節(jié)能改造驅(qū)動(dòng)下醫(yī)院新老建筑能源統(tǒng)一

文｜李思童 張?chǎng)尉?陳鵬 丁宇楠

以公立醫(yī)院能源統(tǒng)一管理為視角，系統(tǒng)地梳理管理過程中存在的難點(diǎn)，并從技術(shù)和管理兩個(gè)角度提出解決辦法。

公立醫(yī)院是社會(huì)醫(yī)療保障的重要組成部分，公立醫(yī)院能源管理對(duì)環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。隨著公立醫(yī)院建筑的更新和擴(kuò)建，新老建筑的能源統(tǒng)一管理已經(jīng)成為醫(yī)院能源管理中的重要問題。

新老建筑各種能源的統(tǒng)一管理可以通過整體協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)能源優(yōu)化、能源互聯(lián)互通，新老建筑之間的能源供應(yīng)可以相互補(bǔ)充，從而提高能源利用效率、能源供應(yīng)的安全性，避免單點(diǎn)故障。本文以公立醫(yī)院能源統(tǒng)一管理為視角，系統(tǒng)地梳理管理過程中存在的難點(diǎn)，并從技術(shù)和管理兩個(gè)角度提出解決辦法。

統(tǒng)一管理的現(xiàn)實(shí)難點(diǎn)

能源的統(tǒng)一管理是指將不同類型的能源資源，如天然氣、電、水、油等，整合為一個(gè)綜合的管理體系，實(shí)現(xiàn)能源資源的高效利用和可持續(xù)發(fā)展。對(duì)于醫(yī)院這種公共機(jī)構(gòu)來說，主要通過整合醫(yī)院內(nèi)部各種能源資源、制定規(guī)劃、監(jiān)測(cè)和控制能源消耗、實(shí)施節(jié)能措施、推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展等手段來滿足這一需求。

中國自改革開放以來，為適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展需要，推進(jìn)能源全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展，已成為世界上最大的能源生產(chǎn)消費(fèi)國和能源利用效率提升最快的國家。在我國各種建筑類型中，傳統(tǒng)的大型公共建筑由于具有能耗占比大、能源強(qiáng)度高等特點(diǎn)，成為這一方向上的重點(diǎn)改進(jìn)目標(biāo)之一。

而在公共建筑中，公立醫(yī)院的能耗要遠(yuǎn)高于一般的公共建筑；同時(shí)，因建筑用能設(shè)備和系統(tǒng)種類繁多、用能時(shí)間和要求不盡相同，具有能源需求形式多樣、用能密度大、能源需求量峰谷差異大、負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)高、用能經(jīng)濟(jì)成本高等特點(diǎn)。為保障醫(yī)院安全運(yùn)行，很多能源須不間斷供應(yīng)，具有能源供應(yīng)質(zhì)量高、穩(wěn)定性強(qiáng)的需求特點(diǎn)。

隨著近年來多院區(qū)的建設(shè)、醫(yī)療資源均衡化需求的提出、醫(yī)院業(yè)務(wù)量的增長，部分醫(yī)院陸續(xù)新建、改建、擴(kuò)建，新老建筑建造的時(shí)間差距較大，特別是歷史悠久的公立醫(yī)院，其建筑建設(shè)年限往往跨度更長，較老的建筑可追溯到新中國成立前。公立醫(yī)院新老建筑各種能源的統(tǒng)一管理，具有一定的難度和挑戰(zhàn)性。

統(tǒng)一管理的解決思路

用能規(guī)劃

公立醫(yī)院新老建筑各種能源的統(tǒng)一管理應(yīng)建立在對(duì)原有系統(tǒng)及設(shè)備狀況充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，在規(guī)劃前期充分了解醫(yī)院每個(gè)用能點(diǎn)的實(shí)際需求、系統(tǒng)及設(shè)備的現(xiàn)狀以及原有運(yùn)行記錄。從規(guī)劃角度來看，首先要搭建多能互補(bǔ)的建筑能源系統(tǒng)，而用能規(guī)劃是第一步。隨著清潔能源使用理念的推廣和可再生能源的發(fā)展，光熱供暖、光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等可再生能源利用設(shè)備已較為普及，但受天氣影響，其發(fā)電量或蓄熱量具有較強(qiáng)的間歇性和隨機(jī)波動(dòng)性，與建筑實(shí)際的用能需求難以匹配。因此，為搭建多能互補(bǔ)的建筑能源系統(tǒng)，需要充分考慮公立醫(yī)院內(nèi)不同能源的特點(diǎn)，合理規(guī)劃不同能源的使用，以達(dá)到既滿足建筑使用中的能耗需求又有效提升建筑節(jié)能效率的效果。以太陽能的利用為例，一方面可利用太陽能和空氣能制取生活熱水，另一方面可建設(shè)光伏發(fā)電系統(tǒng)，以降低醫(yī)院碳排放量。

