基于能耗監(jiān)管平臺的醫(yī)院節(jié)能管理方法探討

魏澤元，楊杰，唐曉薇

中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院阜外醫(yī)院 a. 能源管理辦公室；b. 后勤保障處；c. 項目建設(shè)辦公室，北京 100037

引言

節(jié)約資源和保護環(huán)境是我國的基本國策，推進節(jié)能減排工作，加快建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會是我國經(jīng)濟社會發(fā)展的重大戰(zhàn)略任務(wù)。根據(jù)中德技術(shù)合作“公共建筑（中小學(xué)校和醫(yī)院）節(jié)能”項目的調(diào)研結(jié)果，500床綜合醫(yī)院能耗值達1400 tce/年，遠(yuǎn)超500 tce/年的重點用能建筑標(biāo)準(zhǔn)。100家醫(yī)院能效調(diào)查顯示單位面積能耗費用排名前10位的醫(yī)院為154.6～227元/m2；各類型醫(yī)院平均能耗費用占醫(yī)院總費用的2.09%，已經(jīng)達到了德國的水平（德國醫(yī)院能耗費用占總費用的2.5%）。相較于我國的經(jīng)濟發(fā)展水平，我國的醫(yī)院能耗已經(jīng)接近發(fā)達國家的水平。同時，我國的醫(yī)院多數(shù)采取風(fēng)機盤管+新風(fēng)系統(tǒng)或者VRV系統(tǒng)，該種空調(diào)型式的舒適性遠(yuǎn)低于發(fā)達國家普遍采取的全空調(diào)系統(tǒng)，如果按照目前我國醫(yī)院的能耗水平發(fā)展下去，其單位面積的能耗會遠(yuǎn)超發(fā)達國家，因此我國醫(yī)院的節(jié)能工作刻不容緩。

為此，2014年衛(wèi)計委聯(lián)合發(fā)改委、財政部開展節(jié)約型醫(yī)院建設(shè)工作，啟動了醫(yī)院能耗監(jiān)管系統(tǒng)建設(shè)。同時在醫(yī)改的大環(huán)境下，為了提高醫(yī)院的競爭力，提升醫(yī)院的可持續(xù)發(fā)展水平，醫(yī)院管理者和研究人員針對于醫(yī)院能耗監(jiān)管平臺和節(jié)能工作進行了大量的研究工作。管德賽等[1]提出后勤保障工作實行精細(xì)化管理不但能最大限度的降低管理成本，而且能提高生產(chǎn)效益和員工整體素質(zhì)。朱永松等[2]分析了大型綜合性醫(yī)院的運行和用能特點,以及醫(yī)院在基建修建節(jié)能管理、行為節(jié)能管理、節(jié)能組織體系與制度建設(shè)、技術(shù)節(jié)能管理等方面所面臨的問題和解決途徑。胡曉妍等[3]提出通過搭建能耗監(jiān)測平臺完成能耗數(shù)據(jù)的智能采集和分析。姚慶梅等[4]提出了省級醫(yī)院建筑節(jié)能監(jiān)測系統(tǒng)整體架構(gòu)理念，通過研發(fā)醫(yī)院建筑節(jié)能監(jiān)測系統(tǒng)軟件，提出監(jiān)測系統(tǒng)軟件設(shè)計架構(gòu),闡述監(jiān)測系統(tǒng)子系統(tǒng)架構(gòu)及各功能模塊。朱小潔[5]提出以自動化控制系統(tǒng)來實現(xiàn)中央空調(diào)的節(jié)能控制，降低空調(diào)系統(tǒng)的運營成本。謝建中[6]從鍋爐安裝、運行保障、安全檢查3個方面概述了醫(yī)院鍋爐安全運行管理的重點，結(jié)合節(jié)能降耗的背景，從合理調(diào)節(jié)空氣配比、降低燃?xì)忮仩t的排煙濕度等方面提出了燃?xì)庹羝仩t的節(jié)能措施。

