醫(yī)院運行階段能耗的碳排放及減排措施研究

何媛媛　袁崗　林燕

關(guān)鍵詞：醫(yī)院運營；碳排放；建筑全生命周期；碳減排

中圖分類號：X22 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

前言

根據(jù)《巴黎協(xié)定》，中國承諾在2030年前達(dá)到二氧化碳排放峰值。在2021年，中國的CO₂排放量超119億噸，占世界總量的33%。有研究表明，由于中國建筑工程的快速發(fā)展，建筑行業(yè)對全球產(chǎn)生的碳排放負(fù)有主要責(zé)任。建筑的碳排放發(fā)生在建筑全生命周期的不同階段，建筑生命周期分為三個階段：建設(shè)階段；運營階段；拆除階段。而運營階段的碳排放是建筑物生命周期碳排放的主要組成部分。研究發(fā)現(xiàn)，與居住建筑相比公共建筑能耗密度更高，節(jié)能潛力也更顯著。如果想要減少碳排放，實現(xiàn)碳達(dá)峰的目標(biāo)，迫切需要對建筑行業(yè)特別是公共建筑的碳排放進行準(zhǔn)確的調(diào)查和估計。隨著中國公共建筑的快速建設(shè)，尤其是后疫情時代醫(yī)院建筑的大量增加，醫(yī)院建筑的節(jié)能減排更有利于降低建筑行業(yè)的總能耗。而據(jù)資料顯示，醫(yī)院能耗強度是一般公共建筑能耗強度的1.6～2倍，已成為公共服務(wù)機構(gòu)中的能源消耗大戶。研究表明，醫(yī)院建筑的能源碳排放強度遠(yuǎn)高于其他公共建筑（辦公建筑、酒店建筑、商業(yè)建筑、文化建筑）。以往研究缺乏醫(yī)院建筑使用能耗和碳排實際情況的探究。研究更好地反映醫(yī)院建筑運行階段能耗的真實性和差異性，為減少建筑和整個建筑行業(yè)的碳排放提供數(shù)據(jù)和改進措施的參考。

1醫(yī)院運行階段能源消耗的碳排放情況

項目醫(yī)院位于四川省成都市錦江區(qū)，總建筑面積209950m²，設(shè)計床位數(shù)為1500床，院區(qū)主要建筑包括第一住院樓、第二住院樓、門急診醫(yī)技樓和行政后勤樓。地上建筑面積為107 470m²，主要功能為門診、醫(yī)技、潔凈手術(shù)部、病房等。地下室面積為47126m²，主要功能為車庫、放療中心、污物處置中心、設(shè)備用房等。

運營階段的碳排是建筑周期碳排的最大組成部分，維持醫(yī)院的基礎(chǔ)設(shè)備運行的能源消耗所產(chǎn)生的碳排放成為運行階段碳排放的主要來源。運營階段的碳排放主要涉及到空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、供水系統(tǒng)及其他設(shè)備使用所造成能源消耗而產(chǎn)生的碳排放。

根據(jù)生態(tài)環(huán)境部印發(fā)的《省級二氧化碳碳排放達(dá)峰行動方案編制指南》，核算邊界為醫(yī)院運營區(qū)域內(nèi)燃燒設(shè)備使用燃?xì)庵苯赢a(chǎn)生的碳排放，以及使用外購入電力等能源的設(shè)施產(chǎn)生的間接碳排放。在醫(yī)院運營期間不同設(shè)備耗用能源產(chǎn)生的碳排放情況見表1。

為了完成碳達(dá)峰與碳中和目標(biāo)，現(xiàn)收集并整合了我院現(xiàn)在的能耗碳排數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集了2018年-2021年的院區(qū)消耗的用水量、用電量、用氣量等基礎(chǔ)能耗用量，計算年平均各類型能源用量。計算方法參考GBT 51366-2019《建筑碳排放計算標(biāo)準(zhǔn)》，即根據(jù)建筑各系統(tǒng)不同類型能源消耗量和不同類型能源的碳排放因子，通過排放因子法進行核算。例如根據(jù)年綜合用電量，通過碳排放因子法計算年用電所造成的碳排放量。

而能源消耗碳排放因子的數(shù)據(jù)主要來自于《四川省碳排放強度表征指標(biāo)及核算方法（試行）》。由于我院地處西南，四川電力主要來自于水力發(fā)電，電力的碳排放因子為0.5257kgCO₂/kW·h，通常比北方電網(wǎng)的碳排放因子更低。天然氣CO₂排放因子，取固定參考值0.056 17 tCO₂/GJ。天然氣的低位熱值為37680 kJ/Nm³，因此項目的天然氣CO₂排放因子經(jīng)過計算為2.1165 kgCO₂/Nm³，自來水的CO₂排放因子為0.7128 kg CO₂/t，見表2。

根據(jù)以上對建筑能耗的碳排放分析，本院的能源消耗以電力、天然氣為主。根據(jù)統(tǒng)計，2018年-2021年平均碳排放量，由表1可知，年平均共計消耗1933.8萬度電，折算為二氧化碳排放為10166 tCO₂，能源碳排放占比約為72.3%。其次是天然氣年平均約消耗175.76萬立方米，碳排放約為3720 tCO₂，占比約為26.4%。年平均消耗自來水共計25.81萬噸水，約為184 tCO₂。通過碳排放核算的方式，能統(tǒng)一比較各系統(tǒng)各設(shè)備的碳排放情況及能效提升后帶來的減排效益。研究發(fā)現(xiàn)，醫(yī)院建筑在運行階段涉及到大量的用水、電力、天然氣等能源消耗，導(dǎo)致整體能耗較高，在一定程度上也符合其他公共建筑的能耗特點。

