Энергоэффективные здания больниц

calendar_today
2 декабря 0002
query_builder
visibility
1 548
Здания больниц являются крупными потребителями энергии, при этом энергия используется множеством систем и установок таких учреждений. По оценке иностранных специалистов, возможно снижение затрат энергии на климатизацию и освещение таких зданий от 20% (оценка немецких специалистов) до 44% (оценка голландских специалистов).

Большинство больничных зданий построены по индивидуальным проектам и отличаются размерами и назначением. При проектировании больниц приоритетным направлением является обеспечение требуемых параметров микроклимата помещений. Требуемые параметры микроклимата определяются, исходя из назначения больницы.
Основными потребителями электроэнергии в зданиях больниц являются системы вентиляции и освещения, а потребителями тепла — системы отопления и горячего водоснабжения. Общее энергопотребление этих четырех систем составляет около 75% энергопотребления здания.
В регионах с холодным климатом более 50% всех энергозатрат здания приходится на отопление и горячее водоснабжение. Отопление и горячее водоснабжение может осуществляться за счет тепловой или электрической энергии. Чаще используется тепловая энергия, и в этом случае потребление энергии системами вентиляции и освещения составляет 50–60% от всего расхода электрической энергии.


Примерная структура затрат тепла и электрической энергии в здании больницы, расположенной в холодном климате

За счет чего можно достичь снижения энергии?

Снижение затрат энергии на 10% может быть достигнуто при помощи простых энергосберегающих мероприятий, не требующих значительных капитальных затрат: отключение неиспользуемых осветительных приборов, системы вентиляции, другого оборудования, а также снижение освещенности или воздухообмена до минимально допустимых уровней (но без ущерба для здоровья или комфорта людей, находящихся в здании).
Другие простые энергосберегающие мероприятия заключаются в регулярном обслуживании оборудования и приборов (замена воздушных фильтров, чистка осветительных приборов, контроль и своевременная замена уплотнений в трубопроводах, проверка термостатических вентилей и т. д.). Более значительного снижения затрат энергии можно достичь при помощи мероприятий, требующих капитальных затрат и изменений в конструкции здания.

Температура помещений в больницах обычно на 1–4°С выше, чем в зданиях другого назначения. В европейских странах типичная температура больничных палат в холодный период составляет 22°С, в теплый период ограничивается максимальная температура, обычно до 26°С. Для помещений больниц высокие требования предъявляются к влажности воздуха. Слишком сухой воздух может привести к обезвоживанию организма пациента, а слишком влажный способствует выпадению конденсата и вызывает рост грибков. Обычно влажность нормируется на уровне 35–70% при температуре помещений 22–26°С, но поскольку увлажнение и, особенно, осушение воздуха являются очень дорогими мероприятиями, они часто используются только в помещениях с повышенными требованиями к качеству микроклимата — в операционных, палатах интенсивной терапии и т. д. Системы вентиляции и кондиционирования воздуха зданий больниц должны гарантировать следующие санитарно-гигиенические условия:

  • Обеспечение требуемой вентиляции помещений, в которых могут содержаться повы­шенные концентрации загрязняющих веществ, например, анестезирующих газов, в том числе в случае аварийных выбросов.
  • Обеспечение приемлемых температурно-влажностных условий для пациентов и персонала.
  • Обеспечение общей концентрации частиц загрязнений ниже уровня, установленного для данного типа помещений, посредством тщательной фильтрации приточного воздуха.
  • Поддержание стабильного избыточного давления, организованного таким образом, чтобы воздушные потоки были направлены из более чистых помещений в менее чистые (разница давлений в смежных помещениях должна составлять не менее 5 Па).

    Система вентиляции здания больницы рассчитывается из гигиенических соображений и обычно составляет 35–140 м3/ч на человека в зависимости от назначения помещения (например, палаты общей или интенсивной терапии). Операционные относятся к помещениям с самыми высокими требованиями к системе вентиляции. Уровень воздухообмена в операционных составляет приблизительно 30–55 м3/(ч.м2). При строительстве новых или при реконструкции существующих зда­ний больниц европейские специалисты рекомендуют проводить следующие энергоэффективные мероприятия:

