竇逸峰，楊洪海，朱學(xué)錦，朱 喆，張秋艷，馬文禮

(1．東華大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上海 201600;2．上海建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200040)

0 引言

隨著醫(yī)學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，醫(yī)院建筑已經(jīng)與我們平常生活密不可分。由于其使用功能最為復(fù)雜，醫(yī)院建筑成為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;醫(yī)院能耗占實(shí)用建筑部門能耗總量的6%左右，但在節(jié)能減排的大環(huán)境下醫(yī)院節(jié)能研究相對(duì)滯后［1－3］。隨著越來(lái)越多的關(guān)注全球變暖問(wèn)題，建筑物的能源效率引起了高度重視［4］。據(jù)2004 年的統(tǒng)計(jì)，我國(guó)既有的綜合類醫(yī)院12 902 家，?？祁愥t(yī)院有2 494 家，其中絕大部分位于各城市的中心地帶［5］?，F(xiàn)階段醫(yī)院建筑的能耗主要由供暖、空調(diào)、生活熱水、照明、動(dòng)力、辦公設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備、食堂及其他設(shè)備九部份構(gòu)成，其能源形式包括冷、熱、電、水、蒸汽、燃?xì)?、燃油、燃煤及各種醫(yī)用氣體。其能耗結(jié)構(gòu)復(fù)雜、能源形式多樣，從而導(dǎo)致醫(yī)院建筑能耗普遍偏大［6］。根據(jù)路賓等人調(diào)查:上海醫(yī)院建筑能耗整體水平較高，各醫(yī)院間差別較大，有較大節(jié)能潛力［7］;通過(guò)節(jié)能改造可以降低醫(yī)院運(yùn)行成本，減輕醫(yī)療成本負(fù)擔(dān)，大多數(shù)醫(yī)院可能獲得30%以上的節(jié)能效益［8－9］。本文通過(guò)對(duì)上海市12家醫(yī)院的2010 年至2012 年能源消費(fèi)情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，對(duì)醫(yī)院的能耗特點(diǎn)進(jìn)行了分析，并針對(duì)其特點(diǎn)提出了上海醫(yī)院類建筑相關(guān)的節(jié)能策略和措施供相關(guān)單位參考。

1 上海醫(yī)院建筑基本情況

本文主要針對(duì)上海12 家大型醫(yī)院的能源消耗情況進(jìn)行數(shù)據(jù)整理及其具體分析(數(shù)據(jù)來(lái)源:上海申康衛(wèi)生基建管理有限公司)，針對(duì)不同的醫(yī)院類型，通過(guò)查閱各個(gè)醫(yī)院的相關(guān)資料得到各醫(yī)院的占地面積、制冷、制熱機(jī)組的類型，并將其歸類整理，如表1 所示。

表1 醫(yī)院基本情況

2 醫(yī)院能耗分析

2．1 折標(biāo)系數(shù)選取

折標(biāo)系數(shù)是一種能源計(jì)量當(dāng)量，計(jì)算某種能源的能源量時(shí)與標(biāo)準(zhǔn)燃料的熱值相對(duì)應(yīng)的數(shù)量。國(guó)際上采用的標(biāo)準(zhǔn)燃料有兩種:煤和油。其中電力有兩種折算系數(shù):一種是當(dāng)量熱值，即按3 596 kJ/kW·h計(jì)算，其折算標(biāo)準(zhǔn)煤系數(shù)為0．1229 kg/kW·h(國(guó)際上普遍采用);另一種是等價(jià)熱值，按11 826 kJ/kW·h計(jì)算，折算系數(shù)為0．366 kJ/kW·h［10］。

