寒冷地區(qū)三甲醫(yī)院建筑能耗評價指標研究

石 媛，閆增峰，劉加平

(西安建筑科技大學 建筑學院，陜西 西安 710055)

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展、醫(yī)療技術(shù)水平的提高，人們對醫(yī)療效率、質(zhì)量、環(huán)境需求的增長，醫(yī)院的規(guī)模不斷壯大，功能日趨復雜.醫(yī)院服務由過去單純的治療向醫(yī)療環(huán)境的舒適度、醫(yī)院的人文管理和服務等更高的要求轉(zhuǎn)變，這使醫(yī)院逐步更新診斷設備、不斷完善醫(yī)院功能、逐漸提高建設標準，醫(yī)院的能耗因此也不斷攀升，其建筑能耗是其他公建能耗的1.6～2倍[1].

國外學者通常采用單位體積能耗、單位面積能耗、單位床位能耗以及單位診療人數(shù)能耗作為衡量指標[2-4]，國內(nèi)目前衡量醫(yī)院能耗指標主要有單位面積能耗、單位床位能耗、單位床位日能耗、單位門診人次能耗等.這種衡量指標，依據(jù)醫(yī)院的參數(shù)中的級別、床位數(shù)、門診量等信息，具有一定的參考意義和價值.

單位建筑面積能耗是最常用的能效指標，國內(nèi)大量學者對不同地區(qū)不同類型醫(yī)院的能耗進行了統(tǒng)計并對此指標進行計算.夏熱冬冷地區(qū)部分醫(yī)院單位建筑面積能耗范圍為12.53～150.14 kgce/(m2·a)以及26.1～266. 5kWh/(m2·a)[5-8].寒冷地區(qū)部分醫(yī)院能耗范圍為22.65～102.43 kgce/(m2·a)以及92.4～627.41 kWh/(m2·a)[9-11].不同地區(qū)、不同醫(yī)院類型，能耗差距較大.

杜然等[12]對通過對能耗與各指標的相關(guān)性分析，認為指標的可信度方面，單位床位數(shù)指標>單位住院量指標>單位建筑面積指標>單位門診量指標，考慮到床位數(shù)統(tǒng)計較為方便可靠，因此，利用單位床位數(shù)能耗指標評價醫(yī)院能耗更為合理.劉朝陽等[13]通過對武漢市部分三甲醫(yī)院分析指標中可信度：床位數(shù)>門診量>建筑面積，并指出單獨使用一個評價指標具有局限性.李陽[14]在對綜合醫(yī)院空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設計時，采用每門診人次能耗作為指標.俞衛(wèi)剛和沈晉明[15](2013)認為單位建筑面積指標無法反應醫(yī)院真正能耗水平，通過聚類分析認為采用人均門急診能耗費用能客觀的評價醫(yī)院的能耗水平.田偉等[16]在對上海市幾家醫(yī)院進行節(jié)能改造時采用上海市衛(wèi)生局提出的“床日能耗量”為能耗指標.劉敏燕和劉飄[17]利用數(shù)理統(tǒng)計方法分析上海市33家三甲醫(yī)院近5年與能耗相關(guān)的數(shù)據(jù)，提出用單位醫(yī)療量的能耗密度指標.魏崢等[18]借鑒英國能耗基準采用“單位體積”能耗指標，以考慮層高的影響.

