國(guó)電南瑞科技股份有限公司南京用電技術(shù)分公司 童仁杰 鹽城市第一人民醫(yī)院 張春鵬 凌 晨 南京林洋電力科技有限公司 張繼皇 殷憲恒

進(jìn)入“十四五”時(shí)期，在能源革命和數(shù)字革命的雙重驅(qū)動(dòng)下，全面落實(shí)“四個(gè)革命、一個(gè)合作”能源安全新戰(zhàn)略和創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略，聚焦能源保障安全、促進(jìn)能源轉(zhuǎn)型，引領(lǐng)能源革命和支撐“雙碳”目標(biāo)等重大需求，建立新型能源結(jié)構(gòu)[1-2]。綜合能源技術(shù)解決了醫(yī)院類項(xiàng)目的復(fù)雜用能需求，一般來說能夠同時(shí)滿足水、電、蒸汽、天然氣、煤等多種能源方式,包含如空調(diào)暖通、照明、電梯、生活用電、蒸汽配套、生活熱水、儲(chǔ)能、充電樁、分布式光伏等技術(shù)模塊，同時(shí)結(jié)合各類算法和監(jiān)控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)多能互補(bǔ)，高效用能。

隨著“雙碳”目標(biāo)的提出和落實(shí)，節(jié)能降耗和能源方式轉(zhuǎn)變成為了達(dá)成“雙碳”目標(biāo)的重要方式之一，綜合能源作為一項(xiàng)有著堅(jiān)實(shí)技術(shù)理論基礎(chǔ)和豐富實(shí)際經(jīng)驗(yàn)所驗(yàn)證的技術(shù)路線，隨著越來越多的技術(shù)方式的加入和融合，結(jié)合能耗、能效、用能等分析系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用，綜合能源技術(shù)成為了一支實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排和“雙碳”目標(biāo)的生力軍。本文以鹽城市一家綜合性公立醫(yī)院的綜合能源改造項(xiàng)目為例，通過前期調(diào)研分析、項(xiàng)目解決方案和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析對(duì)比等方面，以實(shí)際案例和數(shù)據(jù)說明綜合性醫(yī)院綜合能源改造的可行性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性，為醫(yī)院類綜合能源改造項(xiàng)目提供技術(shù)參考。

1 項(xiàng)目概況

1.1 醫(yī)院概況

該醫(yī)院總建筑面積為126475m2，其中建造年份最早的為急診樓、建于1986年，建造年分最近的為2011年建成的病房大樓，整體醫(yī)院建筑外墻以“37”墻為主，未建設(shè)外保溫，醫(yī)院包含了ICU、燒傷病房、手術(shù)室等特殊用能區(qū)域。醫(yī)院原空調(diào)部分采用中央空調(diào)、分體電空調(diào)結(jié)合的方式，夏季供冷采用蒸汽溴化鋰機(jī)組，冬季供熱采用蒸汽直接換熱方式，生活熱水采用余熱回收+蒸汽換熱方式，供應(yīng)室、洗滌、消毒、食堂蒸汽等來源采用管道蒸汽，院內(nèi)建筑原已進(jìn)行80%的LED 節(jié)能照明改造，50%的院內(nèi)電梯未進(jìn)行節(jié)能回饋改造。

綜上，醫(yī)院類項(xiàng)目的綜合能源改造對(duì)于實(shí)際情況、用能需求、用能習(xí)慣等方面的調(diào)研為前期重點(diǎn)，在這里要重點(diǎn)說明的是，對(duì)于部分運(yùn)營(yíng)年限較長(zhǎng)的醫(yī)院，末端老化、管道老化堵塞、浪費(fèi)使用等問題需要重點(diǎn)關(guān)注。

