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        中國具有前瞻性的

        醫院建設導向期刊

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        中國既有醫院建筑綠色化改造實施路徑

        狄彥強 張振國 李顏頤 來源:中國醫院建筑與裝備  2018-11-06

        醫療建筑是一種綜合性建筑,其特殊性來自“醫療體系”所具有的專業性、多樣性和復雜性等。目前,我國醫療事業不斷發展,除大量新建醫院之外,既有醫院也正在進行著不同程度的改造和擴建。許多醫院經過改造和擴建后,醫療服務環境得到逐步改善,其中不乏一些成功范例,但同時也存在較多問題。長期以來,不管是新建還是改擴建,負責醫院建設的管理者普遍重治療輕康復,重醫療技術、設備而忽略室內外環境,醫院設計人員則重規范輕個性,其局限便是建筑風格單一、色彩單調、空間狹促、環境嘈雜、綠地偏少。同時,相較于其他公共建筑,隨著醫療技術的不斷進步、診療設備的不斷更新、附加服務的不斷增加,醫院的功能仍在進一步擴展,使得醫院建筑成為了公共建筑中能耗較高的建筑類型。


        目前,醫院建筑綠色化改造還存在很多亟待解決的問題,主要體現在:第一,缺乏有針對性的綠色化改造成套技術;第二,缺乏適用于醫院用能特點的分項計量系統和能耗監測平臺;第三,缺乏專門的環境質量改善與安全保障技術;第四,醫療廢氣、廢水、廢物無害化處理技術有待升級。


        針對上述問題,“十二五”國家科技支撐計劃課題既有建筑綠色化改造關鍵技術研究與示范(2012BAJ06B00),對我國既有醫院建筑綠色化改造實施路徑進行了探索,重點對醫院建筑綠色化改造的關鍵技術進行攻關和示范研究。課題組對不同地域、不同氣候區既有醫院建筑的功能空間與裝飾材料色彩應用、建筑用能狀況、室內環境質量、室外環境功能及現狀、醫療三廢處理情況等方面進行實地測試和調研,發現問題,梳理總結,針對性地從醫療用房功能布局優化設計與空間高效利用、醫院建筑裝飾裝修集約化改造設計與綜合性能提升、醫院能源系統節能改造與能效提升、醫院建筑室內環境質量綜合改善與安全保障、醫院建筑室外環境綠色化綜合改造等等方面進行了研究攻關,形成了一套適用于醫院建筑綠色化改造的技術集成體系,部分研究成果已作為相關國家標準的技術支撐。


        醫療功能用房布局優化改造與裝飾裝修集約化改造
        *醫療功能用房布局優化改造

        隨著居民生活與病譜的改變、患者就醫觀念以及醫療體制的轉變,醫療設備快速更新,醫療需求持續增長,現有醫院存在諸多問題,包括發展預留空間匱乏、總體布局不合理、功能流線紊亂、綠地率低、停車不便等。提出醫院功能優化設計以及醫院改造的實施路徑,主要包括彈性化設計與改造和適度集中與空間舒適兩個方面。


        對于醫院的功能優化,首先應該采用緊湊布局的形式,進行“適度集中化”設計。適度集中化評價指標體系從功能整合、交通合理、室內舒適、有效管理四個項目中提出評價指標。功能整合是指醫院功能空間的調整與合并,體現了集約空間利用與節約原則;交通合理則是考慮功能流線的高效,是功能整合的基礎與前提;室內舒適體現了人性化原則,也是醫院功能布局的基本目標;有效管理是實現功能整合的有效手段。具體評價指標包含 13 個指標:其中功能整合包含持續發展、模式設計和緊湊布局;交通合理包含流線交叉、距離和效率;室內環境包括熱環境、光環境、聲環境、室內空氣質量和色彩;有效管理包括管理系統和安全系統。各項目以及各指標層的權重通過專家對各項目的重要程度兩兩比對打分得到。


        醫院建筑的彈性化設計改造,是為了滿足未來功能需要進行保留性設計或持續性的改造方法。在彈性化設計中,主要的技術方式是標準化設計以及模式單元的構建,具體包含采用高層(住院部)與多層(醫技部、門診部)相結合的方式,建立診察室病房等基本單元規格,構建無柱大空間等。在綠色彈性化改造方面,則包括功能共享的結合模式、基于功能擴充的有機生長模式以及基于空間變更的置換模式。


