上海市市級(jí)醫(yī)院建筑能耗評(píng)價(jià)指標(biāo)及影響因素研究

何曉燕

上海市建筑科學(xué)研究院有限公司

0 引言

醫(yī)院建筑能耗遠(yuǎn)高于其他公共建筑，通過(guò)制定能耗定額,開(kāi)展能耗對(duì)標(biāo)，能幫助醫(yī)院找出差距，發(fā)現(xiàn)用能存在的問(wèn)題，指導(dǎo)合理用能。上海市2012年頒布實(shí)施的《市級(jí)醫(yī)療機(jī)構(gòu)建筑合理用能指南》DB31/T 553-2012（以下簡(jiǎn)稱(chēng)2012版指南）規(guī)定了不同類(lèi)型醫(yī)院的能耗對(duì)標(biāo)值，為“十二五”、“十三五”市級(jí)醫(yī)院開(kāi)展能效對(duì)標(biāo)、挖掘節(jié)能潛力提供了重要支撐。伴隨中國(guó)醫(yī)療衛(wèi)生體制改革的不斷深入，各級(jí)醫(yī)院的基本建設(shè)也進(jìn)入了前所未有的新高潮，大型儀器設(shè)備大量投入使用，診療能力大幅提升，人們的就醫(yī)環(huán)境和醫(yī)療條件有了顯著的改善。但醫(yī)院建筑能耗隨之大幅度地增長(zhǎng)。2018年30家市級(jí)醫(yī)院建筑能耗為27 萬(wàn)tce，較2008 年增加了41.3%，同時(shí)在這10 年間，建筑面積和門(mén)急診人次分別增加了51%和110%。本文根據(jù)近年來(lái)醫(yī)院能耗的動(dòng)態(tài)發(fā)展變化，結(jié)合現(xiàn)有能源消耗數(shù)據(jù)顆粒度，在《2012 版指南》的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)分析建筑用能評(píng)價(jià)指標(biāo)和影響因素，對(duì)用能指南的修訂提出有關(guān)思路。

1 醫(yī)療機(jī)構(gòu)能耗評(píng)價(jià)指標(biāo)研究

1.1 國(guó)內(nèi)外能耗指標(biāo)調(diào)研

國(guó)內(nèi)外醫(yī)療機(jī)構(gòu)能耗評(píng)價(jià)指標(biāo)通常采用單位建筑面積能耗指標(biāo)，如德國(guó)VDL 3807 標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)醫(yī)院床位數(shù)區(qū)間給出醫(yī)院供熱能耗和供電能耗指標(biāo)（單位：kWh/(m2·a)），在國(guó)內(nèi)，浙江、湖南、山東等省按醫(yī)療機(jī)構(gòu)等級(jí)分類(lèi)（一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)）給出能耗定額標(biāo)準(zhǔn)，北京、濟(jì)等南市按綜合醫(yī)院和專(zhuān)科醫(yī)院分類(lèi)給出建筑合理用能指標(biāo)等。

1.2 市級(jí)醫(yī)院?jiǎn)挝粯I(yè)務(wù)量能耗指標(biāo)研究

與其他建筑不同，醫(yī)院建筑能耗除受到建筑規(guī)模的影響，還與床位數(shù)和門(mén)急診人次等業(yè)務(wù)規(guī)模密切相關(guān)。為進(jìn)一步求證是否存在比單位建筑面積能耗更合適的指標(biāo)，本文重點(diǎn)分析了單位床位能耗、單位門(mén)急診人次能耗、單位醫(yī)療量能耗及單位醫(yī)療業(yè)務(wù)量能耗密度（單位建筑面積能耗/年總醫(yī)療量）等單位業(yè)務(wù)量指標(biāo)，數(shù)據(jù)樣本為2018年度全市30家市級(jí)醫(yī)院的建筑面積、門(mén)急診人次、床位數(shù)、年總醫(yī)療量（年門(mén)急診人次/3+年實(shí)際占用總床日數(shù)，單位為當(dāng)量床日）、床日數(shù)、手術(shù)人次、病種難度系數(shù)（CMI）和年總能耗等進(jìn)行分析，結(jié)論如下：

