基于能耗评价指标的医院能源管理分析

■ 洪诗婕 胡立安 任 祺 朱永松

节能降耗工作是目前公立医院后勤工作的重要部分，作为面向人民群众的服务窗口，做好医院的节能降耗工作，还可以起到很好的社会示范效应。能耗指标大小是开展节能工作的基础，衡量能耗指标大小至关重要，但是目前尚未有统一的能耗指标来衡量医院能耗，单位面积能耗是评价医院能耗水平的常见指标[1]。除此之外，单位床位数能耗[2]、单位医疗量的能耗密度[3]、单位立方米能耗[4]和床日耗量[5]等也被研究学者用于评价医院能耗水平。有研究表明，医院建筑能耗中占比最大的是空调系统能耗[6]，占总能耗的40%～60%[7]，但是国内外对医院的空调分项指标研究较少。本文从3个不同的空调分项指标对上海三甲医院进行评价，并根据医院能源结构和功能系统信息，对能耗指标的高低原因进行分析，对医院能源管理工作有一定的指导意义。

1 材料与方法

1.1 调查对象及信息获取

调研的对象是上海市4所综合医院（A1、A2、A3、A4）和3所专科医院（B1、B2、B3），其中B1医院是公共卫生类医院。

通过分发调查问卷和实地调研两种方式，以及根据医院后勤管理人员提供的数据以及相关医院的分项计量信息，得到的主要信息除了有7所医院的基本情况（医院类型、等级、总建筑面积、总空调面积、床位数、门急诊量、职工人数等）和2018年的能耗相关数据（电、燃气、自来水等）外，还获得了医院用能设备的信息和设备运行情况等。

1.2 研究方法及能耗评价指标

分析目标因素与总能耗关联性使用的是Pearson系数（PCCs）。单位面积能耗与空调系统分项能耗指标被用于比较不同医院的能耗水平，空调系统分项能耗指标包括单位面积空调冷源能耗、单位面积空调热源能耗和单位面积空调水系统电耗。其中空调系统分项能耗指标为目标能耗与对应能耗使用面积的比值。

2 结果

2.1 医院相关信息和全年耗值

医院的建筑面积、核定病床数、门急诊量、在职职工人数和医院全年耗值见表1。综合医院的全年耗电量和全年总能耗均高于专科医院。图1给出了两种能耗折标煤在总能耗中的占比情况以及总能耗与建筑面积的关系，可以看出医院总能耗随着建筑面积增大而增大，在7所医院中B3医院的电折标煤占比最高（96.9%）。

2.2 医院能耗与影响因素的关系

医院由于用能复杂，能耗受许多因素影响。为了分析核定床位数、门急诊量和在职职工人数3个影响因素与能耗的关系，图2给出了医院核定病床数、门急诊量和在职职工人数与总能耗的线性关系。按拟合效果来看，核定床位数和在职职工人数的线性拟合度相当（R2=0.93、0.94）。通过Pearson系数大小可以看出，医院总能耗与三者均高度相关，核定床位数（PCCs=0.96）和在职职工人数（PCCs=0.97）的相关程度大于门急诊量（PCCs=0.82）。

2.3 能耗指标分析及对比

2.3.1 单位面积能耗指标。图3给出了7所医院的单位面积综合能耗值以及与合理值和先进值的比较情况。从图3可以看出B2医院的单位面积总能耗最低，约为37.79 kgce/m2，而同样属于专科医院的B3医院数值约为62.73 kgce/m2，仅次于最高的A1医院（64.23 kgce/m2）。根据上海市T/SHWSHQ 02-2019《医院建筑合理用能评价导则》中提供的单位面积综合能耗的合理值和先进值，再结合调研医院类型、病床数和当量床日数，可以看出7所医院均满足合理值要求[≤66 kgce/(m2·a)；≤63kgce/(m2·a)]。除了A1医院高于先进值[63 kgce/(m2·a)]外，其他综合医院都低于先进值，专科医院中只有B2医院满足先进值要求[≤56 kgce/(m2·a)]，B3医院单位面积能耗与合理值限值差距最小。

2.3.2 空调系统分项能耗指标。本次调研的7所医院中，共收集到5所医院6个独立的空调机房系统能耗数据。图4给出了单位面积空调冷源能耗、空调热源能耗和空调水系统能耗水平。由于调研医院中的空调制冷主机包括电制冷主机和直燃型溴化锂空调主机，能源形式分为电力和天然气，故将空调冷源能耗的单位折算为标煤能耗，以便后续对比和比较。

表1 7所医院基本信息与全年能耗

图1 不同医院电耗折标煤、燃气折标煤占比情况

图2 影响因素与医院总能耗的关联性

图3 单位面积能耗指标与先进值和合理值

图4 调研医院单位空调系统分项能耗对比情况

从图4中可看到，单位面积空调冷源能耗指标最低的医院均为A1医院的3#楼，为3.98 tce/m2，而空调冷源能耗指标最高的为B1医院，达到9.02 tce/m2，大概是A1医院3#楼能耗指标的2.27倍。

本次调研的医院空调热源设备均为燃气锅炉，故本文中单位面积空调热源能耗指标单位取单位面积的天然气能耗值m3/m2。最终发现单位面积空调热源能耗指标的最低值和最高值也分别为A1医院3#楼和B1医院，B1医院的单位面积空调热源能耗（7.52 m3/m2）也高出A1医院3#楼能耗（3.43 m3/m2）两倍多。

从单位面积空调水系统能耗来看，能耗最高的两所医院为A3和A4，分别为14.72 kWh/m2和16.74 kWh/m2，是其他几所医院空调水系统能耗指标的2～3倍，可以判断医院A3和A4肯定存在着较大的空调水系统设备设计和运行问题。