規(guī)劃好用能系統(tǒng)架構(gòu)后，進(jìn)一步須做好建筑能耗監(jiān)測(cè)和精確分析，建立高效精確的建筑能源管理系統(tǒng)。

過去公立醫(yī)院管理人員往往采用傳統(tǒng)方法進(jìn)行能耗統(tǒng)計(jì)與分析，數(shù)據(jù)較為簡單且精確度不高。醫(yī)院內(nèi)部設(shè)備的數(shù)量、規(guī)格、型號(hào)、功率、位置、用能種類等各不相同，統(tǒng)計(jì)較為復(fù)雜。在不同時(shí)間段新老建筑建設(shè)的過程中，由于對(duì)醫(yī)院用能的重視程度不同，導(dǎo)致不同時(shí)期建筑的能源計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)不同，例如有的新建筑的能源統(tǒng)計(jì)可以具體到每個(gè)房間，而老建筑的能源統(tǒng)計(jì)只能具體到每個(gè)建筑單體。后勤能源設(shè)備的智能化設(shè)施分散在各個(gè)子系統(tǒng)，信息化程度參差不齊。由于這些原因，能源統(tǒng)計(jì)獲取的數(shù)據(jù)量龐大、數(shù)據(jù)類型多種多樣，進(jìn)行能源梳理的工作量和工作難度都較高，這在一定程度上阻礙了能源管理工作的開展，難以實(shí)現(xiàn)能耗精細(xì)化管理。尤其是對(duì)于新老不一的建筑群來說，傳統(tǒng)的建筑能耗統(tǒng)計(jì)無法滿足多棟建筑綜合能源管理的需求。

因而，實(shí)現(xiàn)能耗分項(xiàng)計(jì)量是建立建筑能源管理系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)，這就要求醫(yī)院為所有缺少計(jì)量的用能節(jié)點(diǎn)安裝分項(xiàng)計(jì)量裝置，按照能源類型、能源用途、區(qū)域分別計(jì)量，并可以根據(jù)實(shí)際需要對(duì)能耗情況進(jìn)行分時(shí)段計(jì)量。采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇y(tǒng)一監(jiān)管平臺(tái)后進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)能源數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)管理以及能耗設(shè)備運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。基于能耗監(jiān)測(cè)和分析結(jié)果，可以準(zhǔn)確詳細(xì)地掌握能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)、建筑能源利用效率，并對(duì)建筑的節(jié)能潛力作出診斷，從而進(jìn)一步提出提升改造方案，如水泵電機(jī)能效提升、廚房升級(jí)改造、分體空調(diào)集控系統(tǒng)建設(shè)、智慧醫(yī)院能源資源在線監(jiān)管平臺(tái)建設(shè)等。

圖1 建筑能源種類及需求

可借助節(jié)能量“面積拆分法”，對(duì)節(jié)能量進(jìn)行初步核定，并為后續(xù)的規(guī)劃實(shí)施提供借鑒參考。

技術(shù)支持

為了滿足醫(yī)院正常的醫(yī)療、教學(xué)、科研、辦公等需求，同時(shí)做好醫(yī)院的能源管理工作，公立醫(yī)院能源管理人員既要做好新老建筑的能源管理，又要做好新建、改擴(kuò)建建筑的能源管理設(shè)計(jì)。能源管理要做到精細(xì)化，既要滿足使用需求，又要控制成本。隨著公立醫(yī)院業(yè)務(wù)量的增長和醫(yī)院建筑的新建、改擴(kuò)建，在現(xiàn)有建筑能源管理的基礎(chǔ)上，亟須引入一種高效率、低成本、可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模建筑集群能源消耗實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)收集分析的新型技術(shù)。

