基于能耗监管平台的医院节能管理方法探讨

魏泽元，杨杰，唐晓薇

中国医学科学院阜外医院 a. 能源管理办公室；b. 后勤保障处；c. 项目建设办公室，北京 100037

引言

节约资源和保护环境是我国的基本国策，推进节能减排工作，加快建设资源节约型、环境友好型社会是我国经济社会发展的重大战略任务。根据中德技术合作“公共建筑（中小学校和医院）节能”项目的调研结果，500床综合医院能耗值达1400 tce/年，远超500 tce/年的重点用能建筑标准。100家医院能效调查显示单位面积能耗费用排名前10位的医院为154.6～227元/m2；各类型医院平均能耗费用占医院总费用的2.09%，已经达到了德国的水平（德国医院能耗费用占总费用的2.5%）。相较于我国的经济发展水平，我国的医院能耗已经接近发达国家的水平。同时，我国的医院多数采取风机盘管+新风系统或者VRV系统，该种空调型式的舒适性远低于发达国家普遍采取的全空调系统，如果按照目前我国医院的能耗水平发展下去，其单位面积的能耗会远超发达国家，因此我国医院的节能工作刻不容缓。

为此，2014年卫计委联合发改委、财政部开展节约型医院建设工作，启动了医院能耗监管系统建设。同时在医改的大环境下，为了提高医院的竞争力，提升医院的可持续发展水平，医院管理者和研究人员针对于医院能耗监管平台和节能工作进行了大量的研究工作。管德赛等[1]提出后勤保障工作实行精细化管理不但能最大限度的降低管理成本，而且能提高生产效益和员工整体素质。朱永松等[2]分析了大型综合性医院的运行和用能特点,以及医院在基建修建节能管理、行为节能管理、节能组织体系与制度建设、技术节能管理等方面所面临的问题和解决途径。胡晓妍等[3]提出通过搭建能耗监测平台完成能耗数据的智能采集和分析。姚庆梅等[4]提出了省级医院建筑节能监测系统整体架构理念，通过研发医院建筑节能监测系统软件，提出监测系统软件设计架构,阐述监测系统子系统架构及各功能模块。朱小洁[5]提出以自动化控制系统来实现中央空调的节能控制，降低空调系统的运营成本。谢建中[6]从锅炉安装、运行保障、安全检查3个方面概述了医院锅炉安全运行管理的重点，结合节能降耗的背景，从合理调节空气配比、降低燃气锅炉的排烟湿度等方面提出了燃气蒸汽锅炉的节能措施。

目前，针对于医院的能耗监管平台多集中在建设系统的过程，同时对于医院的节能工作的研究往往集中在少量的数据支撑下的管理节能和技术节能，而能耗监管平台和节能工作的有机融合的研究却很少，因此有必要针对基于能耗监管平台的节能管理工作进行研究[7-10]。本文以阜外医院的节能工作为研究对象，阐述了医院在能耗监管平台的基础上开展的节能管理工作，总结了该方面的管理经验。故建立一套完整的能耗监管平台，对用能进行合理的拆分是进行深入能源管理的基础。

1 能耗监管平台的建设

医院的节能管理工作包括两大步骤：建设能耗监管平台，基于能耗监管平台进行日常节能管理工作。医院在物业分类中，属于特种分类，其用电结构与一般公共建筑有一定的类似，但又需要满足安全、卫生和对患者的康复需要[11-14]。医院能源应用结构复杂，用电设备种类繁多，有大型设备需要24 h长期开启，也有高负载的暖通空调系统需要开启，同时加上不断引进的各种新医疗设备与附加服务的用电，其用能结构要比一般公共建筑要复杂许多。

根据医院的用电特点，同时从管理需求出发，对阜外医院的用电进行了两大类分项：医疗专用设备用能、建筑其他机电设备用能，具体的分类见表1。

其中，本项目医疗专用设备用电又分成两大类，一是与室内空气环境相关净化系统用电，一是各种医疗专用设备的直接用电。室内空气环境净化系统的用电设备本质上为各种空气净化排风机、送风机、大型空调机组、大型空气净化器等，其设备本身与一般公共建筑同类型的设备并无本质区别，但是其开启策略不一致，医院内室内空气环境净化系统的设备的用电需求是长期的必须的不可间歇的，大型公共建筑根据不同的业态类型，是日常变化的间歇的。

