安科瑞 宣依依

　　摘要：為(wei)減(jian)少醫(yi)療建筑(zhu)能(neng)(neng)(neng)耗，優化(hua)醫(yi)院能(neng)(neng)(neng)源管理，基于智(zhi)(zhi)慧醫(yi)院的(de)要求，通過分(fen)析(xi)廣州市番禺區 醫(yi)院的(de)能(neng)(neng)(neng)耗特性，對醫(yi)院空(kong)調(diao)系統、空(kong)調(diao)與窗戶聯動控制系統、屋頂光伏系統等(deng)智(zhi)(zhi)能(neng)(neng)(neng)樓(lou)宇分(fen)系統進行節(jie)能(neng)(neng)(neng)建模(mo)分(fen)析(xi)，建議采取醫(yi)院信息化(hua)建設、可再生能(neng)(neng)(neng)源改造、精細化(hua)管理等(deng)措施，預計實施后每年可以節(jie)約用電256萬kW·h，相當(dang)于節(jie)省315t標準煤，減(jian)少CO2排放量873t，對于城(cheng)市既有醫(yi)療建筑(zhu)的(de)節(jie)能(neng)(neng)(neng)改進和能(neng)(neng)(neng)源智(zhi)(zhi)慧管理具有較(jiao)強(qiang)的(de)示(shi)范作用。

　　關鍵(jian)詞：智慧醫院(yuan)；綜合智能(neng)樓宇；精細化管理；節能(neng)減排；光(guang)伏發電

　　0引言

　　隨著(zhu)社會(hui)經濟的(de)(de)(de)快(kuai)速發展，我國(guo)的(de)(de)(de)能(neng)(neng)源(yuan)消(xiao)費(fei)呈現增(zeng)長態(tai)勢。據(ju)統(tong)計2018年全國(guo)建(jian)(jian)(jian)筑運行(xing)能(neng)(neng)耗(hao)達到10億(yi)t標準煤，占全國(guo)能(neng)(neng)源(yuan)消(xiao)費(fei)總(zong)量(liang)比(bi)重為百分(fen)之21.7，碳排放21.1億(yi)t（以CO2計，下同），占全國(guo)能(neng)(neng)源(yuan)碳排放的(de)(de)(de)比(bi)重百分(fen)之21.9[1]。大型公(gong)(gong)共建(jian)(jian)(jian)筑是(shi)(shi)建(jian)(jian)(jian)筑能(neng)(neng)源(yuan)消(xiao)耗(hao)的(de)(de)(de)高(gao)密度(du)(du)領域(yu)，醫院(yuan)建(jian)(jian)(jian)筑的(de)(de)(de)能(neng)(neng)耗(hao)是(shi)(shi)一般公(gong)(gong)共建(jian)(jian)(jian)筑的(de)(de)(de)3～4倍(bei)[2]。2020年度(du)(du)廣(guang)東省公(gong)(gong)立醫院(yuan)單位建(jian)(jian)(jian)筑面積能(neng)(neng)耗(hao)17.17kg標準煤/m2，人均綜合能(neng)(neng)耗(hao)達280.82kg標準煤，遠(yuan)高(gao)于場館(guan)、學校(xiao)等公(gong)(gong)共建(jian)(jian)(jian)筑，是(shi)(shi)廣(guang)東省中(zhong)小(xiao)學建(jian)(jian)(jian)筑能(neng)(neng)耗(hao)的(de)(de)(de)5倍(bei)。隨著(zhu)國(guo)家“雙碳"戰(zhan)略的(de)(de)(de)推動，醫院(yuan)建(jian)(jian)(jian)筑運行(xing)節(jie)能(neng)(neng)工作迫在眉睫[3]。

　　當(dang)前醫(yi)院(yuan)采用(yong)(yong)的節(jie)能(neng)(neng)(neng)(neng)措施主要(yao)圍繞設備改(gai)(gai)造(zao)和更新[4]。林(lin)愛(ai)麟(lin)[5]摸查(cha)了(le)長(chang)沙(sha)市醫(yi)院(yuan)建筑能(neng)(neng)(neng)(neng)耗(hao)，提(ti)出采用(yong)(yong)提(ti)升冷熱源運(yun)行(xing)(xing)(xing)效率(lv)、合理配置空(kong)調及通風系統(tong)等(deng)措施來降低醫(yi)院(yuan)能(neng)(neng)(neng)(neng)耗(hao)；姜海勇等(deng)[6]以深(shen)圳市孫逸仙心(xin)血管(guan)醫(yi)院(yuan)為(wei)例，通過空(kong)調主機系統(tong)等(deng)節(jie)能(neng)(neng)(neng)(neng)改(gai)(gai)造(zao)達到降耗(hao)效果(guo)。沈洪等(deng)[7]分析了(le)中山大學附屬腫瘤醫(yi)院(yuan)燃油蒸汽鍋爐(lu)技改(gai)(gai)，同(tong)時配合智能(neng)(neng)(neng)(neng)群(qun)控系統(tong)。以上研究(jiu)主要(yao)考(kao)慮(lv)設備因(yin)素，較少考(kao)慮(lv)人(ren)的用(yong)(yong)能(neng)(neng)(neng)(neng)行(xing)(xing)(xing)為(wei)。方婷(ting)婷(ting)[8]選取廣州地區6個(ge)典(dian)型醫(yi)院(yuan)建筑，提(ti)出落實能(neng)(neng)(neng)(neng)源管(guan)理制度等(deng)節(jie)能(neng)(neng)(neng)(neng)建議，包括(kuo)運(yun)用(yong)(yong)制度對人(ren)員行(xing)(xing)(xing)為(wei)進行(xing)(xing)(xing)約束，但因(yin)為(wei)人(ren)的行(xing)(xing)(xing)為(wei)較難預測，實施效果(guo)難以保證。