1)平均床位能耗為7.33 tce/床，最大值（14.23）為最小值的2.09倍；

2)平均門(mén)急診人次能耗為4.09 kgce/人次，最大值（18）是最小值的0.24倍；

3)平均單位醫(yī)療量能耗為707.92 kgce/百當(dāng)量床日，最大值（2 044.24）是最小值的（70.86）的倍；

4)單位醫(yī)療業(yè)務(wù)量能耗密度為1.078 kgce/m2·萬(wàn)當(dāng)量床日, 但最大值（10.021）是最小值的（0.289）倍。

可見(jiàn)，不同醫(yī)院的單位床位能耗、門(mén)急診人次能耗、百當(dāng)量床日能耗、單位醫(yī)療業(yè)務(wù)量能耗密度數(shù)值差異過(guò)大，橫向不具有可比性，難以用醫(yī)院建筑用能評(píng)價(jià)指標(biāo)。

本文重點(diǎn)說(shuō)明單位醫(yī)療業(yè)務(wù)量能耗密度比指標(biāo)，該指標(biāo)綜合考慮了醫(yī)院建筑面積和醫(yī)療業(yè)務(wù)量?jī)蓚€(gè)因素，此因素能全面反映醫(yī)院的用能水平。前文提及的醫(yī)院之間的數(shù)據(jù)差異性，分析其原理不難發(fā)現(xiàn)其局限性。單位醫(yī)療業(yè)務(wù)量能耗密度計(jì)算公式可表示為：

式中：

EM—單位醫(yī)療業(yè)務(wù)量能耗密度，單位：kgce/（m2·萬(wàn)當(dāng)量床日）；

E—總能耗，單位：kgce；

S—建筑面積,單位：m2；

P—綜合業(yè)務(wù)量，單位為當(dāng)量床日。

案例分析：假設(shè)醫(yī)院A 和醫(yī)院B 總能耗（E）相等，醫(yī)院A 的E 為100 m2，P 為60 當(dāng)量床日；醫(yī)院B的E為300 m2，P為20當(dāng)量床日，則醫(yī)院A和醫(yī)院B的EM皆相等，即兩者單位醫(yī)療業(yè)務(wù)量能耗密度相當(dāng)。但顯然，醫(yī)院A 利用較小的建筑面積診治了更多病人，醫(yī)療效率更高,社會(huì)效益更好，如采用該評(píng)價(jià)指標(biāo)則對(duì)醫(yī)院A 有一定的不公平性。因此，單位醫(yī)療業(yè)務(wù)量能耗密度等更適合于醫(yī)院開(kāi)展縱向的自我評(píng)價(jià)和比較，其他單位業(yè)務(wù)量能耗指標(biāo)亦是如此。

1.3 市級(jí)醫(yī)院?jiǎn)挝幻娣e能耗指標(biāo)研究

2018年度全市30家市級(jí)醫(yī)院?jiǎn)挝幻娣e能耗如圖1所示，呈正態(tài)分布。從圖2中的Q-Q圖可以看出，各數(shù)據(jù)點(diǎn)近似在同一條直線上。經(jīng)過(guò)Kolmogorov-Smirnov 檢驗(yàn)，顯著性水平為0.2,大于0.05[1]。因此，可認(rèn)為樣本建筑的單位面積能耗服從正態(tài)分布。確定研究對(duì)象的概率分布函數(shù)后，可以采用目前使用較多的限額水平法、上下四分位法等對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析后，根據(jù)實(shí)際情況確定合適的用能指標(biāo)水平。

圖1 單位面積能耗直方圖

圖2 單位面積能耗Q-Q圖

1.4 醫(yī)院的分類(lèi)水平研究

醫(yī)院由于類(lèi)型不同，科室設(shè)置及業(yè)務(wù)特點(diǎn)都存在差異，如果未對(duì)醫(yī)院進(jìn)行分類(lèi)水平研究，則對(duì)實(shí)際醫(yī)院用能對(duì)標(biāo)缺乏指導(dǎo)性?！?012版指南》考慮到中醫(yī)醫(yī)院數(shù)量較少（4 家），且科室設(shè)置與綜合醫(yī)院接近，因此把醫(yī)院機(jī)構(gòu)分為綜合醫(yī)院和專(zhuān)科醫(yī)院兩類(lèi)。用能評(píng)價(jià)指標(biāo)分為建筑類(lèi)主要指標(biāo)和業(yè)務(wù)類(lèi)指標(biāo)輔助評(píng)價(jià)。建筑類(lèi)指標(biāo)為單位建筑面積能耗（kgce/(m2·a)），業(yè)務(wù)類(lèi)輔助指標(biāo)為單位床位建筑面積(m2/床）和單位建筑面積門(mén)急診人次（人次/ m2）,兩個(gè)輔助指標(biāo)相互作用形成四種分類(lèi)(分別對(duì)應(yīng)四個(gè)象限)。其核心是單位面積所承擔(dān)的業(yè)務(wù)量越多，其允許能耗指標(biāo)相應(yīng)提高。兩者關(guān)系如圖3所示：

