醫院作為公共建筑，其使用功能具有特殊性。目前，大量的醫院建筑存在著結構老化、運行階段能耗過高、室內舒適度較差等問題，進行節能改造迫在眉睫。本文以安徽省合肥市某醫院建筑的急救中心大樓綠色節能改造項目為例，研究其節能改造措施，并對改造方案進行優化分析，旨在對類似工程提供參考和借鑒。

項目概況

案例工程項目位于安徽省合肥市，屬于框剪結構，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。針對急救中心現有功能布局已不能完全滿足醫療需求、供能設備老化、就醫環境不夠完善等問題，為全面提升各項醫療基礎設施、改善診療環境、提高建筑能效，決定對急救中心大樓進行綜合節能改造。

該改造項目于2016年11月開始2018年10月基本完成，節能改造內容主要有外圍護結構改造、供暖通風空調系統改造、照明系統改造和建筑用能監測與控制系統改造。

建立建筑模型

為準確了解急救中心建筑樓改造前后的既有能耗的情況，采用建筑能耗計算分析軟件PKPM-Energy進行建模及能耗模擬計算。該軟件能夠根據項目實際情況建立建筑模型，采用當地標準的圍護結構材料、暖通設備，計算各圍護結構的熱工性能；采用當地氣象數據庫，模擬計算建筑的逐時負荷、供暖通風與空調能耗，并分析各指標的節能降低幅度，生成建筑負荷模擬分析報告書、建筑能耗模擬分析報告書。

改造方案

▌外圍護結構改造

1）外墻節能改造

圍護結構的節能效果是建筑節能的核心內容。在外圍護結構面積中，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。對建筑外墻進行改造的措施是增加保溫層，分為外保溫改造和內保溫改造兩種，為不影響醫院內部在改造期間正常辦公，本項目采用外保溫改造形式。半硬質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，變化區間為10mm，同時保持建筑的其它參數不變，運用建筑能耗計算分析軟件PKPM-Energy模擬改造建筑外墻空調負荷、采暖負荷隨保溫材料厚度的變化，得出外墻負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，外墻空調負荷、采暖負荷整體呈現不斷減小的趨勢，當保溫材料厚度從30mm增加到50mm時，空調負荷、采暖負荷下降最明顯，下降率達到了12.4％；繼續增加保溫材料厚度至100mm，空調負荷、采暖負荷的變化幅度都變小，每增加10mm厚度，空調負荷、采暖負荷僅分別下降2.6％、2.7％。可見，當保溫材料厚度大于50mm時，不斷增加保溫層厚度并不能持續顯著地降低外墻的負荷。

據市場調查，半硬質憎水性巖棉板的市場價為450元/m3，保溫材料厚度越大，費用越高。綜合上述分析，當保溫材料的厚度取50mm時，外墻的空調負荷和供暖負荷及經濟性最優。

2）外窗節能改造

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，冷熱傳導非?？?，并且鋁合金窗的整窗傳熱系數在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，根據項目實際情況，選擇下面5種常用窗戶進行改造研究。通過PKPM軟件模擬，對不同外窗材質進行對比分析。外窗改造方案見表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，建筑的節能效果是最優的，此時建筑外窗的空調負荷和采暖負荷總值是最低的。方案w1的空調負荷是所有方案中最低的，但是采暖負荷并不是最高，僅次于方案2。方案Ｗ１屬于節能型窗戶，傳熱系數僅為2.40W/（m2·k），不僅能有效減少外窗能耗，還能降低城市噪音對急救中心大樓內部人員的影響。因此，本次改造將外窗換成方案w1中的窗戶材質，以達到最優的節能效果。

3）屋頂節能改造

改造前本項目沒有設置屋面保溫，因此對屋頂增加保溫層，并采用勻質改性防火保溫板作為屋頂的保溫材料。

屋面熱阻的計算公式為：

式(1)中，Ro為屋面總熱阻，（m2·k）/W；Ri為內表面換熱阻，（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。

屋面傳熱系數的計算公式為：

為滿足節能建筑屋面熱工規定性指標的最低要求，增加保溫層后建筑屋面的傳熱系數應為0.5W/（m2·k）。由公式(1)和(2)計算可得保溫材料厚度為170mm，且此厚度在滿足規定性指標的前提下最為經濟。屋頂熱工性能見表2。

▌供暖通風空調系統改造

建筑的供暖通風空調系統使用時間越長，設備的老化情況就越嚴重，會造成建筑能耗不斷增加。針對供暖通風空調系統的改造措施是：①門廳設置機械排風，并設置熱回收裝置，過渡季節全新風運行；②通風、空調設備均更換為高效低噪型的設備；③機房采用自動控制技術，空調水泵改為變頻模式運行。這樣的改造既能夠提高新風品質，又能夠降低能耗，達到了節能改造的目的。改造前后建筑各項能耗變化如圖2所示。可以直觀地看出，此次節能改造使急救中心冷凍水泵能耗、空調機組能耗和市政供暖能耗顯著降低。