1.2 前期調(diào)研情況

對(duì)供冷、供熱、生活熱水設(shè)備情況、各樓宇和設(shè)備用能情況、電分體式空調(diào)和中央空調(diào)占比及用能情況、用能習(xí)慣、建筑節(jié)能保溫、以往供冷供暖滿意度、供冷供暖以往運(yùn)行情況、生活熱水使用情況、照明節(jié)能情況、電茶爐等用能設(shè)備使用情況、配電、天燃?xì)饨尤胍约捌渌嚓P(guān)內(nèi)容進(jìn)行了調(diào)研，統(tǒng)計(jì)到該醫(yī)院蒸汽三年平均用量為31648t/年，產(chǎn)生費(fèi)用12595904元/年；三年平均用電量11930869kWh，產(chǎn)生費(fèi)用7164486元/年；平均每年能源費(fèi)用合計(jì)19760390元，其中蒸汽費(fèi)用占比約63.7%，電費(fèi)占比約36.3%。

通過分析，蒸汽用能方面供暖、供冷、生活熱水能耗占比較大，電能用能方面照明、醫(yī)療設(shè)備（不可改造）、一般動(dòng)力、分體空調(diào)和日常用電能耗占比較大。通過對(duì)于能源價(jià)格、能源方式、設(shè)備情況進(jìn)行調(diào)研后認(rèn)為，供暖、供冷、生活熱水、供應(yīng)室和洗衣房蒸汽、照明系統(tǒng)、一般動(dòng)力系統(tǒng)、分體空調(diào)系統(tǒng)和生活熱水節(jié)水系統(tǒng)為此次綜合能源改造的主要范圍。

根據(jù)技術(shù)設(shè)備的特點(diǎn)、能源價(jià)格、能源趨勢(shì)、國(guó)家政策等方面的因素，整體綜合能源改造采用了純電能替代備選方案，最終決定采用空氣源熱泵供暖+電水冷式冷水機(jī)組供冷（螺桿機(jī)）+空氣源熱泵供生活熱水（含蓄熱）+電蒸汽發(fā)生器供蒸汽的方式作為實(shí)施方案，同時(shí)同步進(jìn)行照明節(jié)能改造、電梯節(jié)能改造、能效、用能等監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)施。

2 項(xiàng)目設(shè)計(jì)分析及項(xiàng)目解決方案

供應(yīng)室蒸汽能耗分析：消毒設(shè)備4臺(tái)，蒸汽耗量22kg/h/臺(tái)，每天20鍋、每鍋運(yùn)行時(shí)間75分鐘，每天用量0.6t；滅菌設(shè)備4臺(tái)，蒸汽耗量26kg/h/臺(tái)，每天25鍋、每鍋運(yùn)行時(shí)間75分鐘，每天用量0.8t；清洗設(shè)備1臺(tái)，蒸汽耗量80kg/h/臺(tái)，每天3鍋、清洗鍋運(yùn)行時(shí)間75分鐘，每天用量0.3t；洗衣室蒸汽能耗分析：該醫(yī)院洗衣室主要用能設(shè)備為工業(yè)洗衣機(jī)5臺(tái)。根據(jù)洗衣房蒸汽抄表數(shù)據(jù)約77t/月，平均2.6t/天；食堂蒸汽能耗分析：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研抄表數(shù)據(jù)，食堂蒸汽用量約2t/天；生活熱水蒸汽能耗分析：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際調(diào)研情況，對(duì)2020.11.1～2020.11.12日既不供暖、又不供冷的時(shí)段進(jìn)行了逐時(shí)蒸汽用量調(diào)研和生活熱水補(bǔ)水流量調(diào)研，通過取均值的方式，該醫(yī)院生活熱水蒸汽用量約28t/天。

電能數(shù)據(jù)分項(xiàng)調(diào)研：該醫(yī)院日常運(yùn)行三年平均用電量為11930869kWh，醫(yī)院能耗主要占比為照明約20%、醫(yī)療設(shè)備約25%、一般動(dòng)力約15%、電梯約2%、分體空調(diào)約10%、日常用電約28%；該醫(yī)院綜合能源改造范圍主要包括：供暖系統(tǒng)改造、供冷系統(tǒng)改造、蒸汽系統(tǒng)改造、生活熱水系統(tǒng)改造、照明系統(tǒng)改造、節(jié)水系統(tǒng)改造、機(jī)房總控系統(tǒng)改造、電能質(zhì)量綜合治理、能源管理系統(tǒng)改造、配電系統(tǒng)改造等。

