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(mén),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(kāi)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(shuō),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(guò)現(xiàn)場(chǎng)燃燒燃燒化石燃料,釋放出二氧化碳(最常見(jiàn)的人類(lèi)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(guò)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(guò)50個(gè)地區(qū)已經(jīng)通過(guò)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(lái)越嚴(yán)格的能源法規(guī)。通過(guò)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(guò)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(guò)罰款或公開(kāi)披露和建筑能源評(píng)級(jí)等級(jí)(類(lèi)似于衛(wèi)生部門(mén)對(duì)餐館的評(píng)級(jí))來(lái)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(lái)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(guò)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(guò)程被稱(chēng)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(guò)節(jié)能和提高效率——減少來(lái)自化石燃料來(lái)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(guò)在低占用率/下班時(shí)間減少氣流來(lái)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(lái)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(guò)光伏板發(fā)電,而太陽(yáng)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(guò)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(guò)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(guò)一種特殊的“熱回收”制冷機(jī)或通過(guò)水對(duì)水熱泵來(lái)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(yáng)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(guò)儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用來(lái)消除太陽(yáng)能和風(fēng)能系統(tǒng)的可中斷性問(wèn)題。然而,醫(yī)療保健系統(tǒng)可以通過(guò)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(lái)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(lái)自低碳排放電力的電力。對(duì)于每個(gè)項(xiàng)目來(lái)說(shuō),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(lái)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(guò)時(shí)的需求因素,導(dǎo)致電氣系統(tǒng)規(guī)模過(guò)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(wèn)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(chē)數(shù)量的激增。經(jīng)濟(jì)學(xué)人智庫(kù)估計(jì),2022年電動(dòng)汽車(chē)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(chē)占新車(chē)銷(xiāo)量的一半。最近通過(guò)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(chē)隊(duì)車(chē)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(guò)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(lái)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(wèn)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(lái)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(lái)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(lái)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(wú)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。

本文作者:Steven Guttmann, Kim Shinn, and Walt Vernon

極客網(wǎng)企業(yè)會(huì)員

免責(zé)聲明:本網(wǎng)站內(nèi)容主要來(lái)自原創(chuàng)、合作伙伴供稿和第三方自媒體作者投稿,凡在本網(wǎng)站出現(xiàn)的信息,均僅供參考。本網(wǎng)站將盡力確保所提供信息的準(zhǔn)確性及可靠性,但不保證有關(guān)資料的準(zhǔn)確性及可靠性,讀者在使用前請(qǐng)進(jìn)一步核實(shí),并對(duì)任何自主決定的行為負(fù)責(zé)。本網(wǎng)站對(duì)有關(guān)資料所引致的錯(cuò)誤、不確或遺漏,概不負(fù)任何法律責(zé)任。任何單位或個(gè)人認(rèn)為本網(wǎng)站中的網(wǎng)頁(yè)或鏈接內(nèi)容可能涉嫌侵犯其知識(shí)產(chǎn)權(quán)或存在不實(shí)內(nèi)容時(shí),應(yīng)及時(shí)向本網(wǎng)站提出書(shū)面權(quán)利通知或不實(shí)情況說(shuō)明,并提供身份證明、權(quán)屬證明及詳細(xì)侵權(quán)或不實(shí)情況證明。本網(wǎng)站在收到上述法律文件后,將會(huì)依法盡快聯(lián)系相關(guān)文章源頭核實(shí),溝通刪除相關(guān)內(nèi)容或斷開(kāi)相關(guān)鏈接。

2023-04-26
醫(yī)療建筑設(shè)計(jì)如何影響氣候變化
醫(yī)療保健領(lǐng)域脫碳最明顯的工具之一是通過(guò)節(jié)能和提高效率——減少來(lái)自化石燃料來(lái)源的運(yùn)營(yíng)能源使用將減少二氧化碳排放。

長(zhǎng)按掃碼 閱讀全文