張志毅

【摘要】上海正致力建成亞洲醫(yī)學(xué)中心城市，不久前出臺(tái)的上?！笆奈濉币?guī)劃中明確著力推進(jìn)“健康上?！苯ㄔO(shè)，加快優(yōu)質(zhì)醫(yī)療資源擴(kuò)容和均衡布局，全方位全周期保障人民健康，穩(wěn)步提升健康預(yù)期壽命，市民主要健康指標(biāo)繼續(xù)保持發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)水平。并突出科學(xué)把握常態(tài)化疫情新特征，在新的時(shí)代背景下對(duì)上海醫(yī)療系統(tǒng)在下一階段的發(fā)展提出了更高要求，鑒于在現(xiàn)代醫(yī)療建筑中，醫(yī)療設(shè)備及其輔助設(shè)施幾乎百分百以電力為能源供給，無(wú)論是在新項(xiàng)目亦或是老院區(qū)的改擴(kuò)建設(shè)中，有關(guān)電的問(wèn)題始終是工程的重中之重，本文僅以此為契機(jī)，就目前醫(yī)療建筑遇到的電力相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行探討。

【關(guān)鍵詞】醫(yī)院建筑配電【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

1、現(xiàn)狀

新世紀(jì)以來(lái)，隨著城市化進(jìn)展的速度越來(lái)越快，上海市區(qū)面積不斷增大，人口基數(shù)長(zhǎng)期處于增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，醫(yī)療資源的擴(kuò)容增速始終落后于需求的上漲。盡管通過(guò)“5+3+1”等，“1+1+1”簽約等舉措，大力推動(dòng)居民就診下沉，緩解就醫(yī)難的問(wèn)題，但在受疫情影響較大的2020年，門急診量突破400萬(wàn)的本地三甲醫(yī)院仍有7家，大型綜合性醫(yī)院的虹吸效應(yīng)依舊明顯，市區(qū)綜合性醫(yī)院門庭若市的狀況仍然存在。隨之而來(lái)的后勤輔助工作，尤其是電力的配套、擴(kuò)容、使用等一系列問(wèn)題尤為突出。

2、發(fā)展速度配套

對(duì)于醫(yī)療建筑，參照上海本地供電部門相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，醫(yī)療建筑的用電申請(qǐng)容量基本以地上面積120VA/m2，地下面積30VA/m2為計(jì)算依據(jù)，按變壓器負(fù)載率65%計(jì)，實(shí)際可提供負(fù)荷容量在80VA/m2以下。以現(xiàn)有項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)為例，在項(xiàng)目竣工初期，原設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)一般都能滿足各科室及住院病患的使用要求，考慮到醫(yī)院中一、二級(jí)負(fù)荷比重相對(duì)較高，此類負(fù)載均為兩路電源供電，且影像類醫(yī)療設(shè)備的真實(shí)使用時(shí)間極短，實(shí)際需求系數(shù)非常低，通過(guò)電力表計(jì)讀數(shù)，主觀判斷的負(fù)載率通常在50%以下，甚至更低。

但就用電容量問(wèn)題，曾就13家本地三甲醫(yī)院管理人員進(jìn)行簡(jiǎn)單問(wèn)卷統(tǒng)計(jì)，其中4家把“容量不足”放在醫(yī)院運(yùn)維中遇到問(wèn)題的首位，根據(jù)上文分析在醫(yī)院運(yùn)營(yíng)初期只有50%負(fù)載率，電不夠用的問(wèn)題又如何被擺上桌面的，個(gè)人以為原因如下：

（1）隨著醫(yī)院的不停發(fā)展與門急診量的激增，大型醫(yī)療設(shè)備的使用數(shù)量，促使了實(shí)際用電容量確實(shí)顯著上漲。舉例來(lái)說(shuō)，一幢2萬(wàn)平方米規(guī)模的醫(yī)技綜合樓，參照當(dāng)下平均需求設(shè)有CT機(jī)2～4臺(tái)，按單臺(tái)功率50kW，雙回路供電，以地上面積120VA/m2，負(fù)載控制在70%為標(biāo)準(zhǔn)，每增加一臺(tái)的CT機(jī)，需平攤用電面積1190平方，折合總建筑面積的5.95%;按需量計(jì)算約4.16%，光4臺(tái)CT可占到總需量的1/5。更何況醫(yī)療技術(shù)的日新月異，更多128排、320排CT機(jī)及DSA、MRI的逐漸走入各層醫(yī)療機(jī)構(gòu)，其部分發(fā)生器功率甚至接近200kW，在增加占地有限的情況下，極大的提高了需量密度，為電力配套及設(shè)計(jì)提出了新的要求。