医疗专用设备的直接用电，主要划分为医疗信息中心用电、重症监护室用电、手术区用电、体验区用电，大型医疗设备用电及普通医疗设备用电等，其用电结构复杂，是医院日常医疗运行的基本需求。

医院的建筑其它机电设备用能，与一般公共建筑分项方式一致，主要包括照明插座用电，空调用电以及动力用电。照明插座用电，由于其实际末端复杂，一般建筑难以完全拆分照明灯具以及底下插座的用电，本项目同样仅计量到普通照明用电、应急照明用电两个主要类别。空调用电主要包括冷热站用电，空调末端用电及独立空调用电，同时把净化系统用电作为空调用电的一个子项，但是并不影响净化系统作为一个医院独有的用电分项进行分析。动力用电主要包括电梯、排水泵及通风机，其用电一般比较稳定。以上明确定义的不同类型的用电设备，根据其实际用途会有不同的用电规律，能耗监管平台监测其用电，其最大的意义在于将其纳入可监管的范围，同时辅以日、月工作的管理要求，例如对水泵的用电就可有明确的管理手段，每月、每日甚至没小时用电都必须在要求之内，但水泵的使用电耗超过的要求范围，必然是实际运行出现问题。

基于上述的医院用能的特点和要求，建立符合医院现状的能耗模型，并结合医院的管理情况，促进医院的管理节能工作的从粗放型管理阶段向精细化管理阶段的提升。

能耗监管平台本质上为一个弱电系统，集成了建筑各种类型的用能数据，包括详细分项的用电数据，也包括以分户为基础进行计量的水、燃气数据。如何利用以上的数据进行有效的能耗监管，是医院能源管理领导小组的重点研究方向。

2 基于能耗监管平台的医院节能管理工作

医院的节能工作分为技术节能和管理节能两大类，下面分别阐述基于平台实现的节能工作。

2.1 技术节能评估方法

评估医院节能技术改造的可行性主要依赖于两个核心数据：年节能量和投资额，通常投资额是相对固定的，但是对于节能量的评估是医院开展节能工作的难点。医院建筑总体性能耗中：暖通空调系统、医疗设备和照明的占比分列前三位，由于医疗设备的特殊性，医院的技术节能主要围绕在照明节能和空调节能两大部分。

2.2 照明节能评估方法与能耗监管平台的结合

照明节能最常见的措施是高效节能灯具的更换，其评估的方法分为能耗账单法和产品单耗对比法。

式(1)中：E节能量是评估的年节能量；E改造前是改造前的年用电量，可由安装在独立照明回路的电表测得；E改造后是改造后的年用电量；E调整是由于外部因素造成的能耗变化，通常针对于照明系统可忽略。

表1 医院能耗分类结构

能耗账单法采取的是通过直接对比改造前后的能耗数据来确定节能量，计算方法见上式。一方面，由于很多医院的照明回路与插座回路共用，无法将照明能耗直接拆分；另一方面，即使照明有独立回路，但是改造前也难以获取改造后的直接能耗数据。因此该种方法并不适用于节能量的事前评估，但是可用于照明系统技术改造的事后评估。

式(2)中：ni是第i种灯具的数量；Wi改造前是第i种原灯具的运行功率，可直接测量；Wi改造后是第i种改造后灯具的运行功率，可直接测量；ti是第i种灯具的年运行时间。

产品单耗对比法是针对于灯具直接测量原照明灯具和改造后灯具的单个功耗，然后通过估算运行时间，经过简单计算来获取改造后的节能量。该种评估方法最大的难点在于年运行时间的估算，通过能耗监管平台采集的用电数据结合人员的现场调研可以较为客观的估算照明系统的年节电量。

