名院经验 | 全美最节能的 5 家医院能源设计方案公开（附详情）

“对于医院能源系统工程设计来说，启动许多可持续发展行动的最佳时机是在医疗设施设计过程中。”位于芝加哥的美国卫生保健工程协会（ASHE）的可持续发展项目经理、LEED AP BD&C的卡拉·布鲁克斯说道。

以下，我们针对医疗建筑设施的能源设计，收集了全美最具代表性的医疗设施可持续发展应用的典范进行详尽阐述，仅供参考学习。

凯撒医疗系统圣地亚哥医疗中心于2017年4月建成并开业运营，占地面积为 57341平方米。该院在开业时注册并实际开放了253张床位，同时还为未来的医疗设施扩建预留了可以容纳68张床位的空间。其中，急诊中心拥有39张床位。

该医疗中心提供的医疗服务主要涵盖外科专科、急诊科、妇幼保健服务、重症监护病房、介入放射科、新生儿重症监护和急救服务等。

圣地亚哥医疗中心的设备运营主管麦克奈特（Stephen McKnight）表示，由于商品成本的变化和其他可变因素（如按需收费）的影响，在医疗设施建设中很难量化实际节约的成本。然而，据估计，该医疗中心使用的电能比凯撒医疗系统投资的其他类似规模的医疗中心大约节约17-30%，这对于医疗机构来说绝对是一笔不小的开销。

凯撒医疗系统圣地亚哥医疗中心是加州地区首家通过医疗建筑LEED白金认证的医院，并且获得了“能源之星”（ENERY STAR）®90分以上的评级分数。目前，该医疗中心的核心运营人员及工程师正在为现有建筑的运营和维护（EBOM）申请LEED奖。如果也获得该奖项的白金认证，那么该中心很可能会成为世界上第一家获得“建筑设计与施工”以及“运营与维护”双项LEED白金认证的医院。

对此，麦克奈特说——

从零开始建造一个新的医疗中心为提前整合和规划某些前沿性设计提供了绝佳的机会，这对于改造现有医院建筑来说几乎是不可能的，至少也是更困难得。而圣地亚哥医疗中心则完全不同，从一开始就考虑到最有效的可持续能源解决方案，并且做了相应的规划和资金投入，这就确保了该医疗项目可以在预算内提前完成。

该设施现场有一个650千瓦的三联发电电厂，可高效完成210吨自然冷却和1700kbtu自然加热的能源需求。这就使得院内非icu病房、走廊和护士站的冷却梁减少了对系统气流和供暖的需求，从而大幅节约能源，降低运行成本。

据统计，该医疗中心安装的1560块光伏板每年产生电能约345千瓦，占其年度能源需求的3%。其次，该医疗设施内100%采用的LED照明系统全覆盖使得对电能的消耗更少，这样看来，因照明系统运行产生的温度将会更低，从而减少了室内温度调节对暖通空调的冷却需求。

此外，建筑外部的遮阳设施阻挡了多余太阳光的照射，可以减少高达64%的冷却能源消耗。麦克奈特表示，智能化的照明系统的应用也为节能提供了基础，该院照明控制系统能够通过选择自然采光模式、定制灯光亮度和调光等方式来改善室内环境，以满足病人和工作人员的需求。

圣地亚哥医疗中心建筑的主要材料是钢材和混凝土，同时使用预制铝幕墙来创建外立面，这样就提供了一个节能的建筑围护结构，并且有效阻挡了来自附近机场的噪音。

医疗中心的场地绿化主要使用当地的绿植，以减少灌溉。零排污冷却塔运行超过70个水循环周期，每年可节省超过18927立方米的淡水资源。

据麦克奈特说，建筑内部的低流量管道装置和一些设备的机械冷却装置可有效减少院内的用水量。

“圣地亚哥医疗中心的建筑设计是通过创造一种感觉不像一个医院的氛围来强化康复环境，”他说——

希拉和埃里克·桑普森大楼（Sheila and Eric Sampson Pavilion）是凯斯西储大学和克利夫兰诊所医学院的中心，该校园于2019年4月17日落成。它是一座44221平方米的建筑，以24米高、2508平方米的中央庭院为特色。

位于克利夫兰诊所主院区的医学院由伦敦的Foster + Partners设计，最初的规划是四座建筑，分别是两所医学院、一所牙科医学院和一所护理学院建筑。

克利夫兰诊所的首席设计官克里斯·康奈尔（Chris Connell）说，设计归设计，而最终的设计方案是将四座建筑都集中在一个屋檐下，这样比最初的设想减少了25% -30%的占地面积。他表示：“在这个阶段，许多项目甚至连设计师都不参与。”为什么？

