基于IBOX智控平台的医院急诊楼VRV空调运行策略研究

近年来，全球对于气候变化和环境保护的关注日益增加，各国纷纷制定了一系列减排政策，其中包括推行双碳政策以减少碳排放量并实现碳中和目标。建筑行业作为能源消耗的主要领域之一，其能耗构成对于全球能源消耗和碳排放具有重要影响。据统计，建筑能耗占全球总能耗的30%以上，暖通空调系统作为公共建筑运行能源消耗的重要组成部分，其消耗的能源在建筑总能耗中的占比通常可达30%-40%[1]。在此背景下，对建筑空调系统的能源消耗进行优化已成为实现双碳目标的关键一步。

医院急诊楼作为医院内部的关键区域之一，其特殊的功能要求和运行模式使得其室内环境质量和能源消耗的优化尤为重要。空调系统作为维持室内环境稳定的重要设施，在医院急诊楼中扮演着至关重要的角色。医院建筑功能模块多，各区域、科室有独立运行和计费的需求，多联机的小型化，灵活性可以很好地满足医院建筑的需求[2]。

目前，针对VRV空调系统，常见的控制策略包括室内温度预设、时间调度控制等。国内外已开展的相关研究均表明，通过调整空调室内温度设定值的方法可以有效降低空调系统的能耗，从而实现节能。David等人[3]指出，夏季时空调房间的设定温度每增加1℃，能节省大约 7%~10%的空调能耗。孙悦[4]以上海市某办公建筑VRV空调系统为研究对象，提出室内设定温度是影响VRV空调系统运行能耗的重要因素，自23 ℃起，设定温度每提高1℃，空调系统的日累计冷负荷可降低10.66%~14.06%，运行能耗可降低4.8%~12.82%。陈羽飞[5]采用动态调控空调温度设定值的方式，在保证室内人员舒适度的前提下，能够将建筑VRV空调系统全天各时段的运行能耗平均减少5.14%。不同设定温度，耗电量差别巨大，因此在使用空调时，在舒适范围内要尽可能地提高设定温度[6]。同时，利用集中控制系统进行日程管理，通过日程设定和分区设定，既能保证上班时段各区域空调正常使用，也保证加班时段合理使用空调，又尽可能避免无人区域空调无效运行。许国强[7]对项目实例进行节能测算，通过分区管理优化设定，多联机空调系统可节能6.2%左右。

随着科技的不断进步，智能空调管理系统已经实现了对控制区域内空调室内机的自动控制功能，并取得了显著的节能效果。在国家节能减排政策的背景下，采用智能空调管理系统有助于提升办公楼宇的能源管理水平，实现既定的能源管理目标，同时还可以优化工作环境，从而促进整体工作效率的提升。

因此，本文旨在针对医院急诊楼的特殊需求，提出一种基于IBOX智控平台的VRV控制策略，以优化室内温度设置、降低能源消耗并提高系统运行效率。

某医院急诊楼于2020年启用，建筑面积约11550㎡，根据医疗建筑的使用要求，急诊楼需采用独立空调系统，并可24小时连续运转，因此选择了开关独立灵活的多联机(VRV)系统。

急诊楼VRV空调系统自2020年底启用，为了提高管理效率、降低运行能耗的，项目于2022年8月接入了IBOX智能云管理平台。通过该平台，空调可以实施多种管理策略，并随时记录其运行情况，为运行策略的优化提供依据。

2022年，为了收集医护人员的空调使用习惯、获取运行数据，空调系统采取开放式管理，医护人员可以根据需要自主调整空调。2023年，医院恢复常态化运转，各方面的能耗控制也提上了日程。结合IBOX平台中收集的相关运行数据并在与各科室医护人员沟通后，对急诊楼不同区域的空调增加了两项运行管理措施：(1)日程管理：对于门诊、大堂、办公等阶段性开放的场所，采用定时开关机方案；(2)温度预设：对于急诊、输液留观、ICU等24小时运行的场所，预设室内空调温度，并进行温控范围限制。

在上述运行策略控制下，23年8-9月的总体能耗较22年降低了12.84%。但由于22年8月气温明显高于其他年份，同时接诊人数、陪同家属等人数存在一定差异，本文对IBOX智控平台的空调运行数据进行了进一步分析，以确认采用的运行策略是否确实有效，并对其进行优化，为其他区域的空调降耗提供参考。

2.1 逐时能耗分析

对2022年8、9月和2023年8、9月的逐时数据进行了分析，全天24小时的逐时耗电比例如表1所示。

表1 全天逐时耗电比例表

由表1可以看出，日间(7-17时)的能耗占比最高，为58%，凌晨(0-6时)占比为18.4%，夜间(18-23时)占比最低，为10.9%。

分析逐时变化趋势可以发现，7时起，能耗快速攀升，17时之后，能耗逐步下降，进入凌晨时段(0-6时)后，能耗达到最低点。这个变化趋势和医院的接诊情况是一致的。7-17时就诊人员、陪护人员高度密集；傍晚人数回落，工作负荷逐步降低；深夜到凌晨时段，各科室的医患都处于较低活动状态。

