基于能耗評價指標的醫(yī)院能源管理分析

■ 洪詩婕 胡立安 任 祺 朱永松

節(jié)能降耗工作是目前公立醫(yī)院后勤工作的重要部分，作為面向人民群眾的服務窗口，做好醫(yī)院的節(jié)能降耗工作，還可以起到很好的社會示范效應。能耗指標大小是開展節(jié)能工作的基礎，衡量能耗指標大小至關重要，但是目前尚未有統(tǒng)一的能耗指標來衡量醫(yī)院能耗，單位面積能耗是評價醫(yī)院能耗水平的常見指標[1]。除此之外，單位床位數(shù)能耗[2]、單位醫(yī)療量的能耗密度[3]、單位立方米能耗[4]和床日耗量[5]等也被研究學者用于評價醫(yī)院能耗水平。有研究表明，醫(yī)院建筑能耗中占比最大的是空調(diào)系統(tǒng)能耗[6]，占總能耗的40%～60%[7]，但是國內(nèi)外對醫(yī)院的空調(diào)分項指標研究較少。本文從3個不同的空調(diào)分項指標對上海三甲醫(yī)院進行評價，并根據(jù)醫(yī)院能源結構和功能系統(tǒng)信息，對能耗指標的高低原因進行分析，對醫(yī)院能源管理工作有一定的指導意義。

1 材料與方法

1.1 調(diào)查對象及信息獲取

調(diào)研的對象是上海市4所綜合醫(yī)院（A1、A2、A3、A4）和3所?？漆t(yī)院（B1、B2、B3），其中B1醫(yī)院是公共衛(wèi)生類醫(yī)院。

通過分發(fā)調(diào)查問卷和實地調(diào)研兩種方式，以及根據(jù)醫(yī)院后勤管理人員提供的數(shù)據(jù)以及相關醫(yī)院的分項計量信息，得到的主要信息除了有7所醫(yī)院的基本情況（醫(yī)院類型、等級、總建筑面積、總空調(diào)面積、床位數(shù)、門急診量、職工人數(shù)等）和2018年的能耗相關數(shù)據(jù)（電、燃氣、自來水等）外，還獲得了醫(yī)院用能設備的信息和設備運行情況等。

1.2 研究方法及能耗評價指標

分析目標因素與總能耗關聯(lián)性使用的是Pearson系數(shù)（PCCs）。單位面積能耗與空調(diào)系統(tǒng)分項能耗指標被用于比較不同醫(yī)院的能耗水平，空調(diào)系統(tǒng)分項能耗指標包括單位面積空調(diào)冷源能耗、單位面積空調(diào)熱源能耗和單位面積空調(diào)水系統(tǒng)電耗。其中空調(diào)系統(tǒng)分項能耗指標為目標能耗與對應能耗使用面積的比值。

2 結果

2.1 醫(yī)院相關信息和全年耗值

醫(yī)院的建筑面積、核定病床數(shù)、門急診量、在職職工人數(shù)和醫(yī)院全年耗值見表1。綜合醫(yī)院的全年耗電量和全年總能耗均高于?？漆t(yī)院。圖1給出了兩種能耗折標煤在總能耗中的占比情況以及總能耗與建筑面積的關系，可以看出醫(yī)院總能耗隨著建筑面積增大而增大，在7所醫(yī)院中B3醫(yī)院的電折標煤占比最高（96.9%）。

2.2 醫(yī)院能耗與影響因素的關系

醫(yī)院由于用能復雜，能耗受許多因素影響。為了分析核定床位數(shù)、門急診量和在職職工人數(shù)3個影響因素與能耗的關系，圖2給出了醫(yī)院核定病床數(shù)、門急診量和在職職工人數(shù)與總能耗的線性關系。按擬合效果來看，核定床位數(shù)和在職職工人數(shù)的線性擬合度相當（R2=0.93、0.94）。通過Pearson系數(shù)大小可以看出，醫(yī)院總能耗與三者均高度相關，核定床位數(shù)（PCCs=0.96）和在職職工人數(shù)（PCCs=0.97）的相關程度大于門急診量（PCCs=0.82）。

