上海大型医院能耗评估及节能分析

窦逸峰，杨洪海，朱学锦，朱 喆，张秋艳，马文礼

(1．东华大学 环境科学与工程学院，上海 201600;2．上海建筑设计研究院有限公司，上海 200040)

0 引言

随着医学技术的飞速发展，医院建筑已经与我们平常生活密不可分。由于其使用功能最为复杂，医院建筑成为公共建筑中用能最高的，其能耗是一般公共建筑的1．6 ～2 倍;医院能耗占实用建筑部门能耗总量的6%左右，但在节能减排的大环境下医院节能研究相对滞后［1－3］。随着越来越多的关注全球变暖问题，建筑物的能源效率引起了高度重视［4］。据2004 年的统计，我国既有的综合类医院12 902 家，专科类医院有2 494 家，其中绝大部分位于各城市的中心地带［5］。现阶段医院建筑的能耗主要由供暖、空调、生活热水、照明、动力、办公设备、医疗设备、食堂及其他设备九部份构成，其能源形式包括冷、热、电、水、蒸汽、燃气、燃油、燃煤及各种医用气体。其能耗结构复杂、能源形式多样，从而导致医院建筑能耗普遍偏大［6］。根据路宾等人调查:上海医院建筑能耗整体水平较高，各医院间差别较大，有较大节能潜力［7］;通过节能改造可以降低医院运行成本，减轻医疗成本负担，大多数医院可能获得30%以上的节能效益［8－9］。本文通过对上海市12家医院的2010 年至2012 年能源消费情况进行统计，对医院的能耗特点进行了分析，并针对其特点提出了上海医院类建筑相关的节能策略和措施供相关单位参考。

1 上海医院建筑基本情况

本文主要针对上海12 家大型医院的能源消耗情况进行数据整理及其具体分析(数据来源:上海申康卫生基建管理有限公司)，针对不同的医院类型，通过查阅各个医院的相关资料得到各医院的占地面积、制冷、制热机组的类型，并将其归类整理，如表1 所示。

表1 医院基本情况

2 医院能耗分析

2．1 折标系数选取

折标系数是一种能源计量当量，计算某种能源的能源量时与标准燃料的热值相对应的数量。国际上采用的标准燃料有两种:煤和油。其中电力有两种折算系数:一种是当量热值，即按3 596 kJ/kW·h计算，其折算标准煤系数为0．1229 kg/kW·h(国际上普遍采用);另一种是等价热值，按11 826 kJ/kW·h计算，折算系数为0．366 kJ/kW·h［10］。

当量热值和等价热值各有利弊，各有用途，应区别不同情况和目的而灵活选用。在当前的日常工作中规定，各用能单位在统计能源的各项指标时，均按等价热值计算，而在能源加工转换企业统计加工转换平衡时，则按当量热值统计［11］。本文采用等价热值。

查得各能源折标系数记录如表2 所示。

表2 折标系数(标煤)

2．2 医院能耗结构及年消耗量结构分析

上海市12 家医院能源使用差异较大，现将各医院能源使用情况进行数据统计和整理，所消耗情况如图1(a)～1(c)所示，分别对应2010 ～2012 年能源消耗结构。

从图1 可以看出:

图1 上海市12 家医院2010 ～2012 年能源消耗结构图

(1)上海市医院能源结构由电力、煤气、天然气、柴油等构成，其中电力和煤气为主要能源;

(2)2010 ～2012 年，电力消耗的比重较为稳定，占总消耗的56% ～60%，但消耗总量逐年增加;

(3)煤气和燃煤的消耗量呈逐年下降趋势，天然气的使用量则逐年上升，说明上海市燃气使用正在由煤气向天然气转型之中。

图2 上海市医院年单位面积能耗

图2 为上海市12 家医院年单位面积能耗情况。分析可知:

(1)上海市医院年平均单位面积能耗在2010年至2012 年间逐年增加，由96．3 kg(标煤)/m2增至107．9 kg(标煤)/m2;年均用能量增加长趋势明显。

(2)比较12 家医院可知，1#、4#、5#、9#、12#医院年均能耗呈上升趋势，3#、8#医院呈下降趋势;以3#医院为例，年均能耗从2010 年142 kg(标煤)/m2降至2012 年116 kg(标煤)/m2;分析发现该医院能源使用结构发生了较大的变化，电力使用比例大幅度上升，从2010 年58%上升至2012 年72%;煤气的使用比例大幅度下降从2010 年40%降至2012 年3%;天然气从2010 年的0%增加到2012 年25%，到2012 年煤气的使用大部分被天然气(25%)和电力所取代。

