廣州某醫(yī)院綜合節(jié)能改造案例分析

李慧娟，張可欣

（廣州匯錦能效科技有限公司，廣州 510000）

醫(yī)院作為社會(huì)公共機(jī)構(gòu)，具有功能特殊、人流量大、分區(qū)多和部分設(shè)備設(shè)施需要24 h不間斷運(yùn)行、用能人員復(fù)雜等特點(diǎn)，因此能耗是一般公共建筑的2～3倍[1-2]。作為耗能大戶的醫(yī)院，隨著規(guī)模不斷擴(kuò)張，大型醫(yī)療設(shè)備和機(jī)電設(shè)備不斷增加，人民群眾對就醫(yī)環(huán)境、服務(wù)水平要求的提高，使得醫(yī)院的能耗呈逐步攀高的態(tài)勢。因此，如何降低醫(yī)院的能耗成為了目前重要的研究課題。

本文以廣州某醫(yī)院綜合節(jié)能改造為案例，通過對醫(yī)院能耗的診斷分析，找出各用能系統(tǒng)存在的問題和節(jié)能潛力，提出適用的節(jié)能技術(shù)改造方案，為其他醫(yī)院綜合節(jié)能改造提供參考和借鑒。

1 醫(yī)院概況

該醫(yī)院位于廣州，是一所集醫(yī)療、預(yù)防、保健和教學(xué)于一體的公立二甲綜合性醫(yī)院。醫(yī)院占地面積約2.2萬m2，院區(qū)內(nèi)由幾棟獨(dú)立的建筑組成，設(shè)有門診部、急診部和住院部，業(yè)務(wù)用房面積約3.26萬m2。醫(yī)院門急診科室設(shè)置齊全，擁有一大批先進(jìn)的現(xiàn)代化醫(yī)療設(shè)備，年門診約65萬人次，住院約1.6萬多人次。

醫(yī)院主要的用能設(shè)備包括空調(diào)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、生活熱水系統(tǒng)及醫(yī)療設(shè)備等，改造前能源消耗種類主要以電為主，其次是汽油、液化石油氣、柴油和甲醇。以2020年醫(yī)院能源消耗為例，消費(fèi)電力179.97 kW·h，汽油10.47 t，液化石油氣2.17 t，柴油1.42 t，甲醇1.52 t，各能源消耗占比如圖1所示，電力消耗占比高達(dá)90.87%。

圖1 醫(yī)院2020年能源品種結(jié)構(gòu)圖

近年來，醫(yī)院積極響應(yīng)國家節(jié)能減排號(hào)召，努力落實(shí)推進(jìn)能源管理工作。2020年，醫(yī)院以申報(bào)國家節(jié)約型公共機(jī)構(gòu)示范單位為契機(jī)實(shí)施了全方位的綜合節(jié)能改造工程，進(jìn)一步提高醫(yī)院的能源管理水平和能源利用效率，有效降低整體能耗和醫(yī)院的能源支出費(fèi)用。

2 醫(yī)院綜合節(jié)能改造內(nèi)容

根據(jù)其他醫(yī)院的能耗研究[3]，在全年能耗中，約40%～50%用于空調(diào)制冷與供暖系統(tǒng)，約10%～20%用于照明，約15%～20%用于生活熱水及醫(yī)用蒸汽、廚房用氣。醫(yī)院節(jié)能改造宜從節(jié)能潛力大、操作性強(qiáng)，且具有良好投資回收效益的方面入手。實(shí)踐表明，醫(yī)院空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能改造具有周期短、收效快和易實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)，而照明、生活熱水等具有施工簡便、節(jié)能效率高的優(yōu)勢。

2.1 設(shè)備設(shè)施節(jié)能改造

2.1.1 中央空調(diào)節(jié)能改造

醫(yī)院門診大廳和手術(shù)室各有一套小型的中央空調(diào)系統(tǒng)，根據(jù)GB 19577—2015《冷水機(jī)組能效限定值及能效等級(jí)》[4]，門診大廳和手術(shù)室的集中供冷設(shè)備設(shè)計(jì)工況下能效水平均低于三級(jí)能效，且設(shè)備已使用多年，故障頻繁，維修成本高。

（1）門診大廳。醫(yī)院門診大廳層高8 m，室內(nèi)面積約200 m2，門診大廳主要為掛號(hào)、繳費(fèi)和取藥窗口，人員流動(dòng)大，且大門全年敞開，為半封閉空間，改造前僅安裝1臺(tái)額定功率為4.5 kW的5匹水冷機(jī)組，制冷能力嚴(yán)重不足，主機(jī)設(shè)備及配套水泵也均為高能耗機(jī)電設(shè)備。實(shí)施改造如下。