實(shí)際負(fù)荷計(jì)算：該醫(yī)院實(shí)際中央空調(diào)使用面積為95000m2，供暖季平均用蒸汽11197.4t/年，按0.95換熱效率計(jì)算，供暖季耗能7688812.244kWh；按供暖140天計(jì)算平均負(fù)荷為24.09W/m2，即制熱量為2288.55kW。供冷季平均用蒸汽7675.8t/年，按銘牌參數(shù)1.2制冷效率計(jì)算，供冷季耗能6657679.386kWh；按供冷135天計(jì)算平均負(fù)荷為21.6W/m2，即制冷量為2052kW。生活熱水平均用蒸汽28t/天，按40℃水溫升進(jìn)行計(jì)算，產(chǎn)生1t 生活熱水能耗為76.02kg，則每天的生活熱水用量為368.32t/天。

表1 2017～2019年蒸汽平均用量拆分（設(shè)計(jì)時(shí)使用得此數(shù)據(jù)）

理論計(jì)算驗(yàn)證。供暖：按全天室內(nèi)溫度18℃計(jì)算，取70W/峰值熱負(fù)荷(來源《民用建筑采暖通風(fēng)設(shè)計(jì)技術(shù)措施》)，可以得出采暖期日間熱負(fù)荷39.81W/m2，夜間熱負(fù)荷53.08W/m2，取高值制熱量需求為5042kW（實(shí)際取值時(shí)需額外考慮極端條件下冗余量）；供冷：理論冷負(fù)荷取值80W/m2（來源《實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)》），制冷量需求為7600kW，綜合考慮取電水冷式冷水機(jī)組制冷量5000kW 即可，其余冷量可在需要時(shí)配合供暖使用的空氣源熱泵聯(lián)合供冷；生活熱水：理論取值理110～140L/床位·d（來源《民用建筑節(jié)水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)GB50555-2010》），該醫(yī)院開放床位2500張，即理論最大用水量為350t/d（實(shí)際取值時(shí)需額外考慮極端條件下冗余量）。

小結(jié)：通過計(jì)算分析，當(dāng)運(yùn)行年限較長(zhǎng)的醫(yī)院在進(jìn)行綜合能源改造過程中，因?yàn)槟┒死匣⒐苈范氯葐栴}，實(shí)際數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)往往存在一定的偏差，不建議只參考單一數(shù)據(jù)來源，要充分參考理論數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)結(jié)合經(jīng)驗(yàn)值，做到充分判斷、合理取值。

3 項(xiàng)目運(yùn)行數(shù)據(jù)及分析及項(xiàng)目解決方案

3.1 項(xiàng)目運(yùn)行數(shù)據(jù)

供冷季室內(nèi)溫度濕度效果測(cè)試。2021年9月10日8：00～20：00進(jìn)行了供冷季效果測(cè)試，測(cè)試期間室內(nèi)平均溫度為25.4℃，滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求（經(jīng)第三方專業(yè)機(jī)構(gòu)核準(zhǔn)）；供暖季室內(nèi)溫度濕度效果測(cè)試。2021年12月28日～29日進(jìn)行了供暖季效果測(cè)試，測(cè)試期間室內(nèi)平均溫度為25.0℃，滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求（經(jīng)第三方專業(yè)機(jī)構(gòu)核準(zhǔn)）；室內(nèi)照度。選取5號(hào)樓、9號(hào)樓、10號(hào)樓和門診樓照明改造典型功能區(qū)域進(jìn)行室內(nèi)照度測(cè)試，測(cè)試結(jié)果滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求（經(jīng)第三方專業(yè)機(jī)構(gòu)核準(zhǔn)）。