通過文獻分析發(fā)現(xiàn)，能耗差距較大的原因，除了醫(yī)院本身的地域、類型、節(jié)能做法外，統(tǒng)計時采取的統(tǒng)計方法(標準煤or等效電)，統(tǒng)計的能源類型(電能+燃料or所有能源)，甚至不同能源在折算等效電時的系數(shù)不同地區(qū)都是不同的，這導致了在進行不同醫(yī)院的能效比較時存在一定的難度，評價缺乏嚴謹性.并且不同角度的評價指標較多，不同的學者認為各指標的可信度不同.產(chǎn)生此種現(xiàn)象的因素，除了本身指標的局限性外，不同氣候區(qū)、不同種類(綜合/?？?、不同級別的醫(yī)院的不同部門，使用統(tǒng)一的評價指標體系也是不合理的.需要對大量的醫(yī)院數(shù)據(jù)進行研究，從中找到更為合理的評價指標體系.目前通常采用一定的評價指標對醫(yī)院的能效進行橫向比較或?qū)?jié)能改造前后的能耗進行對比.但在新建醫(yī)院及醫(yī)院擴建的規(guī)劃設計時，缺乏詳細及全面的指標體系對能耗進行預測，只使用本地區(qū)的定額作為部分成本的預測.本文通過對樣本醫(yī)院的能耗及能耗相關(guān)因素進行研究，發(fā)現(xiàn)目前能耗評價指標存在的局限性，以期望建立更多元的評價指標體系，能更真實深入的反應醫(yī)院的建筑能耗用于能耗評價，并可作為醫(yī)院新建及擴建規(guī)劃設計時的能耗預測參數(shù).

1 醫(yī)院樣本描述

我國《民用建筑熱工設計規(guī)范》(GB50176-2016)(以下簡稱熱工規(guī)范)從建筑熱工設計的角度，對氣候進行劃分，劃分為五個氣候分區(qū)，即嚴寒地區(qū)、寒冷地區(qū)、夏熱冬冷地區(qū)、夏熱冬暖地區(qū)、溫和地區(qū)[19].其中，寒冷地區(qū)包括天津、山東、寧夏全境；北京、河北、山西、陜西大部；遼寧南部；甘肅中、東部；河南、安徽、江蘇北部的部分地區(qū)以及新疆、西藏南部.本文的研究樣本選取寒冷地區(qū)包括北京、天津、山東三個地區(qū)共32家三級甲等醫(yī)院.收集了其基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和2014、2015、2016三年的能耗數(shù)據(jù)，醫(yī)院就診人數(shù)、建筑空間、外圍護結(jié)構(gòu)等影響能耗的信息，足夠支撐論文分析需要.

2 研究方法與數(shù)據(jù)來源

2.1 研究方法

2.1.1 相關(guān)性分析方法

對于變量間的相關(guān)關(guān)系可以通過相關(guān)性分析來研究.相關(guān)性分析是指對兩個或多個存在一定聯(lián)系的變量借助統(tǒng)計分析指標進行分析，從而衡量變量之間的密切程度.相關(guān)系數(shù)是用來測量變量間線性相關(guān)程度大小最常見的統(tǒng)計分析指標，兩個變量x和y的總體相關(guān)系數(shù)可以表示為

(1)

式中，cov(X,Y)是變量X和Y的協(xié)方差，var(X)和var(Y)分別是變量X和Y的方差.

Pearson相關(guān)系數(shù)是一種線性相關(guān)系數(shù)，是反映兩個變量之間線性相關(guān)程度的統(tǒng)計量，在指標相關(guān)性分中得到廣泛的應用.對于變量X和Y，的一組樣本(Xi，Yi)，i=1，2，….

求取Pearson相關(guān)系數(shù)的公式如下：

(2)

Pearson相關(guān)系數(shù)ρ的取值范圍在-1～1之間，當ρ>0時，表明兩變量之間存在正相關(guān)，即兩變量的變化方向一致.當ρ<0時，表明兩變量之間存在負相關(guān)，即兩變量的變化方向相反.|ρ|越接近1表明兩變量之間相關(guān)程度越高，越接近0表明兩變量相關(guān)程度越低.

2.1.2 醫(yī)院建筑能耗評價指標體系

(1)分區(qū)域能耗分析法——適用于醫(yī)院內(nèi)部分析及同類區(qū)域橫向?qū)Ρ?/p>

在對樣本的32家醫(yī)院進行分析時，通過對各功能區(qū)域的空間特點、設備特點、人流量等進行全面的分析后，建議在醫(yī)院內(nèi)部的能耗分析或同區(qū)域能耗比較時采用分區(qū)域、多角度的分析方法.