目前，針對于醫(yī)院的能耗監(jiān)管平臺多集中在建設(shè)系統(tǒng)的過程，同時對于醫(yī)院的節(jié)能工作的研究往往集中在少量的數(shù)據(jù)支撐下的管理節(jié)能和技術(shù)節(jié)能，而能耗監(jiān)管平臺和節(jié)能工作的有機融合的研究卻很少，因此有必要針對基于能耗監(jiān)管平臺的節(jié)能管理工作進行研究[7-10]。本文以阜外醫(yī)院的節(jié)能工作為研究對象，闡述了醫(yī)院在能耗監(jiān)管平臺的基礎(chǔ)上開展的節(jié)能管理工作，總結(jié)了該方面的管理經(jīng)驗。故建立一套完整的能耗監(jiān)管平臺，對用能進行合理的拆分是進行深入能源管理的基礎(chǔ)。

1 能耗監(jiān)管平臺的建設(shè)

醫(yī)院的節(jié)能管理工作包括兩大步驟：建設(shè)能耗監(jiān)管平臺，基于能耗監(jiān)管平臺進行日常節(jié)能管理工作。醫(yī)院在物業(yè)分類中，屬于特種分類，其用電結(jié)構(gòu)與一般公共建筑有一定的類似，但又需要滿足安全、衛(wèi)生和對患者的康復(fù)需要[11-14]。醫(yī)院能源應(yīng)用結(jié)構(gòu)復(fù)雜，用電設(shè)備種類繁多，有大型設(shè)備需要24 h長期開啟，也有高負(fù)載的暖通空調(diào)系統(tǒng)需要開啟，同時加上不斷引進的各種新醫(yī)療設(shè)備與附加服務(wù)的用電，其用能結(jié)構(gòu)要比一般公共建筑要復(fù)雜許多。

根據(jù)醫(yī)院的用電特點，同時從管理需求出發(fā)，對阜外醫(yī)院的用電進行了兩大類分項：醫(yī)療專用設(shè)備用能、建筑其他機電設(shè)備用能，具體的分類見表1。

其中，本項目醫(yī)療專用設(shè)備用電又分成兩大類，一是與室內(nèi)空氣環(huán)境相關(guān)凈化系統(tǒng)用電，一是各種醫(yī)療專用設(shè)備的直接用電。室內(nèi)空氣環(huán)境凈化系統(tǒng)的用電設(shè)備本質(zhì)上為各種空氣凈化排風(fēng)機、送風(fēng)機、大型空調(diào)機組、大型空氣凈化器等，其設(shè)備本身與一般公共建筑同類型的設(shè)備并無本質(zhì)區(qū)別，但是其開啟策略不一致，醫(yī)院內(nèi)室內(nèi)空氣環(huán)境凈化系統(tǒng)的設(shè)備的用電需求是長期的必須的不可間歇的，大型公共建筑根據(jù)不同的業(yè)態(tài)類型，是日常變化的間歇的。

醫(yī)療專用設(shè)備的直接用電，主要劃分為醫(yī)療信息中心用電、重癥監(jiān)護室用電、手術(shù)區(qū)用電、體驗區(qū)用電，大型醫(yī)療設(shè)備用電及普通醫(yī)療設(shè)備用電等，其用電結(jié)構(gòu)復(fù)雜，是醫(yī)院日常醫(yī)療運行的基本需求。

醫(yī)院的建筑其它機電設(shè)備用能，與一般公共建筑分項方式一致，主要包括照明插座用電，空調(diào)用電以及動力用電。照明插座用電，由于其實際末端復(fù)雜，一般建筑難以完全拆分照明燈具以及底下插座的用電，本項目同樣僅計量到普通照明用電、應(yīng)急照明用電兩個主要類別?？照{(diào)用電主要包括冷熱站用電，空調(diào)末端用電及獨立空調(diào)用電，同時把凈化系統(tǒng)用電作為空調(diào)用電的一個子項，但是并不影響凈化系統(tǒng)作為一個醫(yī)院獨有的用電分項進行分析。動力用電主要包括電梯、排水泵及通風(fēng)機，其用電一般比較穩(wěn)定。以上明確定義的不同類型的用電設(shè)備，根據(jù)其實際用途會有不同的用電規(guī)律，能耗監(jiān)管平臺監(jiān)測其用電，其最大的意義在于將其納入可監(jiān)管的范圍，同時輔以日、月工作的管理要求，例如對水泵的用電就可有明確的管理手段，每月、每日甚至沒小時用電都必須在要求之內(nèi)，但水泵的使用電耗超過的要求范圍，必然是實際運行出現(xiàn)問題。