  • Мероприятия по увеличению энергетической эффективности системы отопления:
    – индивидуальное регулирование температуры помещений для создания комфортных параметров микроклимата и сохранения энергии;
    – применение термостатических вентилей на радиаторах для автоматического поддержания заданной температуры помещений;
    – повышение эффективности теплоизоляции бойлеров и баков-аккумуляторов для уменьшения теплопотерь;
    – использование индивидуальных водонагревателей;
    – замена бойлеров при реконструкции на более эффективные модели.
  • Мероприятия по увеличению энергетической эффективности ограждающих конструкций здания:
    – применение эффективной теплоизоляции покрытия для снижения теплопотерь;
    – повышение герметичности здания для уменьшения теплопотерь с инфильтруемым воздухом;
    – применение солнцезащитных устройств для уменьшения теплопоступлений с солнечной радиацией в летнее время.
  • Мероприятия по увеличению энергетической эффективности освещения здания:
    – замена ламп накаливания компактными люминесцентными лампами для снижения энергопотребления;
    – замена люминесцентных ламп старого образца новыми энергосберегающими лампами и замена пускорегулирующей арматуры для снижения энергопотребления;
    – применение таймеров, датчиков наличия людей в помещениях для отключения освещения в период, когда помещение не используется.
  • Мероприятия по увеличению энергетической эффективности вентиляции:
    – применение в вентиляционных агрегатах вентиляторов с переменной скоростью вращения для уменьшения воздухообмена в периоды, когда помещение не используется;
    – использование «свободного охлаждения» для повышения комфорта в помещениях и снижения затрат энергии на охлаждение;
    – использование утилизации тепла удаляемого воздуха для подогрева приточного воздуха или для использования в системах отопления и горячего водоснабжения.

    Как и в зданиях иного назначения, значительное снижение затрат энергии на климатизацию и освещение зданий возможно при установке системы автоматического управления инженерным оборудованием. Установка такой системы возможна как в строящихся, так и в реконструируемых зданиях. Большой потенциал энерго- и водосбережения (например, утилизация тепла) имеют больничные помещения со значительными бытовыми тепловыделениями — кухни и прачечные.


    Примеры энергоэффективных мероприятий в зданиях больниц

    ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕПЛА ЗЕМЛИ ДЛЯ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ ЛЕЧЕБНОГО ЦЕНТРА «QUALITY LIVING INC.», ОМАХА, НЕБРАСКА, США

    Климатические характеристики района строительства:

  • Расположение: Омаха, штат Небраска, США.
  • Географические координаты: 41° с.ш., 96° з.д.
  • Высота над уровнем моря: 390 м.
  • Среднегодовая температура: +10,0°С.
  • Средняя температура наиболее холодного месяца: –6,3°С.
  • Средняя минимальная температура наиболее холодного месяца: –11,5°С.
  • Средняя температура наиболее жаркого месяца: +24,7°С.
  • Средняя максимальная температура наиболее жаркого месяца: +30,2°С.
  • Градусо-сутки отопительного периода: 3562.
  • Градусо-сутки периода охлаждения: 576.
  • Среднегодовое количество осадков: 795,3 мм.

  • Лечебный центр «Quality Living Inc.» предназначен для проведения уникальных видов лечения и последующей реабилитации пациентов с черепно-мозговыми травмами, церебральным параличом и подобными болезнями. Площадь восточного кампуса лечебного центра составляет 8900 м2.
    В одном крыле здания восточного кампуса лечебного центра размещены 60 боксов длительного медицинского ухода, в другом крыле, предназначенном для проживания, находятся 52 бокса квартирного типа. В центральной части располагаются столовая, помещение для отдыха, кухня, а также плавательный бассейн, бассейн для проведения терапии, спортивный зал, оздоровительный клуб, административные помещения, конференц-зал, основной вестибюль, приемные покои и технические помещения.
    Анализ 20-летнего цикла затрат на эксплуатацию здания показал, что теплонасосная система теплоснабжения, использующая тепло земли, обеспечит наиболее высокую эффективность использования энергии из всех имеющихся для зданий данного типа систем. Проектировщики получили уникальную возможность сопоставить затраты энергии на климатизацию проектируемого восточного кампуса и построенного ранее западного кампуса, в котором использовалась традиционная система отопления с газовыми водонагревателями.

    Оборудование климатизации лечебного центра

    Для обогрева большинства помещений здания лечебного центра используется система воздушного отопления, совмещенного с вентиляцией. Расчетная температура помещений в зимнее время составляет 26°С. 75% наружного воздуха предварительно подогревается или охлаждается теплом или холодом удаляемого воздуха в четырех роторных рекуператорах (energy recovery ventilator). Каждый из рекуператоров снижает нагрузку на систему охлаждения приблизительно на 23 кВт, а нагрузку на систему воздушного отопления — приблизительно на 17,6 кВт. Уровень вентиляции составляет 42 м3/ч на человека.
    Далее наружный воздух подогревается в теплообменниках водовоздушных тепловых насосов, использующих тепло земли из геотермальных скважин. В качестве теплоносителя используется вода. Мощность теплонасосной установки составляет 844 кВт. В главных насосах водяного контура теплонасосной системы применяется привод с регулируемой частотой в сочетании с двухходовыми регулирующими вентилями, устанавливаемыми на каждом из тепловых насосов, что позволяет свести к минимуму мощность насоса, необходимую для работы установки.
    Воздушные фильтры тепловых насосов размещены вблизи воздухораспределительных решеток, что облегчает работу технического персонала при замене фильтров и способствует их регулярной замене по всему зданию. Запорные клапаны позволяют разделить водяной контур тепловых насосов на изолированные друг от друга секции по 12 скважин на каждый контур с тем, чтобы обеспечить возможность отсечки в случае возникновения проблем в подземном трубопроводном контуре. В здании восточного кампуса лечебного центра расположен ряд помещений, в которых для обеспечения психологического комфорта и использования естественного освещения предусмотрена большая площадь наружного остекления. Это помещения для отдыха, бассейн, спортивный зал.