單位建筑面積能耗是最常見的分析方法，在評價體系中占有重要的位置.對于結(jié)構(gòu)形式單一、設備簡單、房間面積較小，能耗影響因素較少的空間，面積能耗分析是適用的.如住院部的標準病區(qū)，以及門急診區(qū)域的普通診室.單位門急診人次能耗指標屬于人流量能耗分析法，對于如門診大廳、候診大廳等面積較大、層高較高而無特殊大型設備的空間，由于人流量的多少，直接影響了能耗的大小，此時可以采用人流量能耗分析法.隨著醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展，醫(yī)療設備越來越復雜，醫(yī)技部門的規(guī)模不斷擴大，能耗比例不斷提高，大型的醫(yī)療設施、設備成為耗能的主要因素，采用面積能耗與人流量能耗并不能準確反映此區(qū)域的能耗情況，因此，應將大型設備的能耗單獨統(tǒng)計(表1).

表1 分區(qū)域能耗分析

(2)醫(yī)療量能耗分析法——適用于地區(qū)能耗定額的確立

目前國內(nèi)外的能源統(tǒng)計與折算方法主要有兩種：當量熱值法(“熱量法”)和等價值法(折合成標煤).等效電法把各種形式的能源統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為等效電力，然后按照電力來統(tǒng)計、核算能源數(shù)量.電力是高品位能源，把各種形式的能源統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為電力，進行統(tǒng)計、分析和評價更為合理.因醫(yī)院的能耗主要為電能消耗和燃料消耗，本文統(tǒng)計分析的能耗為電能和燃氣的等效電(折算系數(shù)采用江億和楊秀(2010)[20]提出的標準(7.133 kWh/m3))之和.

如前文所述，采用床位日能耗量與醫(yī)療量能耗，這種用醫(yī)療量來分析能耗的方法在進行能耗定額的確定時，因其綜合考慮了醫(yī)院的門急診以及住院人次，具有一定的適用性.在新建醫(yī)院進行能耗成本預算時，可以根據(jù)地區(qū)規(guī)定的能耗定額進行能耗預算，而含有門急診人次和住院人次的醫(yī)療量來制定的定額，更能綜合考慮以兩種人流量為主要因素的能耗成本的數(shù)量標準.

(3)經(jīng)濟指標分析法——適用于能耗預測及節(jié)能評價

在對樣本的相關(guān)性分析時，隨著樣本的增加，收入和支出的與指標的相關(guān)性較小，但在分類統(tǒng)計時，收入與支出的相關(guān)性凸顯出來，這個敏感因素值得關(guān)注.從整體角度來看，醫(yī)院的經(jīng)濟指標與醫(yī)院的能耗具有一定的關(guān)系，需要進一步研究.根據(jù)醫(yī)院數(shù)年的支出數(shù)據(jù)與能耗，在確定兩者之間的關(guān)系后，并預測醫(yī)院的收入、支出走勢，可對能耗進行預測.在同一地區(qū)、同一類型、同一級別的醫(yī)院進行對比時，通過醫(yī)院之間支出與能耗的關(guān)系，分析不同醫(yī)院之間的能耗，進行節(jié)能評價.

2.2 數(shù)據(jù)來源

綜合醫(yī)院17家，建筑面積7～27萬m2，開放床位數(shù)700～2 500余張，門診量50～300萬余人次/年.專科醫(yī)院15家，建筑面積3～18萬m2，開放床位數(shù)60～2 000余張，門診量10～300萬余人次/年.能耗統(tǒng)計采取2014—2016年三年的能耗數(shù)據(jù).

3 研究結(jié)果

3.1 指標相關(guān)性檢驗

為了討論評價醫(yī)院基礎(chǔ)參數(shù)與能耗評價指標的相關(guān)性，對包括建筑面積、門急診人次、住院人次、手術(shù)人次、平均住院天數(shù)、開放床位數(shù)、收入、支出這八個變量與能耗指標的關(guān)系使用SPSS軟件進行Pearson相關(guān)性分析.

3.1.1 變量與總能耗的相關(guān)性

表2 變量與總能耗的相關(guān)性P值

注：*.在0.05水平(雙側(cè))上顯著相關(guān).

