上海三甲综合医院能耗和用能规律分析

朱惠

同济大学

上海三甲综合医院能耗和用能规律分析

朱惠

同济大学

选取了上海市3家新建三甲综合性医院作为研究对象，分别对其一整年度能源消耗进行研究分析，以此来归纳总结类似医院建筑典型季节和典型日的能源消耗变化规律，并从研究分析结果中提炼出医院建筑负荷测算表，可作为燃气分布式能源系统和其他类似节能产品的容量选型依据。

医院能耗；单位建筑面积能耗；电能消耗占比系数；燃气消耗占比系数

医院是我们社会结构中的重要一环，是保障民众身体健康的重要场所，作为一个集诊疗、康复、修养为一体的社会公共服务机构，全年24 h不间断运营，使得医院建筑总体能耗远远高于其他公共建筑。这些年随着国家对建筑节能和环保的不断重视，像医院这类高耗能建筑应当采取行之有效的节能减排措施。目前，新建和改建医院在前期项目可行性论证过程中就已考虑相关节能措施，而在设备配置和系统设计过程中，设计人员必须准确预测建筑物的用能情况和负荷变化趋势。随着计算机的应用普及，如今国内的建筑负荷计算可借助相关软件，对不同类型建筑物的能耗数据进行模拟计算，但是在应用时需要输入复杂的参数和定义边界条件，使之失去普遍代表意义。

为了能够准确的反应出目前医院建筑实际运营能耗情况，本文通过对上海“5+3+1”工程中的3家新建三甲医院运营能耗进行一年的跟踪调查，3家医院的投运时间都在3年以上，医院能耗基本趋于稳定。通过对这些实际运行数据的分析，最终获得医院建筑单位面积能耗、典型季节和典型日的能源消耗变化趋势，并将相关结果转化成负荷测算表格。

1 医院单位面积年能耗分析

根据研究需要，选取的3家医院分别为同一时期建设，分布在不同区域和不同规模的综合性医院，分别为医院A、医院B和医院C。选取这3家医院去年全年的能耗历史数据（见表1），并且根据当量热值计算，燃气消耗量按照每立方米天然气热值9.53 kWh（现场采样分析结果）转换成热值形式，得到各家医院的综合能耗总量，汇总于表2中。

表2 医院能源消耗量

如表2所示，医院的能源消耗主要是天然气和电力两种，而且由于医院规模不同和用能设备不同，3家医院之间的实际能源消耗量也有明显差异，为了能够直观的分析各医院的能耗使用情况，以单位面积年能耗的形式分别列于表3中。

表3 医院单位面积能耗

如表3所示，3家医院的单位建筑面积总能耗最低为196.4 kWh/m2y，最高212.9 kWh/m2y，平均总能耗约为204.3 kWh/m2y，虽然3家被调查的医院年总能耗和建筑面积存在一定差异，但是从医院单位建筑面积年总能耗角度分析，三家医院的实际能耗相近，收集的数据能够客观的反映出目前上海医院的耗能水平，而医院B由于采用了地源热泵空调系统作为节能手段，所以单位建筑年总能耗最低。

表1 医院电力和燃气用量统计表

2 医院逐月用能分析

2.1 医院逐月用电量分析

通过对医院每月用电数据的跟踪记录，可以得到三家医院全年用电量和用电变化趋势，如图1 所示。

图1 医院全年电力消耗量/kWh

由图1可知，医院A和医院C的用电变化趋势基本一致，1～5月和11～12月医院用电相对平稳，6～10月为医院的用电高峰期，其中7月和8月用电量最大，主要是夏季电空调运行导致。医院B的冬季用电不同于其他两家医院，在12月以后明显上升，其主要原因是冬季采用了地源热泵和燃气锅炉进行采暖，所以在冬季12月到来年3月间的用电量没有大幅下降。

根据图1中3家医院的逐月电力消耗数据，采用分摊比例的方式将每月用电与年用电总量进行比较，分别将每月电负荷占比系数列于表4中。

将表4中的医院电力消耗比例系数与日本医院建筑能耗预测手册中医院电力负荷预测系数进行比较，如图2所示，由此可知，日本用于测算医院每月电力负荷比例系数变化幅度较小，而三家医院的实际电力负荷比例系数在非夏季变化幅度不大，在夏季制冷期间明显上升而且远远高于日本的测算比例系数，通过这两组数据的对比可以发现，我们的用电情况与日本相比还是存在很大差异。

