上海某医院集中锅炉系统节能改造技术路线研究

姚晶珊

复旦大学附属华山医院

0 引言

医院作为城市典型公共建筑，也是城市的能耗大户。其中建筑能耗占总能耗的27%左右，远远高于其他类型公共建筑能耗［1］。医院在早期设计时充分考虑了余量和稳定性，未对节能性进行充分考虑和设计，使医院用能存在巨大浪费，同时意味着节能潜力巨大。

医院普遍的用能需求有制冷、采暖、供应室消毒蒸汽、照明、厨房用热及生活热水等。其中采暖、供应室蒸汽及生活热水为用热系统，很多医院采用传统做法，统一采用集中蒸汽锅炉供给各个用能点，直接供应蒸汽或者进行汽水化热给介质加热。此供能形式在节能角度上存在较多弊端。上海某医院采用了这种供热方式，本文以此医院为例进行集中锅炉系统节能改造技术路线研究。

1 项目概况

1.1 医院概况

某医院为国家三级甲等医院，建筑面积约110 752.48 m2。医院核定床位1 216 张，拥有临床科室和专业39 个，2019 年门急诊量逾344 万人次。上海某医院建筑面积信息见表1。

表1 上海某医院建筑面积信息表

1.2 用能概况

医院建筑数量众多，建筑面积较大的1、2、5、6号楼有制冷、采暖及生活热水需求。采用水冷冷水机组供冷，采用集中蒸汽锅炉，蒸汽经汽水换热器换热加热采暖循环水供暖，采用集中蒸汽经汽水换热器制备生活热水。每栋建筑都有各自的制冷机房，配置了不同类型的冷水机组；集中热源采用集中蒸汽锅炉，锅炉房安置在1号楼，集中蒸汽由蒸汽管道输送到各个建筑用汽点换热，供应建筑采暖及生活热水。此外医院供应室和厨房有直接蒸汽使用需求，用于消毒及炊事。其他建筑空调冷热源采用分体式空调供应。某医院各建筑用能需求及用能形式见表2。本文主要对蒸汽锅炉供热系统进行分析介绍。

表2 某医院各建筑用能需求及用能形式统计

1.3 锅炉供热系统能耗分析

能耗分析是节能改造的第一步，也是节能潜力分析的基础。2019 年锅炉房燃气消耗量约128.5 万m3，逐月燃气耗量如图1 柱状图所示。将锅炉房所用燃气按照冬季采暖、生活热水及蒸汽供应几类用途进行拆分，结果见表3。由能耗拆分数据可知，非采暖季，仅供生活热水和蒸汽的燃气量不少于锅炉房全年燃气量的1/3，节能潜力较大。蒸汽锅炉分项能耗占比见图2。

图1 蒸汽锅炉逐月能耗柱状图

图2 蒸汽锅炉分项能耗占比

表3 蒸汽锅炉供热系统分项能耗拆分

2 改造方案

2.1 集中蒸汽锅炉供能系统节能潜力分析

医院集中锅炉房设置在1 号门急诊大楼B2 层，锅炉房内配置3 台燃气蒸汽锅炉，其中两台额定蒸发量为7 t/h，1台额定蒸发量为10 t/h。锅炉房集中蒸汽供应和集中空调采暖、生活热水、厨房及供应室消毒。

根据现场踏勘，了解锅炉的使用年限、设备运行状态、设备管理现状等情况，并根据其他医院锅炉节能改造项目上的经验分析，虽然锅炉已经采用烟气余热回收等局部节能措施，但集中蒸汽锅炉仍具有较大的节能潜力：

1）锅炉制备蒸汽平均能效约为69.7%

根据2020 年7-11 月统计锅炉房外供蒸汽4 165.3 t，锅炉房7-11月消耗燃气量423 980 m3。以蒸汽热值2 700 kJ/kg，燃气热值38 044 kJ/m3，估算锅炉房全年外供蒸汽的平均能效约为69.7%。