**.在0.01水平(雙側(cè))上顯著相關(guān).

從表2中可以看出，所有樣本醫(yī)院建筑面積、開放床位數(shù)P值>0.5，門急診人次接近0.5，說明醫(yī)院的能耗與建筑面積、開放床位數(shù)、門急診人次相關(guān)性較大，這也印證了運用單位建筑面積能耗、單位開放床位數(shù)能耗、單位門急診量能耗作為評價指標具有指導意義.并在此樣本中P值建筑面積>開放床位數(shù)>門急診人次，說明建筑面積與能耗的相關(guān)性最大.

在分類統(tǒng)計中，綜合醫(yī)院能耗與支出的相關(guān)性最高，其次是收入>建筑面積>手術(shù)人次>開放床位數(shù)>門急診人次，說明經(jīng)濟指標中的收入、支出具有一定的敏感性.并且除了建筑面積外，手術(shù)人次的相關(guān)性較高，可能由于三甲綜合醫(yī)院的手術(shù)類型多、數(shù)量大，因而影響能耗的權(quán)重較高.

?？漆t(yī)院的能耗與住院人次的相關(guān)性最高，其次是支出>建筑面積>收入>開放床位數(shù).說明在樣本中，住院人次因醫(yī)院的專業(yè)科室的不同，如樣本醫(yī)院中有安定醫(yī)院、中醫(yī)醫(yī)院、腫瘤醫(yī)院等，住院人次相對于門急診更大，主要影響了能耗.收入、支出這種經(jīng)濟指標排在前列，說明有一定的敏感性.

3.1.2 變量與單位建筑面積能耗的相關(guān)性

表3 變量與單位建筑面積能耗的相關(guān)性(P值)

注：*.在0.05水平(雙側(cè))上顯著相關(guān).

**.在0.01水平(雙側(cè))上顯著相關(guān).

從表3中可以看出，所有樣本醫(yī)院單位建筑面積能耗與收入和支出的相關(guān)性相對較高，與其他的參數(shù)相關(guān)性都較小.分類統(tǒng)計時，綜合醫(yī)院中單位建筑面積能耗與支出的相關(guān)性最高，其次是開放床位數(shù)，但相差較大，敏感性并不明顯；?？漆t(yī)院中單位建筑面積能耗與支出相關(guān)性最高，其次是收入，與其他參數(shù)的相關(guān)性都較小.收入、支出這類經(jīng)濟指標與此指標相關(guān)性較高，說明經(jīng)濟因素的敏感性.醫(yī)院的收入與醫(yī)療量有關(guān)，支出與成本有關(guān)，進而與能耗有關(guān)，而其他參數(shù)，對其影響甚微，可以忽略，符合實際.

在單位建筑面積能耗中，只有分綜合與?？漆t(yī)院進行統(tǒng)計時支出的P值大于0.5，但在所有醫(yī)院統(tǒng)計中，沒有P值大于0.5，這可能與在分類統(tǒng)計時樣本的數(shù)量較少有關(guān).并且從表中可以看出，除了前述的相關(guān)性較大的因素外，顯著相關(guān)的因素較少，并且P值都較小，說明以面積為單位的能耗指標與面積的相關(guān)性并沒有很高，并且不能與醫(yī)院的其他參數(shù)發(fā)生關(guān)系，是較為單一的指標.

3.1.3 變量與單位開放床位數(shù)能耗的相關(guān)性

表4 變量與單位開放床位數(shù)能耗的相關(guān)性(P值)

注：*.在0.05水平(雙側(cè))上顯著相關(guān).

**.在0.01水平(雙側(cè))上顯著相關(guān).

從表4中可以看出，所有樣本醫(yī)院單位開放床位數(shù)能耗與開放床位數(shù)相關(guān)性最高，其次是支出>收入>平均住院天數(shù)，開放床位數(shù)與此指標顯著相關(guān)，符合實際.分類統(tǒng)計時，綜合醫(yī)院中單位開放床位數(shù)能耗與支出的相關(guān)性最高，其次是收入，與其他指標相關(guān)性都較小；專科醫(yī)院中單位開放床位數(shù)能耗與支出的相關(guān)性最高，其次是收入、開放床位數(shù).