圖3 能耗密度與業(yè)務(wù)密度對(duì)應(yīng)關(guān)系

根據(jù)《2012版指南》對(duì)2018年綜合醫(yī)院能耗數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)隨著醫(yī)院近年來(lái)業(yè)務(wù)發(fā)展，上述對(duì)應(yīng)關(guān)系發(fā)生了細(xì)微變化，集中體現(xiàn)在中醫(yī)醫(yī)院。中醫(yī)醫(yī)院業(yè)務(wù)密度最大，即單位床位建筑面積密度最高且單位建筑面積門(mén)急診人次最多，但能耗水平明顯低于綜合醫(yī)院（如圖4 所示），因此中醫(yī)醫(yī)院不適合并入綜合醫(yī)院，能耗指標(biāo)應(yīng)單獨(dú)設(shè)置。

圖4 不同類(lèi)型醫(yī)院?jiǎn)挝幻娣e能耗箱體圖

此外，分析發(fā)現(xiàn)四象限中，部分象限目前樣本缺失或過(guò)少，因此影響因子的設(shè)置也需重新考慮。

2 市級(jí)醫(yī)院能耗影響因素研究

2.1 定額指標(biāo)主要影響因素分析

采用統(tǒng)計(jì)分析法分析不同類(lèi)別醫(yī)院年綜合能耗與業(yè)務(wù)量的復(fù)相關(guān)系數(shù)R 平方值后，得出結(jié)論見(jiàn)表1。

由表1可見(jiàn)：

1）綜合醫(yī)院建筑總能耗與總建筑面積、實(shí)有床位數(shù)、實(shí)際占用床日數(shù)由高到低具有較高的相關(guān)性；而建筑面積又與實(shí)有床位數(shù)高度相關(guān)，為避免重復(fù)，二者選其一，可選擇實(shí)有床位數(shù)作為主影響因子。

2）中醫(yī)醫(yī)院建筑總能耗與總建筑面積、實(shí)有床位數(shù)、實(shí)際占用床日數(shù)、手術(shù)人次、病種難度CMI 由高到低具有較高的相關(guān)性，而建筑面積又與實(shí)有床位數(shù)高度相關(guān)，可選擇實(shí)有床位數(shù)作為主影響因子。

表1 醫(yī)院建筑綜合能耗與相關(guān)業(yè)務(wù)量的相關(guān)系數(shù)分析

3）專(zhuān)科醫(yī)院建筑總能耗與總建筑面積具有較高的相關(guān)性，與各業(yè)務(wù)量參數(shù)相關(guān)性均不高，其中由高到低與總醫(yī)療量、門(mén)急診人次、手術(shù)人次相關(guān)性略高，而總醫(yī)療量包含了門(mén)急診人次和手術(shù)人次，可選擇建筑面積、總業(yè)務(wù)量作為主影響因子。

上述基于統(tǒng)計(jì)學(xué)的分析結(jié)論與醫(yī)院實(shí)際情況基本保持一致。

1）綜合醫(yī)院和中醫(yī)醫(yī)院造成能耗差別的重點(diǎn)在于住院區(qū)的大小，住院區(qū)24 小時(shí)運(yùn)行，能耗顯著高于門(mén)診等間歇運(yùn)行樓宇。而住院區(qū)的大小又和床位數(shù)密切相關(guān)，床位數(shù)增加又引起手術(shù)室等能耗增加，因此床位數(shù)是重要影響因子。

2）專(zhuān)科醫(yī)院不同于綜合專(zhuān)科醫(yī)院，不同診療病種業(yè)務(wù)類(lèi)型差異較大。如口腔病防治院床位數(shù)和手術(shù)量都為0，因此影響因子不能單獨(dú)取門(mén)急診人次或?qū)嶋H占用總床日數(shù)，手術(shù)量也難以作為統(tǒng)一的影響因子，而選擇綜合業(yè)務(wù)量（當(dāng)量床日）較合適。

