上海大型醫(yī)院能耗評估及節(jié)能分析

竇逸峰，楊洪海，朱學(xué)錦，朱 喆，張秋艷，馬文禮

(1．東華大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上海 201600;2．上海建筑設(shè)計研究院有限公司，上海 200040)

0 引言

隨著醫(yī)學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，醫(yī)院建筑已經(jīng)與我們平常生活密不可分。由于其使用功能最為復(fù)雜，醫(yī)院建筑成為公共建筑中用能最高的，其能耗是一般公共建筑的1．6 ～2 倍;醫(yī)院能耗占實用建筑部門能耗總量的6%左右，但在節(jié)能減排的大環(huán)境下醫(yī)院節(jié)能研究相對滯后［1－3］。隨著越來越多的關(guān)注全球變暖問題，建筑物的能源效率引起了高度重視［4］。據(jù)2004 年的統(tǒng)計，我國既有的綜合類醫(yī)院12 902 家，?？祁愥t(yī)院有2 494 家，其中絕大部分位于各城市的中心地帶［5］?，F(xiàn)階段醫(yī)院建筑的能耗主要由供暖、空調(diào)、生活熱水、照明、動力、辦公設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備、食堂及其他設(shè)備九部份構(gòu)成，其能源形式包括冷、熱、電、水、蒸汽、燃氣、燃油、燃煤及各種醫(yī)用氣體。其能耗結(jié)構(gòu)復(fù)雜、能源形式多樣，從而導(dǎo)致醫(yī)院建筑能耗普遍偏大［6］。根據(jù)路賓等人調(diào)查:上海醫(yī)院建筑能耗整體水平較高，各醫(yī)院間差別較大，有較大節(jié)能潛力［7］;通過節(jié)能改造可以降低醫(yī)院運行成本，減輕醫(yī)療成本負擔(dān)，大多數(shù)醫(yī)院可能獲得30%以上的節(jié)能效益［8－9］。本文通過對上海市12家醫(yī)院的2010 年至2012 年能源消費情況進行統(tǒng)計，對醫(yī)院的能耗特點進行了分析，并針對其特點提出了上海醫(yī)院類建筑相關(guān)的節(jié)能策略和措施供相關(guān)單位參考。

1 上海醫(yī)院建筑基本情況

本文主要針對上海12 家大型醫(yī)院的能源消耗情況進行數(shù)據(jù)整理及其具體分析(數(shù)據(jù)來源:上海申康衛(wèi)生基建管理有限公司)，針對不同的醫(yī)院類型，通過查閱各個醫(yī)院的相關(guān)資料得到各醫(yī)院的占地面積、制冷、制熱機組的類型，并將其歸類整理，如表1 所示。

表1 醫(yī)院基本情況

2 醫(yī)院能耗分析

2．1 折標系數(shù)選取

折標系數(shù)是一種能源計量當(dāng)量，計算某種能源的能源量時與標準燃料的熱值相對應(yīng)的數(shù)量。國際上采用的標準燃料有兩種:煤和油。其中電力有兩種折算系數(shù):一種是當(dāng)量熱值，即按3 596 kJ/kW·h計算，其折算標準煤系數(shù)為0．1229 kg/kW·h(國際上普遍采用);另一種是等價熱值，按11 826 kJ/kW·h計算，折算系數(shù)為0．366 kJ/kW·h［10］。

當(dāng)量熱值和等價熱值各有利弊，各有用途，應(yīng)區(qū)別不同情況和目的而靈活選用。在當(dāng)前的日常工作中規(guī)定，各用能單位在統(tǒng)計能源的各項指標時，均按等價熱值計算，而在能源加工轉(zhuǎn)換企業(yè)統(tǒng)計加工轉(zhuǎn)換平衡時，則按當(dāng)量熱值統(tǒng)計［11］。本文采用等價熱值。

查得各能源折標系數(shù)記錄如表2 所示。

表2 折標系數(shù)(標煤)