　　智慧(hui)醫院(yuan)的建設(she)立足于(yu)信息化、互聯(lian)網、物(wu)聯(lian)網，通過對醫院(yuan)資源(yuan)的合理配置達到(dao)智慧(hui)管(guan)(guan)理的效(xiao)果[9-10]。其(qi)中，運(yun)用物(wu)理信息技術進行精細化管(guan)(guan)理的理念為(wei)醫院(yuan)能(neng)源(yuan)系統管(guan)(guan)理提供(gong)了(le)新的方向。本文以廣(guang)州(zhou)市番禺區 醫院(yuan)為(wei)研究對象，分(fen)析醫院(yuan)能(neng)耗(hao)特性和主要耗(hao)能(neng)因(yin)素(su)，提出基于(yu)智慧(hui)能(neng)源(yuan)管(guan)(guan)理的節(jie)能(neng)措施(shi)，并對節(jie)能(neng)措施(shi)的影響(xiang)因(yin)素(su)進行敏感性分(fen)析。

　　1醫院能(neng)耗特性(xing)分析

　　醫(yi)院(yuan)(yuan)建筑的能(neng)耗總量因醫(yi)院(yuan)(yuan)類型、等級、地理位(wei)置等因素而(er)不同，但具體的醫(yi)院(yuan)(yuan)在功能(neng)和能(neng)源結構確定(ding)后，通常(chang)有著較穩定(ding)的能(neng)耗[11]。本(ben)文以華南地區(qu)某綜合(he)醫(yi)院(yuan)(yuan)為例分析醫(yi)院(yuan)(yuan)的能(neng)源消耗情況。

　　廣州(zhou)市番(fan)禺區 醫院是一所大型綜合(he)公立醫院，占地14.7萬m2，有建(jian)筑(zhu)樓8棟，總建(jian)筑(zhu)面積23.5萬m2，實際開(kai)放床位1479張，2020年總診療達(da)176.8萬次。該醫院能源消(xiao)耗的(de)類主(zhu)要為電能消(xiao)耗和燃料(liao)消(xiao)耗。2020年度用電量達(da)2489萬kW·h，

　　天然氣消費量3068m3，汽(qi)油(you)消費量59656L，柴(chai)油(you)消費量240L，全院年能源消費量折算標煤(mei)3152t標準(zhun)煤(mei)，電能消費占醫院總能消耗(hao)的百分之97.07。醫院電能消費可分為醫療設備(bei)和后(hou)勤服(fu)務設備(bei)，其(qi)中后(hou)勤服(fu)務設備(bei)包括暖(nuan)通空調、照明系統、電梯、安防、

　　辦公用電(dian)等。該醫院地處(chu)南亞熱帶，氣候分區(qu)屬于夏熱冬暖，冬季無供暖需求，空(kong)調系統主要用于夏季供冷。

　　醫(yi)院(yuan)空調能(neng)耗全年(nian)平均占比百(bai)(bai)分(fen)之45.83，6、7、8月份占比達百(bai)(bai)分(fen)之51以上。醫(yi)院(yuan)空調能(neng)耗逐月分(fen)布情(qing)況(kuang)見表(biao)1。

　　根據使用目的(de)，醫(yi)院空(kong)調(diao)(diao)可分為舒(shu)適(shi)性空(kong)調(diao)(diao)和(he)工藝(yi)性空(kong)調(diao)(diao)[12]。舒(shu)適(shi)性空(kong)調(diao)(diao)主要為室內人員提供舒(shu)適(shi)環境，包括(kuo)病房(fang)、辦公室等(deng)公共活動區域。工藝(yi)性空(kong)調(diao)(diao)應(ying)用在對(dui)空(kong)氣質量有嚴格要求的(de)空(kong)間，包括(kuo)手(shou)術(shu)室、麻(ma)醉科等(deng)區域。醫(yi)院空(kong)調(diao)(diao)系統耗能量前五(wu)的(de)區域見圖(tu)1，

　　分別是病(bing)房（含辦公室(shi)(shi)(shi)區域(yu)）、手(shou)術室(shi)(shi)(shi)和麻醉科、門診(zhen)、消毒供應(ying) 、急(ji)診(zhen)。其中病(bing)房（含辦公室(shi)(shi)(shi)區域(yu)）占空調系(xi)統用能(neng)的百分之35.8，大大高(gao)于手(shou)術室(shi)(shi)(shi)等區域(yu)。

　　此(ci)外，醫(yi)院(yuan)的(de)能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)均(jun)為外部(bu)購(gou)置，成本居高不下。醫(yi)院(yuan)的(de)能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)供應結構較為單一(yi)，電(dian)能(neng)(neng)百(bai)分之100由市電(dian)供應，不利于醫(yi)院(yuan)能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)系統安全。根(gen)據綠(lv)色(se)醫(yi)院(yuan)建筑的(de)建設理(li)念(nian)，需(xu)要(yao)符合低碳(tan)環(huan)保的(de)要(yao)求。