    Схема установки климатизации здания лечебного корпуса
    1 – роторный рекуператор для утилизации тепла удаляемого воздуха; 2 – наружный воздух; 3 – удаляемый воздух; 4 – воздух из помещений; 5 – дросселирующий клапан; 6 – подогретый воздух, подаваемый в помещения; 7 – водовоздушный тепловой насос; 8 – двухходовой регулирующий вентиль; 9 – термометр и температурный датчик; 10 – водяной контур тепловых насосов; 11 – дифференциальное реле давления; 12 – радиатор из оребренных труб; 13 – электрический водонагревательный котел с погружным подогревателем; 14 – насосы горячей воды; 15 – циркуляционный насос погружного подогревателя; 16 – насосы водяного контура тепловых насосов; 17 – ниша для клапана; 18 – запорный клапан; 19 – геотермальная скважина

    Для дополнительного отопления помещений с большой площадью наружного остекления используется система водяного отопления. В качестве нагревательных приборов используются оребренные трубы, установленные по периметру обслуживаемых помещений. Источником горячей воды служит электрический котел. В аварийных ситуациях этот котел может обеспечивать дополнительный подогрев воды из геотермальных скважин, используемой в качестве источника тепла водовоздушных тепловых насосов. Управление оборудованием климатизации осуществляется системой автоматического управления.

    Результаты реализации проекта

    В отличие от восточного кампуса, оборудованного теплонасосной системой, в построенном ранее западном кампусе лечебного центра система включает газовую водонагревательную систему отопления и непосредственное охлаждение. При сопоставлении показателей работы систем в этих двух кампусах за период с августа 1998 по июль 1999 года включительно выяснилось, что общие энергозатраты новой установки в восточном кампусе были на 13-46 % ниже, чем энергозатраты в западном кампусе лечебного центра.


    Сравнение удельных энергозатрат в стоимостном выражении восточного и западного кампусов лечебного центра за период с августа 1998 года по июль 1999 года включительно, USD/м2

    Сопоставление в пользу новой установки в восточном кампусе было бы еще более впечатляющим, если принять во внимание количество рабочих часов в том и другом зданиях. Новый восточный кампус функционирует практически круглосуточно, в то время как в западном кампусе график работы носит более традиционный характер, предусматривающий около 10 рабочих часов в день.
    Согласно прогнозам, по сравнению с традиционной системой климатизации, включающей котел и вентиляторную градирню и использующей воду в качестве теплоносителя, применение теплонасосной установки в системе климатизации здания лечебного центра должна обеспечить экономию затрат в течение всего срока ее эксплуатации в размере 29,5%. Первый год эксплуатации теплонасосной установки даст экономию эксплуатационных затрат в размере 31,9%, в то время как экономия затрат на техническое обслуживание за тот же период составит 57,1%. Таким образом, период окупаемости геотермической установки составляет 4,2 года.
    К числу других экономических выгод от применения теплонасосной установки, которые не были учтены в анализе издержек за период ее эксплуатации, относится уменьшение площади здания, необходимой для размещения оборудования климатизации. Отпадает необходимость в устройстве дополнительных ландшафтных и архитектурных ограждений для того, чтобы снизить уровень шума и «спрятать» крупную наружную градирню.
    Еще одним преимуществом данного лечебного заведения является отсутствие потенциальных опасностей для здоровья (например, бактерий легионеллы), которые обычно связывают с градирнями.


    СИСТЕМА КЛИМАТИЗАЦИИ БОЛЬНИЦЫ МАДЖОРЕ, БОЛОНЬЯ, ИТАЛИЯ

    Климатические характеристики района строительства:

  • Расположение: Болонья, Италия.
  • Географические координаты: 44° с.ш., 11° в.д.
  • Высота над уровнем моря: 60 м.
  • Среднегодовая темп-ра: +13,5°С.
  • Средняя температура наиболее холодного месяца: +1,2°С.
  • Средняя минимальная температура наиболее холодного месяца: –1,1°С.
  • Средняя температура наиболее жаркого месяца: +25,0°С.
  • Средняя максимальная температура наиболее жаркого месяца: +29,5°С.
  • Среднегодовое количество осадков: 757,2 мм.