2．2 醫(yī)院能耗結(jié)構(gòu)及年消耗量結(jié)構(gòu)分析

上海市12 家醫(yī)院能源使用差異較大，現(xiàn)將各醫(yī)院能源使用情況進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和整理，所消耗情況如圖1(a)～1(c)所示，分別對應(yīng)2010 ～2012 年能源消耗結(jié)構(gòu)。

從圖1 可以看出:

圖1 上海市12 家醫(yī)院2010 ～2012 年能源消耗結(jié)構(gòu)圖

(1)上海市醫(yī)院能源結(jié)構(gòu)由電力、煤氣、天然氣、柴油等構(gòu)成，其中電力和煤氣為主要能源;

(2)2010 ～2012 年，電力消耗的比重較為穩(wěn)定，占總消耗的56% ～60%，但消耗總量逐年增加;

(3)煤氣和燃煤的消耗量呈逐年下降趨勢，天然氣的使用量則逐年上升，說明上海市燃氣使用正在由煤氣向天然氣轉(zhuǎn)型之中。

圖2 上海市醫(yī)院年單位面積能耗

圖2 為上海市12 家醫(yī)院年單位面積能耗情況。分析可知:

(1)上海市醫(yī)院年平均單位面積能耗在2010年至2012 年間逐年增加，由96．3 kg(標煤)/m2增至107．9 kg(標煤)/m2;年均用能量增加長趨勢明顯。

(2)比較12 家醫(yī)院可知，1#、4#、5#、9#、12#醫(yī)院年均能耗呈上升趨勢，3#、8#醫(yī)院呈下降趨勢;以3#醫(yī)院為例，年均能耗從2010 年142 kg(標煤)/m2降至2012 年116 kg(標煤)/m2;分析發(fā)現(xiàn)該醫(yī)院能源使用結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大的變化，電力使用比例大幅度上升，從2010 年58%上升至2012 年72%;煤氣的使用比例大幅度下降從2010 年40%降至2012 年3%;天然氣從2010 年的0%增加到2012 年25%，到2012 年煤氣的使用大部分被天然氣(25%)和電力所取代。

(3)各個醫(yī)院年均能耗差距巨大，其中2#醫(yī)院最低為18 kg(標煤)/m2，6#醫(yī)院最高為218 kg/m2。分析發(fā)現(xiàn)，對于2#醫(yī)院，其教學(xué)和科研占地面積較大，相應(yīng)的空調(diào)使用率及負荷較低，降低了單位面積年均能耗。比較還發(fā)現(xiàn)，2#醫(yī)院冬季使用風(fēng)冷熱泵機組供熱，性能系數(shù)較高;6#醫(yī)院冬季使用燃氣及燃煤鍋爐供熱，供熱系數(shù)較低。

2．3 醫(yī)院主要能源月消耗分析

通過對醫(yī)院的能耗結(jié)構(gòu)分析知，醫(yī)院的主要能源為電力和煤氣，其余能源所占的比重較小;因此對電力和煤氣的各月份使用量(單位均為標準煤)分析，可以得出上海市醫(yī)院能源消耗的時間特征，見圖3(a)、圖3(b)。

圖3 上海市12 家醫(yī)院電量及煤氣月消耗情況

由圖3(a)我們可以看出，上海市醫(yī)院各年用電高峰都主要集中于6 ～9 月份，并且在每年1 月和12 月有一個次高峰。

從圖3(b)可以看出，各年煤氣量使用高峰主要集中于1 ～2 月，并在8 月份有一次高峰。說明醫(yī)院能耗在季節(jié)上存在較大差異，在夏季，氣候炎熱，空調(diào)負荷大，耗電量大;在冬季，天氣寒冷，空調(diào)熱負荷及生活熱負荷增加，且大多數(shù)醫(yī)院采用燃氣鍋爐供熱，因此煤氣使用量較其他月份大。

