医院运行阶段能耗的碳排放及减排措施研究

何媛媛　袁岗　林燕

关键词：医院运营；碳排放；建筑全生命周期；碳减排

中图分类号：X22 文献标志码：A

前言

根据《巴黎协定》，中国承诺在2030年前达到二氧化碳排放峰值。在2021年，中国的CO₂排放量超119亿吨，占世界总量的33%。有研究表明，由于中国建筑工程的快速发展，建筑行业对全球产生的碳排放负有主要责任。建筑的碳排放发生在建筑全生命周期的不同阶段，建筑生命周期分为三个阶段：建设阶段；运营阶段；拆除阶段。而运营阶段的碳排放是建筑物生命周期碳排放的主要组成部分。研究发现，与居住建筑相比公共建筑能耗密度更高，节能潜力也更显著。如果想要减少碳排放，实现碳达峰的目标，迫切需要对建筑行业特别是公共建筑的碳排放进行准确的调查和估计。随着中国公共建筑的快速建设，尤其是后疫情时代医院建筑的大量增加，医院建筑的节能减排更有利于降低建筑行业的总能耗。而据资料显示，医院能耗强度是一般公共建筑能耗强度的1.6～2倍，已成为公共服务机构中的能源消耗大户。研究表明，医院建筑的能源碳排放强度远高于其他公共建筑（办公建筑、酒店建筑、商业建筑、文化建筑）。以往研究缺乏医院建筑使用能耗和碳排实际情况的探究。研究更好地反映医院建筑运行阶段能耗的真实性和差异性，为减少建筑和整个建筑行业的碳排放提供数据和改进措施的参考。

1医院运行阶段能源消耗的碳排放情况

项目医院位于四川省成都市锦江区，总建筑面积209950m²，设计床位数为1500床，院区主要建筑包括第一住院楼、第二住院楼、门急诊医技楼和行政后勤楼。地上建筑面积为107 470m²，主要功能为门诊、医技、洁净手术部、病房等。地下室面积为47126m²，主要功能为车库、放疗中心、污物处置中心、设备用房等。

运营阶段的碳排是建筑周期碳排的最大组成部分，维持医院的基础设备运行的能源消耗所产生的碳排放成为运行阶段碳排放的主要来源。运营阶段的碳排放主要涉及到空调通风系统、电力系统、供水系统及其他设备使用所造成能源消耗而产生的碳排放。

根据生态环境部印发的《省级二氧化碳碳排放达峰行动方案编制指南》，核算边界为医院运营区域内燃烧设备使用燃气直接产生的碳排放，以及使用外购入电力等能源的设施产生的间接碳排放。在医院运营期间不同设备耗用能源产生的碳排放情况见表1。

为了完成碳达峰与碳中和目标，现收集并整合了我院现在的能耗碳排数据。数据采集了2018年-2021年的院区消耗的用水量、用电量、用气量等基础能耗用量，计算年平均各类型能源用量。计算方法参考GBT 51366-2019《建筑碳排放计算标准》，即根据建筑各系统不同类型能源消耗量和不同类型能源的碳排放因子，通过排放因子法进行核算。例如根据年综合用电量，通过碳排放因子法计算年用电所造成的碳排放量。

而能源消耗碳排放因子的数据主要来自于《四川省碳排放强度表征指标及核算方法（试行）》。由于我院地处西南，四川电力主要来自于水力发电，电力的碳排放因子为0.5257kgCO₂/kW·h，通常比北方电网的碳排放因子更低。天然气CO₂排放因子，取固定参考值0.056 17 tCO₂/GJ。天然气的低位热值为37680 kJ/Nm³，因此项目的天然气CO₂排放因子经过计算为2.1165 kgCO₂/Nm³，自来水的CO₂排放因子为0.7128 kg CO₂/t，见表2。