  • В больнице Маджоре (Maggiore), расположенной в Болонье (Италия), при реконструк­ции блока «Короткое крыло» была установлена новая система климатизации.
    Блок «Короткое крыло» представляет собой 9-этажное здание, площадь каждого этажа около 600 м2 (15 × 40 м). На каждом этаже помимо палат стационара имеются служебные помещения, предназначенные для среднего и младшего медицинского персонала, туалет, кухня, бельевая, гостиная.
    В таблице приведены размеры помещений и значения холодильной нагрузки по площадям 5-го этажа, где размещается отделение неврологии.

    ПомещениеПлощадь, м2 Летняя нагрузка, Вт
    Северная сторона
    Дневное отделение29885
    Бельевая12453
    Кухня21904
    Помещения санитаров25865
    Кабинет врача26960
    Палата20719
    Кабинет админист-ра17780
    Южная сторона
    Гостиная271062
    Кабинет главного врача17835
    Процедурная17835
    Палата 117835
    Палата 217835
    Палата 317835
    Палата 417923

    Система климатизации

    Для кондиционирования воздуха в летний и зимний периоды было решено использовать систему смешанного типа воздух/вода с потолочными излучающими панелями на приточном воздухе. Излучающие панели выполняют функцию регулирования температуры воздуха в помещении, а приточный воздух обеспечивает санитарно-необходимую норму воздухообмена и регулирование относительной влажности.
    В зимний период система в определенной мере способствует нагреву воздуха благодаря разнице температур подаваемого воздуха (25°С) и воздуха в помещении (22°С). Отдача тепла излучающих панелей осуществляется главным образом за счет лучистого теплообмена (55%) от поверхности потолка в комнату, а также за счет конвекции при естественном движении воздуха в силу разницы температур между потолком и воздухом среды.


    Схема излучающей панели в разрезе

    Излучающие панели выполнены из стального оцинкованного проката, оборудованы змеевиком из медных трубок, по которым пропускается холодная или горячая вода. Трубки уложены в профиль из экструдированного алюминия. Профиль приклеен к панели и выполняет функцию оптимизатора теплопроводности.
    Размеры панелей варьируются в зависимости от геометрии конкретного помещения и конфигурации подвесного потолка. Стандартная ширина панелей составляет 600 мм, длина листа варьируется от 500 до 1800 мм. Толщина панелей — 40 мм, средний вес — 15 кг/м2. Холодильная мощность панелей равна 75 Вт на 1 м2 площади панели при расчетной разнице температур среды и панели 7,5°С. Расчетная летняя температура 26°С, средняя температура воды внутри панелей составляет 16,5°С (подача 15°С, возврат 18°С на выходе). Тепловая мощность составляет 100 Вт/м2 при разнице температур среды и панели 13,5°С. Расчетная зимняя температура составляет 22°С, средняя температура воды внутри панелей 35,5°С (подача 38°С, возврат 33°С).


    Излучающая панель

    Излучающие панели соединены между собой и с гидравлической сетью посредством быстросъемных муфтовых соединений и гибких соединительных патрубков в металлической оболочке, не пропускающей кислород. Для обеспечения доступа и возможности технического осмотра подвесных потолков все панели оборудованы навесными петлями, при помощи которых они открываются вниз. Приточный воздух подается в помещение через вертикальные патрубки, располагающиеся в провесах подвесного потолка, оборудованных непосредственно у входа. Подача воздуха составляет 40 м3/ч на человека, температура поддерживается практически неизменной на уровне 26°С летом и 25°С зимой. Система регулирования выполняет двойную функцию — это, во-первых, контроль термогигрометрических условий в соответствии с колебаниями нагрузки и, во-вторых, предотвращение образования конденсата влаги на холодной поверхности потолков.
    Регулирование холодильной и тепловой мощностей панелей осуществляется путем регулирования расхода воды посредством трехходовых клапанов, управляемых терморегуляторами. Образование конденсата на панелях предотвращается путем поддержания температуры воды на входе в панели на уровне не ниже 15°С, то есть всегда выше температуры точки росы воздуха среды.
    В силу того, что подаваемый приточный воздух проходит предварительную обработку, относительная влажность в помещении удерживается на постоянном уровне и составляет 50%. Предусмотрена система обнаружения конденсата — это датчик, установленный в наиболее холодной точке помещения, а именно в точке подхода холодной воды к панелям. В случае обнаружения конденсата регулирующий клапан закрывается и прекращает циркуляцию воды в теплообменнике.

