量(liang)，m3/s；T為開空調時開窗(chuang)(chuang)時長(chang)(chang)，h；N為房(fang)間(jian)數，個；Gr為一個房(fang)間(jian)的(de)新風(feng)(feng)換氣(qi)量(liang)，m3/s；D為開空調時長(chang)(chang)，s；Kw為有開窗(chuang)(chuang)現象的(de)病房(fang)比例(li)， 。

　　為便于研究窗戶流(liu)通(tong)(tong)的(de)空(kong)氣量，將一個開窗的(de)房(fang)間簡化為單(dan)側(ce)(ce)開口箱(xiang)體。通(tong)(tong)過窗戶的(de)單(dan)側(ce)(ce)通(tong)(tong)風量為熱壓(ya)(ya)和風壓(ya)(ya)作用下(xia)的(de)流(liu)通(tong)(tong)量。熱壓(ya)(ya)是(shi)指(zhi)因室內(nei)(nei)外(wai)溫(wen)度(du)不(bu)同造成室內(nei)(nei)外(wai)空(kong)氣密度(du)差(cha)而產(chan)生的(de)壓(ya)(ya)差(cha)。風壓(ya)(ya)是(shi)指(zhi)室內(nei)(nei)外(wai)風速作用下(xia)產(chan)生的(de)壓(ya)(ya)差(cha)，假設(she)窗戶為單(dan)開口自然通(tong)(tong)風，且為穩態流(liu)動。單(dan)側(ce)(ce)通(tong)(tong)風量計算公式[14]為：

　　式中：Gh為(wei)(wei)(wei)熱壓(ya)作(zuo)(zuo)用下(xia)的(de)自然通風(feng)(feng)量(liang)，m3/s；Cd為(wei)(wei)(wei)系數，取(qu)0.61；A為(wei)(wei)(wei)窗戶開(kai)(kai)啟面積(ji)，m2；H為(wei)(wei)(wei)開(kai)(kai)口(kou)高度(du)，m；ΔT為(wei)(wei)(wei)室(shi)內(nei)外空(kong)(kong)氣溫度(du)差(cha)，K；T為(wei)(wei)(wei)室(shi)內(nei)外空(kong)(kong)氣平均熱力學溫度(du)，K；Gw為(wei)(wei)(wei)風(feng)(feng)壓(ya)作(zuo)(zuo)用下(xia)的(de)自然通風(feng)(feng)量(liang)，m3/s；Aeff為(wei)(wei)(wei)有效開(kai)(kai)口(kou)面積(ji)，m2；U為(wei)(wei)(wei)開(kai)(kai)口(kou)處(chu)的(de)風(feng)(feng)速，m/s。

　　2.3綜合發(fa)電和樓頂遮陽的屋頂光伏(fu)系統(tong)

　　太陽(yang)能光伏板(ban)是常見的分布式可(ke)再生能源(yuan)。通(tong)(tong)過增加發電(dian)途徑，可(ke)以(yi)改善能源(yuan)供應，降低能源(yuan)成(cheng)本。通(tong)(tong)常該技(ji)術措(cuo)施(shi)的節能效果是根據(ju)光伏發電(dian)量估算，而光伏板(ban)對于建筑的影響則(ze)被忽略。根據(ju)對設(she)備設(she)施(shi)的智慧管理與規劃，設(she)計屋(wu)頂太陽(yang)能光伏板(ban)鋪(pu)設(she)方案，可(ke)以(yi)達到發電(dian)和樓頂遮陽(yang)的雙重(zhong)效果。

　　在屋頂(ding)，光(guang)伏板對(dui)太陽輻射進行(xing)直接(jie)遮擋，相當(dang)于增加了熱(re)阻，減少到達室(shi)內的(de)熱(re)流量。光(guang)伏板架空(kong)(kong)通(tong)風層中空(kong)(kong)氣對(dui)流運動也能帶走部(bu)分熱(re)量，減少到達屋頂(ding)的(de)熱(re)流量，為(wei)(wei)簡化(hua)計(ji)算(suan)，忽略不計(ji)。因遮陽減少的(de)能耗比例計(ji)算(suan)公式(shi)為(wei)(wei)：