根据以上对建筑能耗的碳排放分析，本院的能源消耗以电力、天然气为主。根据统计，2018年-2021年平均碳排放量，由表1可知，年平均共计消耗1933.8万度电，折算为二氧化碳排放为10166 tCO₂，能源碳排放占比约为72.3%。其次是天然气年平均约消耗175.76万立方米，碳排放约为3720 tCO₂，占比约为26.4%。年平均消耗自来水共计25.81万吨水，约为184 tCO₂。通过碳排放核算的方式，能统一比较各系统各设备的碳排放情况及能效提升后带来的减排效益。研究发现，医院建筑在运行阶段涉及到大量的用水、电力、天然气等能源消耗，导致整体能耗较高，在一定程度上也符合其他公共建筑的能耗特点。

发现图示数据呈现季节性差异，分析是因为成都市处于冬冷夏热的地区，在冬季主要利用燃料供暖，夏季空调采用电力制冷。因此，在冬季（12-2月）由于燃气产生的碳排放量普遍比夏季燃气产生的碳排较高。而夏季（7-9月）因电力制冷消耗大量电力，而造成电力碳排放较高，而出现用电量碳排在每年夏季呈“波峰”，冬季呈“波谷”的情况。用水量和季节性并无太大关联，与建筑区域内接待人数有关。分析发现医院建筑运行阶段碳排放强度较高，主要是由于有许多功率大的大型设备且运行时间长通常全天运行，运行期间接待人流量大照明系统、空调系统能耗较高。

2碳减排的改进方案

建筑领域的能源消耗及其碳排放是全国碳排放的重要构成部分，在建筑全生命周期中，运营阶段的碳排放占其主要部分。而在医院运营阶段建筑主要消耗能源包括电、燃气及自来水。电力主要消耗在空气冷源、照明、风机、电梯及大型设备。燃气主要用于蒸汽锅炉、空调热水锅炉、生活热水锅炉等供暖设备上。自来水主要消耗在生活用水及设备用水上。针对项目的照明系统、空调系统、用水系统、综合服务系统等主要用能系统，对其改造情况进行逐项分析。改造内容主要有以下几方面。

（1）电力系统改造：主要包括更换节能灯具和制冷机组改造等方式。

（2）空调系统改造：主要包括升级锅炉和换热器等。

（3）水系统改造：主要包括水泵改造和雨水回用。

医院建筑在运营阶段能源系统的减排技术改造见图2。

根据中国相关背景研究和技术支持，对我院进行了部分节能减排项目的改造，对项目类别、改造方式、年减排量核算，碳排放量折算以及对基准数据分析，来达到碳减排的目的。具体改造措施及相应完成的碳减排见表3。

通过对改造后各设备的年平均节省能源量进行相关的分析，可以得出以下结论：项目改造后实现年平均二氧化碳共计减排101.5 tCO₂，节能减排效果明显。根据设备设施进行节能技术改造后，碳排放数据的核算，可以发现节能技术措施可以减少医院运行阶段的碳排放量，也为后续医院开展能源管理提供技术参考。

在医院建筑的运行阶段减排工作的重点，应秉持节能减排的运营理念，控制运营活动产生的碳排放量。其他节能改造方面可以通过调整空调系统组成，对全天运行的住院楼和其他不间断区域选择集中式空调采暖制冷，对白天运行的办公区域、门诊区域特别是位于系统远端的区域选择分散式空调。从管理方面首先建议在院内根据不同系统建立设备台账，对大型设备安装计量表细化院内能源统计，以方便建立不同设备的碳排放统计台账，和节能改造后的碳排放变化统计。以及按科室为单位进行能源管理，核算进科室成本，并实行阶梯电价来督促形成节电意识，达到节能效果。

3结论

为响应国家碳排放统计核算的工作，健全在公共建筑领域碳排放统计核算体系构建，作为医院建筑主体运行方，主要关注运行阶段在建筑全生命周期中的主要碳排放情况，并通过医院运营阶段的节能方式，来实现建筑全生命周期的碳减排。文章基于我院近几年医院能源消耗的碳排放情况进行统计分析，并在工程实践方面进行了部分设备设施的节能升级，通过6个不同的能效提升项目作为公共建筑节能改造、能效提升的改造案例，年平均共计完成碳减排101.5 tCO₂。进行了项目示范，验证了技术改造的适用性和先进性，最终达到医院运行阶段碳减排的目的。未来将加长研究周期并与同类型建筑在运行阶段中的碳排进行分析，以此来捕捉未来建筑运行阶段碳排放的动态演变特征。