　　2醫院節能措施(shi)建模

　　由(you)醫院(yuan)(yuan)能(neng)(neng)(neng)耗(hao)(hao)特性分(fen)析可知，醫院(yuan)(yuan)能(neng)(neng)(neng)源(yuan)系(xi)統節能(neng)(neng)(neng)應從減(jian)少能(neng)(neng)(neng)源(yuan)消耗(hao)(hao)和(he)(he)改善能(neng)(neng)(neng)源(yuan)供(gong)(gong)應結構著(zhu)手(shou)。以電能(neng)(neng)(neng)為主(zhu)的能(neng)(neng)(neng)源(yuan)消費中(zhong)(zhong)，空(kong)調(diao)能(neng)(neng)(neng)耗(hao)(hao)占能(neng)(neng)(neng)耗(hao)(hao)的大部(bu)分(fen)。其(qi)中(zhong)(zhong)，醫院(yuan)(yuan)工藝(yi)性空(kong)調(diao)需要(yao)為診療服務提供(gong)(gong)支撐，不適(shi)宜進行(xing)大幅(fu)度改造(zao)。醫院(yuan)(yuan)舒適(shi)性空(kong)調(diao)中(zhong)(zhong)，病房（含辦公室區(qu)域(yu)(yu)）應作為節能(neng)(neng)(neng)對象。在日常實(shi)踐中(zhong)(zhong)發現，病房和(he)(he)辦公室區(qu)域(yu)(yu)，人(ren)為不節能(neng)(neng)(neng)行(xing)為會造(zao)成空(kong)調(diao)非必要(yao)的能(neng)(neng)(neng)耗(hao)(hao)。例如，在病房區(qu)域(yu)(yu)，部(bu)分(fen)病人(ren)節能(neng)(neng)(neng)意識差，將空(kong)調(diao)溫度調(diao)至很低；部(bu)分(fen)病人(ren)擔(dan)

　　心室內空氣(qi)流通(tong)(tong)狀況不(bu)佳，在空調運行期間將窗戶打開(kai)通(tong)(tong)風；辦(ban)公(gong)區(qu)域，辦(ban)公(gong)室人員(yuan)時(shi)常(chang)有下(xia)班(ban)忘記關空調等現象(xiang)。醫(yi)院(yuan)人員(yuan)構(gou)成復雜，節(jie)能理念難以統一，靠制度約束(shu)人的行為不(bu)可(ke)(ke)控(kong)因素過(guo)多。因此，考慮基于智(zhi)(zhi)慧(hui)醫(yi)院(yuan)管理的智(zhi)(zhi)能樓(lou)宇建設，構(gou)建空調監控(kong)系統、空調與窗戶聯動控(kong)制系統模(mo)型，同時(shi)挖掘醫(yi)院(yuan)可(ke)(ke)再生能源資源的潛(qian)力(li)，構(gou)建屋頂光(guang)伏(fu)系統模(mo)型。

　　2.1空調智慧監控(kong)系(xi)統

　　結合國務院執行公共建筑空調(diao)溫(wen)度(du)(du)控(kong)制標準的通知和(he)夏季(ji)病房(fang)內病人舒適(shi)性要(yao)求，空調(diao)系(xi)統設(she)定(ding)(ding)(ding)的溫(wen)度(du)(du)取(qu)27℃較為適(shi)宜[13]，而現實中，用(yong)戶多將病房(fang)空調(diao)設(she)定(ding)(ding)(ding)溫(wen)度(du)(du)遠(yuan)低(di)于27℃。因此，在考慮用(yong)戶偏好的前(qian)提下，通過空調(diao)智(zhi)慧監控(kong)系(xi)統對病房(fang)內空調(diao)溫(wen)度(du)(du)范圍進行調(diao)控(kong)，空調(diao)智(zhi)慧監控(kong)系(xi)統設(she)定(ding)(ding)(ding)如下：

　　1）實時(shi)采集(ji)室內、室外氣(qi)溫(wen)；

　　2）規定(ding)空調設定(ding)溫度(du)值tn；

　　3）病房(fang)內用戶輸入(ru)自己(ji)的偏(pian)好溫度ti；

　　4）當外界(jie)氣(qi)溫高(gao)于(ti+3)℃時，病房空(kong)調開啟，且溫度設定為ti；

　　5）當(dang)用戶輸(shu)入(ru)的偏好溫度ti低于tn時，病房(fang)空(kong)調自動設定為tn。

　　模型假設(she)(she)用(yong)戶(hu)用(yong)能(neng)(neng)行為與監控系統邏輯一(yi)致，傾向于在外(wai)(wai)界(jie)氣溫(wen)(wen)(wen)高于用(yong)戶(hu)的(de)偏(pian)好(hao)(hao)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)3℃時(shi)(shi)開啟(qi)空(kong)調(diao)。南方地區除(chu)夏季持續高溫(wen)(wen)(wen)外(wai)(wai)，過渡(du)季節(jie)氣溫(wen)(wen)(wen)較多處于25～30℃間，因此該系統能(neng)(neng)有效監控病房內空(kong)調(diao)開啟(qi)次數和設(she)(she)定溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)。根據(ju)Meteonorm軟件導出的(de)廣(guang)州市(shi)2020年(nian)(nian)全年(nian)(nian)8785h氣象數據(ju)，廣(guang)州市(shi)全年(nian)(nian)有1444h≥30℃，3122h≥27℃，4185h≥25℃。若用(yong)戶(hu)偏(pian)好(hao)(hao)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)為22℃，則與設(she)(she)定溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)值27℃相(xiang)比(bi)，全年(nian)(nian)空(kong)調(diao)開啟(qi)時(shi)(shi)長相(xiang)差(cha)巨大。用(yong)戶(hu)偏(pian)好(hao)(hao)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)較低(di)，令室內外(wai)(wai)溫(wen)(wen)(wen)差(cha)加大，從而增加空(kong)調(diao)運行能(neng)(neng)耗(hao)(hao)。計(ji)算(suan)能(neng)(neng)耗(hao)(hao)改變(bian)比(bi)例時(shi)(shi)，可以假設(she)(she)外(wai)(wai)界(jie)環境除(chu)氣溫(wen)(wen)(wen)以外(wai)(wai)的(de)因素(su)不變(bian)，將空(kong)調(diao)系統能(neng)(neng)耗(hao)(hao)簡(jian)化(hua)為室內外(wai)(wai)空(kong)氣焓(han)差(cha)。在改善空(kong)調(diao)開啟(qi)時(shi)(shi)長和空(kong)氣焓(han)差(cha)共同(tong)作(zuo)用(yong)下(xia)，節(jie)約的(de)能(neng)(neng)耗(hao)(hao)計(ji)算(suan)如下(xia)：