物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展為建筑群能源管理領(lǐng)域帶來了新的可能：基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高頻率、自動(dòng)化的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，可以破解以往獲取能耗數(shù)據(jù)難、獲取并分析能耗數(shù)據(jù)時(shí)間周期長、排查異常監(jiān)測(cè)點(diǎn)位困難等難點(diǎn)，從而有效降低醫(yī)院管理成本，這是醫(yī)院能源管理改變落后現(xiàn)狀的一個(gè)重要發(fā)展方向。

基于物聯(lián)網(wǎng)的能源管理平臺(tái)可以滿足建筑能源管理的多層次需求，此外，可以基于該平臺(tái)進(jìn)行應(yīng)用的拓展開發(fā)，如建筑耗能設(shè)備遠(yuǎn)程管理、通過便攜設(shè)備實(shí)時(shí)查看能耗情況等，為公立醫(yī)院管理人員開展工作提供便利。

管理理念

醫(yī)院節(jié)能管理是指在不影響醫(yī)教研等醫(yī)院正常活動(dòng)的基礎(chǔ)上，對(duì)醫(yī)院機(jī)電設(shè)備運(yùn)行效率、建筑物保溫等技術(shù)方面的因素和使用者習(xí)慣、組織領(lǐng)導(dǎo)、制度體系等管理方面的因素進(jìn)行優(yōu)化，從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

從管理理念著手，能源統(tǒng)一管理須建立一套科學(xué)完備的能源利用監(jiān)督、管理、評(píng)價(jià)體系，力求節(jié)省人力物力、遠(yuǎn)期支出成本，創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。主要可以從以下幾個(gè)方面發(fā)力。

一是系統(tǒng)化管理。新老建筑的各種能源統(tǒng)一管理應(yīng)從系統(tǒng)性角度出發(fā)，將整個(gè)醫(yī)院的各種能源活動(dòng)整合起來，形成一個(gè)主動(dòng)的、全面的和可持續(xù)發(fā)展的管理系統(tǒng)，全面推動(dòng)節(jié)能降耗。委托專業(yè)節(jié)能服務(wù)公司引入合同能源管理模式是一種可行性較高的方案。針對(duì)用能系統(tǒng)的問題及節(jié)能潛力，實(shí)施技術(shù)改造，并融入管理節(jié)能，全面降低能源消耗總量、提高能源利用效率。

二是智能化管理。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，運(yùn)用智能化平臺(tái)對(duì)能源設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、分析，對(duì)能源管理流程、設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行梳理優(yōu)化，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)新老建筑各種能源的自動(dòng)化和現(xiàn)代化管理，是一個(gè)顯著的趨勢(shì)。

三是動(dòng)態(tài)化管理。當(dāng)前的技術(shù)手段可使管理者隨時(shí)隨地通過電腦或手機(jī)獲取實(shí)時(shí)的能源數(shù)據(jù)，進(jìn)而迅速作出決策。動(dòng)態(tài)化管理將保障能源管理的時(shí)效性，降低由滯后管理造成的損失。

統(tǒng)一管理的效益分析

從相關(guān)文獻(xiàn)中選取鄭州、上海、廣州的三家新近進(jìn)行過能源改造的醫(yī)院為例。

鄭州某醫(yī)院于2020年對(duì)水、電、蒸汽、醫(yī)用氣體等多個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了針對(duì)性改造，并建立了統(tǒng)一高效的能耗監(jiān)控平臺(tái)。通過能耗監(jiān)控系統(tǒng)及各項(xiàng)節(jié)能措施的采用，該院單位面積綜合能耗從2019年的19.93kgce/m3降低到16.46kgce/m3，下降了17.38%。

上海某醫(yī)院于2018年7月—2019年1月進(jìn)行了針對(duì)鍋爐供暖系統(tǒng)、生活熱水系統(tǒng)、蒸汽系統(tǒng)及中央空調(diào)制冷系統(tǒng)的綜合節(jié)能改造，改造后年節(jié)約1 237.35tce，年綜合節(jié)能率達(dá)到21.3%。

廣州某醫(yī)院于2020年6月—2020年11月先后進(jìn)行了包括水、電、空調(diào)等系統(tǒng)在內(nèi)的設(shè)備設(shè)施節(jié)能改造，太陽能+空氣源熱泵集中熱水、光伏發(fā)電、綠色充電樁等可再生能源利用項(xiàng)目建設(shè)，分體空調(diào)集控系統(tǒng)、能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)等輔助管理系統(tǒng)建設(shè)。采用醫(yī)院整體歷史能耗對(duì)比法進(jìn)行測(cè)算，項(xiàng)目改造后綜合節(jié)能率達(dá)到16.92%。

