朱惠

同濟(jì)大學(xué)

上海三甲綜合醫(yī)院能耗和用能規(guī)律分析

朱惠

同濟(jì)大學(xué)

選取了上海市3家新建三甲綜合性醫(yī)院作為研究對(duì)象，分別對(duì)其一整年度能源消耗進(jìn)行研究分析，以此來(lái)歸納總結(jié)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(jié)果中提煉出醫(yī)院建筑負(fù)荷測(cè)算表，可作為燃?xì)夥植际侥茉聪到y(tǒng)和其他類似節(jié)能產(chǎn)品的容量選型依據(jù)。

醫(yī)院能耗；單位建筑面積能耗；電能消耗占比系數(shù)；燃?xì)庀恼急认禂?shù)

醫(yī)院是我們社會(huì)結(jié)構(gòu)中的重要一環(huán)，是保障民眾身體健康的重要場(chǎng)所，作為一個(gè)集診療、康復(fù)、修養(yǎng)為一體的社會(huì)公共服務(wù)機(jī)構(gòu)，全年24 h不間斷運(yùn)營(yíng)，使得醫(yī)院建筑總體能耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他公共建筑。這些年隨著國(guó)家對(duì)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(yīng)當(dāng)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(xiàng)目可行性論證過(guò)程中就已考慮相關(guān)節(jié)能措施，而在設(shè)備配置和系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員必須準(zhǔn)確預(yù)測(cè)建筑物的用能情況和負(fù)荷變化趨勢(shì)。隨著計(jì)算機(jī)的應(yīng)用普及，如今國(guó)內(nèi)的建筑負(fù)荷計(jì)算可借助相關(guān)軟件，對(duì)不同類型建筑物的能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬計(jì)算，但是在應(yīng)用時(shí)需要輸入復(fù)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(zhǔn)確的反應(yīng)出目前醫(yī)院建筑實(shí)際運(yùn)營(yíng)能耗情況，本文通過(guò)對(duì)上海“5+3+1”工程中的3家新建三甲醫(yī)院運(yùn)營(yíng)能耗進(jìn)行一年的跟蹤調(diào)查，3家醫(yī)院的投運(yùn)時(shí)間都在3年以上，醫(yī)院能耗基本趨于穩(wěn)定。通過(guò)對(duì)這些實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)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(shì)，并將相關(guān)結(jié)果轉(zhuǎn)化成負(fù)荷測(cè)算表格。

1 醫(yī)院?jiǎn)挝幻娣e年能耗分析

根據(jù)研究需要，選取的3家醫(yī)院分別為同一時(shí)期建設(shè)，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(jù)（見(jiàn)表1），并且根據(jù)當(dāng)量熱值計(jì)算，燃?xì)庀牧堪凑彰苛⒎矫滋烊粴鉄嶂?.53 kWh（現(xiàn)場(chǎng)采樣分析結(jié)果）轉(zhuǎn)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(shè)備不同，3家醫(yī)院之間的實(shí)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?jiǎn)挝幻娣e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(diào)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?jiǎn)挝唤ㄖ娣e年總能耗角度分析，三家醫(yī)院的實(shí)際能耗相近，收集的數(shù)據(jù)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(diào)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?xì)庥昧拷y(tǒng)計(jì)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(guò)對(duì)醫(yī)院每月用電數(shù)據(jù)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(shì)，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(shì)基本一致，1～5月和11～12月醫(yī)院用電相對(duì)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(diào)運(yùn)行導(dǎo)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?xì)忮仩t進(jìn)行采暖，所以在冬季12月到來(lái)年3月間的用電量沒(méi)有大幅下降。

根據(jù)圖1中3家醫(yī)院的逐月電力消耗數(shù)據(jù)，采用分?jǐn)偙壤姆绞綄⒚吭掠秒娕c年用電總量進(jìn)行比較，分別將每月電負(fù)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(yù)測(cè)手冊(cè)中醫(yī)院電力負(fù)荷預(yù)測(cè)系數(shù)進(jìn)行比較，如圖2所示，由此可知，日本用于測(cè)算醫(yī)院每月電力負(fù)荷比例系數(shù)變化幅度較小，而三家醫(yī)院的實(shí)際電力負(fù)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(yuǎn)遠(yuǎn)高于日本的測(cè)算比例系數(shù)，通過(guò)這兩組數(shù)據(jù)的對(duì)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(shì)圖。由圖可知，醫(yī)院A和醫(yī)院C的用氣變化趨勢(shì)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(jìn)行采暖。醫(yī)院B冬季燃?xì)獾陀谄渌麅杉裔t(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(bǔ)充的方式，夏季為燃?xì)庥昧孔畹停饕糜谥迫∩顭崴蜕倭空羝?/p>