        *建筑裝飾裝修集約化改造

        我國醫院裝飾裝修中存在所用裝飾材料種類少、配置不統一,裝飾色彩單調、沒有明確的色彩體系,裝飾裝修隨意性較大、缺乏整體統一性和變化性的問題。針對該問題,課題組提出了裝飾裝修集約化改造設計的理念,即對醫院功能用房進行統一的材料配置與色彩搭配設計,并根據特殊功能用房和人群對裝飾材料及色彩的特殊需求對設計方案進行局部調整,以得到適用性較強的設計方案,節約設計成本、減少材料浪費,實現醫院裝飾效果的整體協調性與變化性,并兼顧人性化。


        裝飾色彩的優化設計,是指在滿足色彩從屬建筑空間與材料、人的心理訴求、色彩的輔助醫療功能、視覺導向性、美學的原則下設計醫院的裝飾色彩體系,即“主體色彩 + 輔助色彩 + 點綴色彩”,通過主體色彩實現裝飾的統一性,通過輔助色彩和點綴色彩的變化實現裝飾的多樣化。

         

         

        裝飾材料的優化配置,是在滿足材料的適用性、經濟性和健康環保的基礎上進行統一配置的原則,統一確定頂棚、墻面和地面的裝飾材料種類,然后根據不同功能用房的特殊需求對材料進行調整,如人流量較大區域的地面要求耐磨、住院部地面適宜腳感舒適、衛生間等區域的材料應耐水等,特別是潔凈功能用房的裝飾材料應滿足相關標準的要求。隔墻材料的使用則主要考慮具有放射性設備、電磁輻射等用房的防護要求。

         


        能源系統節能改造與能效提升

         *空調系統優化

        針對現有醫院空調特點,結合醫院各功能房對室內溫濕度控制要求的不同,提出相應的控制策略。對于手術室空調系統來說,雖然室內控制點溫濕度較低,但新風量較大,在一定程度上可以提高機器露點溫度,有利于系統的穩定運行。另外,可以通過合理地協調室內控制點溫濕度,使得系統的機器露點溫度不至于過低,這樣不但能使系統穩定地運行,而且還能提高系統的COP。


        對于新風獨立除濕系統,應降低回風冷卻風量比,并推薦采用部分回風冷卻除濕的方法,該方法能夠極大降低系統的加熱量,從而提高系統的COP。   


        針對定露點溫度控制所存在的問題,應采用動態無露點溫度控制策略,并對新風獨立除濕系統做分區。對于新風獨立除濕系統,其控制的關鍵點有干表冷器側的冷凍水進水溫度、新風表冷器側的冷凍水進水溫度以及整個系統的水路控制,干表冷器處的冷凍水進水溫度以室內設計溫濕度狀態下的干球溫度作為判斷依據,主要是為了防止干盤管的結露;而新風表冷器處的冷凍水溫度主要以新風機器露點溫度作為判斷依據;對于系統的水路可以選擇串聯或者并聯的形式。 


        *分項計量改造

        醫院用電主要由空調和供暖系統用電、辦公設備用電、照明用電、食堂用電、動力及大型醫療設備用電和其他用電6 部分構成。醫院燃氣主要用于冬季供暖、常年生活熱水和工藝以及廚房。按《醫院建筑能耗監管系統建設技術導則》對既有醫院建筑進行能耗監管系統建設時遇到一些難題,主要體現為:用電分項能耗與一級子項對應關系模糊;分區計量需求等級配置不明確;既有醫院建筑能耗計量系統改造涉及斷電、斷水、斷氣等問題,在確保醫療安全為第一位的前提下,改造難度較大。