空调节能评估方法与能耗监管平台的结合。空调节能最常见的评估的方法分为能耗账单法、直接对比法和模拟软件法。空调节能评估采取能耗账单法与照明系统类似，仅适用于项目的事后评估，需要注意的是这种评估也是需要基于空调系统的能耗数据，因此能耗监管平台建设时需要考虑空调系统的能耗点位设计。直接对比法是分别统计在典型工况下节能措施开启和关闭时的能源消耗量，从而获得该项节能措施的节能率，再结合改造后的能耗数据计算出节能量。该种评估通常适用于空调节能控制系统的事后评估，其核心仍然是基于能耗监管平台的空调能耗数据的采集。模拟软件法是采取模拟软件模拟节能改造应用前后的能耗状况，以此作为节能评估的依据。该种评估通常适用于建筑整体改造措施，特别是建筑外围护结构改造等内容。该种评估方法是唯一可不依赖于能耗监管平台的数据支撑的节能评估方法，由于其专业性过强且难于操作，因此实际项目上很少采取此种评估方法。综上所述，医院的节能评估多数都是需要基于现有的能耗数据的基础之上的，而由于缺少数据支撑而造成节能量的评估误差甚至影响到整个项目的投资经济性决策的失误的案例不在少数，因此能耗监管平台与节能评估的有机融合是医院进行技术节能的核心方法。

管理节能方法一个稳定运行的建筑，明确定义的用电设备是有其明确的用电规律的，这是进行日常节能管理工作的基础，同时只有对其用电结果进行强有力的管控，才能保障建筑的用电不出现随着时间推移日渐增长的趋势。本项目在能耗平台应用上面，首次提出了精细化运行管理的工作要求，克服了前期工作难度大问题后，逐步建立起基于能耗监管平台数据的精细化管理办法及策略研究迭代制度，一是建立了一套适用与项目本身用能情况切实可行的管理办法，二是建立了可适应医院不断增加、变化设备的设备运行策略管理及迭代机制。能耗监管平台的主要功能是对能耗使用的监测，日常的工作围绕着两个问题开展：① 是否按照要求的运行策略运行；② 设备运行策略的合理性。

基于两个主要的问题，医院能源管理平台小组开展了一系列的日常管理工作，保障不同类型的能耗在日常管理控制范围内。建立医院节能降耗制度，开展日常能耗管理工作，每日/每周/每月，由能耗负责人对医院重点配电能耗进行分析并落实管理工作，对重点设备日用电范围进行落实，并进行相关的管理动作。

正常用电范围按以下方式定义：区分工作日、周六、周日、国家法定节假日（春节及国庆节除外）、春节及国庆节共5个不同类型的日期，取每一个配电支路历史能耗均值在-5%～+3%范围内为正常电耗，制定重点设备能耗正常范围表格。当重点设备超过正常范围时，采取以下工作：超出用电不超过200 kWh时，进行日常记录，并与设备直接对应负责人联系，进行初步沟通确认；超过用电超过200 kWh，进行日常记录，同时要求设备直接负责人进行书面反馈。每周/每月汇总报告中，落实本周/本月超额设备清单，逐一进行确认。

2.3 建立医院设备运行研究制度

建立医院设备运行研究制度，对重点设备运行规律进行研究，研究的主要范围包括：暖通空调系统包括冷源侧的冷机、冷冻水泵等，以及末端的空调机组、新风机等设备的实际运行需要和既定的运行策略匹配，同时对其因天气或其它特殊情况需要多开设备的情况进行详细记录，总结设备的最优运行方式；室内空气环境相关净化系统包括是否按照既定的运行策略运行，对夜间使用量较高的原因进行深入分析；动力设备包括用电较少，研究其日用电规律是否在正常范围，并确认夜间生活水泵用电较高的实际原因，后通过优化改造有效降低了其电耗。运行制度，见表2。

表2 运行制度简介

3 典型能耗管理案例

上文提及，本项目建立了一套切实可行的能耗管理办法，在日常的工作中，发现了非常多的能耗应用问题，后续通过深入的排查分析及挖掘，对异常的用电进行深入研究，并以大量的数据作为基础，建立了适用于项目本身特点的管理办法。