發(fā)現(xiàn)圖示數(shù)據(jù)呈現(xiàn)季節(jié)性差異，分析是因為成都市處于冬冷夏熱的地區(qū)，在冬季主要利用燃料供暖，夏季空調(diào)采用電力制冷。因此，在冬季（12-2月）由于燃?xì)猱a(chǎn)生的碳排放量普遍比夏季燃?xì)猱a(chǎn)生的碳排較高。而夏季（7-9月）因電力制冷消耗大量電力，而造成電力碳排放較高，而出現(xiàn)用電量碳排在每年夏季呈“波峰”，冬季呈“波谷”的情況。用水量和季節(jié)性并無太大關(guān)聯(lián)，與建筑區(qū)域內(nèi)接待人數(shù)有關(guān)。分析發(fā)現(xiàn)醫(yī)院建筑運行階段碳排放強度較高，主要是由于有許多功率大的大型設(shè)備且運行時間長通常全天運行，運行期間接待人流量大照明系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)能耗較高。

2碳減排的改進方案

建筑領(lǐng)域的能源消耗及其碳排放是全國碳排放的重要構(gòu)成部分，在建筑全生命周期中，運營階段的碳排放占其主要部分。而在醫(yī)院運營階段建筑主要消耗能源包括電、燃?xì)饧白詠硭?。電力主要消耗在空氣冷源、照明、風(fēng)機、電梯及大型設(shè)備。燃?xì)庵饕糜谡羝仩t、空調(diào)熱水鍋爐、生活熱水鍋爐等供暖設(shè)備上。自來水主要消耗在生活用水及設(shè)備用水上。針對項目的照明系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、用水系統(tǒng)、綜合服務(wù)系統(tǒng)等主要用能系統(tǒng)，對其改造情況進行逐項分析。改造內(nèi)容主要有以下幾方面。

（1）電力系統(tǒng)改造：主要包括更換節(jié)能燈具和制冷機組改造等方式。

（2）空調(diào)系統(tǒng)改造：主要包括升級鍋爐和換熱器等。

（3）水系統(tǒng)改造：主要包括水泵改造和雨水回用。

醫(yī)院建筑在運營階段能源系統(tǒng)的減排技術(shù)改造見圖2。

根據(jù)中國相關(guān)背景研究和技術(shù)支持，對我院進行了部分節(jié)能減排項目的改造，對項目類別、改造方式、年減排量核算，碳排放量折算以及對基準(zhǔn)數(shù)據(jù)分析，來達(dá)到碳減排的目的。具體改造措施及相應(yīng)完成的碳減排見表3。

通過對改造后各設(shè)備的年平均節(jié)省能源量進行相關(guān)的分析，可以得出以下結(jié)論：項目改造后實現(xiàn)年平均二氧化碳共計減排101.5 tCO₂，節(jié)能減排效果明顯。根據(jù)設(shè)備設(shè)施進行節(jié)能技術(shù)改造后，碳排放數(shù)據(jù)的核算，可以發(fā)現(xiàn)節(jié)能技術(shù)措施可以減少醫(yī)院運行階段的碳排放量，也為后續(xù)醫(yī)院開展能源管理提供技術(shù)參考。

在醫(yī)院建筑的運行階段減排工作的重點，應(yīng)秉持節(jié)能減排的運營理念，控制運營活動產(chǎn)生的碳排放量。其他節(jié)能改造方面可以通過調(diào)整空調(diào)系統(tǒng)組成，對全天運行的住院樓和其他不間斷區(qū)域選擇集中式空調(diào)采暖制冷，對白天運行的辦公區(qū)域、門診區(qū)域特別是位于系統(tǒng)遠(yuǎn)端的區(qū)域選擇分散式空調(diào)。從管理方面首先建議在院內(nèi)根據(jù)不同系統(tǒng)建立設(shè)備臺賬，對大型設(shè)備安裝計量表細(xì)化院內(nèi)能源統(tǒng)計，以方便建立不同設(shè)備的碳排放統(tǒng)計臺賬，和節(jié)能改造后的碳排放變化統(tǒng)計。以及按科室為單位進行能源管理，核算進科室成本，并實行階梯電價來督促形成節(jié)電意識，達(dá)到節(jié)能效果。

3結(jié)論

為響應(yīng)國家碳排放統(tǒng)計核算的工作，健全在公共建筑領(lǐng)域碳排放統(tǒng)計核算體系構(gòu)建，作為醫(yī)院建筑主體運行方，主要關(guān)注運行階段在建筑全生命周期中的主要碳排放情況，并通過醫(yī)院運營階段的節(jié)能方式，來實現(xiàn)建筑全生命周期的碳減排。文章基于我院近幾年醫(yī)院能源消耗的碳排放情況進行統(tǒng)計分析，并在工程實踐方面進行了部分設(shè)備設(shè)施的節(jié)能升級，通過6個不同的能效提升項目作為公共建筑節(jié)能改造、能效提升的改造案例，年平均共計完成碳減排101.5 tCO₂。進行了項目示范，驗證了技術(shù)改造的適用性和先進性，最終達(dá)到醫(yī)院運行階段碳減排的目的。未來將加長研究周期并與同類型建筑在運行階段中的碳排進行分析，以此來捕捉未來建筑運行階段碳排放的動態(tài)演變特征。