锅炉制备蒸汽外供的平均能效仅为69.7%，其中一个主要原因是锅炉长期低负荷运行；蒸汽锅炉的运行通常受管道内蒸汽压力控制，为维持末端正常用热，锅炉需持续保持管道压力。在低负荷时期，末端几乎不用热，管道如果保温条件不好或存在泄漏，管道内压力会缓慢降低；当压力低于控制点，锅炉启动产生蒸汽，管道升压。此时的加热是短暂的，因为管道升压蒸汽需求量低，于是造成了锅炉的频繁启停；锅炉每次启停又会对炉膛进行吹扫，炉内热量被吹走造成浪费。比如，院区内生活热水24 h 供应不间断，当最远处某建筑有热水需求时，必须运行一台锅炉，造成浪费，降低了整体供热效率。

2）长距离蒸汽输送，存在输送损失及泄漏损失

集中锅炉房蒸汽需要输送至各个用汽点，根据现场踏勘，蒸汽管道输送距离大约300～600 m。长距离蒸汽输送且蒸汽管道使用年限较长，部分管段保温破损；此外，长距离的正压蒸汽管道不可避免地会有蒸汽泄漏点，估计的热力损失约15%左右。

3）蒸汽制备热水、供热，存在换热损失

大部分建筑采用蒸汽通过板式换热器制备生活热水，存在换热损失约10%。蒸汽锅炉供能系统现场照片见图3。改造前集中锅炉各用能系统综合能效估算表见表4。

图3 蒸汽锅炉供能系统现场照片

表4 改造前集中锅炉各用能系统综合能效估算表

2.2 节能改造方案

由节能潜力分析中对蒸汽锅炉供热系统效率的分析可知，系统在锅炉效率、载热介质输送、换热方面均存在提升空间。锅炉效率方面可以选用效率更高的新式热源产品。载热介质输送方面，尽量减少蒸汽载热的比例，可选用热水供热，按末端温度要求直供热水，减去汽水换热的环节。对采暖、生活热水及蒸汽三方面的供热需求，将三种需求的供热系统分别独立，每个系统按照负荷特点配置设备，杜绝“大马拉小车”工况。

1）采暖系统改造

采用超低氮真空热水机组替代蒸汽锅炉供采暖热水，1 号楼、2 号楼、5 号楼、6 号楼总建筑面积为93 937 m2，建议配置2 台单台制热量为2 800 kW的超低氮真空热水机组，其中一台为超低氮冷凝真空热水机组，一台为双换热器超低氮真空热水机组（可同时供应采暖热水及生活热水）。上海医院建筑常规单位建筑面积采暖负荷指标不超过40 W/m2，目前本方案单位建筑面积负荷指标为60 W/m2，已超过常规配置的50%，完全可满足医院空调供暖需求。

日常供暖开启一台超低氮冷凝真空热水机组即可满足需求，另一台双换热器机组可作为采暖及生活热水的备用机组。

2）生活热水系统改造

根据锅炉房能耗拆分结果，医院生活热水天然气耗量约46.73 万m3，日平均生活热水用量约205 m3。建议安装两台真空热水机组，单台换热量为1 400 kW 超低氮真空热水机组供应生活热水，该机组每小时产生活热水量为24 m3，完全可满足医院生活热水使用。

3）蒸汽系统改造

根据锅炉房能耗数据及锅炉房运行记录分析计算，医院单位小时最大蒸汽需求量为0.8 t。考虑一用一备，配置2 台1 t/h 蒸汽发生器，可满足蒸汽使用要求和设备备用的要求。

3 节能改造预期效果

1）采暖系统：根据前述估算蒸汽锅炉供采暖效率约为53.6%，选用真空热水机组供采暖，根据经验估算，平均供暖效率可达约89.3%。可实现单项节能率约40%。

2）生活热水系统：生活热水系统同采暖相似，改造前后供热效率大致相同，可实现单项节能率约40%。

3）蒸汽系统：改用高效蒸汽发生器后，蒸汽设备专供蒸汽使用点使用，供蒸汽效率由59.5%可提升到约85.5% 左右。可实现单项节能率约30%。

各项节能数据测算结果见表5，锅炉供热系统改造各项节能量占锅炉总能耗36.8%左右，全年约节约燃气47.3 万m3，折合标煤量614.77 tce。根据经验，若实施改造，预计3-4 年节能量可收回投资成本。

表5 节能改造措施及节能效益计算表

4 结语

本文通过对上海某医院蒸汽锅炉供热系统分析，提出了针对当前供能结构的改造建议，并估算了节能效益和投资回收期限。根据评估可见，该医院锅炉供能系统节能量可观，建议尽早实施改造。