醫(yī)療建筑設(shè)計(jì)如何影響氣候變化

　　在4月22日地球日這一天，美國(guó)衛(wèi)生與公眾服務(wù)部及其氣候變化與健康公平辦公室與白宮合作，呼吁醫(yī)療保健部門，包括醫(yī)院、衛(wèi)生系統(tǒng)、供應(yīng)商、制藥公司和其他行業(yè)利益相關(guān)者，致力于解決氣候危機(jī)。他們要求各組織承諾到2030年將溫室氣體(GHG)排放量減少一半，到2050年實(shí)現(xiàn)零排放。

　　此外，企業(yè)組織被要求公開報(bào)告其進(jìn)展，完成供應(yīng)鏈排放清單，為其設(shè)施和社區(qū)制定氣候適應(yīng)計(jì)劃，并指定一名執(zhí)行領(lǐng)導(dǎo)負(fù)責(zé)這項(xiàng)工作。

　　簡(jiǎn)單地說，原因是醫(yī)療建筑，尤其是醫(yī)院，消耗了大量的能源，是典型商業(yè)辦公樓的兩倍到四倍以上，是典型小學(xué)的10倍。

　　醫(yī)院通過現(xiàn)場(chǎng)燃燒燃燒化石燃料，釋放出二氧化碳(最常見的人類活動(dòng)引起的溫室氣體)作為燃燒的產(chǎn)物，主要用于為建筑物空間供暖。

　　醫(yī)院也消耗大量的電力，這間接導(dǎo)致了發(fā)電廠產(chǎn)生的二氧化碳排放。除了燃燒產(chǎn)生的二氧化碳，醫(yī)療建筑排放的其他溫室氣體包括甲烷(主要以天然氣管道泄漏的形式);一氧化二氮(麻醉氣體);以及在冷卻器、冰柜和空調(diào)系統(tǒng)中用作制冷劑的氟化氣體。

　　溫室氣體將熱量滯留在大氣中。向大氣中排放溫室氣體會(huì)增加被捕獲的熱量，從而導(dǎo)致氣候變化。如果醫(yī)療保健行業(yè)是一個(gè)獨(dú)立的國(guó)家，它將成為世界第五大溫室氣體排放國(guó)。

　　氣候變化對(duì)健康的影響日益明顯，包括：

　　過敏季節(jié)增多

　　不斷變化的疾病載體

　　食物和水傳播疾病增加

　　不斷上升的心理健康和壓力障礙

　　氣候變化引起的日益嚴(yán)重的天氣事件對(duì)健康的影響，尤其是醫(yī)療保健系統(tǒng)提供有效服務(wù)的能力下降。

　　雖然地球日的承諾是自愿的，但許多其他地區(qū)正在制定減少溫室氣體排放的法規(guī)。例如，在美國(guó)加州，超過50個(gè)地區(qū)已經(jīng)通過法律，禁止建造帶有天然氣連接的新建筑(包括醫(yī)院)。其他州要求越來越嚴(yán)格的能源法規(guī)。通過這些努力，這些地區(qū)正在推動(dòng)設(shè)施減少與現(xiàn)場(chǎng)燃燒有關(guān)的溫室氣體排放，以及利用燃燒發(fā)電的公用事業(yè)發(fā)電廠產(chǎn)生的電力消耗。

　　還有一些區(qū)通過減稅、增加建筑面積津貼或加快審批等方式獎(jiǎng)勵(lì)排放量較低的建筑。一些國(guó)家通過罰款或公開披露和建筑能源評(píng)級(jí)等級(jí)(類似于衛(wèi)生部門對(duì)餐館的評(píng)級(jí))來懲罰排放量較高的企業(yè)組織。

　　例如，2022年1月，美國(guó)華盛頓州和科羅拉多州以及31個(gè)市政當(dāng)局組成了白宮建筑性能聯(lián)盟(White House Building Performance Coalition)。目標(biāo)是在其管轄范圍內(nèi)實(shí)施能源消耗和溫室氣體排放績(jī)效標(biāo)準(zhǔn)。這些正在考慮中的標(biāo)準(zhǔn)可能會(huì)取代傳統(tǒng)的建筑能源規(guī)范，傳統(tǒng)的建筑能源規(guī)范通常使用規(guī)定的設(shè)計(jì)特征和施工檢查來提供可預(yù)測(cè)的能源消耗。此外，這些規(guī)定將適用于現(xiàn)有建筑物，而不僅僅是新建或翻新的建筑物。