（2）舒適性設(shè)備，主要是暖通設(shè)備的大規(guī)模使用。由于門診量的不斷攀升及全球氣溫的逐年上升，對(duì)照本世紀(jì)初，制冷設(shè)備的使用范圍已大大擴(kuò)大，使用時(shí)長(zhǎng)也遠(yuǎn)超出認(rèn)知中的夏季單一季節(jié)。制冷量需求的上漲，催生了設(shè)備功耗的日益增長(zhǎng)，據(jù)《2018年上海市國(guó)家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測(cè)及分析報(bào)告》顯示，醫(yī)療衛(wèi)生的空調(diào)用能的占比高居政府辦公、辦公建筑、旅游飯店、商場(chǎng)建筑五類建筑之首，在照明插座、動(dòng)力、特殊負(fù)荷四個(gè)分項(xiàng)中，也僅次于照明插座達(dá)到了35.1%。其數(shù)據(jù)亦可反證用于制冷設(shè)備的需量也是廣大醫(yī)院反應(yīng)容量不足的重要因素之一。再者，在提高就診滿意度及提倡節(jié)能增效的雙重背景下，冬季更多的空氣源熱泵被用于采暖，盡管與早期鍋爐、空調(diào)相比其COP效率更高也更為綠色環(huán)保，但使用范圍及采暖總量的增加依然加重電力需量負(fù)擔(dān)。

（3）大型綜合性醫(yī)院的虹吸效應(yīng)也導(dǎo)致了絕大部分市區(qū)醫(yī)院近十年間，在不斷經(jīng)歷從一處擴(kuò)建到另一處擴(kuò)建的循環(huán)中。建筑體量的日益擴(kuò)大，從基數(shù)上抬高了單一院區(qū)總的用電需量，而由于容積率的提升，往往迫使醫(yī)院在接近或超過(guò)本地10kV供電上限容量后，卻很難滿足新建一座35kV電壓等級(jí)變電所的實(shí)際需求，從而間接堵死或是阻礙了從根本解決容量不足問(wèn)題的簡(jiǎn)單路徑——提升供電電壓等級(jí)，進(jìn)行整體擴(kuò)容。在經(jīng)歷諸如新建發(fā)熱門診的需量增長(zhǎng)下，電力容量供應(yīng)顯得捉襟見肘，造成了電不夠用的表象。

結(jié)合以上三點(diǎn)，本世紀(jì)初以來(lái)，客觀上上海醫(yī)療的整體發(fā)展速度會(huì)是如此之快，超出了絕大多數(shù)建設(shè)者、設(shè)計(jì)者的預(yù)想。在20年前上海沒有35kV電壓供電的醫(yī)院用戶，而當(dāng)下醫(yī)院管理者無(wú)論是在新建還是在擴(kuò)建項(xiàng)目中應(yīng)該將電力配套的重視程度提升一個(gè)等級(jí)，起碼在空間用地等方面，從醫(yī)院運(yùn)營(yíng)的長(zhǎng)遠(yuǎn)角度出發(fā)，考慮到未來(lái)醫(yī)療設(shè)備的大型化帶來(lái)的用能變化，事先為電力擴(kuò)容預(yù)留相應(yīng)場(chǎng)地，并保證更新與新增的配電設(shè)備可在不影響建筑結(jié)構(gòu)的前提下順利就位，從而大大簡(jiǎn)化未來(lái)可能發(fā)生的擴(kuò)容工程申請(qǐng)流程，是非常充分且必要的。