　　式中(zhong)：ηt為(wei)每年(nian)因空(kong)(kong)(kong)(kong)調(diao)(diao)溫(wen)度控制而節(jie)(jie)(jie)約的空(kong)(kong)(kong)(kong)調(diao)(diao)能耗(hao)比例， ；η0為(wei)病房(fang)(fang)空(kong)(kong)(kong)(kong)調(diao)(diao)能耗(hao)占(zhan)醫(yi)院總體空(kong)(kong)(kong)(kong)調(diao)(diao)能耗(hao)比例， ；Q為(wei)未實(shi)施(shi)節(jie)(jie)(jie)能措施(shi)前每年(nian)病房(fang)(fang)空(kong)(kong)(kong)(kong)調(diao)(diao)系統能耗(hao)，kW·h；Qrt為(wei)實(shi)施(shi)節(jie)(jie)(jie)能措施(shi)后(hou)每年(nian)病房(fang)(fang)空(kong)(kong)(kong)(kong)調(diao)(diao)系統能耗(hao)，kW·h；ko為(wei)每年(nian)室外氣(qi)溫(wen)≥(ti+3)℃的時(shi)間(jian)，h；ki為(wei)每年(nian)室外氣(qi)溫(wen)≥(tn+3)℃的時(shi)間(jian)，h；hw為(wei)室外空(kong)(kong)(kong)(kong)氣(qi)逐時(shi)比焓，kJ/kg；hn為(wei)室內空(kong)(kong)(kong)(kong)氣(qi)時(shi)比焓，kJ/kg；Pt為(wei)在(t1,t2)溫(wen)度區(qu)間(jian)空(kong)(kong)(kong)(kong)調(diao)(diao)溫(wen)度設定的取值概(gai)率。

　　2.2空(kong)調(diao)與窗戶(hu)聯動(dong)控制系統

　　當開啟空(kong)(kong)調(diao)(diao)房(fang)間的(de)窗(chuang)戶(hu)打開時(shi)(shi)，在(zai)(zai)熱(re)壓和風(feng)壓的(de)作用下，室(shi)內(nei)冷(leng)空(kong)(kong)氣逸出，室(shi)外熱(re)空(kong)(kong)氣進入，使(shi)房(fang)間的(de)冷(leng)負荷增加。結合(he)醫(yi)院(yuan)“智慧管理(li)"的(de)精細化(hua)管理(li)，加強醫(yi)院(yuan)設(she)(she)備在(zai)(zai)線管理(li)，可建(jian)設(she)(she)空(kong)(kong)調(diao)(diao)系(xi)統與(yu)窗(chuang)戶(hu)聯動控制系(xi)統，監控窗(chuang)戶(hu)啟閉(bi)狀態，當空(kong)(kong)調(diao)(diao)運行和窗(chuang)戶(hu)開啟2個(ge)條件(jian)同時(shi)(shi)滿足時(shi)(shi)，通(tong)過(guo)能(neng)(neng)源管理(li)系(xi)統關(guan)閉(bi)房(fang)間空(kong)(kong)調(diao)(diao)，由此調(diao)(diao)節(jie)病房(fang)內(nei)空(kong)(kong)調(diao)(diao)用能(neng)(neng)行為(wei)。為(wei)簡化(hua)計算，忽略冷(leng)熱(re)空(kong)(kong)氣焓(han)差(cha)，假(jia)設(she)(she)從窗(chuang)戶(hu)進入的(de)是與(yu)室(shi)內(nei)新(xin)風(feng)溫度相同的(de)冷(leng)空(kong)(kong)氣，通(tong)過(guo)實施(shi)該(gai)系(xi)統前后的(de)系(xi)統風(feng)量(liang)變化(hua)計算節(jie)約(yue)的(de)空(kong)(kong)調(diao)(diao)能(neng)(neng)耗比例(li)。新(xin)風(feng)量(liang)能(neng)(neng)耗只占空(kong)(kong)調(diao)(diao)能(neng)(neng)耗的(de)一部分，但在(zai)(zai)外界

　　條件不(bu)變的(de)(de)情(qing)況下，新風量的(de)(de)有(you)限改變不(bu)會大幅影響(xiang)新風量負荷占空(kong)調(diao)冷負荷的(de)(de)比例。且真(zhen)實的(de)(de)熱空(kong)氣進入房(fang)間后會額外增(zeng)加空(kong)調(diao)能耗，因此，該(gai)簡化不(bu)影響(xiang)措施的(de)(de)能耗節約(yue)(yue)比例計算。節約(yue)(yue)的(de)(de)能耗計算如下：

　　ηw=ηnew(1－Grw/G)×100 (4)

　　G=Go×T×N×Kw+Gr×D×N(5)

　　Grw=Gr×D×N(6)

　　式中：ηw為(wei)(wei)(wei)每(mei)年因控(kong)制(zhi)開(kai)窗(chuang)行為(wei)(wei)(wei)而節約的(de)(de)空(kong)調(diao)(diao)能耗比例(li)， ；ηnew為(wei)(wei)(wei)新風量(liang)部分占空(kong)調(diao)(diao)冷負荷的(de)(de)比例(li)， ；Grw為(wei)(wei)(wei)實施空(kong)調(diao)(diao)與窗(chuang)戶聯動控(kong)制(zhi)系統后每(mei)年病房(fang)空(kong)調(diao)(diao)系統總(zong)新風量(liang)，m3；Go為(wei)(wei)(wei)通過開(kai)窗(chuang)戶流(liu)通的(de)(de)空(kong)氣量(liang)，m3/s；T為(wei)(wei)(wei)開(kai)空(kong)調(diao)(diao)時開(kai)窗(chuang)時長，h；N為(wei)(wei)(wei)房(fang)間數，個；Gr為(wei)(wei)(wei)一個房(fang)間的(de)(de)新風換氣量(liang)，m3/s；D為(wei)(wei)(wei)開(kai)空(kong)調(diao)(diao)時長，s；Kw為(wei)(wei)(wei)有開(kai)窗(chuang)現象(xiang)的(de)(de)病房(fang)比例(li)， 。