3.2 實(shí)際數(shù)據(jù)測(cè)算

根據(jù)《公共建筑節(jié)能改造節(jié)能量核定導(dǎo)則》，當(dāng)系統(tǒng)能耗與其他系統(tǒng)沒有分開計(jì)量或暫時(shí)無法獲得一個(gè)完整循環(huán)工況的計(jì)量賬單數(shù)據(jù)時(shí)，節(jié)能量測(cè)評(píng)可采用測(cè)量計(jì)算法；標(biāo)煤折算依據(jù)為國(guó)家統(tǒng)計(jì)局2018年電力消耗等價(jià)折標(biāo)煤系數(shù)取0.403kgce/kWh。

3.2.1 冷源設(shè)備基準(zhǔn)期能耗測(cè)算

蒸汽溴化鋰?yán)渌畽C(jī)組蒸汽消耗：2020年供冷季5月～10月空調(diào)制冷蒸汽量消耗分別為183.25t、1359.41t、1563.41t、908.6t、2104.5t、0t，合計(jì)消耗蒸汽6119.17t，折算標(biāo)煤量786925kgce；冷源系統(tǒng)水泵電量消耗：2020年供冷季5月～10月冷源系統(tǒng)水泵消耗電量為552784kWh，折算標(biāo)煤量222772 kgce。

冷源系統(tǒng)改造后核定期能耗測(cè)算：2020年醫(yī)院蒸汽拆分結(jié)果供冷季蒸汽用量為6119.17t，蒸汽型溴化鋰?yán)渌畽C(jī)組的制冷性能系數(shù)限值為1.10（來源《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》2005版），本次測(cè)算暫按1.10取（實(shí)際由于運(yùn)行年代久冷水機(jī)組運(yùn)行能效會(huì)有一定的衰減），0.45MPa 市政蒸汽的焓值為2743kJ/kg，全年供冷量為18463372MJ。改造后冷源系統(tǒng)整體性能系數(shù)為4.30（經(jīng)第三方專業(yè)機(jī)構(gòu)核準(zhǔn)），則改造后冷源系統(tǒng)總的耗電量為1192724kWh，則核定期電力消耗折算為標(biāo)準(zhǔn)煤耗量為480668kgce。

冷源系統(tǒng)改造節(jié)能量核算：改造前基準(zhǔn)期標(biāo)準(zhǔn)煤消耗量為786925+222772=1009697kgce，改造后的年節(jié)煤量為1009697-480668=529029kgce，節(jié)能率為529029/1009697=52.4%。

3.2.2 熱源設(shè)備基準(zhǔn)期能耗測(cè)算

蒸汽換熱供暖蒸汽消耗。2020年供暖季11月～4月（次年）供暖蒸汽量消耗分別為436.37t、9831.43t、3224.7t、2089.12t、1365.39t、211.03t，合計(jì)消耗蒸汽9831.43t，折算標(biāo)煤量1264322kgce；熱源系統(tǒng)改造后核定期能耗測(cè)算。2020年醫(yī)院供暖季蒸汽用量為9831.43t，浮動(dòng)盤管式換熱器效率取0.98，0.45MPa 市政蒸汽的焓值為2743kJ/kg，由此計(jì)算出全年供熱量為26428260MJ。改造后空氣源熱泵性能系數(shù)測(cè)試結(jié)果為2.87（經(jīng)第三方專業(yè)機(jī)構(gòu)核準(zhǔn)），改造后供暖季空氣源熱泵總的耗電量為2557904kWh，則核定期電力消耗折算為標(biāo)準(zhǔn)煤耗量為1030835kgce。

熱源系統(tǒng)改造節(jié)能量核算。根據(jù)改造前后熱源系統(tǒng)均不含供暖循環(huán)泵的標(biāo)準(zhǔn)煤耗量，計(jì)算改造后供暖系統(tǒng)的年節(jié)煤量為1264322-1030835=233487kgce，節(jié)能率為233487/1264322=18.5%。3.2.3 生活熱水設(shè)備基準(zhǔn)期能耗測(cè)算

