医院数字化节能措施分析

摘" 要：以广东某医院为案例，研究医院的用能特点，并提出一系列运用数字化技术的节能方案及控制策略。医院作为能源消耗大户，节能潜力巨大。该文首先分析该医院的用能特点，包括能源种类以电力为主、空调系统能耗占比高、用能管理水平低等。随后，提出包括中央空调控制系统建设、中央空调系统末端改造、分体空调集控系统建设、照明节能控制系统建设，以及可再生能源的集成利用等节能控制策略。这些策略运用数字化手段，旨在降低能耗、提升能效，同时改善患者和医护人员体验，对医院的可持续发展具有重要意义。

关键词：医院空调系统；数字化；节能策略；能源效率；用能特点

中图分类号：TU831.8" " " 文献标志码：A" " " " " "文章编号：2095-2945（2024）35-0１５０-0５

Abstract： Taking a hospital in Guangdong as a case， this paper studies the energy consumption characteristics of the hospital， and proposes a series of energy-saving plans and control strategies using digital technology. As a major energy consumer， hospitals have huge energy conservation potential. This paper first analyzes the energy use characteristics of the hospital， including the main energy type， the high proportion of energy consumption of the air conditioning system， and the low level of energy use management. Subsequently， energy-saving control strategies including the construction of a central air-conditioning control system， the terminal transformation of the central air-conditioning system， the construction of a split air-conditioning centralized control system， the construction of a lighting energy-saving control system， and the integrated utilization of renewable energy were proposed. These strategies use digital means to reduce energy consumption， improve energy efficiency， and improve patient and medical staff experience， which are of great significance to the sustainable development of hospitals.

Keywords： hospital air conditioning system; digitalization; energy-saving strategy; energy efficiency; energy consumption characteristics

在全面推动经济社会绿色转型的过程中，公共机构特别是医院这类关键场所的节能降碳任务日益凸显。医院作为持续24小时运营的多功能服务建筑，其能源消耗通常超过一般公共建筑，因此具有极大的节能潜力。《2024—2025年节能降碳行动方案》的发布，不仅强调了节能降碳的重要性，还对公共机构节能降碳提出了明确的行动目标和措施。随着日新月异的信息科技革命以及信息技术与工具的创新赋能，中国正在加速转变为数字经济大国，以数字化为核心的技术革命，对经济转型和低碳发展起到了重要促进作用。在这一背景下，针对医院的节能策略研究，对于减少能源消耗、提升能源利用效率以及推动医院可持续发展具有重大的现实意义。

从理论角度分析，该研究有助于深化对医院这一公共机构的建筑能耗特性及节能技术的理解，促进节能理论的进步与创新。在实践层面，通过采用数字化方法来收集分析数据并实行智能化管理，可以为医院提供具体可行的节能方案，既减少了运行开支又提升了内部环境质量，有利于创造一个更加健康舒适的就医及工作环境，同时产生积极的社会影响和可观的经济效益。

1" 医院案例分析

1.1" 医院概况

广东省某医院总建筑面积约10万m2，主要建筑为包括门诊楼、内科楼、外科楼在内的5栋建筑，该医院现有职工2 300余人，年诊疗人数达120万人，该医院能源消费品种包括电力、天然气、汽油、柴油和自来水，主要用能系统包括供配电系统、空调系统、照明系统、水泵风机、供热系统、电梯系统和厨房设备等。

1.2" 能源计量概况

计量器具配置管理工作是用能单位实现科学管理的基础性工作，没有配置完善准确的能源计量器具，就不能为能源使用的各个环节提供可靠的用能数据。同时此工作也是评价一个单位能源管理水平好坏的一个重要标志。

广东省某医院在电力计量配置管理方面，已经实现了一级计量，同时二级计量也已基本实现。但是三级计量仍有完善空间，目前仅有内科楼、外科楼实现了楼层级的电力计量。另外，医院的电力计量大部分为机械表计，无远传功能。在用水计量方面，医院已实现了一级计量，也实现了部分二级计量和三级计量，但二级计量、三级计量仍有完善的空间。医院的用水计量大部分为机械表计，无远传功能。