2.3 能耗指標分析及對比

2.3.1 單位面積能耗指標。圖3給出了7所醫(yī)院的單位面積綜合能耗值以及與合理值和先進值的比較情況。從圖3可以看出B2醫(yī)院的單位面積總能耗最低，約為37.79 kgce/m2，而同樣屬于?？漆t(yī)院的B3醫(yī)院數(shù)值約為62.73 kgce/m2，僅次于最高的A1醫(yī)院（64.23 kgce/m2）。根據(jù)上海市T/SHWSHQ 02-2019《醫(yī)院建筑合理用能評價導則》中提供的單位面積綜合能耗的合理值和先進值，再結合調(diào)研醫(yī)院類型、病床數(shù)和當量床日數(shù)，可以看出7所醫(yī)院均滿足合理值要求[≤66 kgce/(m2·a)；≤63kgce/(m2·a)]。除了A1醫(yī)院高于先進值[63 kgce/(m2·a)]外，其他綜合醫(yī)院都低于先進值，專科醫(yī)院中只有B2醫(yī)院滿足先進值要求[≤56 kgce/(m2·a)]，B3醫(yī)院單位面積能耗與合理值限值差距最小。

2.3.2 空調(diào)系統(tǒng)分項能耗指標。本次調(diào)研的7所醫(yī)院中，共收集到5所醫(yī)院6個獨立的空調(diào)機房系統(tǒng)能耗數(shù)據(jù)。圖4給出了單位面積空調(diào)冷源能耗、空調(diào)熱源能耗和空調(diào)水系統(tǒng)能耗水平。由于調(diào)研醫(yī)院中的空調(diào)制冷主機包括電制冷主機和直燃型溴化鋰空調(diào)主機，能源形式分為電力和天然氣，故將空調(diào)冷源能耗的單位折算為標煤能耗，以便后續(xù)對比和比較。

表1 7所醫(yī)院基本信息與全年能耗

圖1 不同醫(yī)院電耗折標煤、燃氣折標煤占比情況

圖2 影響因素與醫(yī)院總能耗的關聯(lián)性

圖3 單位面積能耗指標與先進值和合理值

圖4 調(diào)研醫(yī)院單位空調(diào)系統(tǒng)分項能耗對比情況

從圖4中可看到，單位面積空調(diào)冷源能耗指標最低的醫(yī)院均為A1醫(yī)院的3#樓，為3.98 tce/m2，而空調(diào)冷源能耗指標最高的為B1醫(yī)院，達到9.02 tce/m2，大概是A1醫(yī)院3#樓能耗指標的2.27倍。

本次調(diào)研的醫(yī)院空調(diào)熱源設備均為燃氣鍋爐，故本文中單位面積空調(diào)熱源能耗指標單位取單位面積的天然氣能耗值m3/m2。最終發(fā)現(xiàn)單位面積空調(diào)熱源能耗指標的最低值和最高值也分別為A1醫(yī)院3#樓和B1醫(yī)院，B1醫(yī)院的單位面積空調(diào)熱源能耗（7.52 m3/m2）也高出A1醫(yī)院3#樓能耗（3.43 m3/m2）兩倍多。

從單位面積空調(diào)水系統(tǒng)能耗來看，能耗最高的兩所醫(yī)院為A3和A4，分別為14.72 kWh/m2和16.74 kWh/m2，是其他幾所醫(yī)院空調(diào)水系統(tǒng)能耗指標的2～3倍，可以判斷醫(yī)院A3和A4肯定存在著較大的空調(diào)水系統(tǒng)設備設計和運行問題。