對(duì)于先期投資及執(zhí)行，以現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)為例，對(duì)于設(shè)備采購(gòu)由于35kV電壓較高而電流較?。?0000kVA容量對(duì)應(yīng)電流164A）對(duì)于未來(lái)的擴(kuò)容，35kV至10kV設(shè)備幾乎不用更新，較小的擴(kuò)容甚至無(wú)需調(diào)整電流互感器變比，僅需對(duì)保護(hù)閾值進(jìn)行整定。同時(shí)，可以結(jié)合歷年來(lái)用能設(shè)備增長(zhǎng)曲線，尤其針對(duì)影像科設(shè)備，可聯(lián)合設(shè)計(jì)單位，就現(xiàn)有CT、DSA、MRI等大功率的設(shè)備進(jìn)行能效數(shù)據(jù)特性分析，就現(xiàn)行多臺(tái)設(shè)備0.6需求系數(shù)經(jīng)驗(yàn)值進(jìn)行校正，以確定更為合適的變壓器容量。

綜合近年來(lái)的不斷上漲的原材料價(jià)格及上海MD需量的計(jì)價(jià)方式，適當(dāng)提升主變?nèi)萘繋?lái)的增量部分5‰的空載損耗，在經(jīng)濟(jì)性上并不會(huì)造成太大持有成本壓力。對(duì)于最終用戶而言，提前布局35kV用戶站無(wú)論從設(shè)備投資成本及未來(lái)可擴(kuò)展性上來(lái)說(shuō)都是綜合效益較大的選擇。

3、用電安全與可靠

由于醫(yī)療機(jī)構(gòu)的特殊性，電力供應(yīng)的中斷是醫(yī)院不能承受之重，電力的安全供應(yīng)左右著醫(yī)院的經(jīng)濟(jì)收益及社會(huì)影響，保障供電系統(tǒng)連續(xù)性是后勤總務(wù)的重要工作之一。在建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)之上，我們還有哪些應(yīng)對(duì)措施是可以在醫(yī)院建設(shè)的初期作為頂層規(guī)劃納入前期方案設(shè)計(jì)呢？

3.1區(qū)分負(fù)載性質(zhì)，設(shè)置不同等級(jí)電源配置

《JGJ213-2013醫(yī)療建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》及《GB16895.24-

2005建筑物電氣裝置第7-710部分：特殊裝置或場(chǎng)所的要求-醫(yī)療場(chǎng)所》均針對(duì)醫(yī)療場(chǎng)所及設(shè)施的以要求自動(dòng)回復(fù)供電劃分三檔，分別是≤0.5s，<0.5s、≤1.5s，>15s。在實(shí)際項(xiàng)目中，在滿足電力中斷最小值標(biāo)準(zhǔn)的前提下，可根據(jù)電源的具體配置狀況對(duì)負(fù)荷進(jìn)行重新劃定，定義可在單母線分段時(shí)甩去的，末端使用單路電源供電的非重要負(fù)荷;單母線分段時(shí)需要保留的末端使用單路電源供電的一般負(fù)荷;使用兩路市政電源的一般負(fù)荷;使用兩路市電加應(yīng)急電源（移動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)）重要負(fù)荷;使用兩路市電加熱備應(yīng)急電源（固定柴油發(fā)電機(jī)切在一路市電失壓后熱備）重要及消防負(fù)荷;使用兩路市電并配置UPS（不間斷電源）的醫(yī)療、工藝及信息負(fù)荷;使用兩路市電并不適用UPS電源但采取電壓補(bǔ)償?shù)拇笮头派湓O(shè)備等6至7類電源配置，以滿足在不同科室、不同設(shè)施在不同工況下的開機(jī)或停機(jī)要求，即要求電源的可靠性，也需要在配電上具有靈活性。

在負(fù)荷側(cè)為保證用能的可靠及安全，除應(yīng)對(duì)線路過(guò)載、短路等常規(guī)故障外，也需防止電能質(zhì)量問(wèn)題由末端向配電網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)散，從而影響影像設(shè)備成像質(zhì)量、損壞工藝設(shè)備電子器件。對(duì)容易產(chǎn)生諧波分量，污染電源的負(fù)荷，可采用了“清污分流”的方法，在系統(tǒng)設(shè)置上就該部分負(fù)荷集中部署在特定的電源系統(tǒng)中。就部分容易產(chǎn)生高頻諧波的設(shè)備，例如影像器械本身及變頻設(shè)備等，可根據(jù)負(fù)荷特性，就地設(shè)置專用無(wú)源或有緣濾波裝置和專用電能管理系統(tǒng)等。對(duì)電子器件造成影響的諧波，分析其形成的信號(hào)干擾特點(diǎn)，可采用系統(tǒng)聯(lián)合接地——除常規(guī)接地外，還可設(shè)置工藝用專用接地。根據(jù)工藝設(shè)備的布置進(jìn)行設(shè)置，不但需與工頻電源接地獨(dú)立，達(dá)到“干凈”接地的效果，還需在高頻狀態(tài)下滿足高頻接地電阻的要求，接地材質(zhì)選用集膚效應(yīng)更好的專用接地材質(zhì)，都可在負(fù)載側(cè)保證電源質(zhì)量的穩(wěn)定。