1.3" 资源消耗概况

经统计，该医院2023年合计消费电力1 298万 kWh，汽油4.3 t，柴油11.1 t，天然气8.5万m3，折合1 730.79 t标准煤。2023年能源消耗情况见表1，可以看出，该医院用能以电力为主，综合能耗占比为92.17%。

对医院2023年月用电量进行汇总分析，2023年用电量为1 298万 kWh，月均用电量为108.17万 kWh。根据图1用电量趋势分析发现，医院的用电量随气候变化趋势明显，5—10月用电量明显增加，主要是因为广东地区天气炎热，空调能耗增加，使其用电量明显高于其他月份，其中2月和3月份是全年用电量最低，主要与气温较低有关，导致空调耗电少。

按照广东省地方标准DB44/T 2267—2021《公共机构能源资源消耗限额》文件，1千瓦时（kWh）=0.122 9千克标准煤（kgce）换算。

医院2023年单位建筑面积能耗为137 kWh/m2，人均综合能耗为2 106 kWh/人，人均水耗为49.3 m3/人，对比广东省地方标准DB44/T 2267—2021《公共机构能源资源消耗限额》同类医院，单位建筑面积电耗优于广东省限额标准同类机构约束值，人均综合能耗均优于基准值，人均水耗优于引导值具体指标见表2。

1.4" 重点用能系统

经统计，该医院空调系统能耗占比较高，约占全部用电的40%，空调系统为中央空调系统、分体空调系统并用。

在中央空调系统方面，配备2套水冷螺杆式冷（热）水机组，9台洁净空调机组和6台风冷式热泵机组。根据现场调查发现，医院中央空调系统中冷却水泵、冷冻水泵、冷却塔等设备均为工频运行。

在分体空调方面，目前共配置有分体空调600台。有部分分体空调设备使用年限长，其中使用超过10 a的空调设备260台，更有15台空调已经使用超20 a，设备老旧效率低下。

另外，由于医院为24小时运营的多功能服务建筑，其照明系统的用能也远高于其他类型的公共机构，该医院照明系统共有12 400盏灯具，均为LED灯具，公共区域照明基本上为24小时运行。

1.5" 存在的问题

计量器具配备不达标。用能计量已配备一级进出用能单位计量表计，但是表计无数据传输功能，仅实现少量二级、三级用能计量；已配备智能电表未建设能源管理系统，无法实现数据在线采集。

能源统计工作薄弱。医院能源消耗原始记录、台账、报表和分析报告等资料不够完善，二级、三级计量范围未覆盖全院，能耗统计管理工作薄弱，未做能耗分析工作等。

医院中央空调未配置群控系统。系统运行及设备启停依靠人工经验操作，冷冻水泵、冷却水泵和冷却塔均为工频运行，无法根据末端负荷自动调节功率大小。空调系统末端未采用节能管控措施，容易存在开窗开空调等浪费问题。

分体空调管控困难。医院分体空调数量较多，日常运行管控较为困难，未采取有效的管控措施，容易存在滥用空调等问题，人力管理成本高。

照明系统无控制。医院照明系统基本采用LED灯具，采用人为操作开关方式，对于自然采光或照明需求较低区域暂未采取照明控制措施。

医院门诊楼楼顶存在闲置区域，未加以利用。

2" 医院节能策略研究

2.1" 智慧医院能源资源在线监管平台

针对目前医院用电、用水现状和计量器具配备情况，构建一个能源可视化管理平台显得尤为必要。通过这一平台，可以实现对主要用电、用水系统的实时监控和主要能源消耗指标的技术分析，为医院提供系统、完善的用电用水监控分析手段，有助于医院实施精细化管理，优化设备运行状态，提升能源利用效率，减少能源消耗及运营成本，最终达到提高整体经济效益的目的。

