Wyszukiwarka

Standaryzacja warunków efektywności energetycznej w szpitalach

W sektorze budownictwa szpitale są budynkami o największym zużyciu energii. Średnio kompleks szpitalny zużywa 2,5 razy więcej energii niż budynek użyteczności publicznej np. biuro. Jest to spowodowane głównie pracą złożonych systemów budowlanych oraz użytkowych w celu dostosowania energochłonnych urządzeń i procesów medycznych.

Standaryzacja warunków i wymagań dotyczących poszczególnych pomieszczeń jest istotnym procesem w celu normalizacji wymogów panujących w obiekcie o tak specyficznych i podwyższonych kryteriach energetycznych, jakim jest szpital.

Ze względu na bardzo wysokie zapotrzebowanie na energię dużego znaczenia nabiera efektywność energetyczna takiego budynku. Zużycie energii można zmniejszyć odpowiednio projektując obiekt lub poddając procesowi termomodernizacji już istniejący szpital. Dodatkową możliwością obniżenia zużycia energii końcowej jest wyposażenie w instalacje OZE oraz towarzyszące im magazyny energii a także monitoring i odpowiednie zarządzanie gospodarką energetyczną.

Założenia projektu STREAMER

Sprawa rozwoju zoptymalizowanych metodologii projektowych pod względem ekonomicznym i efektywnie energetycznym dla budynków szpitalnych zintegrowanych z infrastrukturą energetyczną, która ma zapewniać bezpieczeństwo energetyczne to założenia realizowanego projektu badawczo- rozwojowego  STREAMER.  Dzięki opracowanym  w ramach projektu narzędziom i metodologiom będzie możliwa redukcja zużycia energii oraz redukcja emisji CO2 o 50% w następnych 10 latach w już istniejących oraz nowo wybudowanych obiektach szpitalnych.

Strategie efektywności energetycznej powinny obejmować zarówno etap projektowania oraz eksploatację obiektu. Powinny zawierać trzy podstawowe aspekty: minimalizację zużycia energii, wykorzystanie OZE a także zastosowanie paliw o jak najmniejszej emisji zanieczyszczeń do powietrza.

Minimalizacja zapotrzebowania na energię w szpitalu może być realizowana w fazie projektowej poprzez:

  • minimalizację strat ciepła przez ściany zewnętrzne;
  • zarządzanie oświetleniem oraz uzyskami ciepła ze słońca;
  • maksymalizację eksploatacji wentylacji naturalnej;

Natomiast w fazie budowlanej poprzez:

  • zarządzanie systemami budynku i utrzymanie ich w dobrych warunkach;
  • wprowadzenie systemu zarządzania energią w budynku;
  • minimalizację strat przesyłowych;
  • maksymalizację wydajności wytwarzania energii.

Projekt STREAMER przy założeniach do procesu projektowania uwzględnia również właściwości Systemu Informacji Geograficznej (ang. Geographic Information System (GIS)), czyli orientację i usytuowanie, które także mają wpływ na zużycie energii w budynku.

Ze względu na sezonowość, najbardziej popularna energia słoneczna powinna być magazynowana i używana do pokrycia pików energii. Technologie magazynowania energii powinny być zaprojektowane w taki sposób, aby minimalizować straty energii. Rozmiar i typ akumulatora energii powinien zostać dopasowany do potrzeb energetycznych szpitala i zoptymalizowany do maksymalnej wydajności magazynu energii.