　　為(wei)便(bian)于研(yan)究窗戶(hu)流(liu)通的(de)(de)(de)空(kong)氣量(liang)，將一(yi)個開窗的(de)(de)(de)房間簡(jian)化(hua)為(wei)單側(ce)開口(kou)箱體。通過窗戶(hu)的(de)(de)(de)單側(ce)通風(feng)量(liang)為(wei)熱壓(ya)和風(feng)壓(ya)作(zuo)用下的(de)(de)(de)流(liu)通量(liang)。熱壓(ya)是(shi)指因室內外溫(wen)度不(bu)同造(zao)成(cheng)室內外空(kong)氣密度差而產(chan)生(sheng)的(de)(de)(de)壓(ya)差。風(feng)壓(ya)是(shi)指室內外風(feng)速作(zuo)用下產(chan)生(sheng)的(de)(de)(de)壓(ya)差，假設窗戶(hu)為(wei)單開口(kou)自然通風(feng)，且為(wei)穩態(tai)流(liu)動(dong)。單側(ce)通風(feng)量(liang)計算公式[14]為(wei)：

　　式中(zhong)：Gh為(wei)(wei)(wei)熱壓作(zuo)用下的(de)自(zi)(zi)然(ran)通(tong)風量，m3/s；Cd為(wei)(wei)(wei)系(xi)數，取0.61；A為(wei)(wei)(wei)窗戶(hu)開(kai)(kai)(kai)啟(qi)面(mian)積，m2；H為(wei)(wei)(wei)開(kai)(kai)(kai)口高(gao)度，m；ΔT為(wei)(wei)(wei)室內外空氣溫(wen)度差，K；T為(wei)(wei)(wei)室內外空氣平均(jun)熱力學(xue)溫(wen)度，K；Gw為(wei)(wei)(wei)風壓作(zuo)用下的(de)自(zi)(zi)然(ran)通(tong)風量，m3/s；Aeff為(wei)(wei)(wei)有效開(kai)(kai)(kai)口面(mian)積，m2；U為(wei)(wei)(wei)開(kai)(kai)(kai)口處(chu)的(de)風速，m/s。

　　2.3綜合(he)發電和樓頂遮陽的屋頂光(guang)伏系統

　　太陽能(neng)光伏板(ban)是常(chang)見(jian)的(de)分布(bu)式(shi)可(ke)再生能(neng)源(yuan)。通過增加發(fa)(fa)電(dian)途徑，可(ke)以(yi)改善能(neng)源(yuan)供(gong)應，降低能(neng)源(yuan)成本(ben)。通常(chang)該技(ji)術措施的(de)節能(neng)效(xiao)果是根據光伏發(fa)(fa)電(dian)量估算，而(er)光伏板(ban)對于建(jian)筑的(de)影(ying)響(xiang)則被忽略(lve)。根據對設(she)備(bei)設(she)施的(de)智慧管理與規劃，設(she)計屋頂(ding)太陽能(neng)光伏板(ban)鋪設(she)方案，可(ke)以(yi)達到發(fa)(fa)電(dian)和(he)樓(lou)頂(ding)遮陽的(de)雙重(zhong)效(xiao)果。

　　在屋(wu)頂，光伏(fu)板(ban)對(dui)(dui)太陽輻射進行直接(jie)遮擋，相當于增加(jia)了(le)熱阻，減少到達室內的熱流量(liang)。光伏(fu)板(ban)架(jia)空通風層(ceng)中(zhong)空氣對(dui)(dui)流運動也能帶(dai)走(zou)部(bu)分熱量(liang)，減少到達屋(wu)頂的熱流量(liang)，為(wei)簡化計(ji)算，忽略(lve)不計(ji)。因遮陽減少的能耗比例計(ji)算公(gong)式為(wei)：

　　式中：q1為采取(qu)遮(zhe)(zhe)陽措施(shi)前單(dan)位(wei)面(mian)(mian)積(ji)因(yin)太陽輻射產(chan)生從(cong)室外(wai)到室內的熱(re)流量(liang)(liang)，W/m2；q2為采取(qu)遮(zhe)(zhe)陽措施(shi)后單(dan)位(wei)面(mian)(mian)積(ji)因(yin)太陽輻射產(chan)生從(cong)室外(wai)到室內的熱(re)流量(liang)(liang)，W/m2；Ro為屋面(mian)(mian)總熱(re)阻，m2·K/W；ΔR為光伏板附(fu)加(jia)的熱(re)阻，m2·K/W；A為屋頂房(fang)間數量(liang)(liang)占全(quan)部房(fang)間的比(bi)例， 。

　　通(tong)過光伏板發電產生(sheng)的電量計算公式為(wei)：

　　ηpv,p=Ppv/Q=Ipv×S×p×T(13)

　　式中(zhong)：Ppv為光(guang)伏(fu)板(ban)(ban)年發(fa)電量(liang)，kW·h；Ipv為單位(wei)光(guang)伏(fu)板(ban)(ban)的(de)額(e)定發(fa)電功率，kW/m2；S為屋頂可(ke)鋪(pu)設光(guang)伏(fu)板(ban)(ban)面積(ji)，m2；p為光(guang)伏(fu)板(ban)(ban)發(fa)電效率， ；T為年太陽能(neng)可(ke)利用小時(shi)數(shu)，h。

　　由式(shi)(10)～式(shi)(13)，則(ze)該項措施每(mei)年(nian)可節(jie)省(sheng)空調能(neng)耗比例為：

　　ηpv=ηpv,r+ηpv,p(14)