當(dāng)量熱值和等價(jià)熱值各有利弊，各有用途，應(yīng)區(qū)別不同情況和目的而靈活選用。在當(dāng)前的日常工作中規(guī)定，各用能單位在統(tǒng)計(jì)能源的各項(xiàng)指標(biāo)時(shí)，均按等價(jià)熱值計(jì)算，而在能源加工轉(zhuǎn)換企業(yè)統(tǒng)計(jì)加工轉(zhuǎn)換平衡時(shí)，則按當(dāng)量熱值統(tǒng)計(jì)［11］。本文采用等價(jià)熱值。

查得各能源折標(biāo)系數(shù)記錄如表2 所示。

表2 折標(biāo)系數(shù)(標(biāo)煤)

2．2 醫(yī)院能耗結(jié)構(gòu)及年消耗量結(jié)構(gòu)分析

上海市12 家醫(yī)院能源使用差異較大，現(xiàn)將各醫(yī)院能源使用情況進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和整理，所消耗情況如圖1(a)～1(c)所示，分別對(duì)應(yīng)2010 ～2012 年能源消耗結(jié)構(gòu)。

從圖1 可以看出:

圖1 上海市12 家醫(yī)院2010 ～2012 年能源消耗結(jié)構(gòu)圖

(1)上海市醫(yī)院能源結(jié)構(gòu)由電力、煤氣、天然氣、柴油等構(gòu)成，其中電力和煤氣為主要能源;

(2)2010 ～2012 年，電力消耗的比重較為穩(wěn)定，占總消耗的56% ～60%，但消耗總量逐年增加;

(3)煤氣和燃煤的消耗量呈逐年下降趨勢(shì)，天然氣的使用量則逐年上升，說(shuō)明上海市燃?xì)馐褂谜谟擅簹庀蛱烊粴廪D(zhuǎn)型之中。

圖2 上海市醫(yī)院年單位面積能耗

圖2 為上海市12 家醫(yī)院年單位面積能耗情況。分析可知:

(1)上海市醫(yī)院年平均單位面積能耗在2010年至2012 年間逐年增加，由96．3 kg(標(biāo)煤)/m2增至107．9 kg(標(biāo)煤)/m2;年均用能量增加長(zhǎng)趨勢(shì)明顯。

(2)比較12 家醫(yī)院可知，1#、4#、5#、9#、12#醫(yī)院年均能耗呈上升趨勢(shì)，3#、8#醫(yī)院呈下降趨勢(shì);以3#醫(yī)院為例，年均能耗從2010 年142 kg(標(biāo)煤)/m2降至2012 年116 kg(標(biāo)煤)/m2;分析發(fā)現(xiàn)該醫(yī)院能源使用結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大的變化，電力使用比例大幅度上升，從2010 年58%上升至2012 年72%;煤氣的使用比例大幅度下降從2010 年40%降至2012 年3%;天然氣從2010 年的0%增加到2012 年25%，到2012 年煤氣的使用大部分被天然氣(25%)和電力所取代。

(3)各個(gè)醫(yī)院年均能耗差距巨大，其中2#醫(yī)院最低為18 kg(標(biāo)煤)/m2，6#醫(yī)院最高為218 kg/m2。分析發(fā)現(xiàn)，對(duì)于2#醫(yī)院，其教學(xué)和科研占地面積較大，相應(yīng)的空調(diào)使用率及負(fù)荷較低，降低了單位面積年均能耗。比較還發(fā)現(xiàn)，2#醫(yī)院冬季使用風(fēng)冷熱泵機(jī)組供熱，性能系數(shù)較高;6#醫(yī)院冬季使用燃?xì)饧叭济哄仩t供熱，供熱系數(shù)較低。

2．3 醫(yī)院主要能源月消耗分析

通過(guò)對(duì)醫(yī)院的能耗結(jié)構(gòu)分析知，醫(yī)院的主要能源為電力和煤氣，其余能源所占的比重較小;因此對(duì)電力和煤氣的各月份使用量(單位均為標(biāo)準(zhǔn)煤)分析，可以得出上海市醫(yī)院能源消耗的時(shí)間特征，見(jiàn)圖3(a)、圖3(b)。