　　式中：q1為(wei)采取遮陽(yang)措施前單位面(mian)積(ji)因太(tai)陽(yang)輻射產生從室(shi)外(wai)到(dao)室(shi)內的(de)(de)熱流(liu)量(liang)，W/m2；q2為(wei)采取遮陽(yang)措施后單位面(mian)積(ji)因太(tai)陽(yang)輻射產生從室(shi)外(wai)到(dao)室(shi)內的(de)(de)熱流(liu)量(liang)，W/m2；Ro為(wei)屋(wu)面(mian)總熱阻，m2·K/W；ΔR為(wei)光伏板附(fu)加的(de)(de)熱阻，m2·K/W；A為(wei)屋(wu)頂(ding)房間(jian)數量(liang)占(zhan)全部房間(jian)的(de)(de)比例， 。

　　通過光(guang)伏板發電產(chan)生的電量(liang)計算公(gong)式為：

　　ηpv,p=Ppv/Q=Ipv×S×p×T(13)

　　式(shi)中：Ppv為(wei)光(guang)伏(fu)板(ban)年發電(dian)(dian)量，kW·h；Ipv為(wei)單位(wei)光(guang)伏(fu)板(ban)的額(e)定發電(dian)(dian)功率，kW/m2；S為(wei)屋頂可鋪設光(guang)伏(fu)板(ban)面積，m2；p為(wei)光(guang)伏(fu)板(ban)發電(dian)(dian)效率， ；T為(wei)年太陽(yang)能可利(li)用小時數，h。

　　由式(10)～式(13)，則該項(xiang)措施每(mei)年可節省空調能耗比例為(wei)：

　　ηpv=ηpv,r+ηpv,p(14)

　　綜合以上節能措施，共節約能耗比例為(wei)：

　　ηc=ηt+ηw+ηpv(15)

　　3節能效果(guo)與敏感性(xing)分析

　　廣州地區(qu)(qu)夏(xia)季室(shi)外空(kong)氣逐時計(ji)(ji)算(suan)焓值可根據GB50019—2015《工業建筑供暖通風與(yu)空(kong)氣調(diao)(diao)節設計(ji)(ji)規范》查得。醫院空(kong)調(diao)(diao)系統(tong)設定(ding)的(de)特定(ding)溫(wen)度tn取(qu)27℃，室(shi)內相對(dui)濕度取(qu)60 。據調(diao)(diao)查統(tong)計(ji)(ji)，廣州地區(qu)(qu)典型的(de)家庭情(qing)景(jing)里開(kai)機(ji)時臥(wo)室(shi)和客廳(ting)開(kai)啟空(kong)調(diao)(diao)的(de)平均溫(wen)23.35℃[15]。假設用戶設定(ding)空(kong)調(diao)(diao)溫(wen)度ti遵循(xun)正態分(fen)布，取(qu)N(23,22)，取(qu)值區(qu)(qu)間(jian)為(wei)(15℃,35℃)。

