能源費(fèi)用托管在某三甲公立醫(yī)院節(jié)能改造中的應(yīng)用分析

【摘 要】以四川省某公立三甲醫(yī)院為案例，對包括空調(diào)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、電梯、蒸汽發(fā)生器、生活熱水系統(tǒng)等在內(nèi)的用能系統(tǒng)基于能源費(fèi)用托管型合同能源管理模式進(jìn)行節(jié)能改造，分析其節(jié)能改造成本及節(jié)能效益。研究結(jié)果表明：能源費(fèi)用托管型合同能源管理模式在醫(yī)院建筑節(jié)能改造中值得推廣和實(shí)施，其快速推廣和發(fā)展對于醫(yī)院的節(jié)能減排具有積極的推動(dòng)作用。

【關(guān)鍵詞】合同能源管理; 能源費(fèi)用托管； 醫(yī)院建筑； 建筑節(jié)能

【中圖分類號】TU201.5【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A

0 引言

我國于2020年9月提出2030年“碳達(dá)峰”和2060年“碳中和”目標(biāo)［1］。根據(jù)相關(guān)研究表明，2020年全國建筑全過程能耗總量為22.7億t，占全國能源消費(fèi)總量比重超過50%［2］。公共建筑作為人類進(jìn)行各項(xiàng)生產(chǎn)、生活的主要場所，其運(yùn)行能耗占建筑總運(yùn)行能耗的近30%。由此可見，公共建筑能耗是建筑總能耗的重要組成部分，挖掘公共建筑節(jié)能潛力，降低公共建筑能耗對于我國“雙碳”目標(biāo)的如期實(shí)現(xiàn)具有重要意義。醫(yī)院建筑屬于特殊的公共建筑［3］，與其他公共建筑不同，具有用能系統(tǒng)復(fù)雜、能源種類多、能源消耗總量高等特點(diǎn)［4］，具有較大的節(jié)能潛力。

合同能源管理源自于西方國家，是一種市場管理模式，從事合同能源管理服務(wù)的專業(yè)公司非常多［5-6］，在我國也得到了不少學(xué)者的重視。而能源費(fèi)用托管型合同管理模式［7］在醫(yī)院建筑中的工程應(yīng)用和研究較為匱乏，難以為大部分醫(yī)院建筑的節(jié)能改造提供較好參考，因此本文以四川省某三甲醫(yī)院為案例，對其實(shí)施能源費(fèi)用托管模式下的節(jié)能改造方案設(shè)計(jì)和節(jié)能潛力分析，對于解決醫(yī)院建筑在節(jié)能減排過程中的潛在困難，為醫(yī)院建筑能源費(fèi)用托管合同管理模式提供更好的參考。

1 案例分析

1.1 項(xiàng)目概況

四川省某公立三甲醫(yī)院總建筑面積約4.0萬m2，地上建筑面積3.0萬m2，地下建筑面積為1.0萬m2，主要為兩棟建筑，建筑功能包括辦公、綜合門診以及住院樓等。醫(yī)院主要消耗能源類型為電能和天然氣，用能系統(tǒng)包括供配電系統(tǒng)、暖通空調(diào)、生活熱水系統(tǒng)、照明、醫(yī)療衛(wèi)生設(shè)備等，醫(yī)院能源消耗結(jié)構(gòu)框架如圖1所示。

1.2 用能系統(tǒng)概況

1.2.1 醫(yī)院能源消耗分析

醫(yī)院能源資源以電力、天然氣為主，表1為醫(yī)院能源資源消耗狀況。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，醫(yī)院2020—2022年的綜合能源消耗總量分別為465 tce、506 tce、654 tce，在2020—2022年綜合能耗年平均增長率為20.3%。

對醫(yī)院2020—2022年的每月能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，分析其變化趨勢及使用情況。圖2和圖3分別為醫(yī)院2020—2022年逐月的耗電量和耗氣量隨時(shí)間的變化情況。從圖2中可以看到，醫(yī)院從2020—2022年月均用電量分別為28.7萬kWh、31.3萬kWh、39.9萬kWh，用電量逐年遞增，2021年耗電量相比2020年增長8.9%，2022年耗電量相比2021年增長27.8%。總體來看，夏季的7、8、9月為用電高峰期（夏季空調(diào)供冷期），冬季12月、1～2月（冬季供熱期）用電量次之，過渡季用電量較低且較穩(wěn)定。

醫(yī)院的天然氣主要供給燃?xì)忮仩t生產(chǎn)生活熱水。從圖3中可以看到，2020—2022年月平均用氣量分別為1 563 m3/月、2 816 m3/月、4 052 m3/月，用氣量呈逐年增長趨勢，其中2021年月平均用氣量相比2020年增長80.1%，2022年月平均用氣量相比2021年增長43.9%。總體來看，全年在7～10月的用氣量低于其他月份。