由于門診大廳高大寬敞半封閉空間，同時(shí)考慮門診大廳總冷負(fù)荷需求及醫(yī)院現(xiàn)場施工條件，對門診大廳空調(diào)主機(jī)及末端系統(tǒng)進(jìn)行全面升級(jí)改造，采用節(jié)能高效多聯(lián)機(jī)替代現(xiàn)有制冷機(jī)組。采用一套30匹1級(jí)能效多聯(lián)式中央空調(diào)對門診大廳進(jìn)行集中供冷。

（2）手術(shù)室。醫(yī)院手術(shù)室室內(nèi)面積約200 m2，改造前由位于頂樓的2臺(tái)風(fēng)冷冷水機(jī)組進(jìn)行集中供冷，其中1臺(tái)為空氣源熱泵，制冷量為66 kW，主機(jī)設(shè)計(jì)COP僅為3.07；另1臺(tái)風(fēng)冷機(jī)額定功率為11.2 kW，主機(jī)設(shè)計(jì)COP僅為2.9。其中有1臺(tái)主機(jī)已多次更換壓縮機(jī)無法正常使用，實(shí)際僅剩1臺(tái)主機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常。另外經(jīng)現(xiàn)場勘察，冷凍水管道保溫材料破損嚴(yán)重，循環(huán)水泵銹化腐蝕嚴(yán)重，管道連接處和水泵有明顯漏水，風(fēng)冷機(jī)組制冷能力大幅度下降?？照{(diào)末端空氣處理設(shè)備老化堵塞嚴(yán)重，多處存在明顯的漏風(fēng)現(xiàn)象，冷源損失大，不僅造成了較高的能耗，而且供冷效果不佳，已不能滿足現(xiàn)有的供冷需求。實(shí)施改造如下。

針對以上問題，同時(shí)考慮手術(shù)室供冷供暖的需求及醫(yī)院現(xiàn)場施工條件，對手術(shù)室空調(diào)系統(tǒng)及末端設(shè)備進(jìn)行更新改造，采用節(jié)能高效多聯(lián)式中央空調(diào)系統(tǒng)替代現(xiàn)有風(fēng)冷冷水機(jī)組。配置2臺(tái)多聯(lián)機(jī)主機(jī)（1機(jī)為制冷量12.5 kW，制熱量12.8 kW；2機(jī)為制冷量22.4 kW，制熱量22.5 kW)，共同為手術(shù)室進(jìn)行集中供冷，同時(shí)可滿足在冬季供暖。

2.1.2 綠色照明節(jié)能改造

醫(yī)院照明系統(tǒng)燈具數(shù)量較多，均為室內(nèi)照明燈具。在用的燈具類型中，大部分已在過往幾年改造中陸續(xù)更換為LED燈具，仍有小部分燈具為傳統(tǒng)照明燈具，如普通熒光燈、樓道吸頂燈等。實(shí)施改造如下。

以保證原各區(qū)域照明要求為前提，采用高效節(jié)能的LED燈具替代原熒光燈管，采用一體化筒燈替代部分老舊筒燈，采取“一換一”的方式，對全院公共區(qū)域1 206盞傳統(tǒng)照明燈具進(jìn)行更換。另外在新住院樓后面的停車場加裝10盞太陽能路燈，改善醫(yī)院戶外公共區(qū)域的照明環(huán)境。

2.1.3 水泵、電機(jī)能效提升

醫(yī)院在用電機(jī)及其拖動(dòng)設(shè)備主要包括生活水泵、冷水機(jī)水泵和食堂加壓泵等，經(jīng)現(xiàn)場勘察，4臺(tái)生活水泵和1臺(tái)食堂加壓泵及其配套使用的水泵電機(jī)已使用多年，設(shè)備老舊且維修困難，存在使用安全隱患。另外這5臺(tái)電機(jī)屬于80年代技術(shù)路線產(chǎn)品，均為已列入《高耗能落后機(jī)電設(shè)備（產(chǎn)品）淘汰目錄》或不符合GB 18613—2012《中小型三相異步電動(dòng)機(jī)能效限定值及能效等級(jí)》的Y系列電機(jī)，能效水平低下。實(shí)施改造如下。

根據(jù)原有水泵設(shè)備的使用要求，保證原使用效果，采取同功率“一換一”的原則，通過更換節(jié)能高效水泵并配套二級(jí)能效以上的YE3系列超高效三相異步電動(dòng)機(jī)對原有設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造。

2.1.4 電磁廚房升級(jí)改造

改造前醫(yī)院廚房炒菜使用罐裝液化石油氣作燃料，煲湯使用甲醇作燃料。與全電廚房相比，罐裝液化石油氣費(fèi)用較高，能源燃燒效率低、浪費(fèi)大；另外液化石油氣和甲醇的使用和儲(chǔ)存存在安全及消防隱患。為給醫(yī)院節(jié)省開支，同時(shí)提供一個(gè)安全、環(huán)保的廚房工作環(huán)境，實(shí)施改造如下。