    Характеристики системы климатизации
    Летняя температура среды26°С
    Температура охлажденной воды15–18°С
    Холодильная мощность панелей75 Вт/м2
    Зимняя температура среды22°С
    Температура горячей воды33–38°С
    Тепловая мощность панелей100 Вт/м2

    СИСТЕМА КЛИМАТИЗАЦИИ КОМПЛЕКСА ЗДАНИЙ ЕВРОПЕЙСКОЙ БОЛЬНИЦЫ ИМ. ЖОРЖА ПОМПИДУ, ПАРИЖ, ФРАНЦИЯ

    Климатические характеристики района строительства:

  • Расположение: Париж, Франция.
  • Географические координаты: 49° с. ш., 2° в. д.
  • Высота над уровнем моря: 66 м.
  • Среднегодовая темп-ра: +10,5°С.
  • Средняя температура наиболее холодного месяца: +2,6°С.
  • Средняя температура наиболее жаркого месяца: +18,7°С.
  • Среднегодовое количество осадков: 607,4 мм.

  • Новая Европейская больница им. Жоржа Помпиду, разместившаяся в 15-м округе Парижа, появилась в результате переезда сюда и последующего объединения трех ранее существовавших поликлиник, помещения которых на момент решения о слиянии уже не удовлетворяли правилам безопасности и санитарно-гигиеническим требованиям. Больничный комплекс занимает площадь 12000 м2 — это 9 соединенных между собой корпусов, имеющих максимум 8 надземных этажей и два подземных. В больнице три отделения — интенсивной терапии, сердечно-сосудистое и онкологическое. Вместимость больницы составляет 827 койкомест. В больнице расположены 24 операционные и 12 кабинетов рентгенологии и ультразвуковых исследований.
    Система климатизации комплекса проектировалась с упором на то, чтобы качество воздуха в помещениях сочеталось с экономичностью энергопотребления. Решение отличается специфичностью и новизной систем регенерации тепла и терминалов, установленных в кабинетах и палатах.

    Система климатизации

    В соответствии с требованиями стандартов качества воздуха и энергосбережения в системе предусмотрены центральные кондиционеры, оснащенные рекуператорами тепла отводимого воздуха и тепловыми насосами «воздух-воздух». Рекуператор представляет собой систему независимых параллельных вертикальных тепловых труб с жидким теплоносителем. В зимнем режиме по нижней части труб, выполняющей функцию испарителя, проходит отводимый воздух, который охлаждается с 21 до 10 °С; по верхней части, выполняющей функции конденсатора, проходит приточный воздух, которому отдается регенерированное тепло, при этом его температура повышается с –5 до +6,5°С.
    За рекуператором установлена конденсационная батарея теплонасосной системы, обеспечивающая дальнейший нагрев приточного воздуха с 6,5 до 17°С за счет отводимого воздуха, который охлаждается испарителем с 10 до 6°С.
    Рекуперация тепла посредством тепловых труб не требует дополнительного энергоснабжения, а потребность в тепловых насосах обусловлена климатическими условиями. В комплексе такое решение позволяет организовать рекуперацию тепла с общим коэффициентом эффективности на уровне от 9 до 10.
    Тепловые трубы используются только в зимний период и отключаются на лето, поскольку в силу необходимости соблюдения правил бактериологической санитарии переводить в реверсивный режим их нельзя. Обратный (реверсивный) режим потребовал бы использования наклонных опрокидывающихся теплообменников, при этом достаточно проблематичной представляется организация движения обоих потоков и весьма вероятным становится риск загрязнения сменного воздушного потока.