3 討論

結合和對比7所醫(yī)院的實際運行、用能管理情況和對應的能耗指標后，發(fā)現(xiàn)醫(yī)院在能源管理方面存在以下一些共性問題。

3.1 能源系統(tǒng)設計與設備選型不合理

通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)醫(yī)院A3的空調(diào)水系統(tǒng)設備總配置功率達到1 102kW，單位面積水系統(tǒng)設備配置功率為11.02W/m2，醫(yī)院A4的空調(diào)水系統(tǒng)設備總配置功率達到550kW，單位面積水系統(tǒng)設備配置功率為10.78 W/m2；同比A1醫(yī)院3#樓的空調(diào)水系統(tǒng)設備總配置功率為292kW，單位面積水系統(tǒng)設備配置功率僅為7.12W/m2，可見A3醫(yī)院和A4醫(yī)院設備選型過大，功率配置過高，這是兩所醫(yī)院單位空調(diào)水系統(tǒng)能耗過高的原因。大多醫(yī)院存在主要能源設備設計選型過大，普遍存在較明顯的“大馬拉小車”現(xiàn)象，且設備臺數(shù)不合理，單臺設備能力過大，不利于部分負荷調(diào)節(jié)，既增加初始投資又提高了日常運行成本。

從單位面積空調(diào)冷源能耗發(fā)現(xiàn)，A1醫(yī)院3#樓的能耗值遠低于B1醫(yī)院。調(diào)研發(fā)現(xiàn)A1醫(yī)院3#樓已在2012年實施了空調(diào)冷機的節(jié)能改造，采用了高效變頻的離心式冷水機組，同時采用了高效的真空熱水機組作為空調(diào)熱源設備，而B1醫(yī)院的空調(diào)冷機是2004年生產(chǎn)的定頻離心式冷水機組，已投運長達15年，能效衰減較為明顯，除此之外該醫(yī)院還采用低效的燃氣蒸汽鍋爐作為空調(diào)熱源設備。從單位面積水系統(tǒng)能耗中發(fā)現(xiàn)醫(yī)院A3和A4的能耗過高與兩所醫(yī)院所用水泵均無變頻控制措施有關。無論建筑末端負荷高低，均處于工頻運行狀態(tài)，造成能耗的浪費，而A1醫(yī)院3#樓則對冷凍水泵和冷卻水泵均實施了變頻控制，有效降低了水泵運行能耗。因此發(fā)現(xiàn)大多醫(yī)院在選擇冷機、鍋爐、水泵等時未選用行業(yè)領先的高能效產(chǎn)品，采購設備時偏保守，習慣選用傳統(tǒng)的成熟設備，不敢嘗試節(jié)能高效的新技術、新產(chǎn)品。

通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)B1醫(yī)院屬于花園式院區(qū)設計，院內(nèi)均為低矮的建筑且十分分散，在長距離管路輸送時管路輸送跑冒滴漏損失嚴重，且汽水換熱損失明顯，醫(yī)院鍋爐供能系統(tǒng)設計不合理是B1醫(yī)院空調(diào)熱源單位能耗大的原因之一。反觀B2醫(yī)院的單位面積綜合能耗值，能耗值最低的原因與醫(yī)院的用能建筑集中有關，沒有長距離的冷熱媒介質輸送損失，且蒸汽發(fā)生設備和采暖設備分別采用能耗較高的蒸汽發(fā)生器和風冷熱泵。

3.2 能源運維管理工作專業(yè)性薄弱

通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前大多數(shù)醫(yī)院是由醫(yī)院后勤部門或委托物業(yè)管理公司來負責能源設備設施的運維管理工作，專業(yè)人員欠缺，基本不關注或沒能力促進設備系統(tǒng)的高效節(jié)能運行。B1醫(yī)院的單位面積空調(diào)冷源能耗大于A1醫(yī)院3#樓的一部分原因就在于此：A1醫(yī)院3#空調(diào)機房由院方委托了專業(yè)的節(jié)能服務公司進行日常的運維管理，十分注重空調(diào)冷機的節(jié)能高效運行控制；而B1醫(yī)院則由一般的物業(yè)公司進行運維管理，平時基本不關注空調(diào)冷機的運行能效。這方面專業(yè)能源服務公司的優(yōu)勢明顯，專業(yè)化的節(jié)能管理可明顯降低醫(yī)院能耗。