　　綜(zong)合以上節(jie)能措施，共(gong)節(jie)約能耗比例為：

　　ηc=ηt+ηw+ηpv(15)

　　3節能效果與敏感性分(fen)析

　　廣州(zhou)地(di)(di)區(qu)夏季室(shi)外空(kong)氣逐時(shi)計算焓值可根據(ju)GB50019—2015《工業建筑供暖通風與空(kong)氣調(diao)節(jie)設(she)計規(gui)范》查得。醫院空(kong)調(diao)系統設(she)定(ding)的(de)(de)(de)特(te)定(ding)溫度(du)tn取(qu)27℃，室(shi)內相對濕(shi)度(du)取(qu)60 。據(ju)調(diao)查統計，廣州(zhou)地(di)(di)區(qu)典型的(de)(de)(de)家(jia)庭情景(jing)里(li)開機時(shi)臥(wo)室(shi)和客廳(ting)開啟空(kong)調(diao)的(de)(de)(de)平均溫23.35℃[15]。假設(she)用戶設(she)定(ding)空(kong)調(diao)溫度(du)ti遵循正態(tai)分布，取(qu)N(23,22)，取(qu)值區(qu)間(jian)為(wei)(15℃,35℃)。

　　開(kai)(kai)(kai)(kai)(kai)窗(chuang)(chuang)行(xing)為(wei)(wei)是個體不(bu)確定(ding)行(xing)為(wei)(wei)，在(zai)空調(diao)房間(jian)的開(kai)(kai)(kai)(kai)(kai)窗(chuang)(chuang)行(xing)為(wei)(wei)是一種(zhong)特(te)定(ding)情(qing)景的開(kai)(kai)(kai)(kai)(kai)窗(chuang)(chuang)行(xing)為(wei)(wei)[16]。夏(xia)熱冬(dong)冷地(di)(di)區(qu)夏(xia)季空調(diao)開(kai)(kai)(kai)(kai)(kai)啟(qi)時窗(chuang)(chuang)戶開(kai)(kai)(kai)(kai)(kai)啟(qi)率有11.1 [17]，可認為(wei)(wei)此(ci)行(xing)為(wei)(wei)規律(lv)在(zai)夏(xia)熱冬(dong)暖(nuan)地(di)(di)區(qu)適用。取(qu)(qu)開(kai)(kai)(kai)(kai)(kai)窗(chuang)(chuang)時長(chang)為(wei)(wei)開(kai)(kai)(kai)(kai)(kai)空調(diao)時長(chang)的一半。單(dan)間(jian)病房新(xin)風量Gr取(qu)(qu)0.0556m3/s。窗(chuang)(chuang)戶開(kai)(kai)(kai)(kai)(kai)啟(qi)面積A取(qu)(qu)1.2m×0.6m，開(kai)(kai)(kai)(kai)(kai)口(kou)的高(gao)度(du)(du)H取(qu)(qu)1.2m，有效(xiao)開(kai)(kai)(kai)(kai)(kai)口(kou)面積Aeff取(qu)(qu)窗(chuang)(chuang)口(kou)面積A的一半。室內(nei)外空氣溫度(du)(du)差(cha)ΔT取(qu)(qu)5K，室內(nei)外空氣平均溫度(du)(du)T取(qu)(qu)302.5K，開(kai)(kai)(kai)(kai)(kai)口(kou)處(chu)的風速(su)U取(qu)(qu)2m/s。

　　根據夏熱冬(dong)暖地區居住建筑節能(neng)設計標準(zhun)，屋頂熱阻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(fu)(fu)板(ban)的(de)額定發(fa)電功(gong)率Ipv取(qu)1kW/m2，屋頂可鋪設光(guang)伏(fu)(fu)板(ban)面積S取(qu)2000m2，光(guang)伏(fu)(fu)板(ban)發(fa)電效率p取(qu)15.4 ，年太陽能(neng)可利(li)用小時數T取(qu)2200h。

　　經計(ji)算，采取以上(shang)節(jie)能措施后，全(quan)年預計(ji)可減少用(yong)電256萬kW·h，折合(he)節(jie)省(sheng)標煤315t，減少CO2排放量(liang)873t，說明節(jie)能措施具有(you)良好的經濟效(xiao)益(yi)和環境效(xiao)益(yi)。

　　各項節(jie)能(neng)(neng)(neng)(neng)措施從設備(bei)的智慧管理、人的行(xing)為控(kong)(kong)制和可再生(sheng)能(neng)(neng)(neng)(neng)源利(li)用等方(fang)面(mian)進(jin)行(xing)節(jie)能(neng)(neng)(neng)(neng)，節(jie)能(neng)(neng)(neng)(neng)效果各有不同。采取節(jie)能(neng)(neng)(neng)(neng)措施后，醫(yi)(yi)院(yuan)能(neng)(neng)(neng)(neng)耗比例見圖2。由圖可看出(chu)，節(jie)能(neng)(neng)(neng)(neng)措施共(gong)節(jie)約(yue)醫(yi)(yi)院(yuan)能(neng)(neng)(neng)(neng)耗22.47 。其中，空(kong)調溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)控(kong)(kong)制占12 ，光伏板(ban)綜(zong)合節(jie)能(neng)(neng)(neng)(neng)占7 ，開窗行(xing)為控(kong)(kong)制占3 ，說明空(kong)調溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)控(kong)(kong)制起了重(zhong)要(yao)(yao)作用。空(kong)調溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)控(kong)(kong)制和光伏板(ban)綜(zong)合節(jie)能(neng)(neng)(neng)(neng)措施可在(zai)已建(jian)成醫(yi)(yi)院(yuan)進(jin)行(xing)局部改(gai)造，開窗行(xing)為控(kong)(kong)制需要(yao)(yao)加(jia)強醫(yi)(yi)院(yuan)運(yun)行(xing)管理。