表2為醫(yī)院建筑用能強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)對標(biāo)結(jié)果。從表2中可以看到，醫(yī)院2022年的的總能耗大于500 t標(biāo)煤，屬于重點(diǎn)用能單位。醫(yī)院2022年單位建筑面積電耗達(dá)到了120.7 kWh/（m2a），高于GB/T 51161-2016《民用建筑能耗標(biāo)準(zhǔn)》中的黨政機(jī)關(guān)辦公建筑中的約束值，與標(biāo)準(zhǔn)約束值對標(biāo)，醫(yī)院單位建筑面積電耗節(jié)能潛力為34.1%。

1.2.2 用能系統(tǒng)分析

對醫(yī)院2022年全年的用電量進(jìn)行拆分，主要的耗電對象分為多聯(lián)式空調(diào)系統(tǒng)、潔凈室空調(diào)系統(tǒng)、電梯、照明系統(tǒng)、醫(yī)療及其他設(shè)備等，拆分結(jié)果見圖4。從圖4中可以看到，舒適性空調(diào)系統(tǒng)占全院耗電量的19%，照明系統(tǒng)為14.6%，照明系統(tǒng)為14.6%，醫(yī)療及其他設(shè)備為35.7%。

2 節(jié)能改造方案

2.1 項(xiàng)目節(jié)能改造概述

通過對醫(yī)院各系統(tǒng)現(xiàn)場勘查，醫(yī)院具備節(jié)能改造條件的系統(tǒng)如表3所示。

建筑論壇與建筑設(shè)計(jì)吳勇，巫朝敏，徐佳： 能源費(fèi)用托管在某三甲公立醫(yī)院節(jié)能改造中的應(yīng)用分析

2.2 節(jié)能改造技術(shù)措施

2.2.1 照明系統(tǒng)節(jié)能改造

表4為醫(yī)院進(jìn)行照明光源更換前后的對比。從表4中可以看到，節(jié)能改造前照明燈具的總功率為170 782 W，改造后照明燈具總功率為126 628 W，按照每天照明時(shí)間10 h計(jì)算，改造完成后照明系統(tǒng)節(jié)能率可以達(dá)到25.9%。

2.2.2 多聯(lián)式空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造

醫(yī)院的舒適性空調(diào)主要為多聯(lián)式空調(diào)系統(tǒng)，其室外機(jī)安裝時(shí)布置不合理，夏季出風(fēng)口排出的高溫空氣在機(jī)組上方由于被玻璃擋板阻隔，容易堵塞在機(jī)組上方區(qū)域，無法及時(shí)擴(kuò)散，容易導(dǎo)致機(jī)組氣流短路。機(jī)組排出的高溫空氣被重新吸入到進(jìn)風(fēng)口，造成進(jìn)風(fēng)溫度過高冷凝壓力上升，機(jī)組制冷量下降，能耗劇增。針對此問題，擬采用在機(jī)組上方的結(jié)構(gòu)梁上安裝軸流風(fēng)機(jī)，通過軸流風(fēng)機(jī)將換熱后的熱氣流有組織的排放到機(jī)組周圍，使較冷的空氣能夠流入機(jī)組附近，形成循環(huán)流動(dòng)，防止機(jī)組氣流短路，增強(qiáng)換熱效果。

通過在室外機(jī)陣列的上部架構(gòu)層橫梁上安裝4臺軸流風(fēng)機(jī)，將機(jī)組換熱后的上升熱氣流排放到機(jī)組陣列外側(cè)，軸流風(fēng)機(jī)參數(shù)見表5。

2.2.3 螺桿式空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造

醫(yī)院螺桿式冷水空調(diào)（熱泵）系統(tǒng)配備2臺機(jī)組，單臺機(jī)組名義制冷量為343 kW，末端供冷建筑面積僅約2 000 m2，系統(tǒng)容量配置達(dá)到了343 W/m2，遠(yuǎn)超過建筑冷負(fù)荷，造成“大馬拉小車”的情況，系統(tǒng)長期處于低負(fù)荷狀態(tài)運(yùn)行。同時(shí)由于機(jī)組和水泵均為定頻運(yùn)行，系統(tǒng)處于“大流量、小溫差”的運(yùn)行狀態(tài)，缺乏控制邏輯。

節(jié)能改造后在現(xiàn)有螺桿式冷水空調(diào)熱泵機(jī)組及輸配系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上，增加一臺變頻風(fēng)冷式冷水空調(diào)（熱泵）機(jī)組，同時(shí)將水泵更換為變頻水泵。在部分建筑負(fù)荷下，優(yōu)先啟動(dòng)變頻風(fēng)冷式冷水空調(diào)（熱泵）機(jī)組，采用變頻及優(yōu)化控制技術(shù)，根據(jù)建筑末端負(fù)荷的變化情況，調(diào)節(jié)機(jī)組和水泵的輸出能力，使得系統(tǒng)和建筑能實(shí)現(xiàn)供需動(dòng)態(tài)匹配。變頻風(fēng)冷式冷水空調(diào)（熱泵）機(jī)組和水泵信息如表6、表7所示。