3.3 基本能源設備維保工作不到位

經(jīng)調(diào)研了解，不少醫(yī)院沒有按照規(guī)范要求每年定期對主要能源設備設施進行維保工作（如空調(diào)水處理、冷機及水泵的維保、自控系統(tǒng)的維保、冷卻塔的清洗維護等），往往是等到設備及系統(tǒng)出現(xiàn)故障后才不得不進行維修，這也會大大降低了設備運行的能效及其使用壽命。

3.4 醫(yī)院后勤在能源運營管理方面專業(yè)人才欠缺

經(jīng)問卷調(diào)研發(fā)現(xiàn)很多醫(yī)院后勤管理人員并非設備設施管理及機電、暖通等專業(yè)，而是由醫(yī)生、護士、部隊干部等轉崗過來，缺乏能源運營管理的專業(yè)知識，使得醫(yī)院后勤難以發(fā)現(xiàn)用能系統(tǒng)的問題，更提不出有效的節(jié)能解決方案。B2醫(yī)院由于實行了合理集中的用能管理，單位面積能耗值較低，可見有良好的運營管理團隊對降低能耗的影響。這也是本次研究工作中現(xiàn)場調(diào)研收集信息資料花費了大量的精力、各醫(yī)院后勤提供的相關能源系統(tǒng)及運行資料都不太齊全的原因之一。上述專業(yè)人才的欠缺，使得醫(yī)院后勤不太了解是否存在較大的節(jié)能潛力，同樣也是醫(yī)院后勤對于能源管理工作不夠重視的表現(xiàn)。

當然要指出的是，本次研究限于時間和精力，調(diào)研收集的7所醫(yī)院能源情況資料尚不夠充分，并且調(diào)研的醫(yī)院樣本數(shù)量還不夠多。對于有效的能耗評價指標，俞衛(wèi)剛[8]認為不同醫(yī)院間用能模式差異較大，利用人均能耗費用來衡量醫(yī)院能耗水平更為準確，Alfonso等[9]認為單位職工人數(shù)平均能耗和單位床位數(shù)平均能耗也是評價醫(yī)院能耗的指標之一。因此，為了更好地對醫(yī)院能耗水平的探究，后續(xù)工作除了需要進一步擴大醫(yī)院調(diào)研樣本數(shù)量和對能源數(shù)據(jù)的采集量外，還需持續(xù)研究與醫(yī)院能源管理緊密相關的各維度能耗評價指標，以促進醫(yī)院能源管理工作的不斷提升。

4 結語

醫(yī)院能耗的高低除了與建筑面積、門急診量、病床數(shù)和職工人數(shù)有關外，還和供能系統(tǒng)方案、能源形式、設備選型與配置、運維管理模式、建筑布局與負荷標準等均有一定關系。從多維度的能耗指標去深入分析，可有效反映出醫(yī)院在能源系統(tǒng)設計、運行及管理工作上存在的問題，并可進一步找到解決方案，幫助醫(yī)院提升能源管理水平。故筆者建議醫(yī)院能源管理部門可逐步建立起基于能耗評價指標的醫(yī)院能源管理體系，研究不同維度能耗指標與相關能源系統(tǒng)設計和運營之間的關聯(lián)，充分利用醫(yī)院分項計量系統(tǒng)有效采集和統(tǒng)計相關能耗評價指標，從而可以從不同角度對醫(yī)院用能水平進行評價，并在同類醫(yī)院之間進行比較，反映醫(yī)院能源管理中的問題并及時采取優(yōu)化措施。