3.2嘗試新技術(shù)新方案的應(yīng)用

伴隨科技的發(fā)展、時(shí)代的進(jìn)步，以數(shù)據(jù)中心為首的大數(shù)字基建在供電連續(xù)性保障上不斷嘗試新的解決方案，也豐富了新技術(shù)的落地經(jīng)驗(yàn)。諸如大型飛輪UPS與柴油發(fā)電機(jī)的結(jié)合，可較好結(jié)合UPS的不間斷及柴油機(jī)發(fā)電機(jī)的帶載特性，使已柴油發(fā)電機(jī)為代表的應(yīng)急電源可平滑接入系統(tǒng)，并在UPS退出時(shí)可繼續(xù)蓄能，為市電恢復(fù)后提供完美過(guò)度。該方案亦在集中式的UPS部署上提供了新的思路與選擇，部分解決了分布式UPS不方便管理，長(zhǎng)期存在宕機(jī)風(fēng)險(xiǎn)的隱患。

再者，例如CCHP（熱電冷三聯(lián)產(chǎn)）的應(yīng)用也已在上海醫(yī)院中有過(guò)應(yīng)用，該方案在解決醫(yī)院用能、擴(kuò)容困難的同時(shí)，可有效提高醫(yī)院的孤島帶載能力，考慮到部分新建項(xiàng)目選址在五大新城，周邊施工項(xiàng)目較多，且不能完全保證市政排水管網(wǎng)的區(qū)域覆蓋，不排除在極短氣候及事件下，外線電源的相對(duì)安全，CCHP可承擔(dān)一定應(yīng)急電源功能，部分內(nèi)燃機(jī)機(jī)型還可兼容油氣等多種燃料形式，為災(zāi)備情況下的能源供應(yīng)保障提供了新的途徑。另外，屋頂光伏及儲(chǔ)能等技術(shù)，也可在利用可再生能源，節(jié)能增效的同時(shí)，不僅節(jié)流并且開源，通過(guò)多能互補(bǔ)提高醫(yī)院的應(yīng)急電源供應(yīng)能力，緩解電力供應(yīng)緊張的等問(wèn)題。

上述綜合能源的利用方式現(xiàn)都可通過(guò)第三方的專業(yè)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行投資及建設(shè)，在論證可研方案確定項(xiàng)目建設(shè)價(jià)值后，通過(guò)相關(guān)項(xiàng)目備案，使用方均可采用能源合同形式招標(biāo)，并與建設(shè)投資方發(fā)生商務(wù)采購(gòu)關(guān)系，此舉不但減小了項(xiàng)目的初期投資金額，也減輕了后期復(fù)雜系統(tǒng)的運(yùn)維管理壓力。

結(jié)語(yǔ)：

電力的問(wèn)題是一個(gè)系統(tǒng)性問(wèn)題，為保證醫(yī)院的供電連續(xù)性，讓醫(yī)院不為用電犯愁，不僅涉及基建、動(dòng)力等后勤科室，也需要醫(yī)院管理者在更高的維度為醫(yī)院的發(fā)展規(guī)劃一個(gè)可持續(xù)的用能計(jì)劃，本文僅在應(yīng)用層面結(jié)合實(shí)際，淺析醫(yī)院常見的電力問(wèn)題，寄期望在后續(xù)建設(shè)及后勤運(yùn)維工作中，不斷改善醫(yī)院的用能狀況，保障醫(yī)院電力7x24小時(shí)安全運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)兼顧系統(tǒng)高可靠性和低運(yùn)維成本。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫瑜.質(zhì)子重離子醫(yī)院配電設(shè)計(jì)[D].現(xiàn)代建筑電氣，2015.