Metodologia i narzędzia

W projekcie zostały opracowane metodologie i narzędzia służące do analizy i wyboru najbardziej efektywnych pod względem energetycznym rozwiązań dla szpitali. Głównym narzędziem i metodologią jest Konfigurator wczesnego projektowania oraz Walidator projektowy do tworzenia i walidacji projektu przy zintegrowaniu z komputerowym modelowaniem informacji o budynku (ang. Building Information Model (BIM)). BIM opiera się na tworzeniu, łączeniu i wymianie modeli 3D a także dołączonych do nich ustrukturyzowanych danych. Zawiera narzędzia, które poprawiają jakość określania i dostarczania rozwiązań. Oprócz modeli i narzędzi do planowania przestrzennego, które umożliwiają wizualizację 3D, BIM obejmuje planowanie harmonogramu poprzez uwzględnienie czasu realizowania projektu. Poza tym zapewnia zintegrowanie projektu z oszacowaniem i wyceną, łącznie z ilością i jakością materiałów i usług. Dzięki BIM inwestor zyskuje możliwość kompletnego zarządzania projektem, co skutkuje poprawą przewidywalności harmonogramu i kosztów. W ten sposób stworzony model może zredukować czas i straty na budowie, prowadząc do zmniejszenia błędów wynikających z niedokładnych i nieskoordynowanych informacji. Ponadto BIM umożliwia testowanie projektu przed wybudowaniem za pomocą symulacji. BIM ma potencjał łączenia informacji dotyczących użytkowania budynku i przechowywania ich, co ułatwia efektywne zarządzanie budynkiem. BIM obejmuje również zagadnienia energetyczne, dzięki czemu można tak zaprojektować budynek, aby spełniał standardy budynku efektywnie energetycznego, czyli charakteryzował się niskim zapotrzebowaniem i zużyciem energii finalnej oraz redukcją emisji zanieczyszczeń powietrza. Był ponadto wyposażony w instalacje OZE – nieprzewymiarowane i odpowiednio dostosowane, które mogłyby wykazywać opłacalność inwestycji montażu OZE oraz magazyn energii stanowiący rezerwę w przypadku awarii. Rezultatem pracy BIM jest nie tylko otrzymanie modelu 3D budynku, ale również harmonogramu i kosztorysu całego projektu budowlanego oraz wybór jakościowo najlepszych materiałów i usług. Uzyskany model jest optymalizowany, aby finalne rozwiązanie było najlepszym możliwym wyborem zarówno w aspekcie budowlanym, ekonomicznym i energetycznym.

Kolejnym narzędziem jest Wsparcie decyzyjne (ang. Decision Support Tool (DST)) dla porównania różnych alternatyw projektowych i przedstawienia wielokryteriowych analiz zgodnie z kluczowymi wskaźnikami efektywności (ang. Key Performance Indicators (KPIs)) opartych o trzy podstawowe kryteria: efektywność energetyczna, koszty cyklu życia inwestycji oraz jakość wykonania inwestycji. Wskaźniki te można podzielić na cztery grupy:

  • komfort cieplny – determinowany za pomocą parametru temperatury i warunków wentylacyjnych;
  • jakość – określana na podstawie norm i prawa budowlanego a także przepisów energetycznych;
  • satysfakcja pacjentów – miarą jest przeprowadzona ankietyzacja wśród pacjentów;
  • wydajność energetyczna – charakteryzowana przez zapotrzebowanie budynku na energię, zużycie energii końcowej, redukcja emisji CO2.

Wśród rezultatów projektu są również narzędzia do wykonywania obliczeń zapotrzebowania na energię.

Rezultaty projektu

STREAMER stworzył przegląd różnych rozwiązań dla systemów mechanicznych, elektrycznych oraz hydraulicznych (ang. Mechanical, Electrical and Plumbing (MEP)) gwarantujących efektywność energetyczną szpitali. W procesie wsparcia podejmowania decyzji większość opcji jest utrzymane w trybie otwartym, co umożliwia ich łatwą ewaluację w aspektach energetycznych, finansowych oraz jakościowych. To pozwala na wybór najlepszej propozycji. Optymalne wybory dotyczą rozmieszczenia pomieszczeń i wyboru wyposażenia systemów grzewczych, wentylacyjnych i klimatyzacyjnych (ang. Heating, Ventilation and Air Conditioning (HVAC)), w związku z wyborem technologii budowlanych.

Parametry ogrzewania/komfortu cieplnego oraz wentylacji i klimatyzacji

Na ogólny komfort człowieka składa się komfort cieplny, temperatura, natężenie i rodzaj oświetlenia, wilgotność powietrza, poziom hałasu.

Wszystkie pomieszczenia w szpitalu można sklasyfikować i przydzielić do jednej z czterech klas komfortu w zależności od wymagań i zgodnie z tabelą 1. Klasa I charakteryzuje się wysokim poziomem oczekiwań przeznaczonym dla pomieszczeń, w których przebywają osoby starsze, niepełnosprawne czy małe dzieci. Klasa II o normalnym poziomie wymagań powinna być stosowana dla nowych budynków oraz budynków po renowacji. Klasa III jest akceptowalna w istniejących budynkach. Zaś parametry klasy IV powinny być obowiązujące jedynie dla ograniczonej części roku.