三家公立醫(yī)院分別通過對(duì)自身能耗的診斷分析和潛力判斷，提出了適用的節(jié)能技術(shù)改造方案，進(jìn)行改造后的節(jié)能率在16%～22%區(qū)間內(nèi)，體現(xiàn)了公立醫(yī)院建筑能源統(tǒng)一管理的先進(jìn)性。在保證醫(yī)院正常運(yùn)行的前提下，通過用能規(guī)劃、技術(shù)支持、管理理念三方面的手段實(shí)現(xiàn)能源統(tǒng)一管理需求，可有效降低醫(yī)院能源支出、提升建筑能源利用效率、提升醫(yī)院綜合效益。

在我國“十四五”規(guī)劃中，對(duì)節(jié)能減排提出了明確的要求：要加快公共機(jī)構(gòu)既有建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)、供熱、制冷、照明等設(shè)施設(shè)備節(jié)能改造。公立醫(yī)院作為公共機(jī)構(gòu)中的能耗大戶，其新老建筑的能源統(tǒng)一管理顯得尤為重要。

實(shí)現(xiàn)能源科學(xué)化信息化管理、提高能源利用效率、降低實(shí)際能源消耗，是節(jié)能管理的重要目標(biāo)。在這一背景下，建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和建筑能源管理系統(tǒng)都已在不同的領(lǐng)域中開展了一定的應(yīng)用。將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)引入建筑能耗監(jiān)測(cè)體系，對(duì)現(xiàn)有建筑能源管理系統(tǒng)的技術(shù)升級(jí)和智能化發(fā)展具有非常重要的意義，在應(yīng)對(duì)公立醫(yī)院復(fù)雜的能源使用情況方面具有廣闊的應(yīng)用前景。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷進(jìn)步，可以預(yù)見，建筑能源管理體系也會(huì)變得更加完善。

鏈接

近些年來，我國公共建筑領(lǐng)域也越來越多地關(guān)注能源的統(tǒng)一管理，但關(guān)于公立醫(yī)院能源統(tǒng)一管理的研究較少。

◆上海中金能源投資有限公司以上海某綜合醫(yī)院合同能源管理項(xiàng)目為典型案例，提出了適用于醫(yī)院建筑綜合節(jié)能改造的節(jié)能量驗(yàn)證方法，為公共建筑合同能源管理項(xiàng)目的實(shí)施提供了參考和借鑒。

◆廈門大學(xué)附屬中山醫(yī)院與福州大學(xué)的學(xué)者對(duì)廈門市三級(jí)醫(yī)院的能源消耗及合同能源管理情況進(jìn)行了調(diào)研。

◆中南大學(xué)湘雅三醫(yī)院的研究人員引入合同能源管理模式，通過實(shí)施深度的節(jié)能措施實(shí)現(xiàn)了醫(yī)院能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。

◆上海市中醫(yī)醫(yī)院的研究人員基于醫(yī)院建筑總體布局的特點(diǎn),分析了不同能源布局的特征及醫(yī)院能源精細(xì)化管理體系建設(shè)路徑。

◆杭州市第七人民醫(yī)院的學(xué)者建議醫(yī)院通過節(jié)約型公共機(jī)構(gòu)示范單位的創(chuàng)建對(duì)不同類型能源的利用設(shè)施進(jìn)行全方位的梳理與技術(shù)改造,在提升設(shè)施節(jié)能效率的同時(shí),從節(jié)能理念、管理模式、考評(píng)體系等多維度對(duì)全院用能科室與職工開展系統(tǒng)性的普及宣教,把節(jié)能理念貫穿于醫(yī)院日常經(jīng)營和高質(zhì)量發(fā)展的全過程。

◆廣州市番禺區(qū)中心醫(yī)院與華南理工大學(xué)的學(xué)者基于智慧醫(yī)院的建設(shè)要求，探索分析了醫(yī)院智慧管理在能源系統(tǒng)中的應(yīng)用及智能樓宇與用戶的互動(dòng)相關(guān)的節(jié)能措施。

以上這些研究雖然涉及醫(yī)院能源的整體管理，但是角度各異，并非從醫(yī)院能源的統(tǒng)一管理這個(gè)角度出發(fā)，沒有系統(tǒng)地研究、總結(jié)醫(yī)院能源統(tǒng)一管理的相關(guān)理論、經(jīng)驗(yàn)。