2.2 医院逐月用气量分析

图2为3家医院的每月天然气用量变化趋势图。由图可知，医院A和医院C的用气变化趋势基本一致，冬季用气量较大，主要是采暖季采用燃烧天然气的方式进行采暖。医院B冬季燃气低于其他两家医院，主要是医院B采暖采用了地源热泵和天然气锅炉补充的方式，夏季为燃气用量最低，主要用于制取生活热水和少量蒸汽。

由图3可知，三家医院全年天然气消耗量变化趋势，通过计算可得出每月天然气占全年用能的比例系数。天然气低位热值取34.3 MJ/m³，计算结果列于表5中。

2.3 医院逐日电负荷分析

由图1可知，医院全年用电负荷存在较大的峰谷差，而造成这一现象的主要原因跟气候变化有关，根据上海气候变换特征，分别选取1月、4月和8月的电负荷作为医院用电负荷典型月份进行分析，并对医院典型月内的24小时用电情况跟踪分析。图4是医院一月份每日的逐时用电情况，图5是医院4月份每日逐时用电情况，图6是医院8月份每日逐时用电情况。

表4 医院月电负荷占比系数

图2 医院月用电比例图

图3 医院全年天然气消耗量

表5 医院月燃气能耗占比

根据图4、图5、图6中典型月份的电负荷变化情况，大致可以得出医院的电力负荷变化具有一定的规律。通过平均每个时点的电力负荷，可以得到医院在夏期、过渡期和采暖期中24 h各时点的负荷占比系数， 如表6所示。

2.4 医院热水负荷分析

医院生活热水分析，主要根据医院每月热水锅炉所消耗的天然气总量，模拟计算出每月生活热水负荷，结果列于表7中。天然气气低位热值取34.3 MJ/m3,锅炉效率0.9，温差45℃的热水量。

表6 医院24h电力负荷系数

图4 1月24 h趋势图

图6 8月24 h趋势图

表7 医院生活热水用量

由表7可知，医院全年生活热水使用量最大月是12月和1月，使用量较小的月份在4月和5月，最大月使用量是最小月使用量的1.5倍，基本符合上海地区生活热水使用特征，在热水使用淡季时，平均热水消耗量在140 L/（床·d）左右，在生活热水使用旺季时，平均热水消耗量在219 L/（床·d）。根据医院日常热水使用规律，医院热水使用通常在几个特定的时间段，而且瞬时用量大，具有峰谷差大、使用集中等特点。

3 结语

（1）通过对上海3家综合医院的实际用能情况跟踪调查，获取了医院全年的能耗数据，并对相关能耗数据进行了整理和分析，客观的反映出目前现代化医院建筑的能耗水平。医院电力和热水负荷具有一定的周期性和规律性，各阶段负荷变化一致性好，全年电力消耗总量大，夏季采用电制冷机时电负荷突增外，其余时间内负荷波动较小。

（2）通过对医院能耗数据进一步分析研究，得出了现阶段医院建筑单位面积年能耗预测参考数值204 kWh/m2y，以及医院建筑在典型日的全天24h电力负荷变化规律，并且总结出了逐时电力占比系数。

（3）原先借用日本预测医院单位面积年能耗参考数值远远高于本文所实测的医院能耗数据，虽然逐月电力负荷变化趋势类似，但是在夏季制冷期的电力负荷远大于日本，平时电力负荷低于日本，所以日本用于医院负荷测算的系数并不适合我国医院的能耗预测。

（4）由医院热水锅炉天然气消耗历史数据，得到了医院建筑每月生活热水热负荷需求占全年总能耗的比例系数。

（5）空调系统采用地源热泵机组后，医院建筑单位面积能耗下降5%左右。

Analysis on Third-Level Grade-A Comprehensive Hospital Energy Consumption and Energy Utilization in Shanghai

Zhu Hui
Tongji University

The article chooses three newly-built third-level grad-A comprehensive hospitals as study example and analyzes annual energy consumption to conclude inductive summary of similar hospital architecture including energy consumption changes features of typical season and typical day. The author puts forward hospital architecture load measuring table from study analysis result to provide reference to capacity selection of gas-fired distributed energy system and other similar energy saving product.

Hospital Energy Consumption,Energy Consumption Per Area,Electric Power Consumption Ratio Coefficient,Gas-Fired Consumption Ratio Coefficient

10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2017.04.010