圖3 上海市12 家醫(yī)院電量及煤氣月消耗情況

由圖3(a)我們可以看出，上海市醫(yī)院各年用電高峰都主要集中于6 ～9 月份，并且在每年1 月和12 月有一個(gè)次高峰。

從圖3(b)可以看出，各年煤氣量使用高峰主要集中于1 ～2 月，并在8 月份有一次高峰。說(shuō)明醫(yī)院能耗在季節(jié)上存在較大差異，在夏季，氣候炎熱，空調(diào)負(fù)荷大，耗電量大;在冬季，天氣寒冷，空調(diào)熱負(fù)荷及生活熱負(fù)荷增加，且大多數(shù)醫(yī)院采用燃?xì)忮仩t供熱，因此煤氣使用量較其他月份大。

從圖3(c)可以看出，上海醫(yī)院各月份用水量較為穩(wěn)定。另外，計(jì)算表明，上海醫(yī)院的年平均單位面積用水量較大，2010 年為9．2 t/m2·a，2011 年為6．9 t/m2·a，2012 年為7． 5 t/m2·a。以排放廢水量為7.5 t/m2·a 為例，取進(jìn)、出口水溫差5℃，可得余熱量15 萬(wàn)kJ/m2·a，采用污水源熱泵時(shí)，取夏季COP為4．5，冬季COP 為3．0［12］，可分別供冷12．2 萬(wàn)kJ/m2·a，供熱22．19 萬(wàn)kJ/m2·a。

3 醫(yī)院節(jié)能策略和措施的探討

為更好的節(jié)能降耗，對(duì)醫(yī)院今后的節(jié)能改造提出以下幾點(diǎn)建議:

(1)選擇合理的冷熱源方案。對(duì)一些年代久遠(yuǎn)的醫(yī)院進(jìn)行能源設(shè)備改造，進(jìn)行冷水機(jī)組及熱泵機(jī)組的更新?lián)Q代，如將蒸汽型溴化鋰吸收式冷水機(jī)組及全自動(dòng)燃油燃?xì)庹羝仩t改為電制冷+鍋爐供熱;新建醫(yī)院應(yīng)采用較為先進(jìn)的冷熱源機(jī)組，如采用三聯(lián)供、冰蓄冷、地源熱泵、太陽(yáng)能集熱等系統(tǒng)。

(2)部分醫(yī)院使用燃煤鍋爐，對(duì)環(huán)境污染較大。上海市擬定于2015 年年底之前取消所有的中小型燃煤鍋爐，因此此類醫(yī)院需進(jìn)行能源改造。

(3)醫(yī)院全年用水量穩(wěn)定且廢熱量大，因此可以對(duì)醫(yī)院的廢水進(jìn)行余熱回收，如采用污水源熱泵;

(4)開(kāi)發(fā)利用新能源及可再生能源。醫(yī)院占地面積較大，可適當(dāng)選用地源熱泵系統(tǒng)，其具有高效節(jié)能、環(huán)境污染小、運(yùn)行穩(wěn)定可靠、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，是目前較為成熟的供暖制冷技術(shù)。在建筑屋頂安裝太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)，提供生活用熱水，降低能耗，但需配蓄水池增加系統(tǒng)穩(wěn)定性。

(5)醫(yī)院暖通空調(diào)系統(tǒng)中采用其他節(jié)能技術(shù)。通過(guò)靈活布局設(shè)計(jì)與分區(qū)，并采用熱回收、冷卻塔供冷、蓄冷技術(shù)、變頻調(diào)速技術(shù)、設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)等先進(jìn)手段，以達(dá)到節(jié)能的目的。

