迫切需要可持续的保健基础设施

医院是现代医疗的支柱,它全天候运作,以拯救生命和管理复杂的医疗条件。 然而,这一拯救生命的使命却伴随着巨大的环境价格。 医疗体系在全球温室气体排放净额中占了大约4.4%,医院是该部门内最大的贡献者。 典型的急性医疗医院每平方英尺消耗的能源是商业办公大楼的五倍。 这种能源强度,加上医疗废物流、用水和供应链排放,使得减少医院碳足迹成为一项关键的工程挑战。 向净零保健设施的驱动不仅仅是一个环境目标 — — 它通过改善空气质量、减少资源消耗和削减长期运营成本而直接影响病人的健康。 如今,工程师们站在了重新设计医院基础设施、整合先进技术和可持续设计原则的前沿,以创建不伤害地球的治疗设施。

了解医院碳足迹:来源和范围

医院的碳足迹包括了医院运行中的所有直接和间接温室气体排放。 这些排放通常分为三个范畴:范围1(现场燃料燃烧和麻醉气体的直接排放 ) 、 范围2(购买的电力、蒸汽、加热和冷却产生的间接排放 ) 、 范围3(价值链中的所有其它间接排放,包括供应链、废物处理和员工通勤 ) 。 对大多数医院来说,范围2能源消费排放占足迹总量的最大部分 — — 通常是50–70%。 能源需求是由24/7的HVAC系统、强化医疗成像设备、外科照明、药品制冷和消毒过程驱动的。 此外,仅美国就医院每年产生约590万吨废物,其中的操作室就可产生高达30%的废物。 脱呋喃、硫化、硫化和氧化氮等美学是很强的温室气体 — — 脱氟化物具有全球2500倍二氧化碳的变暖潜力。 了解这些来源是工程师设计有针对性的干预措施的第一步。

减少碳排放的工程解决方案

能源效益建筑设计和改造

建筑和机械工程战略构成了低碳医院的基础。 新的建筑项目可以利用被动设计原则:引导建筑最大限度地扩大自然日光,使用高性能的凝热系数,并指定凉爽的屋顶或绿色屋顶,以减少城市热岛效应。热封的改进 — — 如连续绝缘、防气建筑和能源回收通风器 — — 与常规设计相比,斜射HVAC负载量30–50%。对于现有的医院来说,深能量改造同样具有影响。工程师们优先考虑升级冷却器厂,在泵和风扇上安装可变频速驱动器,用高效的凝热装置或热泵取代过时的锅炉。 ASHRAE高级能源设计指南 提供循证途径,实现50%的能源比基线代码节省。 另一种证明的干预措施是将老式照明系统转换为LED,将照明能源使用率降低75%,并减少冷却负荷,因为LED降温。 许多领先的医院现在都要求将可再生能源发电组合放在一个目标上。

可再生能源一体化

将医院的能源供应从化石燃料转向可再生能源既是一项工程任务,也是一项财政责任。 太阳能光伏发电阵列可以安装在屋顶、停车棚和邻近土地上。 一个典型的500张床的医院可以容纳1-3兆瓦的光伏发电系统,抵消其每年的10-30%的电力使用。 地源或地热泵利用稳定的地下温度提供高效的供暖和冷却,将HVAC能源消耗与空气源系统相比降低40-60%。 几个保健系统还采用由可再生天然气、生物量或氢气供电的热电组合(CHP)装置。CHP系统可以通过捕获空间供暖、家用热水和消毒的废物热,实现超过80%的整体效率。 例如, U.S.。 能源部 已经记录了医院通过CHP改造将能源成本降低20-30%,碳排放降低50%。 工程师们还必须整合现场电池储存,以管理间歇期可再生能源,并确保电源的临界电可靠性,这是不可转让的医疗保健设施。

智能技术和自动化

先进建筑管理系统(BMS)和互联网Tthing传感器使医院能够以前所未有的精确度运行。工程师们可以部署实时监测温度、湿度、二氧化碳水平和占用情况,动态调整HVAC的设置点和空气流量。在手术室和隔离病房,在需要严格改变空气的情况下,需求控制的通风战略可以减少20-40%的能源使用,同时保持对ASHRAE等标准的遵守。自动照明系统配备占用传感器和日光采收割进一步减少电荷。机器学习算法可以预测患者普查在低占用期进行条件前空间和安排设备停工。智能的电网整合可以让医院参与需求响应方案,在高峰电网压力和收入增加时,减少化石燃料峰值厂的运作。世界卫生组织强调数字保健技术是可持续保健的关键手段,包括提供颗粒数据的能源管理平台,以便在资源使用上达到最佳。通过这些智能系统与连续的调试运行和断层检测软件、工程师在最高年保持医院的运作。

废物管理和水的养护

工程干预超出了解决医院大量废物和水足迹的能源范围。在手术室,工程师与临床医生合作,实施受监管的医疗废物和一般废物之间的隔离,减少需要焚化的废物量(释放二氧化碳和有毒排放 ) 。 自动剖面和微波处理系统可以现场消毒和碎碎传染性废物,将其转移到垃圾填埋场或废物到能源设施而不是焚烧。对于单用途塑料和包装,工程师还专门设计了聚丙烯和高密度聚乙烯等材料的闭路回收方案。水的节约同样关键:医院平均每天使用100-200加仑的床位。安装低流量固定装置、感应活性蒸馏剂和节水消毒剂可以减少30-50%的用量。灰水系统可以从水池和淋水中获取水,用于冷却塔的化妆或灌溉。对于防污或防污的先进漏检测网络,工程师还具体规定了无水真空系统和防污的先进漏检测网络。 健康护理中应用绿色卫生水[FLT] ,这提供了两个案例的成本效益基准。

未来展望:地平线上的革新

未来十年将带来变革性工程的进步,使净零医院不仅具有愿望,而且能够实现。 现场能源储存将从锂离子电池演变为长期解决方案,如流体电池和电解产生的绿色氢。 固态制冷和磁冷可以取代传统的蒸汽压缩系统,消除具有强烈温室气体的氢氟碳化合物。 生物降解和生物基材料 — — 从可复合手术服到菌类包装 — — 将取代石油衍生塑料,减少上游排放。 医院设施的数字双胞胎将允许工程师实时模拟能源、水和废物流动,在任何物理变化发生之前优化建筑性能。 另一个有希望的前沿是将医疗设施整合到地区能源网络中,从医院的CHP系统里多余的热量可以温暖附近的住宅或办公室,而多余的可再生电力则共享到微电网。 美国卫生与人类服务部承诺到2030年将卫生部门的排放量减少50%,到2050年实现净零的目标,这需要医院管理人员、临床医生和工程师之间的深度合作。

结论:工程是可持续保健的催化剂

减少医院的碳足迹是社会面临的最有影响的环境挑战之一,工程是解决方案的核心。 从节能建筑包和可再生能源系统到智能自动化和整体的废物/水管理,每个工程学科都发挥着作用。 这些干预不会降低病人的护理 — — 事实上,它们往往通过创造更健康的室内环境、降低可转用于临床服务的公用事业成本以及防止未来能源价格和气候监管的医院来改善这种护理。 随着医疗行业加速其可持续性承诺,对了解临床要求和绿色技术的工程师的需求只会增加。 通过设计既能治愈人又能治愈地球的医院,工程师们证明先进的医学和环境管理是齐头并进的。