大型分散式布局综合医院节能低碳发展路径思考

程子伟（上海市中医医院， 上海 200071）

随着我国国民经济的持续发展，医院建设取得了前所未有的发展。新兴医疗学科、高科技医疗技术与诊疗设备对建筑功能、设备设施系统、就医环境和工作环境等提出了更高的要求。因此，医院建设规模扩大的同时，能耗不断上升使得医院成为能耗最大的公共建筑之一，其能耗是一般公共建筑的 1.6～2.0 倍。

上海交通大学医学院附属新华医院创建于 1958年，目前已是学科门类齐全、具有专业特色，集医、教、研和管理于一体的综合性三级甲等医院。医院从“九五”时期开始，陆续建成了外科综合楼、科技楼、医疗保健综合楼、儿科综合楼等 28 栋单体建筑，建筑面积由初期的约 7 万 m2扩增至约 25 万 m2，建筑面积扩增 3 倍多，占地面积由 70 亩（约 46666.67 m2）扩增至 107 亩（约 71333.33 m2）。早期建设缺少总体规划与发展构想，导致院区建筑布局分散，业务形式与建筑功能较为复杂。

以新华医院为典型案例，深入探索分析上海市大型分散式布局综合医院的节能路径，研究建立实现医院节能、安全、高效运行管理的方法体系，对全社会层面实现高质量可持续发展具有重要的指导意义。

1 医院布局与能源管理关系探讨

1.1 医院布局分类

基于医院建筑总体布局的特点，可将医院平面布局分为相对分散式、半集中式、集中式三种类型[1-2]，详见表 1 。

表1 三类医院布局形式及其特征

（1）分散式布局。在分散式布局中，各建筑之间相对独立设置，各部分医疗功能和服务用房分别布置于独立的建筑物内，根据功能关系疏密与否，选择性地加设连廊连接。新华医院目前的院区建筑分布符合分散式布局的特征。

（2）半集中式布局。半集中式布局往往将门诊、医技和住院功能区进行独立设置，通过连廊将建筑连为一体。根据连廊和各单体建筑的关联形式，又可分为轴线连通式和枝状串联式。半集中式的建筑功能组合形式，具有节约用地、流线便捷等特点。

（3）集中式布局。集中式将门诊、医技和病房等主要医疗功能揉和在一个主体建筑物内，是近年来发展较快的一种组合模式。此种模式布局紧凑，适应大中城市日益紧张的用地状况。

1.2 分散式布局对能耗影响

重点围绕医院的分散式布局与能源使用，特别是供热系统之间的关系进行了分析和总结。目前医院分散式布局与能源管理之间的矛盾，主要表现在以下 3 个方面。

（1）建筑组团呈水平分散式布局，供热输送距离增加，系统效率降低。医院早期规划建设的锅炉房采用集中供热方式，蒸汽锅炉集中产生蒸汽供冬季采暖、全年生活用热水、医疗器械消毒、衣物洗涤以及食堂蒸汽使用。新华医院锅炉房布置在医院西北角位置，锅炉系统蒸汽管道最长距离约 1300 m，面临管网复杂、用能分布区域广、输送距离远、沿途跑冒滴漏严重、传输热量损耗高等问题。医院锅炉房与供热区域位置如图 1 所示。

图1 新华医院锅炉房与供热区域位置示意图

（2）单体建筑竖向呈多功能多科室混合布局，用能负荷分散，系统低效运行。医院提供医疗服务科室部门主要有急诊部、门诊部、医技科、住院部、手术室、康复中心等。各科室用能规律不统一，导致建筑日内负荷变化较大。在这种情况下，锅炉处于低负荷率运行，从而导致“大马拉小车”现象。

（3）空间流线复杂分散，人员活动效率低，时间长。大型综合医院业务规模较大，人员流动频繁。一方面导致医院内部垂直交通能耗增加；另一方面，流线分散也导致病人在各区域、各楼栋之间穿梭，影响楼内空调气流组织，促使楼内冷量/热量向外部散失，增加了系统的负荷需求，导致能耗上升。

1.3 分散式布局能源管理难点

（1）管理范围广，设备复杂多样。医院能源结构复杂，用电设备种类繁多，其用能系统要比一般公共建筑要复杂许多。例如，对于新华医院供暖时，蒸汽通过蒸汽管道输送至各主要大楼的分汽缸，再根据“汽－水”换热器进行“水－水”换热，提供末端所需生活热水及冬季采暖。蒸汽从锅炉房出来，沿途经过 5 个区域换热站，设备繁多，管理模式复杂多样[3]。

（2）节能改造难度大、周期较长 。医院在运行过程中需要为病人提供全天候保障。为实现对医院能源的有效管理，实施节能改造措施是可行途径之一。医院实施设备改造应在确保医院正常运营的条件下逐步实施，对改造的合理顺序进行周密安排，确保新老系统过渡的合理性和可实施性。改造前应制定分期规划，因此医院节能改造实施周期长、协调因素较多，导致节能改造过程较为复杂。

2 分散式布局医院实施能源精细化管理的必要性

精细化管理作为一种管理理念和管理技术，已成功运用于各种复杂系统的管理中，也同样适合于大型分散式布局医院的能源管理。基于“关注精细、立足专业、科学量化”的原则，医院通过制度标准化、流程标准化，内部形成一套能源计量→能耗分析→节能措施→量化评估的闭环能源管理机制。通过能源计量、能耗分析等标准化流程，定量评估能源成本与业务量的关联关系，进而挖掘节能空间。随着数据的积累以及不断改进，形成医院切实可行的能源绩效指标，并为精细化管理提供量化、准确的考核要求，最终使得医院的能源管理工作实现目标明确、考核有据、流程高效、持续运行。