建立能源可视化管理平台的核心目标是增强医院现有的能源管理水平，通过对单位的日常运行维护和耗能行为方式实施有效的管理，采用科学可行的能源改善策略来实现节能减排。系统在能源供应及传输系统实时监控的基础上，对单位能耗信息、设备信息及运营信息进行统计、分析，得出与能源消耗及能源效率相关的决策性数据和信息，帮助管理人员了解历史和当前的能源使用状况，以及预测未来的能耗趋势，辅助管理人员做出正确的能源改善策略。

能源管理系统不仅可以帮助医院优化现有的能源管理流程，还可以形成客观的、以数据为依据的能源消耗评价体系，减少能源管理的成本，提高能源管理的效率，帮助管理者及时了解医院各区域的真实能耗情况并提出节能降耗的技术和管理措施。

2.2" 中央空调控制系统

根据医院中央空调系统设备配置和实际使用情况，对冷冻水泵、冷却水泵实施变频改造，并引入中央空调智能群控系统，以实现冷源设备的智能化和自动化运行。这不仅能提升空调的管理效率，还能有效降低空调系统的能耗。

针对现有中央空调系统使用情况和存在的问题，根据中央空调系统节能改造工程建设目标要求，以及当前先进的计算机集成控制技术，采用“多系统一平台”的设计理念，利用可扩展的模块化设计，将多个控制系统通过内部标准协议集成到中央空调冷源能效优化控制系统，实现系统间的数据互联共享和系统协调联动控制，确保中央空调系统中的各个设备能够协调运作，达到高效、节能的目的。

2.3" 中央空调系统末端改造

目前中央空调一般通过定时开关或者人工手动开关进行有规律的运作，在门窗闭合或者打开通风等条件下，并不会智能地响应环境变化，这在一定程度上造成了许多不必要的冷量浪费。除此之外，中央空调系统往往通过空调内部的传感器感知环境温湿度，并通过响应算法进行调节，并没有在外部适宜高度安装额外的传感器来获取更精确的环境数据，因此无法针对现场环境进行精确的调节。

为了解决这些问题，可以采用窗磁联动控制技术，通过窗磁、带信号接入的液晶温控面板，结合物联网技术采集更加有效的数据，并将采集到的信息通过空调群控系统进行联动与应用，以有效提高中央空调控制系统的智能化程度。具体来说，将现有传统的温控器更换为带窗磁感应功能的温控器；在每个房间的阳台铝合金窗、落地窗等处安装常闭型窗磁，当窗户打开时，窗磁传感器会发出信号使温控器关闭空调。如果有多个窗磁，则可通过2芯线手拉手串联后连接到温控器。

当智能温控器检测到门或者窗户被打开一段时间后（例如5 min），温控器会强制关闭空调，防止冷气流失。在这种情况下，即使尝试手动开启空调也不会成功。一旦窗户或门关闭并通过短暂确认期（例如1～2 min），温控器将恢复至正常状态，可自动调整空调至之前的状态，并且允许手动开关空调。

2.4" 分体空调集控系统

针对医院的分体空调，采用稳定性高、性价比优、实施便捷且维护简单的智慧节能远程集控系统，对医院病房内的分体空调进行集中控制管理。通过配置智能节能远程分体空调控制器，通过其内的转换模块实现与服务器的数据交互，从而实现对分体空调系统的智慧远程集控的目的。

要实现网络集中控制系统方案，需要以下3个关键组成部分：控制设备、网络架构以及后台软件。分体空调加装的智能节能远程分体空调控制器是以节能、管理、远程集中控制为目的的一种新型空调远程控制器，配置有红外控制模块、强制电源控制模块、远程通信模块。为了保证空调远程控制的稳定性和可靠性，网络架构方案使用有线网络，同时考虑到组网成本，每层楼只需要一条线材即可完成网络布置，选用RS485+以太网的网络模式。后台远程控制系统软件具备自动控制策略，可以实现对空调的自动开关、温度调节、实时监测以及绿色节能，这使得空调能够在预设的合理工作范围内运行，从而达到智能化和节能化的目标。这种系统不仅提高了能源效率，还简化了日常管理，降低了维护成本，为医院创造了一个更加舒适和可持续的环境。