        課題組研究指出醫院建筑分類能耗數據采集指標主要有6 項,包括耗電量、耗水量、蒸汽量、燃氣量、集中供熱耗熱量、集中供冷耗冷量。分類能耗中,耗電量應分為照明插座用電、動力用電兩個基本分項,每個基本分項按建筑樓層及供電范圍不同又可分為多個配電箱子項,各子項可根據醫院建筑用能系統的實際情況靈活再細分。同時指出,在進行醫院建筑能耗計量系統建設時,應有針對性的按照不同醫院的要求,對能耗計量等級進行劃分為基本配置、標準配置和高級配置 3 個等級,并給出了對應等級的配置要求。另外,提出了適用于醫院建筑能耗評價的指標主要有單位床位數能耗指標、單位住院量能耗指標、單位門診量能耗指標共 3 類醫院特色的專有能耗指標,考慮單位建筑面積指標在評價建筑能耗中使用的廣泛性,同時也給出單位建筑面積能耗指標。


        *能源系統優化改造

        醫院既有能源系統的缺陷主要體現在:建筑圍護結構熱工性能較差;用能系統混雜且缺少優化協調;能源系統設備運行效率低;用能系統運行維護水平較低;缺乏合理的高效運行策略;清潔可再生的能源份額少,太陽能光熱、地源熱泵、污水源熱泵技術應用較少;余熱、廢熱資源利用不足;照明、供配電、電梯能耗較高。


        課題組遴選了有別于一般建筑能源系統優化改造,在醫院中比較突出的內容進行重點研究。針對余熱廢熱利用不足,提出了制冷機組冷凝熱回收技術、空調系統排風熱回收技術、鍋爐煙氣余熱回收技術、天然氣熱電冷聯供技術四大方面的關鍵技術和關鍵設備。針對用能系統混雜且缺少優化協調,從多元能源系統復合形式和復合能源系統耦合應用技術,提出多種能源形式優化互補,取長補短,積極采用可再生能源和蓄能調峰的關鍵技術實現能源系統的能效提升。同時還提出了醫院建筑電氣改造優化設計的關鍵技術。既有醫院建筑多元能源系統的典型復合形式見表1。

        表1? 多元能源復合形式

        氣候區

        主要冷熱源形式

        典型復合形式

        南方地區

        常規冷源:冷水機組;常規熱源:燃氣
        鍋爐;可再生能源:熱泵、太陽能

        1.冷水機組 + 地源熱泵復合系統
        2.燃氣鍋爐 + 太陽能復合系統

        北方地區

        常規冷源:冷水機組;常規熱源:市政
        熱源、燃氣鍋爐;可再生能源:熱泵、
        太陽能

        1.燃氣鍋爐 + 地源熱泵復合系統
        2.燃氣鍋爐 + 太陽能復合系統
        3.市政熱源 + 燃氣鍋爐調峰


        *運行調控策略改造

        作為能耗最大的公共建筑之一,醫院建筑擁有很大的節能潛力。但由于國內目前還沒有醫院建筑運行管理的國家標準,且國情不同,相關規范和標準的差異明顯,不能盲目照搬國外標準,而《綠色醫院建筑評價標準》在運行評價上存在不足。
             

        課題組構建了醫院能源系統運營管理評價指標體系并開發了評價軟件,通過對不同等級調研醫院的試評,證明體系客觀全面,軟件操作簡便,結果顯示直觀,實用性很高。 

        提出醫院既有能源系統的運行調控策略及高效管理模式,著重分析研究了冷水機組不同負荷分配模式下的節能運行、潔凈功能用房的運行節能、輸配系統變頻調節運行、蒸汽凝結水回收利用、鍋爐煙氣余熱回收、冰蓄冷空調系統錯峰運行、復合能源系統節能運行和用能系統智能監測控制。這些研究全部針對醫院建筑用能特點和節能難點,為醫院能源系統的綠色化改造提供技術支持。


        室內環境質量綜合改善與安全保障
         *普通功能用房

        普通住院病房、醫技和門急診用房占醫院建筑面積85% 左右,承載了大多數人員??墒?,長期以來,普通房間環境沒有得到應有的重視。調研表明醫護患者對熱舒適滿意程度比較高,然而,室內空氣微生物、細顆粒物不合格情況非常普遍。除了來自通風空調系統設計、施工、設備和運行維護等幾個方面因素外,缺少完整的醫院室內環境評價體系,造成監督檢查缺位。

        我國醫院大部分普通功能房間采用新風+ 風機盤管系統??諝膺^濾器的級別低,甚至沒有過濾器,加之新風量和送風量小,難以有效控制室內污染物濃度。為此,課題組提出一套綜合解決關鍵技術的措施:

