某三甲医院建筑能耗影响因素分析及对策研究

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

研究表明，大型综合医院建筑类型具有多样性和特殊性，相较一般公共建筑，其建筑的能耗会更高[1]，医疗建筑的能耗管理一直是我国节能减排工作的重点和难点。尽管目前很多医院都配备了能耗监管系统，但其对于医院建筑节能工作的支持效果并不理想，如何提升能耗数据的利用水平，了解医院实际用能情况，有针对性地提出改进对策，推进医院建筑节能工作管理精细化是值得考虑和研究的问题。

医院建筑用能概况

1.医院建筑现状。北京某三甲医院(简称“医院”)建筑特点是类型多、修建时间跨度大，能耗特点不尽相同，尤其是近年来医院翻新改造任务密集，给医院建筑用能系统承载运行带来了新挑战。

2.医院用能现状。医院的能源消耗构成包括电、天然气、汽油和柴油，因位于我国华北地区，能耗具有较明显的季节性，加上设备类型、服务功能的不同，其能耗管理的难度比其他专科医院、小型综合医院复杂。

3.节能管理工作存在的不足

3.1 对医院用能情况缺乏整体性考量。医院用能系统多样，但在目前的管理工作中，工作人员仅是通过能耗监管系统对单一用能系统的用能规律和特点进行分析，未从医院整体的角度考虑问题，分析出的用能特点并不能反映出医院整体的能源消耗情况。

3.2 对能耗数据缺乏深度分析。工作人员对能耗数据分析停留在表面，仅针对能耗分析作了相应的图形化展示，只能体现出系统用能量和变化情况，并未对导致其能耗数据变化的原因进行深度挖掘，忽略掉了与可能对医院建筑能耗造成影响的因素进行关联性分析。

3.3 管理机制亟需完善。医院的各用能部门对于用能系统的运行管理制度尚不完善，缺乏科学合理的指标限额，医院建筑的节能工作主要依靠人员经验性操作，尚未形成以数据分析为导向的医院建筑节能管理机制。

医院建筑能耗影响因素分析

1.确定医院建筑能耗影响因素。在对医院建筑实施节能管理工作的起始阶段，应找到正确的切入点，即识别出影响医院建筑能耗的因素，以便后续工作的推进和开展[2]。通过查阅文献和结合实际条件，筛选出会对医院建筑能耗产生影响的因素，对其进行完善和归类，见表1。

表1 医院建筑能耗影响因素

2.医院建筑能耗测量。表1 中筛选出的影响因素包括：门诊量、急诊量、住院人数、手术人数、月平均气温以及冷、热源形式。为了消除建筑面积大小对能耗的影响，能耗数据、门诊量、急诊量、住院人数、手术人数均采用单位建筑面积的形式表示(见表2)。本文通过医院能耗监管平台收集了医院2016—2021 年共72 个月的能耗数据和影响因素指标，其中医院每月柴油和汽油使用量很小，这里不做具体研究。

表2 2016—2021年部分月份医院建筑能耗数据及影响因素

3.相关性研究

3.1 简单相关结果分析。利用SPSS 软件，对医院建筑能耗和各变量之间进行相关性分析，相关系数结果见表3 和表4。

表3 天然气用量与各变量相关分析

表4 用电量与各变量相关分析

从表3可以看出，在医院业务水平方面，门诊量、急诊量、住院人数、手术人数与天然气用量的相关系数分为0.123、0.230、0.136、0.179，但是显著性水平均大于0.1，说明天然气用量与门诊量、急诊量、住院人数、手术人数不具有显著性相关。在气候影响方面，月平均高温和月平均低温与天然气用量的相关系数分为-0.936、-0.912，显著性水平均为0.000，说明三者是十分显著的相关变量。在用能系统方面，冷热源形式与天然气用量的相关系数为-0.836，显著性水平为0.000，说明两者是十分显著的相关变量。