　　開(kai)窗(chuang)(chuang)行(xing)為(wei)是(shi)個體不確定(ding)行(xing)為(wei)，在空(kong)調(diao)(diao)房間的(de)開(kai)窗(chuang)(chuang)行(xing)為(wei)是(shi)一(yi)(yi)種特定(ding)情景(jing)的(de)開(kai)窗(chuang)(chuang)行(xing)為(wei)[16]。夏熱(re)冬冷地(di)區夏季空(kong)調(diao)(diao)開(kai)啟(qi)時窗(chuang)(chuang)戶開(kai)啟(qi)率有11.1 [17]，可認為(wei)此(ci)行(xing)為(wei)規律在夏熱(re)冬暖(nuan)地(di)區適用。取(qu)開(kai)窗(chuang)(chuang)時長為(wei)開(kai)空(kong)調(diao)(diao)時長的(de)一(yi)(yi)半。單間病房新(xin)風(feng)(feng)量Gr取(qu)0.0556m3/s。窗(chuang)(chuang)戶開(kai)啟(qi)面(mian)積(ji)A取(qu)1.2m×0.6m，開(kai)口(kou)(kou)的(de)高度H取(qu)1.2m，有效(xiao)開(kai)口(kou)(kou)面(mian)積(ji)Aeff取(qu)窗(chuang)(chuang)口(kou)(kou)面(mian)積(ji)A的(de)一(yi)(yi)半。室內(nei)外空(kong)氣溫(wen)度差ΔT取(qu)5K，室內(nei)外空(kong)氣平均溫(wen)度T取(qu)302.5K，開(kai)口(kou)(kou)處(chu)的(de)風(feng)(feng)速(su)U取(qu)2m/s。

　　根據夏熱(re)冬暖地區(qu)居住建筑節能(neng)設(she)計標(biao)準，屋頂熱(re)阻Ro取(qu)0.91m·2K/W，ΔR取(qu)0.3m·2K/W。A取(qu)14 ，COP取(qu)3.5。單(dan)位光(guang)伏板(ban)的額(e)定發電功率(lv)Ipv取(qu)1kW/m2，屋頂可鋪(pu)設(she)光(guang)伏板(ban)面積(ji)S取(qu)2000m2，光(guang)伏板(ban)發電效率(lv)p取(qu)15.4 ，年太(tai)陽能(neng)可利用小時數T取(qu)2200h。

　　經(jing)計(ji)算，采取以上節(jie)能措施后，全年預(yu)計(ji)可減少用電256萬kW·h，折合節(jie)省標(biao)煤315t，減少CO2排放量873t，說明節(jie)能措施具有良好的經(jing)濟效益(yi)和環境效益(yi)。

　　各(ge)項節(jie)能(neng)(neng)措施從(cong)設(she)備的(de)智慧管理、人的(de)行(xing)(xing)為控制(zhi)(zhi)和可(ke)(ke)再生(sheng)能(neng)(neng)源利(li)用等方面進行(xing)(xing)節(jie)能(neng)(neng)，節(jie)能(neng)(neng)效果各(ge)有不同。采取節(jie)能(neng)(neng)措施后(hou)，醫院能(neng)(neng)耗(hao)比例(li)見(jian)圖(tu)2。由圖(tu)可(ke)(ke)看出，節(jie)能(neng)(neng)措施共節(jie)約醫院能(neng)(neng)耗(hao)22.47 。其中，空(kong)(kong)調溫度控制(zhi)(zhi)占(zhan)12 ，光(guang)伏(fu)板(ban)綜合節(jie)能(neng)(neng)占(zhan)7 ，開(kai)窗行(xing)(xing)為控制(zhi)(zhi)占(zhan)3 ，說明空(kong)(kong)調溫度控制(zhi)(zhi)起(qi)了(le)重要(yao)作用。空(kong)(kong)調溫度控制(zhi)(zhi)和光(guang)伏(fu)板(ban)綜合節(jie)能(neng)(neng)措施可(ke)(ke)在(zai)已建成醫院進行(xing)(xing)局部改造，開(kai)窗行(xing)(xing)為控制(zhi)(zhi)需要(yao)加強醫院運(yun)行(xing)(xing)管理。

　　在對節能措施的效果分(fen)析(xi)中，為減少不確定(ding)(ding)因素(su)，作了一(yi)定(ding)(ding)程度的簡化和估計。現對部分(fen)數據(ju)作敏感性分(fen)析(xi)：

　　對用戶降低空調(diao)設(she)定(ding)溫(wen)度(du)或提前開啟(qi)空調(diao)的行為進行分析時，取空調(diao)設(she)定(ding)溫(wen)度(du)為正態分布N(23,22)。當標準差和均(jun)值分別(bie)變化時，室內設(she)定(ding)溫(wen)度(du)概率(lv)分布見(jian)圖(tu)3。