        基于空氣中微生物濃度控制普通醫療用房的通風換氣次數計算和設計方法,這是國內外首次提出適合工程設計的計算方法。著重提出我國最常用的風機盤管及過濾器的改造措施:風機盤管機組不能采用常見的過濾網,必須安裝高中效過濾器,去除微生物的效率應≥ 90%,過濾器的初阻力要低于30Pa,并針對全國大部分醫院空調機組的過濾器只安裝粗效過濾器的狀況,提出要求必須使用中效及以上過濾器,才能保證室內空氣質量達到 II 級以上。所提出的改造措施不僅實施難度不大,而且效果明顯,非常值得推廣。

        *潔凈功能用房     

        醫院里潔凈功能用房與普通用房相比,需要將空氣中的微生物降到比較低的濃度,為實現這一目標,當前的主流工程技術是采用空氣潔凈技術,即通過大量潔凈空氣的不斷置換、稀釋,將原來的空氣中的顆粒物(包括細菌和塵粒)降低到所需要的較低水平,換氣次數越大,其稀釋凈化效果就越好,但能耗水平也會相應大幅上升。為降低既有醫院潔凈用房的通風空調能耗,課題組提出了綜合解決方案和技術措施,包括:大幅降低空調換氣次數、空氣熱濕處理過程改造、節能抑菌空調機組、降低污染物濃度的技術措施。

        潔凈用房空調凈化系統為達到控制污染物濃度的目的,系統送風量通常比較大。按照我們提出的降低換氣次數的方法,按大氣塵濃度M = 1×105 粒 /L 的條件,采用不均勻分布計算法 ISO6 級及以上潔凈度可結合擴大主流區理念進行計算,求得的下限換氣次數比現行常規采用的值低 30%~50%,潔凈用房的風機能耗及制冷制熱能耗可以下降 50% 左右,大大降低了運行費用。該措施對我國未來的醫院建筑工程設計及當前既有建筑的綠色化節能改造提供切實可行的指導,填補了當前國內外研究的主要空白。


        針對全國不同氣候區,提出了一對一的空氣處理措施。通過對不同氣候區進行模擬計算,寒冷地區、嚴寒地區、夏熱冬冷地區可以利用新風作為天然冷源消除醫院潔凈用房過渡季和冬季的余熱,地理位置越靠北,新風冷源的可以利用時間越長。嚴寒和寒冷地區,冬季及過渡季可利用變新風量方式,變新風量的冷卻方式相比冷機制冷冷卻方式的經濟性要好,有利于節能。夏熱冬冷地區,在冬季可采用變新風量方式,在過渡節需要開啟冷機輔助制冷。通過計算和現場實驗,新風量調大的倍數在1.5~2.4之間時,手術室的壓力升高不至于產生噪聲,不至于影響手術室的聲環境。

        課題組研制的長效凈化節能抑菌空調器,解決了常規空調器空氣過濾器阻力大、因二次再熱加熱能耗較高、空調器內易滋生細菌微生物等關鍵問題。通過對專利產品應用的示范工程建設,測試數據表明,阻力最少降低了80% 左右,可實現總體節能 50% 左右。


        *室內空氣質量監測預警

        基于我國醫院建筑當前的室內空氣質量特點,課題組確定了細顆粒物、CO2、浮游微生物、TVOC以及甲醛作為既有醫院建筑的關鍵性污染物控制指標,并在此基礎上開發醫院建筑室內空氣質量通用監測平臺。

        所開發監測平臺具有實時性以及便攜性的主要特點,并針對當前微生物監測手段均無法實時給出監測結果的技術難題,開發出基于紫外熒光激發技術的微生物實時監測設備,填補了國內在這一領域的空白。在上述硬件平臺的基礎上,課題組開發了界面友好、便于使用的醫院建筑室內空氣質量監測預警軟件,實現了對上述污染物參數及舒適性參數的實時監測、數據存儲、檢測數據報警以及趨勢預測功能,并通過專家模塊,在監測對象超出規定限值時,根據所測試數據給出相應提示與建議。  

         


