朱惠

同濟大學

上海三甲綜合醫(yī)院能耗和用能規(guī)律分析

朱惠

同濟大學

選取了上海市3家新建三甲綜合性醫(yī)院作為研究對象，分別對其一整年度能源消耗進行研究分析，以此來歸納總結類似醫(yī)院建筑典型季節(jié)和典型日的能源消耗變化規(guī)律，并從研究分析結果中提煉出醫(yī)院建筑負荷測算表，可作為燃氣分布式能源系統(tǒng)和其他類似節(jié)能產品的容量選型依據。

醫(yī)院能耗；單位建筑面積能耗；電能消耗占比系數(shù)；燃氣消耗占比系數(shù)

醫(yī)院是我們社會結構中的重要一環(huán)，是保障民眾身體健康的重要場所，作為一個集診療、康復、修養(yǎng)為一體的社會公共服務機構，全年24 h不間斷運營，使得醫(yī)院建筑總體能耗遠遠高于其他公共建筑。這些年隨著國家對建筑節(jié)能和環(huán)保的不斷重視，像醫(yī)院這類高耗能建筑應當采取行之有效的節(jié)能減排措施。目前，新建和改建醫(yī)院在前期項目可行性論證過程中就已考慮相關節(jié)能措施，而在設備配置和系統(tǒng)設計過程中，設計人員必須準確預測建筑物的用能情況和負荷變化趨勢。隨著計算機的應用普及，如今國內的建筑負荷計算可借助相關軟件，對不同類型建筑物的能耗數(shù)據進行模擬計算，但是在應用時需要輸入復雜的參數(shù)和定義邊界條件，使之失去普遍代表意義。

為了能夠準確的反應出目前醫(yī)院建筑實際運營能耗情況，本文通過對上?！?+3+1”工程中的3家新建三甲醫(yī)院運營能耗進行一年的跟蹤調查，3家醫(yī)院的投運時間都在3年以上，醫(yī)院能耗基本趨于穩(wěn)定。通過對這些實際運行數(shù)據的分析，最終獲得醫(yī)院建筑單位面積能耗、典型季節(jié)和典型日的能源消耗變化趨勢，并將相關結果轉化成負荷測算表格。

1 醫(yī)院單位面積年能耗分析

根據研究需要，選取的3家醫(yī)院分別為同一時期建設，分布在不同區(qū)域和不同規(guī)模的綜合性醫(yī)院，分別為醫(yī)院A、醫(yī)院B和醫(yī)院C。選取這3家醫(yī)院去年全年的能耗歷史數(shù)據（見表1），并且根據當量熱值計算，燃氣消耗量按照每立方米天然氣熱值9.53 kWh（現(xiàn)場采樣分析結果）轉換成熱值形式，得到各家醫(yī)院的綜合能耗總量，匯總于表2中。

表2 醫(yī)院能源消耗量

如表2所示，醫(yī)院的能源消耗主要是天然氣和電力兩種，而且由于醫(yī)院規(guī)模不同和用能設備不同，3家醫(yī)院之間的實際能源消耗量也有明顯差異，為了能夠直觀的分析各醫(yī)院的能耗使用情況，以單位面積年能耗的形式分別列于表3中。

表3 醫(yī)院單位面積能耗

如表3所示，3家醫(yī)院的單位建筑面積總能耗最低為196.4 kWh/m2y，最高212.9 kWh/m2y，平均總能耗約為204.3 kWh/m2y，雖然3家被調查的醫(yī)院年總能耗和建筑面積存在一定差異，但是從醫(yī)院單位建筑面積年總能耗角度分析，三家醫(yī)院的實際能耗相近，收集的數(shù)據能夠客觀的反映出目前上海醫(yī)院的耗能水平，而醫(yī)院B由于采用了地源熱泵空調系統(tǒng)作為節(jié)能手段，所以單位建筑年總能耗最低。

表1 醫(yī)院電力和燃氣用量統(tǒng)計表

2 醫(yī)院逐月用能分析

2.1 醫(yī)院逐月用電量分析

通過對醫(yī)院每月用電數(shù)據的跟蹤記錄，可以得到三家醫(yī)院全年用電量和用電變化趨勢，如圖1 所示。

圖1 醫(yī)院全年電力消耗量/kWh

由圖1可知，醫(yī)院A和醫(yī)院C的用電變化趨勢基本一致，1～5月和11～12月醫(yī)院用電相對平穩(wěn)，6～10月為醫(yī)院的用電高峰期，其中7月和8月用電量最大，主要是夏季電空調運行導致。醫(yī)院B的冬季用電不同于其他兩家醫(yī)院，在12月以后明顯上升，其主要原因是冬季采用了地源熱泵和燃氣鍋爐進行采暖，所以在冬季12月到來年3月間的用電量沒有大幅下降。

根據圖1中3家醫(yī)院的逐月電力消耗數(shù)據，采用分攤比例的方式將每月用電與年用電總量進行比較，分別將每月電負荷占比系數(shù)列于表4中。

將表4中的醫(yī)院電力消耗比例系數(shù)與日本醫(yī)院建筑能耗預測手冊中醫(yī)院電力負荷預測系數(shù)進行比較，如圖2所示，由此可知，日本用于測算醫(yī)院每月電力負荷比例系數(shù)變化幅度較小，而三家醫(yī)院的實際電力負荷比例系數(shù)在非夏季變化幅度不大，在夏季制冷期間明顯上升而且遠遠高于日本的測算比例系數(shù)，通過這兩組數(shù)據的對比可以發(fā)現(xiàn)，我們的用電情況與日本相比還是存在很大差異。