基于上述的醫(yī)院用能的特點和要求，建立符合醫(yī)院現(xiàn)狀的能耗模型，并結(jié)合醫(yī)院的管理情況，促進醫(yī)院的管理節(jié)能工作的從粗放型管理階段向精細(xì)化管理階段的提升。

能耗監(jiān)管平臺本質(zhì)上為一個弱電系統(tǒng)，集成了建筑各種類型的用能數(shù)據(jù)，包括詳細(xì)分項的用電數(shù)據(jù)，也包括以分戶為基礎(chǔ)進行計量的水、燃?xì)鈹?shù)據(jù)。如何利用以上的數(shù)據(jù)進行有效的能耗監(jiān)管，是醫(yī)院能源管理領(lǐng)導(dǎo)小組的重點研究方向。

2 基于能耗監(jiān)管平臺的醫(yī)院節(jié)能管理工作

醫(yī)院的節(jié)能工作分為技術(shù)節(jié)能和管理節(jié)能兩大類，下面分別闡述基于平臺實現(xiàn)的節(jié)能工作。

2.1 技術(shù)節(jié)能評估方法

評估醫(yī)院節(jié)能技術(shù)改造的可行性主要依賴于兩個核心數(shù)據(jù)：年節(jié)能量和投資額，通常投資額是相對固定的，但是對于節(jié)能量的評估是醫(yī)院開展節(jié)能工作的難點。醫(yī)院建筑總體性能耗中：暖通空調(diào)系統(tǒng)、醫(yī)療設(shè)備和照明的占比分列前三位，由于醫(yī)療設(shè)備的特殊性，醫(yī)院的技術(shù)節(jié)能主要圍繞在照明節(jié)能和空調(diào)節(jié)能兩大部分。

2.2 照明節(jié)能評估方法與能耗監(jiān)管平臺的結(jié)合

照明節(jié)能最常見的措施是高效節(jié)能燈具的更換，其評估的方法分為能耗賬單法和產(chǎn)品單耗對比法。

式(1)中：E節(jié)能量是評估的年節(jié)能量；E改造前是改造前的年用電量，可由安裝在獨立照明回路的電表測得；E改造后是改造后的年用電量；E調(diào)整是由于外部因素造成的能耗變化，通常針對于照明系統(tǒng)可忽略。

表1 醫(yī)院能耗分類結(jié)構(gòu)

能耗賬單法采取的是通過直接對比改造前后的能耗數(shù)據(jù)來確定節(jié)能量，計算方法見上式。一方面，由于很多醫(yī)院的照明回路與插座回路共用，無法將照明能耗直接拆分；另一方面，即使照明有獨立回路，但是改造前也難以獲取改造后的直接能耗數(shù)據(jù)。因此該種方法并不適用于節(jié)能量的事前評估，但是可用于照明系統(tǒng)技術(shù)改造的事后評估。

式(2)中：ni是第i種燈具的數(shù)量；Wi改造前是第i種原燈具的運行功率，可直接測量；Wi改造后是第i種改造后燈具的運行功率，可直接測量；ti是第i種燈具的年運行時間。

產(chǎn)品單耗對比法是針對于燈具直接測量原照明燈具和改造后燈具的單個功耗，然后通過估算運行時間，經(jīng)過簡單計算來獲取改造后的節(jié)能量。該種評估方法最大的難點在于年運行時間的估算，通過能耗監(jiān)管平臺采集的用電數(shù)據(jù)結(jié)合人員的現(xiàn)場調(diào)研可以較為客觀的估算照明系統(tǒng)的年節(jié)電量。