　　重要的是建筑物的實(shí)際能源消耗和由此產(chǎn)生的源排放，而不是建筑物的預(yù)期運(yùn)行方式。這種模式的轉(zhuǎn)變可能會(huì)改變業(yè)主/運(yùn)營(yíng)商與設(shè)計(jì)和建造其建筑的團(tuán)隊(duì)之間的期望。當(dāng)建筑物的實(shí)際能源消耗超過建筑物設(shè)計(jì)和施工團(tuán)隊(duì)的預(yù)測(cè)時(shí)，業(yè)主很可能會(huì)向這些各方尋求幫助。

　　減少二氧化碳排放(和其他溫室氣體)的過程被稱為“脫碳”。那么，如何實(shí)現(xiàn)醫(yī)院運(yùn)營(yíng)建設(shè)的低碳化呢?

　　醫(yī)療保健設(shè)計(jì)中的脫碳

　　醫(yī)療保健領(lǐng)域脫碳最明顯的工具之一是通過節(jié)能和提高效率——減少來自化石燃料來源的運(yùn)營(yíng)能源使用將減少二氧化碳排放。

　　其中許多措施是眾所周知的，只是必須更加嚴(yán)格和廣泛地應(yīng)用。例如，它們包括：

　　絕緣和構(gòu)造良好的建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)，特別是減少玻璃作為墻體材料

　　集成高效照明

　　通過在低占用率/下班時(shí)間減少氣流來改進(jìn)HVAC系統(tǒng)的控制

　　另一種脫碳策略是使用現(xiàn)場(chǎng)可再生能源系統(tǒng)來減少公用事業(yè)中化石燃料產(chǎn)生的能源數(shù)量;然而，很少有醫(yī)療保健建筑有足夠的空間在現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生所有能源。這些可再生能源系統(tǒng)可以通過光伏板發(fā)電，而太陽能集熱器可以產(chǎn)生供暖和生活使用的熱水。

　　同時(shí)，由于醫(yī)院的內(nèi)部發(fā)熱負(fù)荷(燈光、設(shè)備和人員)或多或少全天候運(yùn)行，因此醫(yī)院的大部分空間全年都需要空調(diào)。

　　因此，矛盾的是，空調(diào)和供暖系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行。在大多數(shù)醫(yī)院，冷凍水系統(tǒng)提供冷卻。冷凍水通過空氣處理器從空氣中除去熱量，循環(huán)水回到冷卻器，并通過冷卻塔從系統(tǒng)中排出熱量。

　　減少天然氣使用的一種方法是從冷卻塔中回收熱量，并將其輸送回供暖系統(tǒng)。這可以通過一種特殊的“熱回收”制冷機(jī)或通過水對(duì)水熱泵來實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)利用電力將這種能量從冷卻塔系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到加熱系統(tǒng)。冷卻塔排出的熱量與供熱系統(tǒng)所需的熱量不完全同步，需要蓄熱(通常在儲(chǔ)水箱中)。

　　推動(dòng)可再生能源

　　另一種脫碳途徑是減少與發(fā)電廠運(yùn)營(yíng)相關(guān)的碳排放。這意味著不再使用化石燃料發(fā)電。這可以包括公用事業(yè)規(guī)模的可再生能源，例如風(fēng)能或太陽能，以取代化石燃料發(fā)電廠。隨著這些可再生能源系統(tǒng)的成本與化石燃料技術(shù)的成本持平，許多公用事業(yè)公司正在減少與發(fā)電相關(guān)的二氧化碳排放量。

　　事實(shí)上，在美國(guó)許多州已經(jīng)制定了可再生能源組合標(biāo)準(zhǔn)，要求其管轄下的公用事業(yè)公司逐步增加每年產(chǎn)生的可再生能源電力的數(shù)量，從而減少其二氧化碳排放量。