從圖3(c)可以看出，上海醫(yī)院各月份用水量較為穩(wěn)定。另外，計算表明，上海醫(yī)院的年平均單位面積用水量較大，2010 年為9．2 t/m2·a，2011 年為6．9 t/m2·a，2012 年為7． 5 t/m2·a。以排放廢水量為7.5 t/m2·a 為例，取進、出口水溫差5℃，可得余熱量15 萬kJ/m2·a，采用污水源熱泵時，取夏季COP為4．5，冬季COP 為3．0［12］，可分別供冷12．2 萬kJ/m2·a，供熱22．19 萬kJ/m2·a。

3 醫(yī)院節(jié)能策略和措施的探討

為更好的節(jié)能降耗，對醫(yī)院今后的節(jié)能改造提出以下幾點建議:

(1)選擇合理的冷熱源方案。對一些年代久遠的醫(yī)院進行能源設(shè)備改造，進行冷水機組及熱泵機組的更新?lián)Q代，如將蒸汽型溴化鋰吸收式冷水機組及全自動燃油燃氣蒸汽鍋爐改為電制冷+鍋爐供熱;新建醫(yī)院應(yīng)采用較為先進的冷熱源機組，如采用三聯(lián)供、冰蓄冷、地源熱泵、太陽能集熱等系統(tǒng)。

(2)部分醫(yī)院使用燃煤鍋爐，對環(huán)境污染較大。上海市擬定于2015 年年底之前取消所有的中小型燃煤鍋爐，因此此類醫(yī)院需進行能源改造。

(3)醫(yī)院全年用水量穩(wěn)定且廢熱量大，因此可以對醫(yī)院的廢水進行余熱回收，如采用污水源熱泵;

(4)開發(fā)利用新能源及可再生能源。醫(yī)院占地面積較大，可適當(dāng)選用地源熱泵系統(tǒng)，其具有高效節(jié)能、環(huán)境污染小、運行穩(wěn)定可靠、運行費用低等優(yōu)點，是目前較為成熟的供暖制冷技術(shù)。在建筑屋頂安裝太陽能集熱系統(tǒng)，提供生活用熱水，降低能耗，但需配蓄水池增加系統(tǒng)穩(wěn)定性。

(5)醫(yī)院暖通空調(diào)系統(tǒng)中采用其他節(jié)能技術(shù)。通過靈活布局設(shè)計與分區(qū)，并采用熱回收、冷卻塔供冷、蓄冷技術(shù)、變頻調(diào)速技術(shù)、設(shè)備自動化系統(tǒng)等先進手段，以達到節(jié)能的目的。

(6)改善醫(yī)院運行管理。隨著醫(yī)療水平的飛速發(fā)展和人民生活質(zhì)量的提高，醫(yī)院就診量隨之迅速提高，因此要加強運行管理，避免不必要的能源消耗;同時，對醫(yī)院就診人員進行充分的節(jié)能宣傳在適當(dāng)處張貼節(jié)約標語，養(yǎng)成人們良好的行為習(xí)慣，減少鋪張浪費。

4 結(jié)論

本文通過對上海市12 家醫(yī)院綜合醫(yī)院2010 ～2012 年能耗分析，得到以下結(jié)論:

(1)上海市醫(yī)院能耗總體以電力、煤氣為主要能源，且電力和天然氣的比重逐年增加，煤氣和燃煤的比重逐年下降;各家醫(yī)院能耗差別較大，總體逐年上升;

(2)醫(yī)院的能源使用具有明顯的季節(jié)特征，其中用電量主要集中在6 ～9 月，煤氣使用主要在1月、2 月;

(3)部分醫(yī)院使用燃煤鍋爐，對環(huán)境污染較大，需進行節(jié)能改造。對于新建醫(yī)院，建議采用較為先進的冷熱源機組，如采用三聯(lián)供、冰蓄冷、地源熱泵及太陽能集熱等系統(tǒng)，提高新能源及可再生能源在能源供應(yīng)中的比例。

(4)醫(yī)院排污水量較為穩(wěn)定，且余熱回收利用潛力較大，可采用污水源熱泵;

(5)通過改善醫(yī)院運行管理以及其它暖通空調(diào)相關(guān)技術(shù)達到節(jié)能減排的作用。

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