3 讨论

结合和对比7所医院的实际运行、用能管理情况和对应的能耗指标后，发现医院在能源管理方面存在以下一些共性问题。

3.1 能源系统设计与设备选型不合理

通过调研发现医院A3的空调水系统设备总配置功率达到1 102kW，单位面积水系统设备配置功率为11.02W/m2，医院A4的空调水系统设备总配置功率达到550kW，单位面积水系统设备配置功率为10.78 W/m2；同比A1医院3#楼的空调水系统设备总配置功率为292kW，单位面积水系统设备配置功率仅为7.12W/m2，可见A3医院和A4医院设备选型过大，功率配置过高，这是两所医院单位空调水系统能耗过高的原因。大多医院存在主要能源设备设计选型过大，普遍存在较明显的“大马拉小车”现象，且设备台数不合理，单台设备能力过大，不利于部分负荷调节，既增加初始投资又提高了日常运行成本。

从单位面积空调冷源能耗发现，A1医院3#楼的能耗值远低于B1医院。调研发现A1医院3#楼已在2012年实施了空调冷机的节能改造，采用了高效变频的离心式冷水机组，同时采用了高效的真空热水机组作为空调热源设备，而B1医院的空调冷机是2004年生产的定频离心式冷水机组，已投运长达15年，能效衰减较为明显，除此之外该医院还采用低效的燃气蒸汽锅炉作为空调热源设备。从单位面积水系统能耗中发现医院A3和A4的能耗过高与两所医院所用水泵均无变频控制措施有关。无论建筑末端负荷高低，均处于工频运行状态，造成能耗的浪费，而A1医院3#楼则对冷冻水泵和冷却水泵均实施了变频控制，有效降低了水泵运行能耗。因此发现大多医院在选择冷机、锅炉、水泵等时未选用行业领先的高能效产品，采购设备时偏保守，习惯选用传统的成熟设备，不敢尝试节能高效的新技术、新产品。

通过调研发现B1医院属于花园式院区设计，院内均为低矮的建筑且十分分散，在长距离管路输送时管路输送跑冒滴漏损失严重，且汽水换热损失明显，医院锅炉供能系统设计不合理是B1医院空调热源单位能耗大的原因之一。反观B2医院的单位面积综合能耗值，能耗值最低的原因与医院的用能建筑集中有关，没有长距离的冷热媒介质输送损失，且蒸汽发生设备和采暖设备分别采用能耗较高的蒸汽发生器和风冷热泵。

3.2 能源运维管理工作专业性薄弱

通过调研发现，目前大多数医院是由医院后勤部门或委托物业管理公司来负责能源设备设施的运维管理工作，专业人员欠缺，基本不关注或没能力促进设备系统的高效节能运行。B1医院的单位面积空调冷源能耗大于A1医院3#楼的一部分原因就在于此：A1医院3#空调机房由院方委托了专业的节能服务公司进行日常的运维管理，十分注重空调冷机的节能高效运行控制；而B1医院则由一般的物业公司进行运维管理，平时基本不关注空调冷机的运行能效。这方面专业能源服务公司的优势明显，专业化的节能管理可明显降低医院能耗。

3.3 基本能源设备维保工作不到位

经调研了解，不少医院没有按照规范要求每年定期对主要能源设备设施进行维保工作（如空调水处理、冷机及水泵的维保、自控系统的维保、冷却塔的清洗维护等），往往是等到设备及系统出现故障后才不得不进行维修，这也会大大降低了设备运行的能效及其使用寿命。

3.4 医院后勤在能源运营管理方面专业人才欠缺

经问卷调研发现很多医院后勤管理人员并非设备设施管理及机电、暖通等专业，而是由医生、护士、部队干部等转岗过来，缺乏能源运营管理的专业知识，使得医院后勤难以发现用能系统的问题，更提不出有效的节能解决方案。B2医院由于实行了合理集中的用能管理，单位面积能耗值较低，可见有良好的运营管理团队对降低能耗的影响。这也是本次研究工作中现场调研收集信息资料花费了大量的精力、各医院后勤提供的相关能源系统及运行资料都不太齐全的原因之一。上述专业人才的欠缺，使得医院后勤不太了解是否存在较大的节能潜力，同样也是医院后勤对于能源管理工作不够重视的表现。

当然要指出的是，本次研究限于时间和精力，调研收集的7所医院能源情况资料尚不够充分，并且调研的医院样本数量还不够多。对于有效的能耗评价指标，俞卫刚[8]认为不同医院间用能模式差异较大，利用人均能耗费用来衡量医院能耗水平更为准确，Alfonso等[9]认为单位职工人数平均能耗和单位床位数平均能耗也是评价医院能耗的指标之一。因此，为了更好地对医院能耗水平的探究，后续工作除了需要进一步扩大医院调研样本数量和对能源数据的采集量外，还需持续研究与医院能源管理紧密相关的各维度能耗评价指标，以促进医院能源管理工作的不断提升。

4 结语

医院能耗的高低除了与建筑面积、门急诊量、病床数和职工人数有关外，还和供能系统方案、能源形式、设备选型与配置、运维管理模式、建筑布局与负荷标准等均有一定关系。从多维度的能耗指标去深入分析，可有效反映出医院在能源系统设计、运行及管理工作上存在的问题，并可进一步找到解决方案，帮助医院提升能源管理水平。故笔者建议医院能源管理部门可逐步建立起基于能耗评价指标的医院能源管理体系，研究不同维度能耗指标与相关能源系统设计和运营之间的关联，充分利用医院分项计量系统有效采集和统计相关能耗评价指标，从而可以从不同角度对医院用能水平进行评价，并在同类医院之间进行比较，反映医院能源管理中的问题并及时采取优化措施。