某三甲醫(yī)院建筑能耗影響因素分析及對(duì)策研究

□ 田思源 TIAN Si-yuan 王金良 WANG Jin-liang 鄧超 DENG Chao 高勇 GAO Yong

研究表明，大型綜合醫(yī)院建筑類型具有多樣性和特殊性，相較一般公共建筑，其建筑的能耗會(huì)更高[1]，醫(yī)療建筑的能耗管理一直是我國(guó)節(jié)能減排工作的重點(diǎn)和難點(diǎn)。盡管目前很多醫(yī)院都配備了能耗監(jiān)管系統(tǒng)，但其對(duì)于醫(yī)院建筑節(jié)能工作的支持效果并不理想，如何提升能耗數(shù)據(jù)的利用水平，了解醫(yī)院實(shí)際用能情況，有針對(duì)性地提出改進(jìn)對(duì)策，推進(jìn)醫(yī)院建筑節(jié)能工作管理精細(xì)化是值得考慮和研究的問(wèn)題。

醫(yī)院建筑用能概況

1.醫(yī)院建筑現(xiàn)狀。北京某三甲醫(yī)院(簡(jiǎn)稱“醫(yī)院”)建筑特點(diǎn)是類型多、修建時(shí)間跨度大，能耗特點(diǎn)不盡相同，尤其是近年來(lái)醫(yī)院翻新改造任務(wù)密集，給醫(yī)院建筑用能系統(tǒng)承載運(yùn)行帶來(lái)了新挑戰(zhàn)。

2.醫(yī)院用能現(xiàn)狀。醫(yī)院的能源消耗構(gòu)成包括電、天然氣、汽油和柴油，因位于我國(guó)華北地區(qū)，能耗具有較明顯的季節(jié)性，加上設(shè)備類型、服務(wù)功能的不同，其能耗管理的難度比其他專科醫(yī)院、小型綜合醫(yī)院復(fù)雜。

3.節(jié)能管理工作存在的不足

3.1 對(duì)醫(yī)院用能情況缺乏整體性考量。醫(yī)院用能系統(tǒng)多樣，但在目前的管理工作中，工作人員僅是通過(guò)能耗監(jiān)管系統(tǒng)對(duì)單一用能系統(tǒng)的用能規(guī)律和特點(diǎn)進(jìn)行分析，未從醫(yī)院整體的角度考慮問(wèn)題，分析出的用能特點(diǎn)并不能反映出醫(yī)院整體的能源消耗情況。

3.2 對(duì)能耗數(shù)據(jù)缺乏深度分析。工作人員對(duì)能耗數(shù)據(jù)分析停留在表面，僅針對(duì)能耗分析作了相應(yīng)的圖形化展示，只能體現(xiàn)出系統(tǒng)用能量和變化情況，并未對(duì)導(dǎo)致其能耗數(shù)據(jù)變化的原因進(jìn)行深度挖掘，忽略掉了與可能對(duì)醫(yī)院建筑能耗造成影響的因素進(jìn)行關(guān)聯(lián)性分析。

3.3 管理機(jī)制亟需完善。醫(yī)院的各用能部門(mén)對(duì)于用能系統(tǒng)的運(yùn)行管理制度尚不完善，缺乏科學(xué)合理的指標(biāo)限額，醫(yī)院建筑的節(jié)能工作主要依靠人員經(jīng)驗(yàn)性操作，尚未形成以數(shù)據(jù)分析為導(dǎo)向的醫(yī)院建筑節(jié)能管理機(jī)制。

醫(yī)院建筑能耗影響因素分析

1.確定醫(yī)院建筑能耗影響因素。在對(duì)醫(yī)院建筑實(shí)施節(jié)能管理工作的起始階段，應(yīng)找到正確的切入點(diǎn)，即識(shí)別出影響醫(yī)院建筑能耗的因素，以便后續(xù)工作的推進(jìn)和開(kāi)展[2]。通過(guò)查閱文獻(xiàn)和結(jié)合實(shí)際條件，篩選出會(huì)對(duì)醫(yī)院建筑能耗產(chǎn)生影響的因素，對(duì)其進(jìn)行完善和歸類，見(jiàn)表1。