　　在通往純清潔能源電網(wǎng)的道路上仍然存在許多障礙，主要是通過儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用來消除太陽能和風(fēng)能系統(tǒng)的可中斷性問題。然而，醫(yī)療保健系統(tǒng)可以通過提倡從為其設(shè)施提供服務(wù)的公用事業(yè)中產(chǎn)生更多的可再生能源來加快這一進(jìn)程。

　　由于公用電網(wǎng)的溫室氣體排放量正在下降(許多區(qū)域電網(wǎng)變得“更清潔”)，這導(dǎo)致了另一種迅速獲得動(dòng)力的脫碳戰(zhàn)略：有益的電氣化。該戰(zhàn)略的重點(diǎn)是將供暖系統(tǒng)(包括生活用水和空間供暖)從化石燃料(例如在鍋爐或熔爐中燃燒天然氣)轉(zhuǎn)換為來自低碳排放電力的電力。對(duì)于每個(gè)項(xiàng)目來說，不僅要評(píng)估建筑物使用的能源，還要評(píng)估為該建筑物服務(wù)的發(fā)電廠消耗的能源，這一點(diǎn)很重要。

　　醫(yī)院電氣化的一個(gè)有益例子是使用熱泵技術(shù)代替化石燃料。一家典型的北美醫(yī)院大約有一半的現(xiàn)場(chǎng)能源消耗來自燃燒天然氣，主要是為了提供再加熱以維持空間溫度。燃燒能還預(yù)熱新鮮空氣、加濕、消毒和烹飪。

　　電氣化的影響

　　醫(yī)療建筑電氣系統(tǒng)顯然會(huì)受到各種系統(tǒng)向電氣化轉(zhuǎn)變的影響。在最簡(jiǎn)單的層面上，消除燃燒化石燃料產(chǎn)生的排放將需要從電源中提供更多的能量，并最終從非排放電源中提供。因此，建筑電氣系統(tǒng)的所有元素都需要增長(zhǎng)。

　　這種變化的幅度和速度將難以預(yù)測(cè)，因?yàn)槲覀儗?duì)醫(yī)療機(jī)構(gòu)中的全電氣化廚房等方面的經(jīng)驗(yàn)很少。盡管如此，建筑業(yè)主和設(shè)計(jì)師現(xiàn)在必須積極轉(zhuǎn)向全電氣建筑。

　　美國(guó)國(guó)家消防協(xié)會(huì)研究基金會(huì)最近的一份報(bào)告發(fā)現(xiàn)，至少醫(yī)療保健電氣系統(tǒng)的某些組件使用過時(shí)的需求因素，導(dǎo)致電氣系統(tǒng)規(guī)模過大。

　　這些影響在更高級(jí)別的系統(tǒng)中增長(zhǎng)，新的應(yīng)急發(fā)電機(jī)的規(guī)模通常是它們將服務(wù)的實(shí)際負(fù)載的三到四倍。這些問題只會(huì)隨著向這些系統(tǒng)添加更多負(fù)載而加劇，對(duì)設(shè)計(jì)人員現(xiàn)在必須考慮的空間和成本產(chǎn)生明顯的影響。

　　另一個(gè)可能影響醫(yī)療電氣系統(tǒng)的電氣化趨勢(shì)是電動(dòng)汽車數(shù)量的激增。經(jīng)濟(jì)學(xué)人智庫估計(jì)，2022年電動(dòng)汽車的數(shù)量增加了51%，盡管受供應(yīng)鏈挑戰(zhàn)的限制。

　　美國(guó)政府于2021年8月宣布了一項(xiàng)非約束性目標(biāo)，即到2030年使電動(dòng)汽車占新車銷量的一半。最近通過的基礎(chǔ)設(shè)施投資和就業(yè)法案為該目標(biāo)提供了激勵(lì)措施。

　　隨著電氣化的發(fā)展，工作人員、患者和車隊(duì)車輛對(duì)帶充電器的空間的需求將會(huì)增長(zhǎng)。對(duì)醫(yī)療保健電氣系統(tǒng)的需求將顯著增加。這將需要更大程度地?cái)U(kuò)展醫(yī)療電氣系統(tǒng)。

　　隱含碳

　　雖然我們現(xiàn)在討論的大部分內(nèi)容都與建筑物在建造后的整個(gè)生命周期中排放的運(yùn)營(yíng)碳有關(guān)，但隱含碳排放發(fā)生在建筑物入住前的制造和建造過程中。