2.5" 照明节能控制系统

通过物联网技术实现医院照明远程监控，可以有效管理和控制医院的照明系统。以“按需照明”为目标，从管理和节能2个角度对医院公共区域的照明灯具等进行全方位、精细化的节能控制和管理。管理人员可以通过一个统一的后台管理系统，对该部分照明进行远程控制。

这种系统既能根据事先预约的各种照明节能模式自动运行，也支持远程手动控制医院公共区域、办公楼以及户外照明灯具。这样不仅能够保证设备的可用性，延长设备的使用年限，还能在有效减少电力消耗的同时，保障医院的照度要求。

2.6" 可再生能源应用

可再生能源应用是医院节能策略中一个潜力巨大且环保的重要方向。医院可以根据自身的地理位置、建筑结构以及能源需求等实际情况，灵活选择适合的再生能源利用方式。

医院可以利用屋顶空地建设太阳能集热板，构建太阳能与空气源热泵耦合的集中热水系统，通常太阳能板吸热面应朝向南方布置，以最大化吸收太阳辐射热量。这种太阳能与空气源热泵耦合的集中热水系统，结合了太阳能和空气能热泵技术的优点，在不影响各自原有功能的基础上，不仅能够有效地克服太阳能本身所具有的低密度、间歇性和不稳定性等缺点，实现“全天候”的热水供应。同时该系统还可以达到节约高位能和减少环境污染的目的。

太阳能与空气源热泵耦合的集中热水系统基于热泵的节能性和集热器的高效性，在相同热负荷条件下，相比于传统的热水系统，太阳能热泵所需的集热器面积和蓄热器容积等都显著减小，使得整个系统结构更紧凑，并且在布局上也更加灵活。

太阳能与空气源热泵耦合的集中热水系统的运行模式主要包括以下几种情况。

1）太阳能加热生活热水：在大部分日照良好的晴天，系统主要依靠太阳能工作。此时，太阳能循环泵由系统控制器根据太阳能集热器和热水箱的温度进行自动控制，不断将集热器采集的热量通过中间换热器输送到热水箱中。

2）太阳能和热泵机组同时加热生活热水：在日照良好的晴天，如果热水系统的耗热量大于太阳能集热系统的有效供热量时，或太阳能集热器的数量相对较少不足以满足热水需求时，太阳能集热系统和空气源热泵机组会同时工作，共同向热水系统供热，确保热水供应充足。

3）热泵机组直接加热生活热水：在连续的阴雨天气或太阳辐射不足的情况下，热水系统所需热量完全由空气能热泵机组提供。此时，太阳能系统处于待机状态，而热泵机组单独工作对热水进行加热，保证热水供应的稳定性。

为了进一步保障热水供应的稳定性，系统还应配置变频恒压供水装置。该装置能够根据实际用水需求调整供水压力，确保水压恒定，提高用户的使用体验。此外，系统采用可编程定时、定温强制循环方式加热，通过设定具体的运行策略和运行模式，实现整个系统的自动运行控制。

另外医院还可以安装太阳能光伏板，将丰富的太阳能资源转化为电能，采用自发自用，余电上网的方式，减少对传统能源的依赖。

3" 结束语

本文深入探讨了医院用能系统的能耗特性，并据此提出了一系列旨在降低能源消耗、提高能源利用效率的节能策略。这些策略的核心目标在于构建一个既舒适又健康，同时满足节能减排要求的室内环境。具体措施涉及智慧医院能源资源在线监管平台建设、中央空调控制系统建设、中央空调系统末端改造、分体空调集控系统建设、照明节能控制系统建设，以及可再生能源的集成利用。采纳这些措施后，医院可显著提升节能效果，不仅有助于降低医院的运营成本，还能有效改善室内环境质量，对患者的康复及医护人员的工作效率产生积极影响。展望未来，随着节能技术的不断进步与创新，针对医院的节能控制策略将更加多样化、智能化，为医院的可持续发展提供坚实的支持。

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