2.2 醫(yī)院逐月用氣量分析

圖2為3家醫(yī)院的每月天然氣用量變化趨勢圖。由圖可知，醫(yī)院A和醫(yī)院C的用氣變化趨勢基本一致，冬季用氣量較大，主要是采暖季采用燃燒天然氣的方式進行采暖。醫(yī)院B冬季燃氣低于其他兩家醫(yī)院，主要是醫(yī)院B采暖采用了地源熱泵和天然氣鍋爐補充的方式，夏季為燃氣用量最低，主要用于制取生活熱水和少量蒸汽。

由圖3可知，三家醫(yī)院全年天然氣消耗量變化趨勢，通過計算可得出每月天然氣占全年用能的比例系數(shù)。天然氣低位熱值取34.3 MJ/m3，計算結果列于表5中。

2.3 醫(yī)院逐日電負荷分析

由圖1可知，醫(yī)院全年用電負荷存在較大的峰谷差，而造成這一現(xiàn)象的主要原因跟氣候變化有關，根據上海氣候變換特征，分別選取1月、4月和8月的電負荷作為醫(yī)院用電負荷典型月份進行分析，并對醫(yī)院典型月內的24小時用電情況跟蹤分析。圖4是醫(yī)院一月份每日的逐時用電情況，圖5是醫(yī)院4月份每日逐時用電情況，圖6是醫(yī)院8月份每日逐時用電情況。

表4 醫(yī)院月電負荷占比系數(shù)

圖2 醫(yī)院月用電比例圖

圖3 醫(yī)院全年天然氣消耗量

表5 醫(yī)院月燃氣能耗占比

根據圖4、圖5、圖6中典型月份的電負荷變化情況，大致可以得出醫(yī)院的電力負荷變化具有一定的規(guī)律。通過平均每個時點的電力負荷，可以得到醫(yī)院在夏期、過渡期和采暖期中24 h各時點的負荷占比系數(shù)， 如表6所示。

2.4 醫(yī)院熱水負荷分析

醫(yī)院生活熱水分析，主要根據醫(yī)院每月熱水鍋爐所消耗的天然氣總量，模擬計算出每月生活熱水負荷，結果列于表7中。天然氣氣低位熱值取34.3 MJ/m3,鍋爐效率0.9，溫差45℃的熱水量。

表6 醫(yī)院24h電力負荷系數(shù)

圖4 1月24 h趨勢圖

圖6 8月24 h趨勢圖

表7 醫(yī)院生活熱水用量

由表7可知，醫(yī)院全年生活熱水使用量最大月是12月和1月，使用量較小的月份在4月和5月，最大月使用量是最小月使用量的1.5倍，基本符合上海地區(qū)生活熱水使用特征，在熱水使用淡季時，平均熱水消耗量在140 L/（床·d）左右，在生活熱水使用旺季時，平均熱水消耗量在219 L/（床·d）。根據醫(yī)院日常熱水使用規(guī)律，醫(yī)院熱水使用通常在幾個特定的時間段，而且瞬時用量大，具有峰谷差大、使用集中等特點。

3 結語

（1）通過對上海3家綜合醫(yī)院的實際用能情況跟蹤調查，獲取了醫(yī)院全年的能耗數(shù)據，并對相關能耗數(shù)據進行了整理和分析，客觀的反映出目前現(xiàn)代化醫(yī)院建筑的能耗水平。醫(yī)院電力和熱水負荷具有一定的周期性和規(guī)律性，各階段負荷變化一致性好，全年電力消耗總量大，夏季采用電制冷機時電負荷突增外，其余時間內負荷波動較小。

（2）通過對醫(yī)院能耗數(shù)據進一步分析研究，得出了現(xiàn)階段醫(yī)院建筑單位面積年能耗預測參考數(shù)值204 kWh/m2y，以及醫(yī)院建筑在典型日的全天24h電力負荷變化規(guī)律，并且總結出了逐時電力占比系數(shù)。

（3）原先借用日本預測醫(yī)院單位面積年能耗參考數(shù)值遠遠高于本文所實測的醫(yī)院能耗數(shù)據，雖然逐月電力負荷變化趨勢類似，但是在夏季制冷期的電力負荷遠大于日本，平時電力負荷低于日本，所以日本用于醫(yī)院負荷測算的系數(shù)并不適合我國醫(yī)院的能耗預測。

（4）由醫(yī)院熱水鍋爐天然氣消耗歷史數(shù)據，得到了醫(yī)院建筑每月生活熱水熱負荷需求占全年總能耗的比例系數(shù)。

（5）空調系統(tǒng)采用地源熱泵機組后，醫(yī)院建筑單位面積能耗下降5%左右。

Analysis on Third-Level Grade-A Comprehensive Hospital Energy Consumption and Energy Utilization in Shanghai

Zhu Hui
Tongji University

The article chooses three newly-built third-level grad-A comprehensive hospitals as study example and analyzes annual energy consumption to conclude inductive summary of similar hospital architecture including energy consumption changes features of typical season and typical day. The author puts forward hospital architecture load measuring table from study analysis result to provide reference to capacity selection of gas-fired distributed energy system and other similar energy saving product.

Hospital Energy Consumption,Energy Consumption Per Area,Electric Power Consumption Ratio Coefficient,Gas-Fired Consumption Ratio Coefficient

10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2017.04.010