　　事實(shí)上，根據(jù)Architecture 2030匯編的數(shù)據(jù)，隨著能源效率的不斷提高導(dǎo)致運(yùn)營(yíng)碳排放量下降，隱含碳的相對(duì)份額將在未來10年內(nèi)增長(zhǎng)到全球建筑相關(guān)排放量的近75%。因此，如果不解決隱含碳問題，就很難實(shí)現(xiàn)2030年的碳減排目標(biāo)。

　　“隱含碳”是指產(chǎn)品生命周期中所有溫室氣體排放量的總和。這涉及采礦、提煉、加工和制造，以及運(yùn)輸、安裝、維護(hù)和廢棄后處置它們。它包括所有溫室氣體的排放，其中許多溫室氣體的變暖效應(yīng)比二氧化碳大，盡管排放量較小。

　　與新建建筑相比，再利用和改造現(xiàn)有建筑產(chǎn)生的隱含碳排放量通常減少50% 至 75%。對(duì)于新建筑，大部分隱含碳存在于建筑物的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中。

　　只關(guān)注三種材料的低碳替代品——混凝土、鋼材和鋁，它們產(chǎn)生了全球總排放量的 23%(大部分來自建筑環(huán)境)——產(chǎn)生了最多的結(jié)果。替代品包括補(bǔ)充膠凝材料，例如飛灰、礦渣和磨碎的消費(fèi)后玻璃;混合水泥;大量木材;或者簡(jiǎn)單地使用更少的混凝土。

　　重新思考MEP，制冷劑的選擇

　　在地基、結(jié)構(gòu)和外墻覆層之后，MEP(Mechanical, Electrical & Plumbing，暖通、電氣、給排水等)系統(tǒng)在建筑項(xiàng)目中貢獻(xiàn)了第二大隱含碳量。該行業(yè)仍在努力確定MEP系統(tǒng)在減少隱含碳方面將發(fā)揮的作用。由于不同材料的數(shù)量以及進(jìn)入任何給定設(shè)備的廣泛供應(yīng)鏈，量化MEP系統(tǒng)中的隱含碳量具有挑戰(zhàn)性。

　　此外，大多數(shù)MEP系統(tǒng)傾向于使用更多材料以更高效率運(yùn)行。例如，許多冷卻器在其管束中使用更多銅的情況下以更高的效率運(yùn)行。當(dāng)管道較大且靜壓較低時(shí)，風(fēng)扇使用的能量較少，從而增加了使用的金屬板的磅數(shù)。因此，雖然傳統(tǒng)觀點(diǎn)通常是減少材料的使用量并尋找含碳量較低的替代材料，但這可能不是MEP系統(tǒng)減排的最佳方法

　　制冷劑選擇作為減少制冷劑泄漏對(duì)環(huán)境影響的一種方法得到了推動(dòng)。這是因?yàn)榫哂休^低全球變暖潛能值 (GWP) 的制冷劑越來越多地用于新設(shè)備。

　　如果要進(jìn)行真正的生命周期碳評(píng)估，則必須結(jié)合運(yùn)營(yíng)排放的貢獻(xiàn)(基于制冷劑選擇和設(shè)備效率之間的關(guān)系)來看待這些影響。

　　許多醫(yī)療保健建筑幾乎都在不斷翻新和改造，以適應(yīng)不同的治療方式和功能變化。這種正在進(jìn)行的翻新在建筑物的整個(gè)生命周期中幾乎持續(xù)不斷地增加建筑物的隱含碳。因此，這些改造成為試圖將含碳量降至最低時(shí)的另一塊拼圖。

　　無害

　　大幅減少運(yùn)營(yíng)碳和隱含碳的需求很重要。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的時(shí)間表也是如此(以避免氣候變化造成災(zāi)難性影響)。這些目標(biāo)將需要付出巨大的努力，并致力于擺脫一切照舊的做法，尤其是在建筑環(huán)境中。

　　由于其巨大的碳足跡以及“首先，不造成傷害”的使命，醫(yī)療保健行業(yè)需要帶頭。

來源：千家網(wǎng)