空調(diào)節(jié)能評估方法與能耗監(jiān)管平臺的結(jié)合。空調(diào)節(jié)能最常見的評估的方法分為能耗賬單法、直接對比法和模擬軟件法?？照{(diào)節(jié)能評估采取能耗賬單法與照明系統(tǒng)類似，僅適用于項目的事后評估，需要注意的是這種評估也是需要基于空調(diào)系統(tǒng)的能耗數(shù)據(jù)，因此能耗監(jiān)管平臺建設(shè)時需要考慮空調(diào)系統(tǒng)的能耗點位設(shè)計。直接對比法是分別統(tǒng)計在典型工況下節(jié)能措施開啟和關(guān)閉時的能源消耗量，從而獲得該項節(jié)能措施的節(jié)能率，再結(jié)合改造后的能耗數(shù)據(jù)計算出節(jié)能量。該種評估通常適用于空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)的事后評估，其核心仍然是基于能耗監(jiān)管平臺的空調(diào)能耗數(shù)據(jù)的采集。模擬軟件法是采取模擬軟件模擬節(jié)能改造應(yīng)用前后的能耗狀況，以此作為節(jié)能評估的依據(jù)。該種評估通常適用于建筑整體改造措施，特別是建筑外圍護結(jié)構(gòu)改造等內(nèi)容。該種評估方法是唯一可不依賴于能耗監(jiān)管平臺的數(shù)據(jù)支撐的節(jié)能評估方法，由于其專業(yè)性過強且難于操作，因此實際項目上很少采取此種評估方法。綜上所述，醫(yī)院的節(jié)能評估多數(shù)都是需要基于現(xiàn)有的能耗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)之上的，而由于缺少數(shù)據(jù)支撐而造成節(jié)能量的評估誤差甚至影響到整個項目的投資經(jīng)濟性決策的失誤的案例不在少數(shù)，因此能耗監(jiān)管平臺與節(jié)能評估的有機融合是醫(yī)院進行技術(shù)節(jié)能的核心方法。

管理節(jié)能方法一個穩(wěn)定運行的建筑，明確定義的用電設(shè)備是有其明確的用電規(guī)律的，這是進行日常節(jié)能管理工作的基礎(chǔ)，同時只有對其用電結(jié)果進行強有力的管控，才能保障建筑的用電不出現(xiàn)隨著時間推移日漸增長的趨勢。本項目在能耗平臺應(yīng)用上面，首次提出了精細(xì)化運行管理的工作要求，克服了前期工作難度大問題后，逐步建立起基于能耗監(jiān)管平臺數(shù)據(jù)的精細(xì)化管理辦法及策略研究迭代制度，一是建立了一套適用與項目本身用能情況切實可行的管理辦法，二是建立了可適應(yīng)醫(yī)院不斷增加、變化設(shè)備的設(shè)備運行策略管理及迭代機制。能耗監(jiān)管平臺的主要功能是對能耗使用的監(jiān)測，日常的工作圍繞著兩個問題開展：① 是否按照要求的運行策略運行；② 設(shè)備運行策略的合理性。

基于兩個主要的問題，醫(yī)院能源管理平臺小組開展了一系列的日常管理工作，保障不同類型的能耗在日常管理控制范圍內(nèi)。建立醫(yī)院節(jié)能降耗制度，開展日常能耗管理工作，每日/每周/每月，由能耗負(fù)責(zé)人對醫(yī)院重點配電能耗進行分析并落實管理工作，對重點設(shè)備日用電范圍進行落實，并進行相關(guān)的管理動作。