Tabela 1.  Klasyfikacja klas komfortu

Klasa komfortu

Obszar funkcjonalny

I

Pogotowie ratunkowe*, Diagnostyka*, Blok operacyjny*, Oddział

II

 Pomieszczenia ogólne, Oddział

III

Pomieszczenia publiczne, Pomieszczenia ogólne

IV

Pomieszczenia publiczne

* Te obszary funkcjonalne posiadają pomieszczenia, które wymagają szczególnych warunków dla zachowania czystości powietrza i panującego ciśnienia oraz oświetlenia i systemów grzewczo-wentylacyjnych (HVAC).

Całkowite zapotrzebowanie na energię budynku szpitala nie powinno przekraczać 380  kWh/m2rok. Składowymi jest ogrzewanie, wentylację i klimatyzację, na które wyznaczono 200 kWh/m2rok, oświetlenie 60 kWh/m2rok oraz inne procesy 120 kWh/m2rok. Rezerwa mocy cieplnej powinna wynosić 30%, aby móc zapewnić ogrzewanie budynku w sposób ciągły. Rezerwa mocy chłodniczej powinna wynosić 15%. Wilgotność powietrza w szpitalu nie powinna być niższa niż 30% ani wyższa niż 65%. Jako projektową wilgotność względną powietrza przyjmuje się 45%. Prędkość przepływu powietrza wentylacyjnego powinna być z zakresu 0,15-0,25 m/s w warunkach szpitalnych. Minimalny strumień powietrza zewnętrznego jest różny dla poszczególnych pomieszczeń. Najbardziej restrykcyjne wymagania według dotyczą bloku operacyjnego ze względu na zwiększone potrzeby wymiany powietrza w celu usunięcia zanieczyszczeń. Minimalny strumień powietrza wywiewanego powinien być nie mniejszy niż 50% świeżego powietrza nawiewanego. Nadciśnienie w salach operacyjnych oraz izolatkach powinno wynosić 5-10 Pa, aby zapobiegać przedostaniu się powietrza bardziej zanieczyszczonego do pozostałej części szpitala. Maksymalny dopuszczalny poziom hałasu nie może przekroczyć 48 dB(A).

Oświetlenie dla sal operacyjnych oraz gabinetów zabiegowych – gdzie wymagane jest silniejsze źródło światła – powinno wynosić odpowiednio 1000 lux oraz 500 lux. Dla pomieszczeń typu: korytarze, magazyny, poczekalnie oraz biura administracyjne, toalety i sklepy oświetlenie powinno odpowiadać wartościom 150 lux i 300 lux. Pokoje dla pacjentów, pokoje dla personelu, dyżurka pielęgniarek oraz gabinet lekarski i gabinet ordynatora powinny być wyposażone w punktowe źródła światła o natężeniu 150 lux. Założenia przewidują, iż we wszystkich pomieszczeniach oświetlenie będzie typu LED.

Tak ogromne przedsięwzięcie jak budowa nowego kompleksu szpitalnego lub retrofitting już istniejącego obiektu wymaga wiele środków finansowych i czasu, których można zaoszczędzić korzystając z rezultatów projektu STREAMER podczas całego cyklu życia inwestycji.

References

[1]         EN 15316-4-8 Heating systems in buildings. Method for calculation of system energy requirements and system efficiencies. Space heating generation systems, air heating and overhead radiant heating systems

[2]         EN 15316-3-2:2007 Heating systems in buildings - Method for calculation of system energy requirements and system efficiencies - Part 3-2: Domestic hot water systems, distribution

[3]         ASHRAE Standard 170-2013 Ventilation of health care facilities

[4]         EN 15251- 2007: Indoor environmental input parameters for design and assessment of energy performance of buildings addressing indoor air quality, thermal environment, lighting and acoustics

[5]         2010/31/UE of the European Parliament and of the Council of 19 May 2010 on the energy performance of buildings

[6]         Regulation of the Minister of Infrastructure of 18 September 2015 on the technical conditions to be met by buildings and their location

Aleksandra Luks

Mazowiecka Agencja Energetyczna 

UWAGA! Ten serwis używa cookies i podobnych technologii.

Korzystając z witryny wyrażasz zgodę na ich wykorzystywanie.

Zrozumiałem