从表4 可以看出，业务水平指标中住院人数和急诊人数与用电量的显著性水平均为0.000，说明与用电量有相关性。在气候影响方面，月平均高温和低温与用电量的相关系数分别为0.375、0.451，显著性水平为0.000、0.001，说明三者是十分显著的相关变量。在用能系统方面，冷热源形式与用电量的相关系数为0.414，显著性水平为0.000，说明两者是十分显著的相关变量。可以看出对医院建筑用电量有影响的相关因素包含了业务水平、气候条件和用能系统形式，而医院建筑的天然气用量仅与气候条件和用能系统形式有关。

3.2 偏相关分析。进行多变量统计时，如果简单进行两两变量的相关性分析，不能准确反应多变量之间的相关性，因此引入偏相关性分析，在控制其他变量影响的前提下，分析多变量中的某两个变量之间的线性关系，计算出的偏相关系数可以衡量变量间的相关程度[3]。

表5和表6 可见，医院建筑用天然气量与各变量的偏相关系数的大小排序依次为月平均低温(-0.912)、冷热源形式(-0.836)、月平均高温(-0.620)；医院建筑用电量与各变量的偏相关系数从大到小依次为月平均低温(-0.451)、住院人数（0.427）、冷热源形式（0.414）、月平均高温（0.375），急诊人数相关水平大于0.05，未通过检验，即与医院建用电量不具有相关性。

表5 天然气用量与各变量的偏相关分析

表6 用电量与各变量的偏相关分析

讨论

1.医院的业务水平与医院用电量。医院住院人数与医院用电量具有显著线性关系，这与已有某些学者的研究一致，如李振全[4]对苏州市三级甲等综合医院建筑能耗的影响因素分析结果显示，年总床日数、住院人次为显著相关。本研究结果与医院实际情况比较符合，首先对于相关变量住院人数，随着医院内部人数增加，医院相应的检查设备使用量随之增长，由此导致用电量增加；其次，通过医院能耗监测系统显示(图1)，医院总用电量呈现出明显的倒“V”趋势，医院的用电量从4 月开始快速上升，7 月份达到峰值后逐步回落，说明医院的用电高峰集中在夏季。从类型上看，空调用电的趋势和总用电量的趋势基本一致且占比最大，另一方面医院病房作为医院住院患者康复休憩的场所，平均住院日4.8 天患者绝大部分的日常起居活动是在病房内发生的，患者会对病房的环境舒适度提出要求，住院人数的增多增加空调的使用时长和频次导致用电量上升；最后对于非显著相关的因素，门急诊患者主要集中在门诊楼内，对于能耗的影响也多是集中在门诊类建筑，人员流动性大，在医院建筑楼宇内部滞留时间较短，对环境舒适度要求不如住院患者强烈，照明系统已连入楼宇自控系统，定时开关，因此门急诊人次与医院建筑综合能耗的线性相关性不明显，分析结果与实际情况比较一致。

图1 医院月均用电量

2.气候影响与医院建筑能耗。相关分析显示，医院用电量、天然气用量均与气候条件有相关性。华北地区夏季炎热，各个区域都有降温需求，尤其以门诊区域、病房区域尤甚，因为住院患者身体虚弱，对于环境的舒适度要求更为严苛。同时，夏季湿度高，手术室等洁净区域除对室内温度有较高要求外，同样需要控制环境湿度，导致除湿环节能耗增长；其次对于冬季采暖方式，医院采用锅炉供暖＋暖气的形式进行供暖，通过医院能耗监测系统显示(图2)，医院的天然气使用量呈现“U”型走势，4 月至9 月的用气量较少，在每年的10 月份后开始大幅提升，和降温天气带来的供暖需求直接相关。