(3)各个医院年均能耗差距巨大，其中2#医院最低为18 kg(标煤)/m2，6#医院最高为218 kg/m2。分析发现，对于2#医院，其教学和科研占地面积较大，相应的空调使用率及负荷较低，降低了单位面积年均能耗。比较还发现，2#医院冬季使用风冷热泵机组供热，性能系数较高;6#医院冬季使用燃气及燃煤锅炉供热，供热系数较低。

2．3 医院主要能源月消耗分析

通过对医院的能耗结构分析知，医院的主要能源为电力和煤气，其余能源所占的比重较小;因此对电力和煤气的各月份使用量(单位均为标准煤)分析，可以得出上海市医院能源消耗的时间特征，见图3(a)、图3(b)。

图3 上海市12 家医院电量及煤气月消耗情况

由图3(a)我们可以看出，上海市医院各年用电高峰都主要集中于6 ～9 月份，并且在每年1 月和12 月有一个次高峰。

从图3(b)可以看出，各年煤气量使用高峰主要集中于1 ～2 月，并在8 月份有一次高峰。说明医院能耗在季节上存在较大差异，在夏季，气候炎热，空调负荷大，耗电量大;在冬季，天气寒冷，空调热负荷及生活热负荷增加，且大多数医院采用燃气锅炉供热，因此煤气使用量较其他月份大。

从图3(c)可以看出，上海医院各月份用水量较为稳定。另外，计算表明，上海医院的年平均单位面积用水量较大，2010 年为9．2 t/m2·a，2011 年为6．9 t/m2·a，2012 年为7． 5 t/m2·a。以排放废水量为7.5 t/m2·a 为例，取进、出口水温差5℃，可得余热量15 万kJ/m2·a，采用污水源热泵时，取夏季COP为4．5，冬季COP 为3．0［12］，可分别供冷12．2 万kJ/m2·a，供热22．19 万kJ/m2·a。

3 医院节能策略和措施的探讨

为更好的节能降耗，对医院今后的节能改造提出以下几点建议:

(1)选择合理的冷热源方案。对一些年代久远的医院进行能源设备改造，进行冷水机组及热泵机组的更新换代，如将蒸汽型溴化锂吸收式冷水机组及全自动燃油燃气蒸汽锅炉改为电制冷+锅炉供热;新建医院应采用较为先进的冷热源机组，如采用三联供、冰蓄冷、地源热泵、太阳能集热等系统。

(2)部分医院使用燃煤锅炉，对环境污染较大。上海市拟定于2015 年年底之前取消所有的中小型燃煤锅炉，因此此类医院需进行能源改造。

(3)医院全年用水量稳定且废热量大，因此可以对医院的废水进行余热回收，如采用污水源热泵;

(4)开发利用新能源及可再生能源。医院占地面积较大，可适当选用地源热泵系统，其具有高效节能、环境污染小、运行稳定可靠、运行费用低等优点，是目前较为成熟的供暖制冷技术。在建筑屋顶安装太阳能集热系统，提供生活用热水，降低能耗，但需配蓄水池增加系统稳定性。

(5)医院暖通空调系统中采用其他节能技术。通过灵活布局设计与分区，并采用热回收、冷却塔供冷、蓄冷技术、变频调速技术、设备自动化系统等先进手段，以达到节能的目的。

(6)改善医院运行管理。随着医疗水平的飞速发展和人民生活质量的提高，医院就诊量随之迅速提高，因此要加强运行管理，避免不必要的能源消耗;同时，对医院就诊人员进行充分的节能宣传在适当处张贴节约标语，养成人们良好的行为习惯，减少铺张浪费。

4 结论

本文通过对上海市12 家医院综合医院2010 ～2012 年能耗分析，得到以下结论:

(1)上海市医院能耗总体以电力、煤气为主要能源，且电力和天然气的比重逐年增加，煤气和燃煤的比重逐年下降;各家医院能耗差别较大，总体逐年上升;

(2)医院的能源使用具有明显的季节特征，其中用电量主要集中在6 ～9 月，煤气使用主要在1月、2 月;

(3)部分医院使用燃煤锅炉，对环境污染较大，需进行节能改造。对于新建医院，建议采用较为先进的冷热源机组，如采用三联供、冰蓄冷、地源热泵及太阳能集热等系统，提高新能源及可再生能源在能源供应中的比例。

(4)医院排污水量较为稳定，且余热回收利用潜力较大，可采用污水源热泵;

(5)通过改善医院运行管理以及其它暖通空调相关技术达到节能减排的作用。

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