一般来说，接诊大堂、诊室和多数的检查用房在22时到次日6时的工作负荷较低，这个时段空调持续大量开机，能耗占比将近30%，能耗浪费巨大。如果能够限制这段时间空调的运行，降耗效果会非常可观。

2.2 阶段性工作场所的运行时间优化

经过上述分析，结合医院急诊楼各区域的具体工作时段，对运行时间的日程管理进行了优化。具体运行策略如下：

(1)定时开机管理：由于夏季气温升高，导致大量患者前来就诊，因此将大堂空调提前半小时启动，即在早上六点半开始运行以降低室内温度，从而缓解候诊人员的焦虑情绪。而在冬季，由于患者穿着较厚，容易感到过热，因此可以将大堂空调的启动时间推迟至早上七点半，以缩短空调运行时长，从而减少能源消耗。同时，诊室的空调可在七点自动开机预冷，保证后续接诊时室内的舒适度。

(2)定时关机管理：高峰时段过后，IBOX智控平台可设置分区域逐步自动关机。结合医院的实际接诊情况，可以采用以下关机策略：20时，就诊人数回落，对门诊大堂、诊室等空间自动执行第一次部分关机，关闭一半空调运转；24时以后，对上述空间再执行一次全部关机操作，有需要的医护人员可根据实际情况，自行开机。 

采用以上策略，相比全天开机，大堂门诊等区域预计可节能30%。

在进行室内空调温度设定的调整时，不仅要考虑空调能耗的变化，也必须保证室温符合医疗需要。

3.1 设定温度对能耗的影响

由表2所示，利用IBOX智控平台的数据，对有实际制冷能耗产生的9611小时进行了设定温度和室外温度的分类统计，计算了不同室外温度下，设定温度变化对每HP空调的能耗影响。

由图表可见，设定温度提高2℃，可以降低空调能耗0.04～0.25kWh不等，室外温度越高，降耗量越大。室外25～36℃(占比90%)时，设定温度提高2℃，每匹空调平均可降低能耗0.1kwh。室外气温上升时，提高设定温度的节能量会相应上升。其中，门诊大厅人员频繁出入，受室外温度的影响更大，设定温度对能耗的影响更加明显，能耗平均降低了0.18kWh/HP。

3.2 不同设定温度下的室温达成情况

实现节能的重要前提在于确保满足正常的使用需求，特别是在医院这样的环境中，室内温度不仅会影响就诊者的舒适度，还会影响患者的康复速度，从而对医患关系产生影响。

本建筑中，主要功能区夏季设计温度如下：

* GB50139-2014《综合医院建筑设计规范》

对全部室内机的逐时回风温度统计后，如图所示，得到了如下结果：(1)随着设定温度的降低，回风温度与设定温度之差越大，室温达成情况越差；(2)设定温度为26℃时，回风温度均低于26℃ ；随着室外温度升高，回风温度有轻微上升，但均能达到设定温度，室温达成情况良好；(3)设定温度为24℃时，回风温度比较接近设定温度；室外温度较高时，回风温度略高于设定温度，机器制冷能力略有不足；(4)设定温度为22℃时，空调制冷能力明显达不到设定要求，回风温度整体略高于设定值。

门诊大厅受温度影响，温度差异更加明显。(见图3.2.2)

ICU按设计要求，设定为25℃时，室温达成情况同样良好。

从统计结果可以看出，按照设计规范的温度进行设定，回风温度均符合设计和使用要求，因此，在能够满足使用需求的前提下，没有必要将温度设定得过低。

3.3 空调温度设定的优化

由3.1和3.2的分析可以看到，提高设定温度对降低运行能耗是有明显效果的。为了兼顾效果与能耗，可采用如下温控措施：(1)基于设计院的合理方案，管理人员可以选择规范温度和设计温度的大者，作为默认设定温度，在确保满足使用要求的同时，最大限度降低空调能耗。(2)考虑到室内人数波动和医护人员的舒适度，IBOX智控平台提供-2℃的调节余量，供现场人员进行微调。(3)考虑到人们的习惯，每天开诊时会有大量人员涌入，而中午气温也会快速上升。在这两个时间段，室内人员更有可能会调低空调温度。因此，为了避免能源浪费，可在低温运行一段时间后，自动重置设定温度，兼顾节能、舒适和健康。

以门诊大厅和ICU为例，可实施如下表所示的控制策略：