        室外環境生態化、人性化改造設計與功能提升
        *室外環境生態化

        在醫院室外環境生態化規劃設計方面,通過大量的醫院現場調研和文獻調研,總結了醫院室外環境生態化的基本需求,進行了醫院室外環境生態化功能分析,包括康復輔助和污染源隔離分析。針對醫院不同功能區域和不同類型醫院環境的特點,研究了醫院不同功能區域(包括主入口、門急診、住院部、周邊防護區域和內部區域)和不同類型醫院(包括傳染病醫院、兒童醫院、精神病醫院和中醫院)的規劃設計技術,最終形成了醫院室外環境生態化規劃設計技術體系。


        *室外環境人性化

        人性化在當今醫院的建設過程中是醫院建設者追求的目標。醫院室外環境的使用人群復雜多變,課題組從醫院室外環境對人體造成的感官感受及不同患者視覺(視線)、嗅覺、聽覺、味覺、觸覺、心理等各個層面開展研究,將人性化這一設計理念融入到醫院室外環境綠色化綜合改造中。

        針對醫院建筑既有室外環境生態化規劃設計與升級改造的關鍵技術,課題組對上海地區多家大型綜合性及專業性醫院綠地景觀進行系統調研,在此基礎上,基于對現有用地空間的分析以及對與周邊環境協調的考慮,通過對醫院不同使用者人性化需求進行分析,對醫院綠地水環境營造、聲環境營造、熱環境營造以及康復景觀營造進行研究,進而構建人性化醫院建筑室外環境景觀系統。

        醫療廢氣、廢水、廢物無害化處理升級改造

        對于醫療廢氣、廢水、廢物無害化排放處理技術部分,本課題首先對全國5 大氣候區不同等級醫院的醫療三廢排放現狀調研,并根據調研中發現的主要問題出發,對醫療廢氣、廢水、廢物無害化專項處理技術進行深入研究,最終形成研究結論。具體研究方案如下:經過 100 多個的醫院的現場調研和文獻調研,總結醫療功能用房的實際需求,研究醫療廢氣無害化安全處理技術、與醫療廢物焚燒技術配套的尾氣無害化處理技術。對醫療廢水最佳消毒劑量和接觸時間進行試驗分析,主要包括漂白粉、次氯酸鈉、二氧化氯、臭氧以及組合消毒工藝對大腸桿菌的滅菌率進行研究,提出最佳的消毒模式,達到改善醫療三廢處理技術,提高醫療環境的目的。


        通過實驗開發出了臭氧/ 二氧化氯組合消毒工藝,利用該工藝的協同消毒作用,對廢水進行消毒。以醫院含菌廢水作為研究對象,通過一系列的試驗對單獨消毒處理和臭氧 / 二氧化氯組合工藝去除水中細菌總數,總大腸桿菌數和糞大腸菌群數的效果進行了比較系統的實驗研究,開發出了臭氧 / 二氧化氯組合消毒工藝去除醫院含菌廢水中的細菌和病毒等的醫療廢水處理技術。

        結語

        經總結,課題成果仍存在部分可深入研究的方面,對后期研究工作的建議可概述如下:第一,所提出的“適度集中化”的評價方法希望后期可實現規?;刂笇Чこ虒嵺`,同時結合實際工程進行推廣并對其評價指標的科學性、評價結果的準確性進行進一步研究;第二,所提出的“醫院建筑裝修材料的優化配置方案”,重點研究了針對不同功能用房的不同特點提出配置原則、配制方法、選材要點及配置步驟,建議進一步結合建材市場供應情況,建立適合醫院建筑集約化裝飾裝修的產品名錄;第三,關于“長效抑菌節能空調機組”,建議后期結合不同的醫院機電系統形式對該裝置的功能性進行實驗研究,并對其進行進一步改良;第四,針對“下限換氣次數”,現有研究工作主要為降低醫院建筑潔凈功能用房換氣次數下限提供了充分的理論與實測技術支撐,后續建議通過對潔凈功能用房在換氣次數降低后的生命周期能耗水平變化進行進一步研究以完善技術理論體系。


        綜上,針對目前課題研究成果,后續建議進一步完善新技術、新產品與工程應用之間的協調、匹配、優化集成等問題,使各項成果普適性更強,更易于推廣。(編輯辜琳)   


        文章來自于《中國醫院建筑與裝備》雜志201808期。    未經許可,請勿轉載!

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