生活熱水蒸汽消耗。該醫(yī)院2020年生活熱水月蒸汽用量為759.85t，則年蒸汽耗量為9118.2t，根據(jù)《導(dǎo)則》附錄A 市政蒸汽折算標(biāo)煤系數(shù)取0.1286kgce/kg,則蒸汽折算為標(biāo)準(zhǔn)煤耗量為1172601kg。

生活熱水系統(tǒng)改造后核定期能耗測(cè)算。2020年生活熱水系統(tǒng)全年蒸汽用量為 9118.2t，本次測(cè)算生活熱水系統(tǒng)蒸汽換熱器效率取0.98，0.45MPa市政蒸汽的焓值為2743kJ/kg，全年供熱量為24510998MJ。改造后生活熱水系統(tǒng)采用空氣源熱泵系統(tǒng)，空氣源熱泵循環(huán)泵為新增設(shè)備，因此空氣源熱泵系統(tǒng)能耗計(jì)算過程采用全年系統(tǒng)能效比?？諝庠礋岜孟到y(tǒng)制熱性能系數(shù)全年加權(quán)平均值為3.1737（經(jīng)第三方專業(yè)機(jī)構(gòu)核準(zhǔn)），測(cè)算則改造后生活熱水系統(tǒng)全年總的耗電量為147827kWh，核定期電力消耗折算為標(biāo)準(zhǔn)煤耗量為865574kgce。

生活熱水系統(tǒng)改造節(jié)能量核算。根據(jù)改造前后熱源系統(tǒng)均不含供暖循環(huán)泵的標(biāo)準(zhǔn)煤耗量，計(jì)算改造后供暖系統(tǒng)的年節(jié)煤量為1172601-865574=307026kgce，節(jié)能率為307026/1172601=26.2%。

3.3 照明系統(tǒng)節(jié)能量測(cè)算

根據(jù)《導(dǎo)則》第6.2.1條的規(guī)定，照明系統(tǒng)改造采用測(cè)量計(jì)算法核定節(jié)能量時(shí)，應(yīng)按下式計(jì)算：，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)核查燈具數(shù)量、功率、日運(yùn)行時(shí)間等參數(shù)，計(jì)算照明系統(tǒng)的節(jié)能改造的年節(jié)能量為245038kWh，節(jié)煤量為98750kgce，節(jié)能率達(dá)79.2%（經(jīng)由第三方專業(yè)機(jī)構(gòu)核準(zhǔn)）。

3.4 電蒸汽系統(tǒng)節(jié)能量測(cè)算

該醫(yī)院2020年供應(yīng)室、洗衣房日蒸汽耗量為5t，市政蒸汽折算標(biāo)煤系數(shù)取0.1286kgce/kg，則改造前基準(zhǔn)期年蒸汽耗量折算為標(biāo)準(zhǔn)煤耗量為234695kgce。改造后兩臺(tái)電蒸汽發(fā)生器日均耗電量為3403kWh，年用電量為1167961kWh（根據(jù)實(shí)際工作時(shí)間測(cè)算），折算年標(biāo)準(zhǔn)煤耗量為470688kgce。根據(jù)基準(zhǔn)期2020年標(biāo)準(zhǔn)煤耗量和改造后年標(biāo)準(zhǔn)煤耗量，計(jì)算節(jié)煤量為234695-470688=-235993kgce。建筑用能電氣化是實(shí)現(xiàn)建筑領(lǐng)域“碳中和”的一項(xiàng)重要舉措，因此本項(xiàng)目電蒸汽系統(tǒng)的改造是響應(yīng)國(guó)家“雙碳目標(biāo)”政策要求的一項(xiàng)改造措施。

綜上，根據(jù)此項(xiàng)目的相關(guān)數(shù)據(jù)及分析結(jié)論，在充分調(diào)研、科學(xué)決策的前提下，結(jié)合項(xiàng)目的實(shí)際情況，醫(yī)院類項(xiàng)目的綜合能源改造具備了可行性、經(jīng)濟(jì)性和可復(fù)制性，有利于降低能耗、節(jié)能減排，能夠更好的推進(jìn)能源轉(zhuǎn)型的發(fā)展。