對醫(yī)院廚房進(jìn)行升級(jí)改造，因電磁設(shè)備的熱效率高達(dá)90%，比傳統(tǒng)廚具效率高出50%以上，且加熱速度更快，產(chǎn)生的節(jié)能效果明顯。將燃?xì)庠钌?jí)為電磁廚具，包括電磁炒爐、臺(tái)式平面爐、電烤箱、洗臺(tái)和工作臺(tái)等。

2.2 可再生能源利用

2.2.1 太陽能+空氣源熱泵集中熱水供應(yīng)改造

改造前醫(yī)院舊住院樓熱水系統(tǒng)有3個(gè)5T水箱、2臺(tái)美的品牌RSJ-300/S-820-C熱泵以及1臺(tái)九恒品牌10匹熱泵，1臺(tái)凌霄品牌GD32-20供水泵，置于舊住院樓屋面，而2臺(tái)美的品牌的空氣能熱水器已使用多年，故障率高，其配套的天面熱水管道及保溫管損壞嚴(yán)重。另外樓下的熱水立管因建設(shè)初期沒有安裝保溫管，造成能耗非常高。實(shí)施改造如下。

為保證滿足醫(yī)院住戶的熱水使用需求，減少用電量，倡導(dǎo)節(jié)能，將原有老舊熱泵設(shè)備更換為太陽能+空氣源熱泵系統(tǒng)，即在舊住院樓屋面安裝2臺(tái)帶有自動(dòng)控制系統(tǒng)的二級(jí)能效空氣源熱泵替換2臺(tái)老舊的美的空氣源熱泵，配置二級(jí)能效以上的YE3系列超高效率電機(jī)和高效水泵，并配套50 m2平板太陽能集熱器，充分利用太陽能，提高能源利用效率。

2.2.2 太陽能光伏發(fā)電建設(shè)

經(jīng)現(xiàn)場勘察，醫(yī)院建筑物屋面有部分閑置的空地，可用于建設(shè)光伏發(fā)電裝置，充分利用太陽能進(jìn)行發(fā)電，采用自發(fā)自用，余電上網(wǎng)的方式，采取光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)出電能經(jīng)逆變器逆變后并入原有的0.4 kV配電裝置。實(shí)施改造如下。

考慮到周圍高層建筑物遮擋等因素，經(jīng)設(shè)計(jì)勘察，可利用門診樓屋面約100 m2的空間安裝10.08 kW分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)以及配套光伏電站系統(tǒng)，按廣州市光伏發(fā)電裝置25年平均有效利用小時(shí)數(shù)1 000 h/a計(jì)算，則年平均發(fā)電量約為10 000 kW·h，折合1.23 t標(biāo)準(zhǔn)煤/年。

2.2.3 綠色充電樁建設(shè)

醫(yī)院內(nèi)建有停車場，停車位近100個(gè)，主要用于醫(yī)院職工及外來人員停車。隨著國家積極推廣新能源汽車，醫(yī)院內(nèi)存在電動(dòng)汽車充電需求。實(shí)施改造如下。

為滿足醫(yī)院及外來電動(dòng)車輛的充電需求，在新住院樓前停車位建設(shè)3套7 kW交流充電樁。另外考慮到醫(yī)院部分職工及外來人員采用電動(dòng)自行車出行，也同步在醫(yī)院內(nèi)建設(shè)了4套電單車充電樁。

2.3 輔助管理系統(tǒng)建設(shè)

2.3.1 分體空調(diào)集控系統(tǒng)

醫(yī)院除新住院樓、門診大廳和手術(shù)室采用中央空調(diào)供冷外，其它區(qū)域均采用分體式空調(diào)，初步統(tǒng)計(jì)醫(yī)院在用的分體空調(diào)約300臺(tái)，規(guī)格基本為5匹、3匹、2.5匹、2匹、1.5匹、1匹。為加強(qiáng)對分體空調(diào)的節(jié)能管理，實(shí)施改造如下。

對門診樓共計(jì)50臺(tái)分體空調(diào)進(jìn)行集中控制管理試點(diǎn)改造，加裝50個(gè)智能節(jié)能遠(yuǎn)程控制器，建立分體空調(diào)集控系統(tǒng)，借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)手段，在空調(diào)末端集中控制的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一遠(yuǎn)程管理、遠(yuǎn)程控制開關(guān)機(jī)和設(shè)備故障報(bào)警等功能，提高分體空調(diào)能源管理水平，降低運(yùn)行能耗。

