1 大型医疗建筑对供电系统的需求分析(系统的特殊性分析)
1.1 医技设备种类繁多，数量巨大
大型医疗建筑类似“人体修理厂”，其特点是医疗设备种类繁多且数量巨大。对于数量巨大这个特点，相对容易解决——同类产品的设计可采用复制方式解决。
1.2 医疗设备对供电系统要求多且高
医技设备种类繁多，需要多样性的供电系统来满足其功能性需求，例如，有的设备要求从供电所直接放射供电，有的要求双电源，还有的可以共用电源等。由于所有设备都是为医疗服务，所以要求电气系统的可靠性和安全性非常高。
1.3 电气负荷类型众多
如此繁多的供电系统，使得电气负荷的类型也很多，按照《民用建筑电气设计规范》要求，不同类型的电气负荷对设备供电需求不一样，由此导致进行大型医疗建筑供电系统设计时需注意的细节非常多。
1.4 需要电气系统配合之处多
在大型医疗建筑中，为满足其他各专业功能实现，需要电气系统做配合，例如，在暖通专业需配备净化空调；再如给排水专业则必须配有污水处理站等。
2 大型医疗建筑对供电系统的复杂性分析
为满足大型医疗建筑对供电系统的特殊性需求，医院供电系统较常规民用建筑更为复杂。主要包含以下三个方面：
2.1 供电的可靠性
为保证医院重要负荷供电的连续性，需按照我国相关规范要求，并结合医疗工作实际情况准确分析电气负荷的供电等级，绝不允许发生危及生命的断电事故。医院是救死扶伤的场所，手术室、ICU、层流病房等地方一旦发生断电事故，都可能威胁生命。
供电的可靠性不仅仅表现为连续供电，应包含两种情况。1）正常情况下的连续供电；2）在发生故障时一定要断电，同时设置合理的保护区间，与回路供电范围，降低故障发生时的不良影响，这也是供电可靠性的良好体现。
从设计层面上来说，设置合理保护区间的方法有很多，不同的科室设置不同的配电箱，将照明与插座分开，如将病房中的医疗槽插座和普通插座分开设计，具体可根据医疗设备性质和使用特点进行区分。
2.2 供电的安全性
供电安全性的最大“敌人”就是电击，因此绝对杜绝危及生命的电击事故！
2.3 提供高质量的电能供应
大型医疗建筑供电系统需提供高质量的电能供应。我国电网质量一般，虽近年来有长足的进步，但还有很大提高空间。在医院中，医疗设备因属性不同，对供电要求也不一样。比如，某些大型仪器设备对电压的稳定性要求较高，某些设备则要求瞬间提供大电流。
3 大型医疗建筑对供电系统的负荷等级分析
大型医疗建筑供电系统有非常复杂、严格的负荷等级要求，我国《民用建筑电气设计规范》（2008版）便对负荷等级进行了详细的划分，并明确要求在对大型医疗建筑供电系统进行设计时需严格按照相关规范，以其为基本准则。
《民用建筑电气设计规范》（2008版）
按照相关规范，负荷可分为一级负荷中特别重要负荷、一级负荷和二级负荷三个级别。负荷等级不同，供电系统也有所差别。比如，从电源角度出发，一级负荷中特别重要负荷需采用双电源进行供电，备用电源采用发电机。虽然规范中标明有些设备不需要采用发电机作为备用电源，例如，压缩空气泵站、负压吸引泵站，但在实践使用中，通过医疗流程分析，还是建议采用发电机作为备用电源。因为压缩空气和负压吸引一旦断电，迅速失压，会造成不必要的麻烦，也有可能会造成病人生命危险。所以具体电气系统设计中，遵守规范是基本，还需从医院实际出发，并结合医疗流程分析，方能设计出合理的供电系统。
其中对于手术室、ICU等科室对供电的连续性、发生故障后恢复供电的时间和供电安全性有着较高要求。
4 如何满足大型医疗建筑对供电系统的需求分析（即供电系统的复杂性）
4.1 特殊医疗场所对供电可靠性的要求及实现方法
通过《民用建筑电气设计规范（JGJ 16—2008）》表格可以看出共有两大部分，一部分是医疗场所类别，共有3类，分别为0类、1类、2类，类别数字越高，供电要求越严格；另一部分是自动恢复通电的时间。
4.1.1 医疗场所对供电要求等级
