إنشاء نظم لتبريد وتسخين المستشفيات تتسم بالكفاءة في استخدام الطاقة

Why Energy Efficiency Matters in Hospital HVAC Design

وتعمل المستشفيات 24/7 وتستهلك ما يقرب من 2.5 مرة من الطاقة لكل قدم مربع من مبنى تجاري نموذجي، وفقاً لـ U.S. Department of Energy ].

فبعد تحقيق وفورات في التكاليف، تؤدي النظم الفعالة إلى تحسين نتائج المرضى بشكل مباشر، إذ تؤدي مكافحة الرطوبة السليمة إلى الحد من مخاطر الإصابة، كما أن التنظيم المتسق لدرجات الحرارة يدعم الانتعاش، ويكفل حماية أعلى من الأفراد الذين يرعاهم المجتمع، ويكمن التحدي في تحقيق التوازن بين هذه المطالب السريرية وبين أهداف خفض الطاقة العدوانية.

الاستراتيجيات الأساسية لتشييد وتسخين المستشفيات ذات الكفاءة في استخدام الطاقة

ولا تؤدي مبادرة واحدة إلى أقصى قدر من الكفاءة، بل إنها بالأحرى تُعد تصميماً سلبياً مُطبقاً، ومعدات عالية الأداء، وضوابط ذكية، وهياكل أساسية مُجدّدة للتكامل - مرنة، منخفضة الطاقة، وهي البنية التحتية للشبكة.

مظرف المبنى المتقدم والعزل

Thermal bridging through walls, roofs, and windows significantly increases HVAC load. Hospitals can reduce this by specifying continuousous insulation with Rvalues exceeding local code minimums, installing lowe glazing with spectrally selective coatings, and sealing all penetrations.

أجهزة التوليد والأجهزة ذات الكفاءة العالية

(ب) أن اختيار المعدات المصدق عليها بموجب [(FLT:0]ENERGY STAR] أو استيفاء أحدث معايير الكفاءة الدنيا لوزارة الطاقة هو خط أساس وليس تطلعاً، وبالنسبة للمبردات، تختار نماذج الطاردة المركزية المحتوية على ماء ذات محركات متغيرة السرعة يمكن أن تحقق أوجه الكفاءة دون 0.5 كيلوواط/تون في شكل أحمال جزئية.

Variable Frequency Drives (VFDs) on Major Motors

وكثيراً ما تُجرى بسرعة مستمرة من حيث الكم والضخ والضغط بصرف النظر عن الحمولة وإهدار الطاقة، وتُعادل أو تحدد FFDs] على جميع السيارات فوق 5 hp، وتسمح بالتدفق والضغط لمواكبة الطلب في الوقت الحقيقي، ولأن طاقة الترهيب تختلف بغطاء السرعة الدنيا، بل وتسفر عن انخفاض في التدفقات الجوية بنسبة تصل إلى 50 في المائة تقريباً من المدخرات الطاقة.

3 - الزرع المراقب عن الطلب

وتحتاج رموز المستشفيات إلى الحد الأدنى من التغيرات الجوية الخارجية في الساعة، ولكن التدفقات الجوية الثابتة تتجاهل الشغل، إذ إن تركيب أجهزة استشعار ثاني أكسيد الكربون وأجهزة الكشف عن المركبات العضوية المتطايرة في مناطق الانتظار والممرات وغرف المرضى يتيحان لنظام HVAC أن يقلل من المتناول الخارجي عند الفراغ، ويمكن أن يقلل حجم التدفئة والتبريد بنسبة تتراوح بين 20 و30 في المائة دون أن يُحد من نوعية الهواء الطلق.

النظم الإقليمية

ولا يمكن أن يلبي جهاز حراري واحد في كل طابق الاحتياجات المتنوعة لغرفة تشغيل (68 درجة واو، 55 في المائة ر م) مقابل وحدة العناية المركزة حديثي الولادة (75 درجة ف، 50 في المائة ر م). ويضمن التزود بمناقل الهواء المخصَّص أو صناديق الحجم الجوي المتغير لكل منطقة حرجة عدم استخدام نظم التحكم في تكلفة الطاقة أو إعادة تدويرها.