上述影響因素的作用可通過(guò)細(xì)化分類(lèi)后以區(qū)別指標(biāo)值，如綜合醫(yī)院可根據(jù)實(shí)有床位數(shù)分為兩類(lèi)，如表2所示。

表2 綜合醫(yī)院可比單位建筑面積年綜合能耗評(píng)價(jià)指標(biāo)9+

2.2 其他影響因素

在樣本量有限的情況下，能耗影響因素的設(shè)置不應(yīng)完全依賴(lài)于統(tǒng)計(jì)學(xué)的結(jié)果，還需要結(jié)合機(jī)構(gòu)業(yè)務(wù)特點(diǎn)進(jìn)行深化，使其具有公平性、合理性和可操作性。通過(guò)和醫(yī)院相關(guān)部門(mén)溝通及實(shí)地調(diào)研，手術(shù)量也是影響能耗的重要因素，目前綜合醫(yī)院和中醫(yī)醫(yī)院兩種類(lèi)別具備修正條件。

綜合醫(yī)院?jiǎn)挝幻娣e能耗與年手術(shù)人次的相關(guān)系數(shù)僅為0.248 1，因此不能按手術(shù)人次進(jìn)行線性修正，但年手術(shù)人次對(duì)能耗確實(shí)有一定的影響，根據(jù)分析結(jié)論，當(dāng)年手術(shù)人次≥中位值9 萬(wàn)時(shí)修正單位面積能耗，修正因子為0.909。

中醫(yī)醫(yī)院?jiǎn)挝幻娣e能耗與年手術(shù)人次 病種難度CMI之乘積具有高度相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為0.818 6，相關(guān)性極高，同等級(jí)中醫(yī)醫(yī)院之間年手術(shù)人次和病種難度CMI 是影響能耗的重要因素。根據(jù)數(shù)據(jù)回歸分析結(jié)論，當(dāng)年手術(shù)人次和病種難度系數(shù)CMI的乘積大于 20 000 時(shí)，能耗修正值ΔeZY=-(S×CMI-20000)×0.0003 。 如A 醫(yī) 院129 894 m2，年手術(shù)量57 753 人次，單位面積能耗為74.30 kgce/（m2·a），B 醫(yī)院139 130 m2，手術(shù)量為23 904，單耗58.87 kgce/（m2·a）。如不進(jìn)行修正，則A 醫(yī)院的能效較差。但事實(shí)上兩家醫(yī)院近幾年都開(kāi)展了多項(xiàng)節(jié)能技改項(xiàng)目，能效有較大提升且基本相當(dāng)。根據(jù)修正方法，對(duì)A 醫(yī)院手術(shù)量等進(jìn)行修正，修正后單位面積能耗調(diào)整為65.39 kgce/（m2·a）。

3 小結(jié)

1）醫(yī)院建筑能耗除受到建筑規(guī)模的影響，還與床位數(shù)和門(mén)急診人次等業(yè)務(wù)規(guī)模密切相關(guān)，但單位建筑面積能耗仍然是最合適的能耗評(píng)價(jià)指標(biāo)。

2）醫(yī)院由于類(lèi)型不同，科室設(shè)置及業(yè)務(wù)特點(diǎn)都存在差異，為方便評(píng)價(jià)管理及考慮科學(xué)性、可操作性及公平性原則，醫(yī)院機(jī)構(gòu)用能水平分析可分為綜合醫(yī)院、中醫(yī)醫(yī)院和專(zhuān)科醫(yī)院三類(lèi)對(duì)象。

3）綜合醫(yī)院和中醫(yī)醫(yī)院可將床位數(shù)作為影響因子，專(zhuān)科醫(yī)院可將建筑面積、總醫(yī)療量（當(dāng)量床日）作為影響因子。

4）由于全市市級(jí)醫(yī)院樣本量有限，無(wú)法開(kāi)展大數(shù)據(jù)分析，未來(lái)可聯(lián)合長(zhǎng)三角區(qū)域醫(yī)院開(kāi)展用能水平研究，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)對(duì)接，統(tǒng)一區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)。