▌照明系統改造

照明能耗在公共建筑的能耗中的占比達到了20％～40％。照明系統的改造工作主要是將現有燈具進行更換，換成節能燈具，同時建立一個醫院內部的照明控制系統，具體措施是：①一般場所均更換為LED節能型光源；②住院病房與護理單元走道設置夜間照明，病房采用防眩光的格柵式熒光燈；③候診區、消毒室、洗消間等場所預留紫外線消毒器插座回路。

▌建筑用能監測與控制系統改造

改造前，急救中心采用人工用能管控模式，但管理分散，能源浪費較多。對此項的改造措施是增加建筑能耗監測系統，實時分析能耗數據，具體內容為：通過安裝相應的智能計量表具及傳感器，自動收集醫院現場的各項數據，主要有照明用電、空調用電、醫療設備用電、冷水用量、熱水用量、蒸汽用量以及各種環境參數等；建立對急救中心水、電、空調冷熱量、氧氣等分類能耗的一級、二級或三級分項消耗全過程的監測監管以及室內環境參數的全面監測，滿足能耗監管和能源考核的目標。

改造效果分析

▌外圍護結構及供暖通風空調系統的節能量分析

對外圍護結構進行節能改造后，外窗所占負荷比例最大，達到42.58％，外墻負荷次之，地面負荷最少，僅為5.92％。這是因為合肥地區屬于夏熱冬冷地區，對建筑的空調和采暖需求較大，而外圍護結構屬于建筑物與外界環境接觸面積最大的構件，受外界環境變化影響最大，因此外圍護結構的負荷在建筑圍護結構負荷中占比最大。

外窗負荷中的空調負荷高于采暖負荷。這是因為夏季時，合肥地區室外溫度高，太陽輻射時間長，建筑通過外窗進行熱交換所流失的熱量較多，導致夏季空調負荷有所增加。

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

此次節能改造對建筑熱負荷影響最大，對冷負荷的影響次之。這是因為改造后急救中心冬季采用了市政供暖，大幅度減少了急救中心在冬季的熱負荷。

檢驗圍護結構的最終節能改造效果，具體看是否有效地降低了建筑供暖通風空調系統能耗。因此，針對圍護結構的節能改造核定節能量，主要是根據供暖通風空調系統能耗的降低程度。對急救中心改造前后供暖通風空調系統能耗用PKPM-Energy進行模擬計算發現，對該項目進行節能改造后，市政供暖能耗下降了60908.78KWh，下降率為12.7％；空調機組下降了10.1％；冷卻水泵能耗增加了772.73KWh，增長率為1.5％；冷凍水泵能耗下降了17411.81KWh，下降率為29.0％。

綜上可知，急救中心供暖通風空調系統能耗改造前為811652.23KWh，改造后為711763.55KWh，節能量為99888.68KWh，能耗降低幅度為12.3％。

▌照明系統節能量分析

照明系統節能量計算公式如下：

式(3)中，Ｐ改造前為改造前照明系統的總功率，W；P改造后為改造后照明系統的總功率，W；Ｔ照明為照明系統全年運行時長，h；K為室內照明設備同時使用系數。

調研該項目改造前后照明燈具功率，統計得出照明系統改造前的總功率P改造前＝131.5KW，改造后的總功率Ｐ改造后＝78.2KW。根據照明系統節能率計算公式，急救中心照明系統按照全年365d運行，每日運行時間約16h，同時使用系數取0.8，根據公式(3)計算可得，照明系統這一部分的節能量為24.9萬KWh，節能率為40.5％。

▌綜合節能量與節能率分析

改造前急救中心照明系統年總能耗為61.2萬KWh。根據急救中心的能源統計，改造前非空調季（不含照明）月總電耗為2.4萬KWh。將急救中心改造前的能耗作為基準期，基準期能耗為非空調季（不含照明）年總電耗、照明系統年總能耗與供暖通風空調系統全年總能耗之和，計算得基準期總能耗為171.2萬KWh。

急救中心的總節能量為圍護結構節能量與照明系統節能量總和，圍護結構節能量為9.9萬KWh，照明系統節能量為24.9萬KWh，則急救中心總節能量為34.8萬KWh，急救中心的節能率為20.3％。

結語

１）在外圍護結構改造中增加保溫措施、選擇高性能的節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能效果。

２）對建筑的照明系統進行節能改造能有效減少照明的耗電量。在公共建筑節能改造中，照明系統的改造與外圍護結構改造、暖通空調改造相比，難度低、投入小且改造效果明顯。

３）既有建筑綠色節能改造將成為未來建筑業持續健康發展的主要方向。