　　在對(dui)節能措施的效(xiao)果(guo)分(fen)析(xi)中(zhong)，為(wei)減(jian)少不確定(ding)因素，作(zuo)了(le)一定(ding)程(cheng)度的簡化和估計。現對(dui)部分(fen)數據作(zuo)敏感性分(fen)析(xi)：

　　對用戶降低空(kong)調(diao)設定溫(wen)度或提前開啟空(kong)調(diao)的行(xing)為進行(xing)分(fen)析時，取(qu)空(kong)調(diao)設定溫(wen)度為正態分(fen)布N(23,22)。當標準差和(he)均值(zhi)分(fen)別變化時，室內設定溫(wen)度概率分(fen)布見圖3。

　　當(dang)標準差(cha)變(bian)(bian)化(hua)為(wei)1、2、2.5時(shi)(shi)，計(ji)算(suan)得到節約(yue)空調能(neng)(neng)耗比例(li)分(fen)別(bie)(bie)為(wei)11.5 、12.1 、12.6 ，差(cha)別(bie)(bie)不大。當(dang)均值變(bian)(bian)化(hua)為(wei)23、24、25時(shi)(shi)，計(ji)算(suan)得到節約(yue)空調能(neng)(neng)耗比例(li)分(fen)別(bie)(bie)為(wei)12.1 、10.6 、9.1 ，均值的變(bian)(bian)化(hua)對(dui)結(jie)果影響(xiang)較(jiao)標準差(cha)變(bian)(bian)化(hua)帶來的影響(xiang)較(jiao)大。根(gen)據日常經驗，僅有(you)20 的人將空調調至(zhi)25℃是較(jiao)為(wei)保(bao)守的估計(ji)，此時(shi)(shi)節約(yue)空調能(neng)(neng)耗比例(li)仍(reng)然較(jiao)高。

　　2）對空(kong)調開啟(qi)(qi)時開啟(qi)(qi)窗(chuang)戶的行為(wei)進(jin)行分析時，開窗(chuang)的病(bing)房(fang)(fang)比(bi)(bi)例、通風(feng)(feng)(feng)面(mian)積(ji)(ji)、室(shi)內(nei)(nei)外(wai)溫差(cha)均取值(zhi)一定。當開窗(chuang)病(bing)房(fang)(fang)比(bi)(bi)例為(wei)11 、通風(feng)(feng)(feng)面(mian)積(ji)(ji)取0.64m2、室(shi)內(nei)(nei)外(wai)溫差(cha)取5℃時，節約(yue)(yue)空(kong)調能(neng)(neng)耗(hao)(hao)比(bi)(bi)例為(wei)3.34 ，此數據為(wei)綜(zong)合各種開窗(chuang)情(qing)況(kuang)的平(ping)均情(qing)況(kuang)。當開窗(chuang)的病(bing)房(fang)(fang)比(bi)(bi)例從8 變化(hua)到10 時，節約(yue)(yue)空(kong)調能(neng)(neng)耗(hao)(hao)比(bi)(bi)例從2.41 變化(hua)到3.01 。當通風(feng)(feng)(feng)面(mian)積(ji)(ji)從50 變化(hua)到80 時，節約(yue)(yue)空(kong)調能(neng)(neng)耗(hao)(hao)比(bi)(bi)例從2.36 變化(hua)到2.68 。當室(shi)內(nei)(nei)外(wai)溫差(cha)為(wei)3℃時，節約(yue)(yue)空(kong)調能(neng)(neng)耗(hao)(hao)比(bi)(bi)例為(wei)2.97 。可知(zhi)開窗(chuang)的病(bing)房(fang)(fang)比(bi)(bi)例和通風(feng)(feng)(feng)面(mian)積(ji)(ji)對能(neng)(neng)耗(hao)(hao)比(bi)(bi)例有(you)一定影(ying)響，室(shi)內(nei)(nei)外(wai)溫差(cha)影(ying)響較小。

　　4安科瑞醫院EMS能效管理系統(tong)

　　4.1平(ping)臺拓撲圖

4.2醫院能耗(hao)管理系統解決方(fang)案

　　對建筑(zhu)各類(lei)耗(hao)能(neng)(neng)(neng)設備能(neng)(neng)(neng)耗(hao)數據進行實(shi)時(shi)測(ce)量，對采集數據進行統計和分(fen)析。能(neng)(neng)(neng)夠合理的(de)確(que)定(ding)各科室建筑(zhu)能(neng)(neng)(neng)耗(hao)經濟(ji)指(zhi)標(biao)及績(ji)效考核(he)指(zhi)標(biao)，發現能(neng)(neng)(neng)源(yuan)使用規律和能(neng)(neng)(neng)源(yuan)浪費情況，提高人員主動(dong)節(jie)能(neng)(neng)(neng)的(de)意識。

　　①　搭建(jian)醫(yi)院智(zhi)慧能源管理系統的基本框架，對各個用(yong)能環節進行實時監測；

　　②　排碳數(shu)據(ju)(ju)化：通過系統可實(shi)現建筑單位內人均(jun)能(neng)耗分析（包括水、電、能(neng)量），實(shi)現低碳辦公數(shu)據(ju)(ju)化；

　　③　區(qu)域(yu)(yu)能效比：實現建筑單位內區(qu)域(yu)(yu)能耗對比，方便能耗考核；

　　④　同(tong)(tong)期能效比：實現同(tong)(tong)年(nian)、同(tong)(tong)期、同(tong)(tong)一區域能耗對比，方(fang)便節(jie)能數據分(fen)析；

　　⑤　能(neng)耗評(ping)估(gu)管(guan)理：按(an)照能(neng)源消耗定額標準(zhun)約(yue)束值(zhi)、標準(zhun)值(zhi)、引導值(zhi)進行分(fen)析單位面積(ji)能(neng)耗和人均能(neng)耗指標；