2.3.2 智慧醫(yī)院能源資源在線監(jiān)管平臺(tái)

改造前醫(yī)院在能源資源監(jiān)管方面較為粗放，計(jì)量器具不具備數(shù)據(jù)傳輸功能，用電、用水?dāng)?shù)據(jù)依賴人工抄表統(tǒng)計(jì)，醫(yī)院用電、用水狀況無法在線實(shí)時(shí)監(jiān)控；另外改造前醫(yī)院的二、三級(jí)計(jì)量器具配備不足，難以做到用能的分項(xiàng)計(jì)量，存在各類用電系統(tǒng)計(jì)量不明確的情況。在這種能源管理方式下，能源管理者難以隨時(shí)了解能源消耗的真實(shí)情況，無法采取合理的技術(shù)手段提高主要耗能設(shè)備的用電效率。實(shí)施改造如下。

先從醫(yī)院的主要能源資源種類電力、自來水入手，加裝樓棟智能電表和水表，實(shí)現(xiàn)醫(yī)院用電、用水分項(xiàng)分戶計(jì)量，建立醫(yī)院能源資源在線監(jiān)管平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了能源資源消耗的計(jì)量、監(jiān)測、存儲(chǔ)、報(bào)送、分析和預(yù)警功能[5]，有效提高工作效率，提高數(shù)據(jù)采集的時(shí)效。通過能源資源在線監(jiān)管平臺(tái)對醫(yī)院各樓棟用電、用水，醫(yī)院變配電系統(tǒng)中主要用電設(shè)備的用電實(shí)時(shí)監(jiān)控，對主要能耗指標(biāo)進(jìn)行技術(shù)分析，為醫(yī)院能源管理提供系統(tǒng)、完善的能源資源監(jiān)控分析手段，以實(shí)現(xiàn)醫(yī)院能源精細(xì)化管理，進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)備運(yùn)行特性，提高能源利用效率，降低能源消耗及成本。

3 節(jié)能效果分析

3.1 歷史能耗對比

由于改造前醫(yī)院未具備空調(diào)、給排水和照明等用電系統(tǒng)的分項(xiàng)單獨(dú)計(jì)量條件，故無法準(zhǔn)確計(jì)算改造前基準(zhǔn)能耗，考慮醫(yī)院近2年未進(jìn)行除此項(xiàng)目外的其他相關(guān)節(jié)能改造，因此采用醫(yī)院整體歷史能耗對比法綜合確認(rèn)項(xiàng)目節(jié)電率。本項(xiàng)目于2020年6月開工，2020年11月竣工，所以基準(zhǔn)期取2020年1—4月，核定期取2021年1—4月，基準(zhǔn)期與核定期的電量數(shù)據(jù)來源于電費(fèi)賬單，見表1。經(jīng)對比測算，項(xiàng)目改造后綜合節(jié)能率16.92%。

表1 醫(yī)院改造前后同期用電量對比表

3.2 能耗指標(biāo)與地方標(biāo)準(zhǔn)對比

2021年，醫(yī)院折合用能人數(shù)總計(jì)2 730人，建筑面積32 594 m2。改造完成后，醫(yī)院2021年全年消費(fèi)電力166.86萬kW·h，汽油6.26t，柴油5.88t，自來水52512m3。

依據(jù)廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)DB44/T 2267—2021《公共機(jī)構(gòu)能源資源消耗限額》[6]對醫(yī)院的單位建筑面積能耗、人均能耗、人均水耗三項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，醫(yī)院2021年各類指標(biāo)計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 醫(yī)院2021年能源資源消耗指標(biāo)

比對該地方標(biāo)準(zhǔn)中所列醫(yī)療衛(wèi)生類公共機(jī)構(gòu)二級(jí)醫(yī)院的“約束值”“基準(zhǔn)值”“引導(dǎo)值”指標(biāo)，醫(yī)院2021年三項(xiàng)能源資源消耗指標(biāo)均達(dá)到“引導(dǎo)值”的水準(zhǔn)。

4 結(jié)束語

公立醫(yī)院作為公共機(jī)構(gòu)的主要成員，在節(jié)約能源資源、推進(jìn)中國可持續(xù)發(fā)展中擔(dān)有義不容辭的責(zé)任，應(yīng)在節(jié)能減排事業(yè)中擔(dān)起標(biāo)桿示范作用。以創(chuàng)建國家節(jié)約型公共機(jī)構(gòu)示范單位工作為抓手，節(jié)約能源資源工作得到了全院的高度重視，在保證醫(yī)院正常發(fā)展、滿足室內(nèi)環(huán)境要求的前提下，綜合利用既有建筑節(jié)能改造技術(shù)，采用合理改造模式，可有效提升能源利用效率，降低能耗與運(yùn)行費(fèi)用。