3 医院能源精细化管理体系建设路径

3.1 总体规划

总体规划先要摸清家底、掌握现状。通过对建筑能源使用情况进行一次全方位的“体检”，并出具“体检报告”，了解在能源管理工作中存在的问题和不足，在此基础上建立医院中长期总体节能规划。为保证医院建设的高效和经济，无论是新医院建设，还是老医院改造，都应制定一个基本建设总体规划，进而指导一定时期内的医院建设工作，保证建设发展的科学性，确保规划先行，分步实施。2018年，新华医院委托上海建科院开展能源审计，通过审计主要解决了3 个问题。

（1）掌握能源结构，把握节能重点。分析发现医院建筑总能耗中，采暖空调系统能耗占比为 25%；生活热水系统能耗占比为 8%，照明系统能耗占比为 13%。这 3 部分的内容应作为节能的重点。此外，由于缺少精细化能源计量手段，计量器具配备率不高，所以 46% 的能耗无法进行详细拆分，而这部分能耗主要是医疗设备用能。

（2）分析节能漏洞，测算节能空间。通过第三方专业机构对医院进行用能“体检”，出具专业能源审计报告。医院初步分析存在 20% 的节能空间，可以进行照明的节能控制、集中蒸汽锅炉改造、溴化锂机组改造等节能措施。

（3）系统诊断问题所在，提出节能规划。结合医院中长期发展规划，从节能技改措施、能源资源日常运行管理制度建设、基于精细化的智慧能源管理系统建立 3 方面提出节能可持续发展建议，使医院向经济高效的目标迈进。

3.2 精细管理

精细化管理是“自上而下”的质量监管体系。医院主要领导应牵头设计顶层能源方针、建立专门管理团队、制定节能目标、落实节能措施；并定期进行考评和回顾，督促改进完善，形成管理闭环。通过此机制，新华医院先后引入了 LED 灯具改造、太阳能热水改造、开水器改造、热水锅炉改造等多项技术节能措施，节能效果良好。

运行阶段建立医院设备运行管理制度，如：①加强中央空调系统维护，对全院冷冻水泵、冷却水泵更换轴承、更换密封圈、检查线圈、清洗过滤网。冷却水塔更换填料、清洗积水盘、检查风机皮带，以及清洗风机盘管、新风机箱、空调机箱、送风管口等。严格控制室内温度，夏季室温 24～26 ℃，冬季室温 20～22 ℃。②优化锅炉节能管理，增加蒸汽管路保温，更新热水箱；设定合理开停锅炉和用汽时间，合理调整锅炉燃料配比，增加水质化验次数，减少排污量；合理调整离子桶软化水水位。③对全院排风机进行排查，重新设定定时区间并专人巡视，所有总排风机(厕所、污物间等处)每天 7：00－11:00、13:00－19:00 定时开闭，部分楼宇厕所应用人体感应开关控制厕所内换气扇的开启。

3.3 精准计量

没有监测就没有管理，因此能源管理和节能工作的基础是做好能耗监测。新华医院自 2014年开始建设电能计量系统，主要包括运行数据的实时监视、分析对比、故障报警、报表管理等功能，但系统重建设、轻运维、弱应用，数据采集的全面、及时、准确需要进一步加强，数据分析对能源管理的作用需要提升，节能技改工作必须闭环。难以准确掌握医院分类、分项、分级、重点用能区域和设备等能耗数据，将不利于提高管理效率，会影响能源管理、节能改造等决策，亟须升级改造。改造步骤如下。

（1）建立医院能源指标体系。可根据不同功能区域进行划分，同时，各用能系统也可继续向下分解，按功能模块进行拆分，以此做到精细化管理。能源指标体系的建设不仅要设定整体能源基准，还要对各功能区域如门诊、急诊、手术室、各单体办公建筑、地下停车库，以及各类设备系统如生活热水系统、供暖系统、照明系统等制定相关能源绩效参数。

（2）提高计量器具配备率。建立分户、分区、分设备 3 级计量体系，通过对用能楼宇、重点用能区域和重点用能设备的全覆盖，为精准计量打下扎实基础。

（3）基于能耗监测平台进行节能管理。不断研究和分析医院用能的特征，基于能耗监测大数据和分析算法，建立准确的医院能耗模型；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。

3.4 智慧运维

针对医院智慧运维管控需求，基于物理网技术的建筑设备设施运行状态的泛在感知技术，建立以轻量化 BIM 模型为支撑的实体精准映射数字孪生基础模型平台。研究通过端边云协同技术，柔性指引和操控建筑的能源管理。基于知识图谱和多源数据的预测性维保技术，利用建筑数据资产，辅以 AI 智能决策，研发资产数字化、楼宇自动化、运维可视化、管理信息化等一体化医院的智慧运维一体化管理控制平台，并基于平台开展密集城区既有园区可持续更新改造和智慧运维工程示范。

4 结语

大型分散式布局由于建筑体量大、布局分散、能效较低，更加凸显能源管理的重要性。医院的节能管理具有复杂性和系统性，首先要做好顶层规划和整体设计。通过对医院开展全面能源审计，可确保节能措施的针对性和经济性，同时，进一步健全医院的内部运行机制，建立能源管理平台，实现能耗精准计量，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。建设医院成为节能、安全、高效的现代医院。