　　⑥　能(neng)耗競爭排(pai)名：各個科室能(neng)耗對比，實現能(neng)耗排(pai)名，增強全院(yuan)工作人員的節能(neng)意識(shi)；

　　⑦　對能(neng)(neng)耗(hao)的使用數(shu)據進(jin)行綜(zong)合的分(fen)析、統計、打印(yin)和查詢等功能(neng)(neng)，并(bing)根據能(neng)(neng)耗(hao)監測(ce)管理(li)系統的需要可(ke)(ke)選擇不同(tong)樣(yang)式報表的打印(yin)。為能(neng)(neng)耗(hao)運(yun)營管理(li)部門提供可(ke)(ke)靠(kao)的依據；

　　⑧　能耗數據(ju)(ju)采(cai)集(ji)，隨時查詢，并根據(ju)(ju)采(cai)集(ji)數據(ju)(ju)進行(xing)統計分析，監測(ce)異常能源用量，對能源智能儀表故障進行(xing)報警(jing)，提高系統信息化(hua)、自(zi)動化(hua)水平。

能耗管(guan)控系統硬件(jian)配置方案

　　4.3醫院智能照(zhao)明控制系統解決方案

　　醫院(yuan)人流(liu)比較(jiao)密(mi)集(ji)，科室較(jiao)多，照明用電(dian)在(zai)醫院(yuan)電(dian)能消(xiao)耗(hao)中約占(zhan)到15 左右。所以合理使(shi)(shi)用照明控(kong)制系統，在(zai)提升醫生和(he)患者的體(ti)驗情(qing)況下大程度(du)使(shi)(shi)用自然光照明，通過感應控(kong)制做到人來燈(deng)亮，人走燈(deng)滅或保持地強度(du)照明，盡量解決(jue)照明用電(dian)。

　　ASL1000智能照明(ming)控制(zhi)系(xi)統(tong)可以實現(xian)場景控制(zhi)、時(shi)間控制(zhi)、區(qu)(qu)域(yu)控制(zhi)、光照度感應控制(zhi)以及(ji)紅外感應控制(zhi)等多種控制(zhi)方式(shi)，能有效(xiao)避免公共區(qu)(qu)域(yu)的照明(ming)浪費(fei)，還可以幫助醫院管理照明(ming)。

　　系統(tong)在配(pei)電(dian)箱內(nei)的模塊主(zhu)要有總線電(dian)源(yuan)、開關驅動器、IP網關、耦合(he)器、干接點輸(shu)入模塊等。這些模塊使用35mm標準導軌(gui)安(an)裝。

　　安(an)裝在(zai)控制(zhi)(zhi)現(xian)(xian)場(chang)的模塊主要有光(guang)照(zhao)度傳感(gan)器、紅外傳感(gan)器和(he)智能(neng)面(mian)板。有人(ren)(ren)經過可以(yi)設(she)定紅外感(gan)應控制(zhi)(zhi)亮(liang)燈，人(ren)(ren)離開后在(zai)設(she)定的時(shi)間內熄燈，智能(neng)面(mian)板等(deng)手動(dong)控制(zhi)(zhi)設(she)備，可實現(xian)(xian)自(zi)動(dong)控制(zhi)(zhi)、現(xian)(xian)場(chang)控制(zhi)(zhi)和(he)值班(ban)室遠程控制(zhi)(zhi)相結(jie)合。

智能照明控(kong)制系統硬(ying)件配置方案(an)

　　4結論

　　1）醫院能(neng)源(yuan)消(xiao)費以電(dian)能(neng)為主的(de)能(neng)源(yuan)消(xiao)費中，空(kong)調能(neng)耗占能(neng)耗的(de)大部分，其中病房（含辦公室(shi)區域）占空(kong)調系(xi)統用能(neng)的(de)35.8 ，具有(you)較(jiao)大的(de)節能(neng)潛力。

　　2）空調智慧監控(kong)系統通過(guo)管理病房內溫度，使之維(wei)持在特定的溫度區間，可以降(jiang)低(di)醫(yi)院(yuan)(yuan)能(neng)耗(hao)12 ；空調與窗戶聯動(dong)控(kong)制系統通過(guo)控(kong)制和減少(shao)人的開(kai)窗行為，可以降(jiang)低(di)醫(yi)院(yuan)(yuan)能(neng)耗(hao)3 ；屋頂光(guang)伏系統可以實現(xian)綜合(he)發電和樓頂遮陽，從而降(jiang)低(di)醫(yi)院(yuan)(yuan)能(neng)耗(hao)7 。

　　3）通過建設智慧(hui)能(neng)源管(guan)理(li)系統(tong)，預計實施后每年可以減少用電256萬(wan)kW·h，相當于(yu)節省標準煤315t，減少CO2排放量873t，節能(neng)經濟(ji)效益和環(huan)境效益顯著(zhu)。

　　4）室內(nei)設定溫度(du)對能耗的(de)影響(xiang)顯著，空調溫度(du)設為25℃時節(jie)約空調能耗比例達(da)到9.1 ；開窗的(de)病房比例和通風(feng)面積對能耗比例有一定影響(xiang)，室內(nei)外溫差的(de)影響(xiang)則較(jiao)小。

　　本文基(ji)于智(zhi)慧(hui)醫院的(de)建設(she)要求，主(zhu)要探(tan)索了醫院智(zhi)慧(hui)管理在(zai)能源系統(tong)中的(de)應用(yong)，分析的(de)節能措施主(zhu)要集(ji)中在(zai)智(zhi)能樓宇與用(yong)戶(hu)的(de)互動(dong)。在(zai)接下來的(de)研究中，需要進一(yi)步(bu)研究智(zhi)能設(she)備管理和智(zhi)慧(hui)醫療(liao)在(zai)能源系統(tong)中的(de)應用(yong)。

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