Heat Recovery and Energy Wheels

ويُستعاض باستمرار عن هواء العادم في المستشفيات بعقوبة مكيفة في الهواء الطلق - وهي عقوبة هائلة للطاقة، ويمكن أن يوفر العجلات المضغوطة، وأنبوب الحرارة، والنقاشات المجرى، حرارة نقل العادم (والرطوبة) من العادم إلى الهواء الوافد، ويسترد 60-85 في المائة من الطاقة التي ستفقد لولا ذلك، وبالنسبة لمستشفى نموذجي يبلغ 500 سرير، يمكن أن يوفر الاسترداد الحرير ما يزيد على مليون كيلوواط سنويا، كما هو موثق في دراسات الحالة من [FLT:

Innovative Technologies Reshaping Hospital HVAC Efficiency

وفي حين تحقق الاستراتيجيات التقليدية مكاسب ذات مغزى، فإن التكنولوجيات الناشئة تدفع المظروف في بعض الأحيان إلى الأمام بنسبة إضافية تتراوح بين 30 و40 في المائة تتجاوز الحد الأدنى للمدونة.

:: نظم التشغيل الآلي في المباني مع التعلم في مجال الآلات

وتستفيد الآن من برامج قياس درجة الحرارة المتقدمة من البيانات التاريخية والتنبؤات الجوية لتحقيق التسلسل الأمثل للمبردات، ومناولة الهواء، ومنافذ الحرارة في الوقت الحقيقي، وتكشف خوارزميات التعلم الآلات عن تدهور المعدات قبل أن تتسبب في انجراف الكفاءة، ويمكن لبعض النظم أن تقلل بشكل مستقل من سرعة المعجبين خلال ساعات العمل غير المباشرة، مع الحفاظ على علاقات الضغط.

أفرقة التدفئة والتبريد الإشعاعي

وبدلا من نقل كميات كبيرة من الهواء، تستخدم النظم الإشعاعية المياه التي تدور عبر السقف أو الألواح الجدارية إلى أماكن للتكييف، ونظرا لأن المياه لها قدرة حرارية أعلى بكثير من الهواء، فإن النظم الإشعاعية تتطلب قدرا أقل بكثير من الطاقة لنقل الطاقة الحرارية، كما أنها تحلل التبريد المعقول من التحلل، مما يسمح لنظام التهوية بالتركيز فقط على الهواء النقي ومكافحة الرطوبة.

مضخات الحرارة الأرضية

وتستخدم نظم الطاقة الحرارية الأرضية درجة الحرارة الثابتة تحت الأرض )٥٠-٦٠ درجة ف-٢٠( لتوفير التدفئة والتبريد على حد سواء بمعامل غير عادي من الكفاءة - غالبا ما يكون معامل أداء أعلى من ٥,٠. وفي حين أن تكاليف الحفر مرتفعة، فإن الوفورات التشغيلية الطويلة الأجل يمكن أن تصل إلى ٤٠-٦٠ في المائة مقارنة بمضخات الحرارة من مصادر الهواء أو مغلي الوقود الأحفوري، ويمكن أن تقترن المستشفيات التي تتوفر فيها الأراضي بنظام الاختبارات الحرارية مع صفائف الطاقة الشمسية الضوئية.

تركيبة الهواء المتكاملة مع انخفاض الضغط

وتتطلب مكافحة العدوى مرشحات عالية الكفاءة من الهواء الجسيمي أو إشعاعات غير ملوثة بالأشعة فوق البنفسجية، وكثيرا ما توفر النظم القديمة هواء نظيف على حساب طاقة عالية من المعجبين، كما أن أجهزة التصفيف المخففة للأشعة فوق البنفسجية، بالإضافة إلى مكامن التحلل الحراري، تقلل من الضغط الساكني الذي يُمكن من أن تُضفي عليه نظما ذات سمية مضافية.

التحديات الحاسمة في تحديث المستشفى

وتعود الطاقة في المستشفيات في حد ذاتها إلى خطر بسبب متطلبات السلامة على الحياة، كما أن العقبات الرئيسية وكيفية التغلب عليها.

معايير مراقبة الأمراض والجودة الجوية

The Facility Guidelines Institute (FGI)[FGI)] and ASHRAE Standard 170 mandate specific air changes, pressurization relationships, and filtration levels.