在医学院中央庭院内建造了一个中央客厅，周围是学习和指导空间，“这样使得建筑在功能上更加高效多样，而从设计的角度来看，这是一个更加优雅自然和便于互动的空间”康奈尔说。

中心庭院可供所有在建筑内部工作和学习的人共享。庭院空间也有加热和制冷的功能，但与室内空间的冷热程度不同。

离地面2.4米范围内的庭院空间得益于辐射供暖和置换冷却系统的作用。康奈尔说——

室内空间的墙壁被漆成白色，以最大限度地利用自然光，提高室内空间的亮度。康奈尔说——

建筑的外部装饰采用了“高质量且具有节能功能的双层玻璃，” 康奈尔说。建筑的南面设有遮阳设施，但北面没有。建筑内部使用的材料以花岗岩和天然橡木为主，“这些材料给人亲切自然之感，而且这些材料绿色环保，对促进患者疾病康复具有积极的作用，”他说。一个悬挑的屋顶延伸到整个建筑的外部，遮蔽了四层建筑的顶部三层，起到了很好的遮阳效果。

该建筑坐落在占地面积44515平方米的广阔场地上，在冬天，即使在非常沉闷的日子里，也能让光线间接通过积雪反射到建筑里，从而增加室内空间的亮度。

康奈尔说，俄亥俄州的水资源非常匮乏，水资源保护面临极大的挑战，部分依赖于当地可用的基础设施系统。

克利夫兰诊所医学院区的设计师选择将雨水储存在现场，以更好地控制有多少水进入雨水收集系统。在这里，草坪是整个场地的主要覆盖物，可以让雨雪穿透草地并自然消散。他说：“如果用硬绿化方式或建设停车场覆盖场地将使会雨水流通更加困难和复杂。”

据报道显示，印第安纳大学医疗系统布卢明顿医院建成后将成为一座占地面积约55741平方米、拥有约200张床位的医院。该项目已于2019年前半年破土动工，预计2021年竣工。建成后的布卢明顿医院新院区将会直接取代目前仍在运行的旧医院。

威斯康辛州麦迪逊(Madison)市的建筑顾问弗雷德•贝茨(Fred Betz)表示，该建筑围护结构采用了“优质玻璃”，以确保良好的性能。所选择的玻璃具有较低的u值和太阳热增益系数，可以有效管理热损失和增益。同时，这些玻璃还有效提高了建造机械系统的规模和操作效率。

“这种‘优质玻璃’不仅设计合理，而且安装和使用都很合理，”贝茨说——

根据ASHRAE 189.3-2017的报告，对于替代能源，考虑到基础设施已经安装到位，可以再增加一个450kW的直流光伏阵列，使业主能够灵活地在现场迅速增加可再生能源，“一旦经济条件允许，这一些设想都很可能变成现实”，贝茨说。

R-30屋顶和隔热良好的墙壁减少了加热和冷却峰值负荷以及能源消耗，贝茨说。屋顶采用浅色装饰材料，以进一步减少夏季的制冷负荷。

并且通过传统的方法与低流量的固定装置，以及工艺设备的改进，大大的提高了整个设施的水利用效率。

配置的灭菌器闭环冷却系统、高效的厨房设备、适应本地气候的绿色植物物种、热回收冷却器、微型蒸汽系统和带有漂移消除器的冷却塔，以及高效的水处理系统，这些高效的设备共同大幅度降低了印第安纳大学医疗系统布卢明顿医院的水资源消耗。

布卢明顿医院节能系统设计方案的核心是一个180吨的热回收冷却器和一个非常高效的中央能源系统，共同为设施提供加热和冷却服务，而且确保整个加热装置在130度左右的较低温度下运行。“而正常情况下，供暖系统的运行温度大约是180度，运行温度越高能源消耗越大，这会导致能源利用率低下，”贝茨说——

其实，这种加湿技术在医疗领域的应用也很出彩。

该能量回收装置的特点是能够回收整个医院内的空气余热，贝茨说。能量回收装置是一种圆形装置，由可以暂时储存热量和湿气的材料制成，整个装置置于空气处理单元内。从室内空气中排出的热量和湿气重新回到该装置中，这些储存起来的热量和湿气也没有被浪费，而是直接被用来加热和湿润从外面吹进来的空气，根本没有浪费的余地。

贝茨说——

印第安纳大学印第安纳波利斯医院中南地区设计和建设部主任凯尔·哈迪（Kyle F. Hardie）说，印第安纳大学医疗系统追求卓越的医疗设施和高水平的医疗服务，未来，我相信只会在追求更加卓越医疗品质的道路上越走越远。