　　當(dang)標準差(cha)變(bian)化為1、2、2.5時，計(ji)(ji)算(suan)(suan)得(de)到節約(yue)(yue)空(kong)調(diao)能耗比例分別為11.5 、12.1 、12.6 ，差(cha)別不(bu)大。當(dang)均值(zhi)變(bian)化為23、24、25時，計(ji)(ji)算(suan)(suan)得(de)到節約(yue)(yue)空(kong)調(diao)能耗比例分別為12.1 、10.6 、9.1 ，均值(zhi)的(de)變(bian)化對結果影響較(jiao)(jiao)標準差(cha)變(bian)化帶來的(de)影響較(jiao)(jiao)大。根據(ju)日常經驗，僅有20 的(de)人(ren)將空(kong)調(diao)調(diao)至25℃是較(jiao)(jiao)為保守(shou)的(de)估計(ji)(ji)，此時節約(yue)(yue)空(kong)調(diao)能耗比例仍然較(jiao)(jiao)高。

　　2）對(dui)空(kong)調(diao)開啟時(shi)開啟窗戶的(de)(de)行為(wei)(wei)進行分析時(shi)，開窗的(de)(de)病房比(bi)(bi)例、通風(feng)(feng)面(mian)(mian)積、室(shi)(shi)內(nei)外(wai)(wai)(wai)溫差(cha)(cha)均取值一(yi)定。當開窗病房比(bi)(bi)例為(wei)(wei)11 、通風(feng)(feng)面(mian)(mian)積取0.64m2、室(shi)(shi)內(nei)外(wai)(wai)(wai)溫差(cha)(cha)取5℃時(shi)，節約空(kong)調(diao)能耗(hao)(hao)比(bi)(bi)例為(wei)(wei)3.34 ，此數據為(wei)(wei)綜合各種開窗情(qing)況的(de)(de)平均情(qing)況。當開窗的(de)(de)病房比(bi)(bi)例從(cong)(cong)8 變化到(dao)(dao)10 時(shi)，節約空(kong)調(diao)能耗(hao)(hao)比(bi)(bi)例從(cong)(cong)2.41 變化到(dao)(dao)3.01 。當通風(feng)(feng)面(mian)(mian)積從(cong)(cong)50 變化到(dao)(dao)80 時(shi)，節約空(kong)調(diao)能耗(hao)(hao)比(bi)(bi)例從(cong)(cong)2.36 變化到(dao)(dao)2.68 。當室(shi)(shi)內(nei)外(wai)(wai)(wai)溫差(cha)(cha)為(wei)(wei)3℃時(shi)，節約空(kong)調(diao)能耗(hao)(hao)比(bi)(bi)例為(wei)(wei)2.97 。可知開窗的(de)(de)病房比(bi)(bi)例和(he)通風(feng)(feng)面(mian)(mian)積對(dui)能耗(hao)(hao)比(bi)(bi)例有一(yi)定影響，室(shi)(shi)內(nei)外(wai)(wai)(wai)溫差(cha)(cha)影響較小。

　　4安(an)科(ke)瑞醫院EMS能效管理系統(tong)

　　4.1平臺拓撲圖

4.2醫院能耗管(guan)理系統解(jie)決方(fang)案

　　對建筑各類耗能(neng)(neng)(neng)設備能(neng)(neng)(neng)耗數(shu)(shu)據進行實(shi)時測量，對采集(ji)數(shu)(shu)據進行統計和分(fen)析。能(neng)(neng)(neng)夠合理的(de)確定各科室建筑能(neng)(neng)(neng)耗經濟指標(biao)及績效考(kao)核(he)指標(biao)，發現能(neng)(neng)(neng)源(yuan)使(shi)用規律和能(neng)(neng)(neng)源(yuan)浪費(fei)情況(kuang)，提高人員(yuan)主動節能(neng)(neng)(neng)的(de)意識。