正常用電范圍按以下方式定義：區(qū)分工作日、周六、周日、國家法定節(jié)假日（春節(jié)及國慶節(jié)除外）、春節(jié)及國慶節(jié)共5個不同類型的日期，取每一個配電支路歷史能耗均值在-5%～+3%范圍內(nèi)為正常電耗，制定重點設(shè)備能耗正常范圍表格。當(dāng)重點設(shè)備超過正常范圍時，采取以下工作：超出用電不超過200 kWh時，進行日常記錄，并與設(shè)備直接對應(yīng)負(fù)責(zé)人聯(lián)系，進行初步溝通確認(rèn)；超過用電超過200 kWh，進行日常記錄，同時要求設(shè)備直接負(fù)責(zé)人進行書面反饋。每周/每月匯總報告中，落實本周/本月超額設(shè)備清單，逐一進行確認(rèn)。

2.3 建立醫(yī)院設(shè)備運行研究制度

建立醫(yī)院設(shè)備運行研究制度，對重點設(shè)備運行規(guī)律進行研究，研究的主要范圍包括：暖通空調(diào)系統(tǒng)包括冷源側(cè)的冷機、冷凍水泵等，以及末端的空調(diào)機組、新風(fēng)機等設(shè)備的實際運行需要和既定的運行策略匹配，同時對其因天氣或其它特殊情況需要多開設(shè)備的情況進行詳細(xì)記錄，總結(jié)設(shè)備的最優(yōu)運行方式；室內(nèi)空氣環(huán)境相關(guān)凈化系統(tǒng)包括是否按照既定的運行策略運行，對夜間使用量較高的原因進行深入分析；動力設(shè)備包括用電較少，研究其日用電規(guī)律是否在正常范圍，并確認(rèn)夜間生活水泵用電較高的實際原因，后通過優(yōu)化改造有效降低了其電耗。運行制度，見表2。

表2 運行制度簡介

3 典型能耗管理案例

上文提及，本項目建立了一套切實可行的能耗管理辦法，在日常的工作中，發(fā)現(xiàn)了非常多的能耗應(yīng)用問題，后續(xù)通過深入的排查分析及挖掘，對異常的用電進行深入研究，并以大量的數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，建立了適用于項目本身特點的管理辦法。

圖1展示了是一個典型的設(shè)備運行問題，根據(jù)其用電設(shè)備上報結(jié)果，可用電時間范圍是7～20點，但是實際在凌晨時間段仍有部分用電，節(jié)能管理小組按照約定規(guī)則進行工作：① 次日發(fā)現(xiàn)，進行日常記錄，與負(fù)責(zé)人聯(lián)系溝通，并承諾當(dāng)天跟進；② 周例會反饋，并明確多用電的具體設(shè)備；③ 溝通再次確認(rèn)用電類型是否必須要。圖1、2是一次典型的夜間用電設(shè)備開啟后無關(guān)閉的行為，被發(fā)現(xiàn)了實時整改，后續(xù)無再次出現(xiàn)相同能耗應(yīng)用問題。

圖1 運行能耗問題發(fā)現(xiàn)前后對比

圖2 6月19日實際運行能耗與約束能耗值的對比

4 兩年總能耗分析

在日常管理辦法的嚴(yán)格執(zhí)行實施下，醫(yī)院能耗使用量日漸趨于穩(wěn)定，目前可保障當(dāng)無進行新的大型改造前，單位面積能耗在穩(wěn)定水平。

2016～2017年兩年，本項目能耗監(jiān)管平臺進行計量總用電為4677萬度電，各個主要分項用電結(jié)果，見表3。

表3 2016至2017年能耗占比

如表3可以看出，本項目2016～2017兩年，空調(diào)用電占比大部分比例，達到64.8%，其中包括冷熱站用電，空調(diào)末端用電及獨立空調(diào)用電以及凈化系統(tǒng)用電，故其是節(jié)能工作的重點目標(biāo)，本項目的精細(xì)化管理以及節(jié)能改造工作的主要方向也是針對該系統(tǒng)進行，見圖3，可發(fā)現(xiàn)本項目空調(diào)用電里，冷熱站用電及凈化用電系統(tǒng)占比較高，均在40%左右，均占醫(yī)院總用電約1/4，是節(jié)能工作的重點。