他说：“印第安那大学医疗系统为改善印第安那州居民的就医条件，在严格遵循ASHRAE 189.3标准的前提下完成了布卢明顿医院的建设，也算兑现了曾经对本地居民的承诺。”ASHRAE 189.3标准是衡量设计师在经济条件允许的基础上设计一个可持续且高效的医疗建筑的一个权威方法。

印第安那州立大学医疗系统正在努力完成第一个严格遵循ASHRAE 189.3标准的项目，并且，院方表示在未来的建筑设施中仍将延续和遵循该标准的要求。

印第安纳大学医疗系统致力于通过临床护理、医学研究和建筑环境等措施来改善印第安纳州居民的健康状况。而建筑的可持续发展设计将直接或间接影响印第安纳州居民的生活习惯、社区活动和生态环境，从而让印第安纳州居民的身体素质变得更加强健。

阿肯色州浸信会医学中心是2016年7月建成并开业的单体医疗建筑设施。在该建筑的一侧扩建了一所妇女和儿童医疗中心，已于2017年中期建成。医疗中心占地面积约24155平方米，设有110张床位。该建筑的“能源之星”评级得分为81分，是阿肯色州所有医疗机构中得分最高的项目。

“从项目一开始，业主、建筑师和工程师就组成了一个协作团队，目标是设计一个性能卓越、节能高效的医疗设施，可以说他们的建造目标就是获得“能源之星”等级认证，” 浸信会医学中心设施管理部门的机械工程师哈米德·哈比比（Hamid Habibi）说。

此外，该空调系统的另一个特点是具有空气处理单元的操作序列功能，包括温度和静压复位控制，可以最大限度地提高能源效率；手术室、剖腹产室、导管室和操作室的已占用和未占用显示功能，可明显减少未占用空间每小时的换气量；III型除湿装置，用于对外科空间的空气净化处理，以更有效地提供所需的湿度和温度；建筑内安装的全套楼宇自动化系统，可以全面控制及监察整个建筑内的暖通系统、水管系统、医疗气体设备以及照明设施。

该院热水加热系统由高效的燃气热水加热系统组成，所有的管道固定都选用了低流量特性的装置，以减少水的消耗。为此，整个设施管理人员团队都接受了有关医院电气和机械系统方面的教育和培训。员工还接受了楼宇自动化系统的培训，使其能够快速排除故障和解决问题。这些管理和维护措施是浸信会医疗中心保持节能高效运行和通过“能源之星”评级的最重要因素之一。

位于休斯顿的纪念赫尔曼医疗系统(Memorial Hermann Health System)是一个非营利性医疗系统，位于美国德克萨斯州东南部，拥有6400名医生，26000多名员工，旗下拥有并经营着14家医院，并与其他三家医院建立了合资企业。

塞浦瑞斯纪念赫尔曼医院设施工程副总裁迈克尔·哈顿（Michael Hatton）将“能源之星”得分高归因于“在设计和施工过程中对质量控制的不懈追求，后续设备调试集中在暖通空调控制或建筑自动化系统上，并且关键设施团队成员着重关注“能源之星100分”目标的关注。

建筑围护结构的设计是为了减少建筑在墨西哥湾暴风期间大幅损坏的风险。

该项目的质量控制细节主要包括两个：独立的预制密封层、工厂预制面板组装的质量控制和施工阶段的部分质量控制内容，以及施工阶段对难建预制窗墙和预制细节的喷漆测试。

在这过程中，还进行了密封检查和拉拔试验，以证明密封剂的附着力达标，同时在建筑外部表皮安装和完成的关键阶段由第三方机构定期进行工作监察。这种类似的指控方法也被应用于屋顶组件的安装和闪光细节调试部分，以确保每一个角落都符合能源法规要求。

LED照明系统是节约电能、提高能源利用效率的最佳手段。据负责人介绍，医院使用经过预处理的室外空气，并配备了热回收设备，以更好地控制手术室和其他病人护理区域的温度和湿度。

减少每平方米的整体冷却BTUs，同时也减少了制冷机的负荷，因此减少了蒸发冷却塔的工艺用水，这与能耗的变化成正比。该设施使用可变的一次冷却水分配方式，以在给定的可变负荷需求下实现更好的平衡；使用点蒸汽发电模式，以防止中央蒸汽分配的热损失和冷凝再热锅炉与100华氏度再热分配的热损失。

最后，美国卫生保健工程协会的布鲁克斯（Brooks）总结道：“医疗建筑是美国能耗最高的建筑类型之一，仅次于食品服务行业。考虑到这一点，医疗机构就会对可持续发展设计保持浓厚的探索兴趣。”

来源：hfmmagazine

作者：JeffreySteele

编译：Chester