图1展示了是一个典型的设备运行问题，根据其用电设备上报结果，可用电时间范围是7～20点，但是实际在凌晨时间段仍有部分用电，节能管理小组按照约定规则进行工作：① 次日发现，进行日常记录，与负责人联系沟通，并承诺当天跟进；② 周例会反馈，并明确多用电的具体设备；③ 沟通再次确认用电类型是否必须要。图1、2是一次典型的夜间用电设备开启后无关闭的行为，被发现了实时整改，后续无再次出现相同能耗应用问题。

图1 运行能耗问题发现前后对比

图2 6月19日实际运行能耗与约束能耗值的对比

4 两年总能耗分析

在日常管理办法的严格执行实施下，医院能耗使用量日渐趋于稳定，目前可保障当无进行新的大型改造前，单位面积能耗在稳定水平。

2016～2017年两年，本项目能耗监管平台进行计量总用电为4677万度电，各个主要分项用电结果，见表3。

表3 2016至2017年能耗占比

如表3可以看出，本项目2016～2017两年，空调用电占比大部分比例，达到64.8%，其中包括冷热站用电，空调末端用电及独立空调用电以及净化系统用电，故其是节能工作的重点目标，本项目的精细化管理以及节能改造工作的主要方向也是针对该系统进行，见图3，可发现本项目空调用电里，冷热站用电及净化用电系统占比较高，均在40%左右，均占医院总用电约1/4，是节能工作的重点。

图3 医院2016至2017年医院空调系统用电比例

第二高的用电分项为医疗专用设备，其用电占比约为1/5，同时考虑其实际用电复杂，设备对安全性能要求较高，在实际工作中，是节能管理工作的重点，一般对其用每日、每月用电进行大类管理，如当月用电超过上限，则针对其具体用电问题进行论证研究分析。

照明插座及动力设备用电较低，前者实际的用电末端非常复杂，既包括了所有楼宇的照明灯具，又包括了病房等区域的插座用电，在日常能耗管理工作中，该数据主要作为管理参考值，并无设定严格考核值；后者用电较低，但是其用电末端非常明确，其用电规律非常明确，日常管理中对其进行严格要求，其用电实际比例低也是本项目两年严格管理的结果。

综上，本项目在未来工作中，节能工作的重点方向非常明确：重点对分别占建筑总用电1/4的空调冷热站用电以及净化系统用电进行严格的管理，同时进行相关的节能改造工作，对已经明确定义的其它用电末端，实施严格的用电日常管理工作。

5 基于能耗数据分析的节能工作开展

2015年底能耗监管平台上线后，本项目基于能耗监管平台的数据基础进行了大量的工作，依据对能耗数据分析的结果，重点对空调等设备进行了节能改造工作。

（1）空调系统：淘汰老旧高耗能机组设备，新设备选型重点考虑节能。空调系统设备定期维护保养，确保不因清洁不及时而造成能耗增加。通过更新节能型水泵、新风机组、净化机组、分体空调等技术节能手段及定期维护保养等良好的管理节能手段，使得空调系统用电量方面维持平稳增长水平。

（2）锅炉系统：通过采用节能型锅炉加之日常的精细化管理等措施使近3年内天然气用量呈现平稳增长水平，并被北京市质监局评为安全与节能减排管理标杆锅炉房。

（3）照明系统：通过对科研楼7、8、9层信息中心及地下一层营养室进行照明节能改造、将全部老旧白炽灯统一更换为节能型LED灯具，更换日光灯管使用节能型约2000个，各种节能光源灯管总计约1000条。加之对员工大量的节能宣传教育等措施使得用电量近3年基本保持平稳水平。

（4）电梯系统：通过将老旧电梯机房设备更换为新型节能型设备。新大楼电梯安装全部选择三菱节能型电梯，从根本上保证了电梯运行的电力消耗。加之日常定期保质的维护保养手段使得我院电梯安全、节能、无事故运行多年。

6 总结

一般医院建筑，随着使用年份的增加，设备的老化，能耗会呈现非常明显的上涨趋势，但本项目的单位建筑用电水平，2015～2017年逐年下降，这得益于本项目能耗监管平台的高效使用以及能源管理平台小组的努力。总的来说，医院的能耗需要有强有力的日常监管以及精细化的设备操作及管理，运行管理工作在做好保障性措施的基础上，有效利用监管平台进行日常工作，是提高医院能源管理水平一个非常高效的方式。