    Схема обработки воздуха в зимнем режиме


    Схема обработки воздуха в летнем режиме

    Таким образом, в летний период используются только тепловые насосы в режиме охлаждения, обеспечивающие понижение температуры с 31 до 21°С. Далее батарея с охлажденной водой позволяет снизить температуру до 17°С. Таким образом, блоки обработки воздуха в круглогодичном режиме дают воздух температурой 17°С, а обслуживаемые оконечные терминалы обеспечивают местную доводку температуры воздуха, то есть его охлаждение или нагрев. Система климатизации разработана с расчетом на максимальную автономию каждого больничного отделения. Это потребовало установки около 100 обрабатывающих агрегатов производительностью от 3500 до 25000 м3/ч. Общая производительность установок составила 800000 м3/ч при среднем значении кратности воздухообмена 4 1/ч. В зависимости от типа обслуживаемого помещения это значение варьируется от 2–3 1/ч в палатах стационара до 15–30 1/ч в операционных. В любом случае система обеспечивает подачу санитарной нормы воздуха из расчета 25 м3/ч на человека.
    Воздухообрабатывающие агрегаты (кондиционеры), питаемые станциями приготовления горячей воды, охлажденной воды и стерильного пара, делятся на три вида в зависимости от типа обслуживаемого участка.
    Агрегаты типа «А» предназначены для обслуживания лабораторий, различных специализированных отделений (фармация, эндоскопия, радиотерапия, рентгенотерапия, реабилитация), конференц-зала на 300 мест, отделения реанимации и ресторана самообслуживания. Они обеспечивают подогрев и охлаждение воздуха и в обоих случаях дают температуру на выходе порядка 17°С, при этом влагоудаление в системе не предусмотрено. На данных участках оконечное оборудование (терминал) обеспечивает зимний подогрев воздуха до температуры на 3°С выше предусмотренной проектом здания и охлаждение летом до температуры 9°С.
    Станции типа «Б» предназначены для обслуживания операционных и смежных с ними кабинетов. Состав агрегатов тот же, что и у станций типа «А», но добавлены батарея подогрева (второй подогрев), установленная за батареей охлаждения, и паровой увлажнитель. Палаты стационаров и административные кабинеты обслуживаются станциями, аналогичными типу «А», но с батареей охлаждения, следующей за батареей горячей воды. Каждая операционная со вспомогательными участками обслуживается отдельным блоком, оснащенным подогревающими и охлаждающими батареями с существенным запасом мощности на случай выхода из строя теплонасосной системы. Пропускная способность по воздуху составляет в операционной 3500 м3/ч. Воздух здесь распределяется через потолочный диффузор размером 2800 × 1400 мм и оборудованный абсолютным фильтром, расположенный непосредственно над операционным столом и обеспечивающий вертикальный ламинарный (однонаправленный) поток. Воздух отводится как с верхнего уровня операционной (20%), так и с нижнего уровня (80%). Температурный градиент на участке составляет 2–3°С, а между потолком и операционным столом лишь 1°С.
    Система управления поддерживает постоянный приток воздуха независимо от степени загрязненности фильтра посредством регулирования скорости вращения вентиляторов кондиционера, оснащенных инвертором. В период простоя объем пропускаемого воздуха сокращается в два раза. Во время проведения операции бригада хирургов имеет возможность регулировать температуру в пределах от 20 до 25°С с относительной влажностью в диапазоне от 40 до 60%. Большая часть оконечного воздухораспределительного оборудования из общего числа 3850 терминалов относится к типу «Spilotair» — особый вид индуктора цилиндрической формы. Приточный воздух поступает в терминалы под давлением около 350 Па, проходит через горячую или холодную батарею из свернутого в спираль двойного медного листа с продольными ребрами, имеющую эпоксидное покрытие, т. е. терминалы выполняют функцию местного доводчика температуры воздуха. Воздух нагревается или охлаждается и поступает в сопло струйного насоса, где его скорость увеличивается до уровня, когда возникает эффект инжекции воздуха из помещения через решетку в стене.


    Принцип функционирования аппарата Spilotair


    Схема обработки воздуха в палате стационара объемом 60 м3

    Объемы воздуха, подающегося в помещение, в два-три раза больше объемов приточного воздуха, поступающего на терминал, что позволяет обеспечивать корректную вентиляцию всех зон обслуживания. Подача воздуха идет через патрубок в стене. В противоположность традиционным индукторам здесь индуцированный воздух, который может быть загрязненным (поскольку берется из помещения), всасывается в точке, расположенной за индуктором, и не проходит через батареи, которые таким образом остаются чистыми.
    Воздух, забранный из помещения, отводится через санузлы посредством системы вытяжки. Терминал имеет вид трубы диаметром, равным диаметру воздуховода приточного воздуха, и без особых сложностей монтируется в подвесном потолке.
    В случае, если на холодной батарее образуется конденсат, слоистость воздушного потока и избыточность давления по отношению к помещению обеспечивают эффективную эвакуацию кон­денсата по отводному дренажному каналу в нижней части терминала, предотвращая таким образом захват частиц воды. Шум, обусловленный воздушным потоком и конфигурацией воздуховодов, проходя через терминал, снижается примерно на 3 дБ (А), так как воздушная струя на выходе из сопла окружена массой инжектированного воздуха, играющего роль глушителя. В помещениях уровень шума держится в пределах 30 дБ.
    Для комнаты объемом 60 м3 кратность воздухообмена порядка 2,5 1/ч обеспечивает подачу приточного воздуха около 160 м3/ч. Общий расход составляет 320 м3/ч. Терминалы в палатах стационара не оборудованы холодной батареей, и в летний период палаты охлаждаются одним лишь приточным воздухом, имеющим температуру подачи 17°С. Остальные 1700 агрегатов оснащены холодной батареей, которая может охлаждать воздух с 17 до 9°С, перед тем как он пойдет в терминал на индуцирование, что позволяет подавать в помещение воздух температурой 19°С и гарантировать общую температуру в комнате 24°С. Больница имеет крытый переход со значительной площадью остекления, имеющий двойное назначение: это место прогулок пациентов, которым разрешено самостоятельно передвигаться, и соединительный коридор всех трех подъездов больницы. Зимой температура здесь держится выше 14°С, а летом поддерживается на несколько градусов ниже уличной. Переход обслуживается тремя подстанциями, каждая из которых обеспечивает ЗЗ000 м3/ч и имеет холодильную мощность 210 и 215 кВт по теплу.
    Подстанции работают в режиме централизованного обслуживания с рекуперцией тепла посредством батарей с водногликолевым раствором (промежуточный хладоноситель). В дополнение к воздушной сети в системе предусмотрены напольные излучающие панели из полиэтиленовых труб, по которым зимой циркулирует горячая вода, а летом — охлажденная до 17–22°С.
    Воздух распределяется частично на уровне пола с расчетом на активное воздействие на воздушную массу в пределах 2–3 м высоты и частично на уровне остекления. На некоторых участках перехода, особенно в зоне магазинов, имеются точки подводки горячей воды, к которым могут подключаться терминалы по усмотрению пользователей.
    Общая холодильная потребность терминалов составляет 4080 кВт, к которым надо прибавить 6000 холодильных кВт, производимых тепловыми насосами, установленными непосредственно в агрегатах. Вся мощность холодильной станции 4160 кВт распределяется на 4 крышных блока по 1040 кВт каждый. Каждый блок оснащен четырьмя спиральными компрессорами (хладагент R134a) с двумя холодильными контурами. В режиме нормального функционирования для обеспечения расчетной нагрузки достаточно трех блоков, четвертый блок — резервный. Горячая жидкость обеспечивается паром, поступающим из городской магистральной сети и питающим 7 теплообменников пар/горячая вода по 2200 кВт каждый. Приготовление стерильного пара обеспечивается двумя теплообменниками пар/пар.


    ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНАЯ СИСТЕМА КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА В МЕДИЦИНСКОМ ЦЕНТРЕ «ST. JOHN′S MERCY MEDICAL CENTER», СЕНТ-ЛУИС, МИССУРИ, США

    Климатические характеристики района строительства:

  • Расположение: Сент-Луис, штат Миссури, США.
  • Географические координаты: 38° с.ш., 90° з.д.
  • Высота над уровнем моря: 173 м.
  • Среднегодовая температура: +13,3 °С.
  • Средняя температура наиболее холодного месяца: –1,5°С.
  • Средняя минимальная температура наиболее холодного месяца: –6,2°С.
  • Средняя температура наиболее жаркого месяца: +26,5°С.
  • Средняя максимальная температура наиболее жаркого месяца: +31,8°С.
  • Градусо-сутки отопительного периода: 2643.
  • Градусо-сутки периода охлаждения: 852.
  • Среднегодовое количество осадков: 940,5 мм.

  • Медицинский центр «St. John′s Mercy Medical Center», расположенный в Сент-Луисе, штат Миссури, США, был основан в 1871 году. Тогда он был предназначен для женщин и детей и мог вместить 25 пациентов. В настоящее время медицинский центр рассчитан на 865 мест и расположен на площади в 187400 м2. В медицинском центре работают более 4000 сотрудников. При реконструкции двух корпусов хирургического отделения медицинского центра (основной корпус постройки 1976 года и пристройка 1985 года, в которых оборудовано 16 операционных) было проведено ряд мероприятий, позволивших добиться существенного снижения затрат энергии на климатизацию здания. В числе прочих мероприятий была проведена замена системы кондиционирования воздуха.

    При этом использовались три способа снижения затрат энергии на кондиционирование:

  • Уменьшение кратности воздухообмена до 25 1/ч вместо 50–100 1/ч, использовавшихся ранее.
  • Использование датчиков наличия людей для уменьшения кратности воздухообмена и снижения затрат энергии в период, когда помещение не используется.
  • Применение в вентиляционных агрегатах вентиляторов с переменной скоростью вращения для гибкого регулирования скорости воздушных потоков.

    Период окупаемости новой системы кондиционирования воздуха составил 2,4 года. Ежегодное снижение затрат энергии на кондиционирование воздуха составило 154306 долларов.

    Система кондиционирования воздуха медицинского центра

    Система кондиционирования воздуха медицинского центра обеспечивает помещения свежим воздухом и ассимилирует вредности. Нормативные документы регламентируют для помещений данного назначения кратность воздухообмена 25 1/ч, включая объем наружного воздуха не менее 5 1/ч (но не менее 50,4 м3/час на человека). Система кондиционирования воздуха медицинского центра также должна обеспечить требуемые параметры микроклимата помещений вне зависимости от условий наружного климата. Так как операционные используются не более чем 8–12 часов в течение суток, в нерабочие часы кратность воздухообмена может быть снижена. В медицинском центре «St. John′s Mercy Medical Center» в нерабочие часы кратность воздухообмена снижается до 25%.


    Схема существующей системы кондиционирования воздуха медицинского центра

    Существующая система кондиционирования воздуха обеспечивала для 16 операционных кратность воздухообмена 50–100 1/ч. При этом объем наружного воздуха составлял 20%. Эти параметры значительно превышали потребности и требования нормативных документов. Вентиляционные агрегаты обеспечивали постоянный воздухообмен вне зависимости от того, используется операционная или нет. Система отличалась высокими затратами электрической энергии на подогрев приточного воздуха, а также на вращение вентиляторов вентиляционных агрегатов.
    При модернизации системы кондиционирования воздуха была изменена секция подогрева. Были установлены новые автоматические клапаны наружного воздуха, датчики скорости воздушного потока, система регулирования скорости воздушного потока с обратной связью. Клапаны управлялись в зависимости от показаний датчиков наличия людей в обслуживаемых помещениях.