对于0类医疗场所，主要指不使用医疗电气设备，也就是说医疗设备不会与人体发生电击危险的场所，例如，诊室；1类场所是指电气设备部件与人体有接触，但是不会造成太严重危害的场所；2类场所，是指会与人体接触，且有造成危及人体生命的场所。在实际的设计实践中，我们通常会涉及到的2类场所有：急诊抢救室、早产儿监护室、重症监护室、手术室、心血管造影检查室，从这些场所可以看出，患者都是危重病人、手术病人，所以这类场所对供电的安全性要求是最高。
4.1.2 漏电保护器的替代
通常，健康人体的安全微电流是30mA，即人体在受到电击电流大于30mA时，很容易失去生命。在很多年前规定手术室设置的漏电断路器动作电流是6mA，即手术过程中通过人体内的微电流达到6mA以上时，会对手术急救或者ICU的急救病人产生生命威胁。因此，手术室的断路器需加漏电保护器，并且保护动作电流设定为6mA。当下，手术室已经不允许使用漏电断路器。随着科技的进步，目前已有新的方式替代漏电断路器。一是因为一旦手术室漏电，无论漏电保护器多灵敏，都会有微电流通过人体，一样会对人体造成威胁；二是当漏电保护器启动工作的时候会切断电源，与供电的连续性要求相背离。
4.1.3自动恢复供电时间
自动恢复供电时间是指当医院发生断电时，有些场所可以承受断电带来的影响（例如：门诊诊室）；有很多场合无法继续工作，即迅速恢复供电所需的规定时间。自动电流恢复时间共分为三档，一档是恢复时间小于0.5秒；一档是0.5秒至15秒之间；还有一档是大于15秒。不同电源的自动恢复供电时间是不同的。
1）对于供电恢复时间要求0.5秒以下的场所，例如急诊抢救室、血液病房、净化烧伤病房、早产儿监护室、ICU等，通常采用UPS和EPS方式，但因UPS切换时间较快且有稳压功能，提供的电能质量相对较高（较高的电能质量对医疗设备的使用寿命和监测的稳定性有很大帮助），故最常用UPS。
2）对于供电恢复时间要求0.5秒至15秒之间的场所，采用双电源切换方式。
3）对于供电恢复时间要求15秒以上，采用单电源或低压母联方式等。
综合医院建筑设计规范（GB51039-2014）
4.2 特殊医疗场所对供电安全性的要求及实现方法
当发生故障时要切断故障电源，则无法实现供电的可靠性，断电之后还需迅速恢复供电，则又会带来一系列其他问题。是否有既兼顾供电的可靠性，又兼顾供电的安全性，并保证发生问题时不出现微电击；当出现绝缘破坏时，优先保证供电连续性，然后再保证供电可靠性？——IT不接地系统+UPS。
4.2.1 IT不接地系统+UPS的原理
微电击产生的原因是什么？首先，电流产生的原理是两边有电位差，从而实现电子从高电位向低电位移动形成电流。同样的在医疗场所，如发生接地事故会导致两边的电位不一样，就会导致微电击的产生。
4.2.2 确保供电的安全性
首先，要确保供电的安全性。为了避免微电击对病人，尤其在进行心脑手术病人的伤害，我们采用隔离变压器的形式避免电位差的产生，让手术室或者ICU场合的电位基本上可以保证不会发生电位差导致的微电流事情产生，这确保供电的安全性。
4.2.3 设置UPS
其次，通过在手术室和ICU的电源上设置UPS，并与隔离变压器配合，实现供电的可靠性。
1）当外部电源发生断电事故时，UPS会第一时间启动，进行毫秒级切换保证供电的连续性，提供15~30分钟的供电，期间通过母联可以实现发电机切换并启动，保证了供电的连续性。
2）当内部电源第一次发生短路故障或者绝缘故障时，IT不接地系统只报警而不断电， 既保证了供电的安全，又兼顾了供电的可靠性，所以对手术室、ICU等特殊空间的供电效果最佳。
4.3 大型医技设备对供电的特殊要求及做法
除手术室、ICU这类相对比较特殊空间的设备外，医院中还有大型仪器设备（例如：CT、DR、CR、核磁、DSA、直线加速器等）对供电的特殊性需求。
4.3.1 仪器设备的有两种负荷性质