图2 医院月均天然气使用量

3.冷、热源形式与医院建筑能耗。医院用能系统的不同模式与建筑综合能耗具有显著线性关系，这个结论与众多研究结果一致，并且与医院的实际情况相符。医院按季节温度划分为供暖季(1—3 月、11—12 月)，供暖形式为锅炉＋暖气，过渡季(4—5 月、10 月)室内温度多靠自然冷源和部分集中空调进行调节、供冷季(6—9 月)供冷形式主要依靠集中空调，通过能耗检测系统显示，依靠自然冷源对于医院建筑节能影响很大。另外，和用电量主要用于空调运行相似，从使用结构来看，医院天然气的消耗主要来自食堂和锅炉，食堂用气占比在6%左右，锅炉用气占比在94%左右，用于满足医院的消毒灭菌、生活用水、冬季采暖等蒸汽需求，因此如何在满足医院内人员舒适性要求的前提下提升用能系统的运行效率是节能管理工作的重中之重。

节能工作的对策建议

在得出切实对医院建筑能耗产生影响的因素后，可以从技术和管理层面更有针对性地提出对策和建议。

1.技术层面。技术节能始终是节能管理的核心手段，是精细化管理发展的趋势[5]。首先，针对气候因素，由于医院内供暖系统的建筑类型、供暖管网的分布形式和面积，管段流量和负荷等因素是确定的，在满足房间供暖温度的前提下，影响供暖负荷的因素主要是室外温度，由此可以利用室外温度调节热源的原理，在供暖系统上加装气候补偿装置，可以更好地将供水温度控制在一定区间内，在满足末端负荷压力的同时，维持系统热量的供需平衡，有效解决系统在供暖季供热力度几乎一成不变而导致的能源不必要浪费的现象以及工作人员“看天烧火”的粗放式管理。对于冷、热源因素，一方面应在满足医院正常运行的前提下主动延长自然冷源的使用时间，另一方面加强对于冷、热源系统的工况的调整，以冷源为例，可以结合机组的出水温度、负荷率等调整制冷机组的运行数量，关闭未运行的制冷机的冷水阀门，避免水流旁通导致的能效比(COP)下降。最后，对于住院患者因素，通常来说，空调在加热工况下，室内温度每降低1℃，可减少5%～10%的能耗；在冷却工况下，室内温度每提高1℃，可减少8%～10%的能耗[6]。因此可以从既有空调的集控系统入手，通过统一设置适宜温度杜绝个别房间出现室温设定不合理的现象，以此改善空调系统的能耗水平。

2.管理层面。节能是技术改造和全员参与的集合体，二者缺一不可。投入大量经费，搭建了先进的节能系统，但往往由于人员缺乏节能意识而导致节能效果不理想。例如，医务工作者、患者为了更好的通风效果，在空调开启时大开门窗；人员离开后，办公室照明和空调仍处在运行状态。因此，应加强宣传力度，提高院内人员的节能意识，倡导个人节能行为，同时配以有效的激励机制，将节能工作与员工的个人利益相关联，在各科室进行工作时，辅以节能管理，既保障了医疗任务，也有利于分析各科室的用能现状，针对用能大户开展节能诊断，探究其是否还有节能降耗的空间。此外，管理的对象不仅仅是人员，设备运行的可靠性和安全性同样是管理的重点。一方面要制定并完善《设备维保指南》，明确维保事项的责任人、处理方式、处理反馈、处理报告等操作细则，另一方面要建立医院的设备维护档案，将设备参数、技术参数、检修计划、检修结果等进行留档保存，定期校核监测表具有的准确性及有效性，防止因设备故障造成的能源浪费以及数据失真影响管理工作的严谨性。

结语

本文对医院建筑节能管理的改进方法进行了研究，给出了如何确定建筑能耗影响因素的工具方法，但是医院建筑节能工作是一个动态的管理过程，随着不同时期医院新建(或改建)项目、用能设备工艺流程调整，建筑能耗影响因素的选择也会随着时间的推移和技术的发展有所变化，对于影响因素的筛选范围进一步扩展和完善是未来需要努力优化的方向。总之，本文结合能耗数据，提出了一个能满足医院自身需求，定性与定量相结合，能够帮助医院改进节能管理工作的方法，帮助医院高效、合理地使用能源，消除医院在运行过程中的能源浪费现象，对其他医院开展节能工作具有一定的现实意义。