表1 醫(yī)院建筑能耗影響因素

2.醫(yī)院建筑能耗測(cè)量。表1 中篩選出的影響因素包括：門(mén)診量、急診量、住院人數(shù)、手術(shù)人數(shù)、月平均氣溫以及冷、熱源形式。為了消除建筑面積大小對(duì)能耗的影響，能耗數(shù)據(jù)、門(mén)診量、急診量、住院人數(shù)、手術(shù)人數(shù)均采用單位建筑面積的形式表示(見(jiàn)表2)。本文通過(guò)醫(yī)院能耗監(jiān)管平臺(tái)收集了醫(yī)院2016—2021 年共72 個(gè)月的能耗數(shù)據(jù)和影響因素指標(biāo)，其中醫(yī)院每月柴油和汽油使用量很小，這里不做具體研究。

表2 2016—2021年部分月份醫(yī)院建筑能耗數(shù)據(jù)及影響因素

3.相關(guān)性研究

3.1 簡(jiǎn)單相關(guān)結(jié)果分析。利用SPSS 軟件，對(duì)醫(yī)院建筑能耗和各變量之間進(jìn)行相關(guān)性分析，相關(guān)系數(shù)結(jié)果見(jiàn)表3 和表4。

表3 天然氣用量與各變量相關(guān)分析

表4 用電量與各變量相關(guān)分析

從表3可以看出，在醫(yī)院業(yè)務(wù)水平方面，門(mén)診量、急診量、住院人數(shù)、手術(shù)人數(shù)與天然氣用量的相關(guān)系數(shù)分為0.123、0.230、0.136、0.179，但是顯著性水平均大于0.1，說(shuō)明天然氣用量與門(mén)診量、急診量、住院人數(shù)、手術(shù)人數(shù)不具有顯著性相關(guān)。在氣候影響方面，月平均高溫和月平均低溫與天然氣用量的相關(guān)系數(shù)分為-0.936、-0.912，顯著性水平均為0.000，說(shuō)明三者是十分顯著的相關(guān)變量。在用能系統(tǒng)方面，冷熱源形式與天然氣用量的相關(guān)系數(shù)為-0.836，顯著性水平為0.000，說(shuō)明兩者是十分顯著的相關(guān)變量。

從表4 可以看出，業(yè)務(wù)水平指標(biāo)中住院人數(shù)和急診人數(shù)與用電量的顯著性水平均為0.000，說(shuō)明與用電量有相關(guān)性。在氣候影響方面，月平均高溫和低溫與用電量的相關(guān)系數(shù)分別為0.375、0.451，顯著性水平為0.000、0.001，說(shuō)明三者是十分顯著的相關(guān)變量。在用能系統(tǒng)方面，冷熱源形式與用電量的相關(guān)系數(shù)為0.414，顯著性水平為0.000，說(shuō)明兩者是十分顯著的相關(guān)變量?？梢钥闯鰧?duì)醫(yī)院建筑用電量有影響的相關(guān)因素包含了業(yè)務(wù)水平、氣候條件和用能系統(tǒng)形式，而醫(yī)院建筑的天然氣用量?jī)H與氣候條件和用能系統(tǒng)形式有關(guān)。

3.2 偏相關(guān)分析。進(jìn)行多變量統(tǒng)計(jì)時(shí)，如果簡(jiǎn)單進(jìn)行兩兩變量的相關(guān)性分析，不能準(zhǔn)確反應(yīng)多變量之間的相關(guān)性，因此引入偏相關(guān)性分析，在控制其他變量影響的前提下，分析多變量中的某兩個(gè)變量之間的線性關(guān)系，計(jì)算出的偏相關(guān)系數(shù)可以衡量變量間的相關(guān)程度[3]。