2.2.4 生活熱水系統(tǒng)節(jié)能改造

改造前，醫(yī)院采用燃?xì)忮仩t生產(chǎn)生活熱水，燃?xì)忮仩t為6臺容積式燃?xì)鉄崴鳌８脑旌?，采用直熱循環(huán)式熱泵熱水機(jī)組替換現(xiàn)有熱泵熱水器，機(jī)組共設(shè)置4臺，兩用兩備，變頻節(jié)能運(yùn)行。直熱循環(huán)式熱泵熱水機(jī)組信息參數(shù)如表8所示。

2.2.5 電梯節(jié)能改造

電梯節(jié)能回收技術(shù)是采用電梯智能群控、能量反饋、轎廂智能控制等技術(shù)節(jié)約電梯能耗。傳統(tǒng)電梯在輕載上行、重載下行、減速停車這三種勢能變化的運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，變頻器都會釋放多余廢電到制動(dòng)電阻，該過程造成了電能浪費(fèi)。針對這一情況可采用電梯能量回饋裝置，該裝置是將電梯運(yùn)行過程中變頻器釋放到制動(dòng)電阻的高壓直流廢電，通過能量回饋裝置回收、整流、逆變、濾波后，形成新的再生電能回饋到建筑內(nèi)的三相公共電網(wǎng)中使用，從而再次利用廢電以達(dá)到節(jié)能和降低電梯機(jī)房溫度的效果，可以改善電梯的運(yùn)行環(huán)境，延長控制系統(tǒng)及電梯使用壽命。

醫(yī)院共設(shè)置有12部電梯，其中有5部直梯為乘客電梯，運(yùn)行區(qū)域?yàn)槿珮菍?，使用頻率高并且負(fù)載較大，基本處于滿載狀態(tài)，因此適宜加裝電梯能量回饋系統(tǒng)。

2.2.6 蒸汽發(fā)生器

醫(yī)院現(xiàn)有4臺電熱蒸汽發(fā)生器，單臺功率為60 kW，蒸發(fā)量為80 kg/h，將軟化后的自來水加熱到蒸發(fā)溫度110 ℃。由于采用的是直接電加熱，能耗較高。通過節(jié)能改造安裝2臺直熱循環(huán)式熱泵熱水機(jī)組，一用一備，將軟化器處理后的自來水，從15 ℃預(yù)加熱至55 ℃，再接入蒸汽發(fā)生器中加熱生成蒸汽。直熱循環(huán)式熱水機(jī)組的信息如表9所示。

2.3 節(jié)能效益及節(jié)能潛力分析

表10為醫(yī)院節(jié)能改造經(jīng)濟(jì)性分析結(jié)果。從表10中可以看到，醫(yī)院實(shí)施能源托管合同管理，預(yù)計(jì)總投資費(fèi)用為135.3萬元，以2022年能源費(fèi)用為基準(zhǔn)，節(jié)能收益總量為50.2萬元，節(jié)能收益率為14.5%，靜態(tài)投資回收期為2.7年。其中照明光源和生活熱水系統(tǒng)改造節(jié)能效益明顯，對于保障節(jié)能公司盈利具有重要作用。

3 能源費(fèi)用托管服務(wù)方案

醫(yī)院與節(jié)能服務(wù)公司直接簽署建筑能源費(fèi)用托管服務(wù)合同，合同期內(nèi)服務(wù)年限為10年，以2022年的能源費(fèi)用為基準(zhǔn)，每年節(jié)約的能源費(fèi)用由節(jié)能服務(wù)公司享有。節(jié)能服務(wù)公司在既有建筑設(shè)備的基礎(chǔ)上進(jìn)行評估診斷后作節(jié)能改造，確定相關(guān)節(jié)能設(shè)備，包括計(jì)量、硬件、軟件等，確保節(jié)能改造效果落地。由節(jié)能服務(wù)公司負(fù)責(zé)醫(yī)院的用能系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)管理。

4 結(jié)束語

本文總結(jié)了能源費(fèi)用托管模式實(shí)施方案和流程，以四川省某公立三甲醫(yī)院為案例，通過建筑能源審計(jì)，詳細(xì)分析了醫(yī)院現(xiàn)有的能源消耗和用能系統(tǒng)情況，具有較大的節(jié)能減排潛力。基于能源費(fèi)用托管合同能源管理模式，對包括空調(diào)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、電梯、蒸汽發(fā)生器、生活熱水系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造設(shè)計(jì)和經(jīng)濟(jì)性分析，論證了能源費(fèi)用托管型合同能源管理模式在醫(yī)院節(jié)能改造中的可行性。結(jié)果表明：能源費(fèi)用托管型合同能源管理模式在醫(yī)院項(xiàng)目節(jié)能改造中值得推廣和實(shí)施，對于醫(yī)院的節(jié)能減排和降低運(yùn)行成本具有積極的推動(dòng)作用。

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［基金項(xiàng)目］2019年度四川華西集團(tuán)科技項(xiàng)目（項(xiàng)目編號：HXKX2019/014）

［作者簡介］吳勇（1995—），男，碩士，助理工程師，研究方向?yàn)榻ㄖ?jié)能與綠色建筑。