    Схема системы кондиционирования воздуха медицинского центра «St. John′s Mercy Medical Center»

    Максимальная кратность воздухообмена составила 25 1/ч. При этом объем наружного воздуха, подаваемого в помещения, составляет не менее 5 1/ч. Для гарантированного воздухообмена в рабочие часы в осветительных панелях операционных были установлены реле, обеспечивающие включение системы кондиционирования воздуха на полную мощность одновременно с включением освещения. В кабинетах для офтальмологических процедур и в других помещениях, требующих ограниченного освещения, были установлены датчики движения, по сигналам которых при наличии людей в этих помещениях полностью открывались клапаны.

    Результаты реализации проекта модернизации системы конди­ционирования воздуха медицинского центра «St. John′s Mercy Medical Center»
    Снижение годового потребления электрической энергии2057870 кВт•ч
    Снижение годового потребления природного газа518,2 тыс. м3
    Снижение энергопотребления в стоимостном выражении154306 USD/год
    Стоимость проекта375000 USD
    Период окупаемости2,4 года
    Общее годовое снижение энергопотребления6781 МВт•ч

    В вентиляционных агрегатах были установлены вентиляторы с переменной скоростью вращения. Если датчики указывают, что помещения не заняты, кратность воздухообмена снижается до 25%. Эти изменения позволили снизить потребляемую вентиляционными агрегатами мощность с 244 кВт до 159 кВт в период, когда помещение занято, и до 52 кВт в период, когда помещение не занято.


    ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНАЯ СИСТЕМА ОСВЕЩЕНИЯ ГОРОДСКОЙ БОЛЬНИЦЫ ВЕЛЛИНГТОН, НОВАЯ ЗЕЛАНДИЯ

    Климатические характеристики района строительства:

  • Расположение: Веллингтон, Новая Зеландия.
  • Географические координаты: 41° ю. ш., 174° в. д.
  • Высота над уровнем моря: 127 м.
  • Среднегодовая температура: +12,7°С.
  • Средняя температура наиболее холодного месяца: +8,5°С.
  • Средняя температура наиболее жаркого месяца: +16,7°С.
  • Среднегодовое количество осадков: 1230 мм.

  • Клиническая больница г. Веллингтон (Новая Зеландия) представляет собой 12-этажное здание. Площадь каждого этажа составляет 2000 м2. Здание было построено еще в 1970 году и оборудовано 3450 светильниками, каждый из которых состоял из нескольких люминесцентных ламп диаметром 38 мм. В настоящее время лампы подобного типа применяются очень редко, они дороги и неэффективны, поэтому было принято решение о замене старой системы освещения на новую, энергоэффективную.

    Система освещения

    Модернизированная система освещения состоит из трифосфорных ламп (triphosphor lamps) с цветовой температурой 4000 К, оборудованных рефлекторами и пускорегулирующими аппаратами с пониженным электрическим сопротивлением. Поскольку световой поток новых ламп увеличился, общее число ламп удалось сократить до 4000, не снизив освещенность. В коридорах вместо трех ламп было установлено по одной лампе, при этом световой поток не снизился (300 люкс). Экономия энергии составила 75%. Уровень освещенности лестничных маршей был увеличен в два раза, что положительным образом сказалось на безопасности. При этом снижение затрат энергии составило 35%. В кабинетах рентгеновских исследований вместо двух было установлено по одной лампе, снабженной угловым рефлектором. Общая освещенность комнаты увеличилась и стала более равномерной, при этом осталась возможность полного затемнения.


    Больничный комплекс г. Веллингтон

    В одиннадцати операционных в соответствии с европейскими рекомендациями уровень общей освещенности был увеличен в 3 раза — с 500 люкс до 1500 люкс. При этом потребление электроэнергии снизилось на 33%. Хирургическая бригада также получила возможность регулирования уровня освещенности операционной при помощи электронных пускорегулирующих аппаратов. Расчетное снижение затрат энергии на освещение составило 62%. Измерения, проведенные в больнице, показали, что фактические затраты электроэнергии на освещение очень близки к расчетным. Фактическая ежегодная экономия энергии составила 750 МВт.ч. Период окупаемости новой системы составляет 3,5 года. В ходе дальнейшей модернизации ожидается еще большая экономия энергии, более чем на 1000 МВт.ч в год по сравнению со старой системой освещения.


    По материалам книги «Энергоэффективные здания»,
    Москва, 2003

  • Комментарии
    Loading
    E-Mail:
    следить за ответами