　　①　搭建(jian)醫院(yuan)智慧能(neng)源管理系統(tong)的(de)基本框架，對各個用能(neng)環(huan)節進行實時監測；

　　②　排碳(tan)(tan)數據(ju)化：通過系統可實現建筑(zhu)單位內人(ren)均能(neng)耗分析（包括水、電(dian)、能(neng)量），實現低碳(tan)(tan)辦公(gong)數據(ju)化；

　　③　區域能(neng)效比(bi)：實現建(jian)筑單位內區域能(neng)耗對比(bi)，方便能(neng)耗考核；

　　④　同(tong)(tong)期(qi)能效比：實現同(tong)(tong)年、同(tong)(tong)期(qi)、同(tong)(tong)一區域能耗對(dui)比，方便節能數(shu)據分析；

　　⑤　能耗評估(gu)管(guan)理：按照能源消耗定(ding)額標(biao)準(zhun)(zhun)約(yue)束值、標(biao)準(zhun)(zhun)值、引導值進(jin)行(xing)分析(xi)單位(wei)面積能耗和人均能耗指(zhi)標(biao)；

　　⑥　能耗競爭排(pai)名：各個科室能耗對(dui)比，實現(xian)能耗排(pai)名，增強全(quan)院工作(zuo)人(ren)員(yuan)的節能意(yi)識；

　　⑦　對(dui)能(neng)耗(hao)的(de)(de)(de)使用數據進行綜合的(de)(de)(de)分析、統(tong)計、打印和查詢等功能(neng)，并根(gen)據能(neng)耗(hao)監測(ce)管(guan)理系(xi)統(tong)的(de)(de)(de)需(xu)要(yao)可(ke)選擇不同樣式報表(biao)的(de)(de)(de)打印。為能(neng)耗(hao)運營管(guan)理部門提供可(ke)靠的(de)(de)(de)依(yi)據；

　　⑧　能耗數據(ju)采(cai)集，隨(sui)時(shi)查詢，并根據(ju)采(cai)集數據(ju)進(jin)(jin)行(xing)統(tong)計分析，監(jian)測異常能源用量，對能源智能儀表故障進(jin)(jin)行(xing)報警，提高系統(tong)信息化、自動(dong)化水平。

能耗(hao)管控系統硬(ying)件配置(zhi)方(fang)案

　　4.3醫院(yuan)智能照明控制系統(tong)解決方案(an)

　　醫院(yuan)人流比較密集(ji)，科室(shi)較多，照(zhao)明(ming)(ming)用電(dian)在(zai)(zai)醫院(yuan)電(dian)能消耗中約(yue)占到15 左右。所以合(he)理使用照(zhao)明(ming)(ming)控(kong)制系統(tong)，在(zai)(zai)提(ti)升(sheng)醫生和患者的(de)體驗情況下大程(cheng)度(du)使用自(zi)然(ran)光照(zhao)明(ming)(ming)，通過感應控(kong)制做到人來燈亮，人走燈滅或保持地強(qiang)度(du)照(zhao)明(ming)(ming)，盡量解決照(zhao)明(ming)(ming)用電(dian)。

　　ASL1000智能(neng)照(zhao)明(ming)控制(zhi)系統可(ke)以實現場(chang)景(jing)控制(zhi)、時間(jian)控制(zhi)、區(qu)域控制(zhi)、光照(zhao)度感應控制(zhi)以及紅外感應控制(zhi)等(deng)多種控制(zhi)方(fang)式，能(neng)有效避免公共區(qu)域的(de)照(zhao)明(ming)浪費(fei)，還可(ke)以幫助醫院(yuan)管理照(zhao)明(ming)。