首先，仪器设备有两种负荷性质，一种是连续性的负载，一种是暂态的负载。根据不同的负荷性质，会有不同的供电方法。在规范中明确规定，连续性负载（包括：直线加速器、核磁共振、治疗用射线等）供电时，要求根据负载负荷容量来确定开关和导线。大多数的负载都是根据负载负荷容量来选择开关和导线，但是暂态负载（包括：CT、X光机等）在短时间内会进行一个大电流的输出，为了实现这个短暂的脉冲，需要对变压器内阻进行计算，所以在医技设备手册里明确提出对电缆线径的要求，主要是考虑降低导线本身的内阻，从而实现短暂大电流供应的负荷要求。所以在X光、CT设计中常用的设计计算方法是完全不一样的，包括在选择变压器时，对X光、CT这类仪器设备的容量计算也是不一样的，最后算出来的数值和它原来的负荷值有很大差距。
4.3.2 不同负荷不同供电方式注意事项
另外，《民用建筑电气设计规范》对电气负荷有明确规定，需按照负荷分级进行供电，通常二级及以上负荷采用双电源供电。但双电源供电有时要慎重的选择双联供电的切换方式。在设计301医院时，CT设备按常规做法，采用双电源供电并在末端进行自动切换，但在实际运行中，像CT这类大型仪器设备是不能在断电之后马上恢复供电的。有一些设备原件在断电之后需要慢慢复位，复位之后才能继续供电，如果没有完全复位就恢复供电，有可能造成设备损坏，但规范中并未对这部分内容进行规定说明，只有在实践中才会遇到，所以建议在双电源设计的切换方式上要谨慎，并不是说所有的双电源选择自动切换后，就是优秀的设计、可靠的设计。
4.3.3 大型仪器设备防雷接地的重要性
最后，说明大型仪器设备防雷接地的重要性。因大型仪器设备比较笨重，一般会选择的放置区域为地下室一层或者首层。大型仪器设备都很精密，对雷电流很敏感，在做防雷接地设计时，除做好接地设计外，还要跟建筑专业配合并提醒对方请勿将设备设置在建筑物的外沿或者是紧贴外墙部分。因为在接闪器接到雷电电流之后，在雷电电流导向大地的时候是个高频电流，高频电流的基本特点就是集肤效应。如果把建筑物当成一个导体，雷电电流通常会从外沿向建筑物内进行传导。如此时将大型仪器设备放置在建筑物的外沿，那么在建筑物遭受雷击时，有可能从接闪器引下的电流对设备产生损害，尽管设置了浪涌SPD和一些措施来保障基地的良好，但是放在外沿还是会给设备带来一定的风险。所以希望通过和建筑专业在建筑设计上的配合，把类似风险降到最低。
5 关于电气节能的一些建议
5.1 重要参数
目前大部分医疗设备都是电气设备，如何节约电能是一个很现实的问题。通常在进行电气设备选择时，会有两个非常重要的参数，第一个是电机类产品的功率因数，第二个是照明灯具类的能效比。所谓功率因数和能效比，实际上表达的意思是一样的。即照明或电器的输入功率和输出功率的转化比，例如，电机类转化成机械能、照明类转化成光能，它们的转化效率。
5.2 两类能耗大户的节能措施
所谓节能，是能量转换效率越高越节能。在大型医院里面，各类空调设备是耗能第一大户，对电气来讲本质上属于电机类的负荷。第一能耗大户通常选择高功率因数电机，包括空调上面涉及暖通专业的新风机组等。也可采取一些其他措施，例如，在运营中采取变频控制。现阶段变频控制产品非常成熟，例如IGBT和RIGCT能做到功率因数接近于1，就是说明此类产品几乎可以实现百分之百的能量转换。选择高功率因数产品，运营成本会降低，但建设成本会很高，所以采购前，运营的决策者需要计算使用年限、花费成本以及如何能达到平衡状态。对于耗能第二大户——照明灯具的选择并非仅指LED，需看能效比即能量转换效率。现阶段有一些非常成熟的传统照明灯具产品，例如，高频的荧光灯，能效比很高。所以选择产品时，并非只看到某一类的产品发展形势，就一定节能，要根据实际需求，根据灯具能效比参数来选择。在大量医院设计的过程中，在诊室里面的一些大量的照明设计还是选用的荧光灯要多一些，从实际运营使用情况看，能效比高的荧光灯确实有显著的节能效果。
【讲师介绍】
庄大伟，中国中元国际工程有限公司建筑环境艺术设计研究院副院长、室内工程设计所所长、电气高级工程师。从事电气设计20年，其中医院建设10余年，曾参与的医院建设项目13个，例如：卫生部北京医院、昆明医学院第一附属医院、西藏藏医院室内精装修、解放军总医院海南分院、北京市肛肠医院等，其中5个医院建设项目获得了行业奖项。
【筑医台微课】
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