表5和表6 可見(jiàn)，醫(yī)院建筑用天然氣量與各變量的偏相關(guān)系數(shù)的大小排序依次為月平均低溫(-0.912)、冷熱源形式(-0.836)、月平均高溫(-0.620)；醫(yī)院建筑用電量與各變量的偏相關(guān)系數(shù)從大到小依次為月平均低溫(-0.451)、住院人數(shù)（0.427）、冷熱源形式（0.414）、月平均高溫（0.375），急診人數(shù)相關(guān)水平大于0.05，未通過(guò)檢驗(yàn)，即與醫(yī)院建用電量不具有相關(guān)性。

表5 天然氣用量與各變量的偏相關(guān)分析

表6 用電量與各變量的偏相關(guān)分析

討論

1.醫(yī)院的業(yè)務(wù)水平與醫(yī)院用電量。醫(yī)院住院人數(shù)與醫(yī)院用電量具有顯著線性關(guān)系，這與已有某些學(xué)者的研究一致，如李振全[4]對(duì)蘇州市三級(jí)甲等綜合醫(yī)院建筑能耗的影響因素分析結(jié)果顯示，年總床日數(shù)、住院人次為顯著相關(guān)。本研究結(jié)果與醫(yī)院實(shí)際情況比較符合，首先對(duì)于相關(guān)變量住院人數(shù)，隨著醫(yī)院內(nèi)部人數(shù)增加，醫(yī)院相應(yīng)的檢查設(shè)備使用量隨之增長(zhǎng)，由此導(dǎo)致用電量增加；其次，通過(guò)醫(yī)院能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)顯示(圖1)，醫(yī)院總用電量呈現(xiàn)出明顯的倒“V”趨勢(shì)，醫(yī)院的用電量從4 月開(kāi)始快速上升，7 月份達(dá)到峰值后逐步回落，說(shuō)明醫(yī)院的用電高峰集中在夏季。從類型上看，空調(diào)用電的趨勢(shì)和總用電量的趨勢(shì)基本一致且占比最大，另一方面醫(yī)院病房作為醫(yī)院住院患者康復(fù)休憩的場(chǎng)所，平均住院日4.8 天患者絕大部分的日常起居活動(dòng)是在病房?jī)?nèi)發(fā)生的，患者會(huì)對(duì)病房的環(huán)境舒適度提出要求，住院人數(shù)的增多增加空調(diào)的使用時(shí)長(zhǎng)和頻次導(dǎo)致用電量上升；最后對(duì)于非顯著相關(guān)的因素，門(mén)急診患者主要集中在門(mén)診樓內(nèi)，對(duì)于能耗的影響也多是集中在門(mén)診類建筑，人員流動(dòng)性大，在醫(yī)院建筑樓宇內(nèi)部滯留時(shí)間較短，對(duì)環(huán)境舒適度要求不如住院患者強(qiáng)烈，照明系統(tǒng)已連入樓宇自控系統(tǒng)，定時(shí)開(kāi)關(guān)，因此門(mén)急診人次與醫(yī)院建筑綜合能耗的線性相關(guān)性不明顯，分析結(jié)果與實(shí)際情況比較一致。

圖1 醫(yī)院月均用電量

2.氣候影響與醫(yī)院建筑能耗。相關(guān)分析顯示，醫(yī)院用電量、天然氣用量均與氣候條件有相關(guān)性。華北地區(qū)夏季炎熱，各個(gè)區(qū)域都有降溫需求，尤其以門(mén)診區(qū)域、病房區(qū)域尤甚，因?yàn)樽≡夯颊呱眢w虛弱，對(duì)于環(huán)境的舒適度要求更為嚴(yán)苛。同時(shí)，夏季濕度高，手術(shù)室等潔凈區(qū)域除對(duì)室內(nèi)溫度有較高要求外，同樣需要控制環(huán)境濕度，導(dǎo)致除濕環(huán)節(jié)能耗增長(zhǎng)；其次對(duì)于冬季采暖方式，醫(yī)院采用鍋爐供暖＋暖氣的形式進(jìn)行供暖，通過(guò)醫(yī)院能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)顯示(圖2)，醫(yī)院的天然氣使用量呈現(xiàn)“U”型走勢(shì)，4 月至9 月的用氣量較少，在每年的10 月份后開(kāi)始大幅提升，和降溫天氣帶來(lái)的供暖需求直接相關(guān)。