由圖3可知，三家醫(yī)院全年天然氣消耗量變化趨勢(shì)，通過(guò)計(jì)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(jì)算結(jié)果列于表5中。

2.3 醫(yī)院逐日電負(fù)荷分析

由圖1可知，醫(yī)院全年用電負(fù)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(guān)，根據(jù)上海氣候變換特征，分別選取1月、4月和8月的電負(fù)荷作為醫(yī)院用電負(fù)荷典型月份進(jìn)行分析，并對(duì)醫(yī)院典型月內(nèi)的24小時(shí)用電情況跟蹤分析。圖4是醫(yī)院一月份每日的逐時(shí)用電情況，圖5是醫(yī)院4月份每日逐時(shí)用電情況，圖6是醫(yī)院8月份每日逐時(shí)用電情況。

表4 醫(yī)院月電負(fù)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?xì)饽芎恼急?/p>

根據(jù)圖4、圖5、圖6中典型月份的電負(fù)荷變化情況，大致可以得出醫(yī)院的電力負(fù)荷變化具有一定的規(guī)律。通過(guò)平均每個(gè)時(shí)點(diǎn)的電力負(fù)荷，可以得到醫(yī)院在夏期、過(guò)渡期和采暖期中24 h各時(shí)點(diǎn)的負(fù)荷占比系數(shù)， 如表6所示。

2.4 醫(yī)院熱水負(fù)荷分析

醫(yī)院生活熱水分析，主要根據(jù)醫(yī)院每月熱水鍋爐所消耗的天然氣總量，模擬計(jì)算出每月生活熱水負(fù)荷，結(jié)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(fù)荷系數(shù)

圖4 1月24 h趨勢(shì)圖

圖6 8月24 h趨勢(shì)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(shí)，平均熱水消耗量在140 L/（床·d）左右，在生活熱水使用旺季時(shí)，平均熱水消耗量在219 L/（床·d）。根據(jù)醫(yī)院日常熱水使用規(guī)律，醫(yī)院熱水使用通常在幾個(gè)特定的時(shí)間段，而且瞬時(shí)用量大，具有峰谷差大、使用集中等特點(diǎn)。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）通過(guò)對(duì)上海3家綜合醫(yī)院的實(shí)際用能情況跟蹤調(diào)查，獲取了醫(yī)院全年的能耗數(shù)據(jù)，并對(duì)相關(guān)能耗數(shù)據(jù)進(jìn)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(fù)荷具有一定的周期性和規(guī)律性，各階段負(fù)荷變化一致性好，全年電力消耗總量大，夏季采用電制冷機(jī)時(shí)電負(fù)荷突增外，其余時(shí)間內(nèi)負(fù)荷波動(dòng)較小。

（2）通過(guò)對(duì)醫(yī)院能耗數(shù)據(jù)進(jìn)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(yù)測(cè)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(fù)荷變化規(guī)律，并且總結(jié)出了逐時(shí)電力占比系數(shù)。

（3）原先借用日本預(yù)測(cè)醫(yī)院?jiǎn)挝幻娣e年能耗參考數(shù)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于本文所實(shí)測(cè)的醫(yī)院能耗數(shù)據(jù)，雖然逐月電力負(fù)荷變化趨勢(shì)類似，但是在夏季制冷期的電力負(fù)荷遠(yuǎn)大于日本，平時(shí)電力負(fù)荷低于日本，所以日本用于醫(yī)院負(fù)荷測(cè)算的系數(shù)并不適合我國(guó)醫(yī)院的能耗預(yù)測(cè)。

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

（5）空調(diào)系統(tǒng)采用地源熱泵機(jī)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