　　系統在配電(dian)箱內的模(mo)塊主(zhu)要有總線電(dian)源(yuan)、開(kai)關驅動器、IP網關、耦合器、干接點(dian)輸入模(mo)塊等(deng)。這些(xie)模(mo)塊使用35mm標準導軌安裝。

　　安裝(zhuang)在(zai)控(kong)制(zhi)(zhi)現(xian)場的模(mo)塊主要有光(guang)照度傳感器、紅(hong)外(wai)傳感器和(he)智(zhi)能面板。有人經過可(ke)以設定紅(hong)外(wai)感應控(kong)制(zhi)(zhi)亮燈，人離開后在(zai)設定的時間內熄燈，智(zhi)能面板等(deng)手動控(kong)制(zhi)(zhi)設備，可(ke)實(shi)現(xian)自動控(kong)制(zhi)(zhi)、現(xian)場控(kong)制(zhi)(zhi)和(he)值班室遠程控(kong)制(zhi)(zhi)相結合。

智能(neng)照明控制系統硬件配置方案(an)

　　4結論

　　1）醫(yi)院能源消(xiao)(xiao)費以電(dian)能為(wei)主的(de)(de)能源消(xiao)(xiao)費中，空調能耗(hao)占能耗(hao)的(de)(de)大部分，其(qi)中病(bing)房(fang)（含辦公室(shi)區域）占空調系統(tong)用能的(de)(de)35.8 ，具有較大的(de)(de)節能潛力。

　　2）空調(diao)智慧(hui)監(jian)控(kong)系(xi)(xi)統通過管理(li)病房內溫度，使(shi)之維持在(zai)特定的溫度區間，可(ke)以(yi)降(jiang)(jiang)低(di)醫(yi)(yi)院(yuan)(yuan)能耗12 ；空調(diao)與窗戶聯動控(kong)制系(xi)(xi)統通過控(kong)制和(he)減少人的開窗行為(wei)，可(ke)以(yi)降(jiang)(jiang)低(di)醫(yi)(yi)院(yuan)(yuan)能耗3 ；屋頂光伏系(xi)(xi)統可(ke)以(yi)實現綜合發電和(he)樓頂遮陽，從而降(jiang)(jiang)低(di)醫(yi)(yi)院(yuan)(yuan)能耗7 。

　　3）通過建設智(zhi)慧能(neng)源管(guan)理系統(tong)，預計實施后每年可以減少用電256萬kW·h，相(xiang)當(dang)于(yu)節省標(biao)準煤315t，減少CO2排放量873t，節能(neng)經濟效益(yi)和(he)環境(jing)效益(yi)顯(xian)著(zhu)。

　　4）室內設定溫(wen)度對能耗(hao)的(de)影(ying)響顯著(zhu)，空(kong)調溫(wen)度設為25℃時(shi)節(jie)約空(kong)調能耗(hao)比例(li)達到9.1 ；開窗的(de)病房比例(li)和(he)通風面積對能耗(hao)比例(li)有(you)一定影(ying)響，室內外溫(wen)差的(de)影(ying)響則較小。

　　本文基于智(zhi)(zhi)慧(hui)醫(yi)院(yuan)(yuan)的建設要求，主要探索(suo)了醫(yi)院(yuan)(yuan)智(zhi)(zhi)慧(hui)管(guan)理在(zai)(zai)能(neng)(neng)源(yuan)系(xi)統中(zhong)(zhong)的應用(yong)，分(fen)析的節能(neng)(neng)措施主要集(ji)中(zhong)(zhong)在(zai)(zai)智(zhi)(zhi)能(neng)(neng)樓(lou)宇與用(yong)戶的互動。在(zai)(zai)接下來(lai)的研究中(zhong)(zhong)，需要進一步(bu)研究智(zhi)(zhi)能(neng)(neng)設備(bei)管(guan)理和智(zhi)(zhi)慧(hui)醫(yi)療在(zai)(zai)能(neng)(neng)源(yuan)系(xi)統中(zhong)(zhong)的應用(yong)。

　　參考文獻：

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