圖2 醫(yī)院月均天然氣使用量

3.冷、熱源形式與醫(yī)院建筑能耗。醫(yī)院用能系統(tǒng)的不同模式與建筑綜合能耗具有顯著線性關(guān)系，這個(gè)結(jié)論與眾多研究結(jié)果一致，并且與醫(yī)院的實(shí)際情況相符。醫(yī)院按季節(jié)溫度劃分為供暖季(1—3 月、11—12 月)，供暖形式為鍋爐＋暖氣，過(guò)渡季(4—5 月、10 月)室內(nèi)溫度多靠自然冷源和部分集中空調(diào)進(jìn)行調(diào)節(jié)、供冷季(6—9 月)供冷形式主要依靠集中空調(diào)，通過(guò)能耗檢測(cè)系統(tǒng)顯示，依靠自然冷源對(duì)于醫(yī)院建筑節(jié)能影響很大。另外，和用電量主要用于空調(diào)運(yùn)行相似，從使用結(jié)構(gòu)來(lái)看，醫(yī)院天然氣的消耗主要來(lái)自食堂和鍋爐，食堂用氣占比在6%左右，鍋爐用氣占比在94%左右，用于滿足醫(yī)院的消毒滅菌、生活用水、冬季采暖等蒸汽需求，因此如何在滿足醫(yī)院內(nèi)人員舒適性要求的前提下提升用能系統(tǒng)的運(yùn)行效率是節(jié)能管理工作的重中之重。

節(jié)能工作的對(duì)策建議

在得出切實(shí)對(duì)醫(yī)院建筑能耗產(chǎn)生影響的因素后，可以從技術(shù)和管理層面更有針對(duì)性地提出對(duì)策和建議。

1.技術(shù)層面。技術(shù)節(jié)能始終是節(jié)能管理的核心手段，是精細(xì)化管理發(fā)展的趨勢(shì)[5]。首先，針對(duì)氣候因素，由于醫(yī)院內(nèi)供暖系統(tǒng)的建筑類型、供暖管網(wǎng)的分布形式和面積，管段流量和負(fù)荷等因素是確定的，在滿足房間供暖溫度的前提下，影響供暖負(fù)荷的因素主要是室外溫度，由此可以利用室外溫度調(diào)節(jié)熱源的原理，在供暖系統(tǒng)上加裝氣候補(bǔ)償裝置，可以更好地將供水溫度控制在一定區(qū)間內(nèi)，在滿足末端負(fù)荷壓力的同時(shí)，維持系統(tǒng)熱量的供需平衡，有效解決系統(tǒng)在供暖季供熱力度幾乎一成不變而導(dǎo)致的能源不必要浪費(fèi)的現(xiàn)象以及工作人員“看天燒火”的粗放式管理。對(duì)于冷、熱源因素，一方面應(yīng)在滿足醫(yī)院正常運(yùn)行的前提下主動(dòng)延長(zhǎng)自然冷源的使用時(shí)間，另一方面加強(qiáng)對(duì)于冷、熱源系統(tǒng)的工況的調(diào)整，以冷源為例，可以結(jié)合機(jī)組的出水溫度、負(fù)荷率等調(diào)整制冷機(jī)組的運(yùn)行數(shù)量，關(guān)閉未運(yùn)行的制冷機(jī)的冷水閥門(mén)，避免水流旁通導(dǎo)致的能效比(COP)下降。最后，對(duì)于住院患者因素，通常來(lái)說(shuō)，空調(diào)在加熱工況下，室內(nèi)溫度每降低1℃，可減少5%～10%的能耗；在冷卻工況下，室內(nèi)溫度每提高1℃，可減少8%～10%的能耗[6]。因此可以從既有空調(diào)的集控系統(tǒng)入手，通過(guò)統(tǒng)一設(shè)置適宜溫度杜絕個(gè)別房間出現(xiàn)室溫設(shè)定不合理的現(xiàn)象，以此改善空調(diào)系統(tǒng)的能耗水平。