الفترة المرتفعة الأولى من العمر والفترة الطويلة من الراتب

ويمكن أن يتجاوز حجم الحقل الحراري الجيولوجي أو تحسين التشغيل الآلي الكامل للمبنى ٥ ملايين دولار للمستشفيات المتوسطة الحجم، وكثيرا ما يعطي مديرو الرعاية الصحية الأولوية للمعدات السريرية على الهياكل الأساسية، ولإبراز الاستثمار، ينبغي لمديري الطاقة إجراء تحليلات لتكاليف دورة الحياة تشمل التصاعد المتوقع للمرافق، ووفورات الصيانة، وبرامج الحوافز المحتملة من المرافق أو المنح الحكومية )مثلا، القسم ١٧٩ دال من قانون خفض التضخم(.

Constraints Space in Existing Buildings

وتتطلب إضافة عجلات لاستعادة الحرارة، أو أجهزة التبريد الأكبر، أو الرزم الحراري الأرضي حيزا ماديا نادرا ما تملكه المستشفيات المشغولة، وتشمل الحلول محطات التبريد المزودة بالأجهزة الكهربائية، وقشور العجلات المزودة بالنسخ المدمجة التي تتناسب مع قنوات التموين الحالية، ومنشآت مرحلية تتجنب تعطيل العمليات السريرية، ويمكن توفير التبريد والتدفئة المؤقتين عن طريق وحدات محمولة خلال فترات التخفيض.

تعقيدات التنظيم والامتثال

ويجب أن تستوفي المستشفيات رموز البناء الحكومية والمحلية، ومعايير إدارة الموارد البشرية في آسيا والمحيط الهادئ، ومتطلبات اللجنة المشتركة، وفي كثير من الأحيان معايير إضافية للصمود السيزمي أو الفيضاني، ويجب ألا تؤثر تدابير كفاءة الطاقة على أي من هذه المعايير، ويساعد إشراك وكيل مفوض في مرحلة مبكرة من مراحل التصميم على ضمان توافق جميع استراتيجيات الكفاءة مع التزامات الامتثال.

Designing for the Future: Integrated, Resilient, and Low —Carbon

The next generation of hospital HVAC will be characterized by district energy connections] that share thermal loads with nearby buildings, ]onsite renewable generation] coupled with battery and thermal storage, and ]predictive maintenance

وبالنسبة للمرافق القائمة، فإن خارطة طريق متحركة ذات تكلفة منخفضة من إعادة التشغيل وتركيب محطة VFD، ثم تنتقل إلى استعادة الحرارة وتحسين المعدات، وتدمج أخيراً تدفقات نقدية فورية قابلة للتجديد وتمول تحسينات أعمق، وبغض النظر عن نقطة البداية، يمكن لكل مستشفى أن يقلل من كثافة الطاقة دون المساس بسلامة المرضى أو راحة المرضى.

الاستنتاج: حالة الأعمال التجارية في مستشفى الطاقة الذكية HVAC

وتشكل نظم التبريد والتدفئة التي تتسم بالكفاءة في استخدام الطاقة رصيدا استراتيجيا للمستشفيات، وتخفض فواتير المرافق العامة التي تُحرر الأموال اللازمة لرعاية المرضى، وتُخفض الانبعاثات التي تتوافق مع ولايات الاستدامة، وتحسن الهياكل الأساسية الحديثة القدرة على التكيف مع حالات التعطل في الطقس والشبكات، وتثبت التكنولوجيات اللازمة لتحقيق هذا التحول وتتوفر، ويتوقف النجاح على التخطيط المُنضبط، والتعاون المتعدد التخصصات، والاستعداد للنظر إلى ما هو أبعد من التكلفة الأولى إلى التكلفة الكاملة للملكية.

إن المبادئ الواردة هنا توفر إطارا عمليا سواء كنت تخطط لمركز طبي في حقول خضراء أو ترفيع مستشفى مجتمعي في السبعينات، وتبدأ بمراجعة الطاقة، وتعطي الأولوية للتدابير ذات أسرع عائد، ولا تغفل أبدا عن الهدف الأساسي: توفير بيئات صحية وشفوية بأصغر أثر بيئي ممكن.