(6)改善醫(yī)院運(yùn)行管理。隨著醫(yī)療水平的飛速發(fā)展和人民生活質(zhì)量的提高，醫(yī)院就診量隨之迅速提高，因此要加強(qiáng)運(yùn)行管理，避免不必要的能源消耗;同時(shí)，對(duì)醫(yī)院就診人員進(jìn)行充分的節(jié)能宣傳在適當(dāng)處張貼節(jié)約標(biāo)語(yǔ)，養(yǎng)成人們良好的行為習(xí)慣，減少鋪張浪費(fèi)。

4 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)上海市12 家醫(yī)院綜合醫(yī)院2010 ～2012 年能耗分析，得到以下結(jié)論:

(1)上海市醫(yī)院能耗總體以電力、煤氣為主要能源，且電力和天然氣的比重逐年增加，煤氣和燃煤的比重逐年下降;各家醫(yī)院能耗差別較大，總體逐年上升;

(2)醫(yī)院的能源使用具有明顯的季節(jié)特征，其中用電量主要集中在6 ～9 月，煤氣使用主要在1月、2 月;

(3)部分醫(yī)院使用燃煤鍋爐，對(duì)環(huán)境污染較大，需進(jìn)行節(jié)能改造。對(duì)于新建醫(yī)院，建議采用較為先進(jìn)的冷熱源機(jī)組，如采用三聯(lián)供、冰蓄冷、地源熱泵及太陽(yáng)能集熱等系統(tǒng)，提高新能源及可再生能源在能源供應(yīng)中的比例。

(4)醫(yī)院排污水量較為穩(wěn)定，且余熱回收利用潛力較大，可采用污水源熱泵;

(5)通過(guò)改善醫(yī)院運(yùn)行管理以及其它暖通空調(diào)相關(guān)技術(shù)達(dá)到節(jié)能減排的作用。

［1］李著萱，呂訪桐． 淺談醫(yī)院建筑空調(diào)設(shè)計(jì)與節(jié)能［J］．暖通空調(diào)，2009，39(4):21 －23．

［2］田偉，李瑞杰，周志仁．上海醫(yī)院建筑節(jié)能改造案例分析［J］．建筑科學(xué)，2011，27(4):109 －114．

［3］Ahmet Teke，O g∨uzhan Timur． Assessing the energy efficiency improvement potentials of HVAC systems considering economic and environmental aspects at the hospitals［J］． Renewable and Sustainable Energy Reviews，2014，33(1):224 －235．

［4］Yuehong Su，Xu Yu，Li Zhang，et al． Energy saving potential of MonodraughtTM sunpipes installed in a supermarket［J］． Energy Procedia．2012(14):578 －583．

［5］馬曉瓊，沈晉明． 既有醫(yī)院系統(tǒng)節(jié)能改造措施及其應(yīng)用［J］．暖通空調(diào)，2008，38(8):47 －51，77．

［6］吳哲豪．醫(yī)院建筑空調(diào)設(shè)計(jì)運(yùn)行及節(jié)能研究［D］．廣州:華南理工大學(xué)，2012．

［7］路賓，曹勇，宋業(yè)輝，等． 上海醫(yī)院建筑用能狀況分析與節(jié)能診斷［J］．暖通空調(diào)，2009，39(4):61 －64．

［8］袁向東，郭凇含． 綠色醫(yī)院和整體節(jié)能改造［J］． 醫(yī)用工程，2012，12(3):62 －67．

［9］李海承，李玉云，蔣修英，等． 武漢某三甲醫(yī)院節(jié)能改造分析［J］．節(jié)能技術(shù)，2012，30(6):548 －552．

［10］劉培．南京某醫(yī)院節(jié)能方案［J］． 中國(guó)醫(yī)院建筑與裝備，2009，10(1):62 －67．

［11］羅偉濤，沈晉明．醫(yī)院節(jié)能與冷熱源新技術(shù)［J］．中國(guó)醫(yī)院建筑與裝備，2007，8(7):26 －29．

［12］郭安，王宗山，端木琳，等．污水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)在實(shí)際工程中的應(yīng)用［J］．可再生能源，2008，26(3):91 －95．