圖3 醫(yī)院2016至2017年醫(yī)院空調(diào)系統(tǒng)用電比例

第二高的用電分項為醫(yī)療專用設(shè)備，其用電占比約為1/5，同時考慮其實際用電復(fù)雜，設(shè)備對安全性能要求較高，在實際工作中，是節(jié)能管理工作的重點，一般對其用每日、每月用電進行大類管理，如當(dāng)月用電超過上限，則針對其具體用電問題進行論證研究分析。

照明插座及動力設(shè)備用電較低，前者實際的用電末端非常復(fù)雜，既包括了所有樓宇的照明燈具，又包括了病房等區(qū)域的插座用電，在日常能耗管理工作中，該數(shù)據(jù)主要作為管理參考值，并無設(shè)定嚴(yán)格考核值；后者用電較低，但是其用電末端非常明確，其用電規(guī)律非常明確，日常管理中對其進行嚴(yán)格要求，其用電實際比例低也是本項目兩年嚴(yán)格管理的結(jié)果。

綜上，本項目在未來工作中，節(jié)能工作的重點方向非常明確：重點對分別占建筑總用電1/4的空調(diào)冷熱站用電以及凈化系統(tǒng)用電進行嚴(yán)格的管理，同時進行相關(guān)的節(jié)能改造工作，對已經(jīng)明確定義的其它用電末端，實施嚴(yán)格的用電日常管理工作。

5 基于能耗數(shù)據(jù)分析的節(jié)能工作開展

2015年底能耗監(jiān)管平臺上線后，本項目基于能耗監(jiān)管平臺的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)進行了大量的工作，依據(jù)對能耗數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，重點對空調(diào)等設(shè)備進行了節(jié)能改造工作。

（1）空調(diào)系統(tǒng)：淘汰老舊高耗能機組設(shè)備，新設(shè)備選型重點考慮節(jié)能?？照{(diào)系統(tǒng)設(shè)備定期維護保養(yǎng)，確保不因清潔不及時而造成能耗增加。通過更新節(jié)能型水泵、新風(fēng)機組、凈化機組、分體空調(diào)等技術(shù)節(jié)能手段及定期維護保養(yǎng)等良好的管理節(jié)能手段，使得空調(diào)系統(tǒng)用電量方面維持平穩(wěn)增長水平。

（2）鍋爐系統(tǒng)：通過采用節(jié)能型鍋爐加之日常的精細(xì)化管理等措施使近3年內(nèi)天然氣用量呈現(xiàn)平穩(wěn)增長水平，并被北京市質(zhì)監(jiān)局評為安全與節(jié)能減排管理標(biāo)桿鍋爐房。

（3）照明系統(tǒng)：通過對科研樓7、8、9層信息中心及地下一層營養(yǎng)室進行照明節(jié)能改造、將全部老舊白熾燈統(tǒng)一更換為節(jié)能型LED燈具，更換日光燈管使用節(jié)能型約2000個，各種節(jié)能光源燈管總計約1000條。加之對員工大量的節(jié)能宣傳教育等措施使得用電量近3年基本保持平穩(wěn)水平。

（4）電梯系統(tǒng)：通過將老舊電梯機房設(shè)備更換為新型節(jié)能型設(shè)備。新大樓電梯安裝全部選擇三菱節(jié)能型電梯，從根本上保證了電梯運行的電力消耗。加之日常定期保質(zhì)的維護保養(yǎng)手段使得我院電梯安全、節(jié)能、無事故運行多年。

6 總結(jié)

一般醫(yī)院建筑，隨著使用年份的增加，設(shè)備的老化，能耗會呈現(xiàn)非常明顯的上漲趨勢，但本項目的單位建筑用電水平，2015～2017年逐年下降，這得益于本項目能耗監(jiān)管平臺的高效使用以及能源管理平臺小組的努力?？偟膩碚f，醫(yī)院的能耗需要有強有力的日常監(jiān)管以及精細(xì)化的設(shè)備操作及管理，運行管理工作在做好保障性措施的基礎(chǔ)上，有效利用監(jiān)管平臺進行日常工作，是提高醫(yī)院能源管理水平一個非常高效的方式。