2.管理層面。節(jié)能是技術(shù)改造和全員參與的集合體，二者缺一不可。投入大量經(jīng)費(fèi)，搭建了先進(jìn)的節(jié)能系統(tǒng)，但往往由于人員缺乏節(jié)能意識(shí)而導(dǎo)致節(jié)能效果不理想。例如，醫(yī)務(wù)工作者、患者為了更好的通風(fēng)效果，在空調(diào)開(kāi)啟時(shí)大開(kāi)門(mén)窗；人員離開(kāi)后，辦公室照明和空調(diào)仍處在運(yùn)行狀態(tài)。因此，應(yīng)加強(qiáng)宣傳力度，提高院內(nèi)人員的節(jié)能意識(shí)，倡導(dǎo)個(gè)人節(jié)能行為，同時(shí)配以有效的激勵(lì)機(jī)制，將節(jié)能工作與員工的個(gè)人利益相關(guān)聯(lián)，在各科室進(jìn)行工作時(shí)，輔以節(jié)能管理，既保障了醫(yī)療任務(wù)，也有利于分析各科室的用能現(xiàn)狀，針對(duì)用能大戶開(kāi)展節(jié)能診斷，探究其是否還有節(jié)能降耗的空間。此外，管理的對(duì)象不僅僅是人員，設(shè)備運(yùn)行的可靠性和安全性同樣是管理的重點(diǎn)。一方面要制定并完善《設(shè)備維保指南》，明確維保事項(xiàng)的責(zé)任人、處理方式、處理反饋、處理報(bào)告等操作細(xì)則，另一方面要建立醫(yī)院的設(shè)備維護(hù)檔案，將設(shè)備參數(shù)、技術(shù)參數(shù)、檢修計(jì)劃、檢修結(jié)果等進(jìn)行留檔保存，定期校核監(jiān)測(cè)表具有的準(zhǔn)確性及有效性，防止因設(shè)備故障造成的能源浪費(fèi)以及數(shù)據(jù)失真影響管理工作的嚴(yán)謹(jǐn)性。

結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)醫(yī)院建筑節(jié)能管理的改進(jìn)方法進(jìn)行了研究，給出了如何確定建筑能耗影響因素的工具方法，但是醫(yī)院建筑節(jié)能工作是一個(gè)動(dòng)態(tài)的管理過(guò)程，隨著不同時(shí)期醫(yī)院新建(或改建)項(xiàng)目、用能設(shè)備工藝流程調(diào)整，建筑能耗影響因素的選擇也會(huì)隨著時(shí)間的推移和技術(shù)的發(fā)展有所變化，對(duì)于影響因素的篩選范圍進(jìn)一步擴(kuò)展和完善是未來(lái)需要努力優(yōu)化的方向?？傊?，本文結(jié)合能耗數(shù)據(jù)，提出了一個(gè)能滿足醫(yī)院自身需求，定性與定量相結(jié)合，能夠幫助醫(yī)院改進(jìn)節(jié)能管理工作的方法，幫助醫(yī)院高效、合理地使用能源，消除醫(yī)院在運(yùn)行過(guò)程中的能源浪費(fèi)現(xiàn)象，對(duì)其他醫(yī)院開(kāi)展節(jié)能工作具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。