在所有醫(yī)院統(tǒng)計中，開放床位數(shù)的P值最高，但并沒有大于0.5.綜合醫(yī)院中，收入和支出的P值大于0.5；?？漆t(yī)院中，收入、支出和開放床位數(shù)的P值大于0.5.說明收入與支出越高，單位開放床位數(shù)能耗越高，但隨著樣本數(shù)的增多，收入與支出的影響越來越小，床位數(shù)的影響越來越大.說明床位數(shù)對以單位開放床位數(shù)能耗為角度的統(tǒng)計有意義，但相關(guān)性并沒有預期大.并且在分類統(tǒng)計時，開放床位數(shù)影響并不明顯，說明此指標具有一定的不確定性.

3.1.4 變量與單位門急診人次能耗的相關(guān)性

表5 變量與單位門急診人次能耗的相關(guān)性(P值)

注：*.在0.05水平(雙側(cè))上顯著相關(guān).

**.在0.01水平(雙側(cè))上顯著相關(guān).

從表5中可以看出，所有樣本醫(yī)院單位門急診量數(shù)能耗與門急診人次相關(guān)性最高，其次是平均住院天數(shù)、住院人次，說明除門急診人次外，住院人次這類人流量對以人流量為指標的統(tǒng)計指標具有影響，其他參數(shù)影響較小，符合實際.在分類統(tǒng)計時，綜合醫(yī)院中單位門急診量能耗與住院人次相關(guān)性最高，其次是門急診人次、平均住院天數(shù)、手術(shù)人次；專科醫(yī)院中單位門急診量能耗與支出的相關(guān)性最高，其次是平均住院天數(shù)、收入及門急診人次.

在單位門急診量能耗中，所有醫(yī)院統(tǒng)計中，門急診量的P值最高，但并沒有大于0.5，住院人次與平均住院天數(shù)對指標有影響，說明門急診與住院人次間可能存在一定的關(guān)系相互影響，進而影響門急診的相關(guān)性.綜合醫(yī)院中，門急診人次、住院人次、平均住院天數(shù)的P值大于0.5；?？漆t(yī)院中，支出、平均住院天數(shù)、收入的P值大于0.5.說明以門急診量、住院人次等參數(shù)對單位門急診量能耗具有影響，但相關(guān)性并沒有預期大.并且收入、支出這類經(jīng)濟指標具有一定的敏感性，對指標有影響.

從上述對能耗指標的相關(guān)性分析可以看出，隨著樣本數(shù)的增多，現(xiàn)有能耗評價與醫(yī)院單個或部分參數(shù)的相關(guān)性越來越小，并且出現(xiàn)其他相關(guān)性較高的參數(shù)，說明醫(yī)院能耗是多種因素決定的，用單一的指標來評價具有片面性，并且指標具有不確定性.

究其原因，醫(yī)院各區(qū)域能耗差距較大，只對醫(yī)院的總體耗能情況進行分析，用單一的指標去評價全院的能耗情況，無法體現(xiàn)出醫(yī)院內(nèi)部的耗能特性，無法詳細了解醫(yī)院內(nèi)部不同功能部門的能耗差異，不利于針對部分區(qū)域、重點區(qū)域或耗能大戶進行節(jié)能設計及改造.

3.2 醫(yī)院建筑能耗評價指標體系驗證

對樣本中某一綜合醫(yī)院，首先根據(jù)分區(qū)域能耗法，對各區(qū)域的能耗進行分別統(tǒng)計，按照本文的分析方法分別進行計算，計算結(jié)果較原值普遍偏高，與其他醫(yī)院同區(qū)域均值對比時，較接近.計算結(jié)果如表6所示.

表6 分區(qū)域能耗統(tǒng)計

運用醫(yī)療量能耗分析法，經(jīng)過統(tǒng)計與計算，綜合醫(yī)院總能耗766.59～5 898.92萬kWh/a，平均值為3 156.84萬kWh/a.單位建筑面積能耗102.66～443.11 kWh/m2·a.

運用經(jīng)濟指標分析法，對2013～2015年收入

與支出進行統(tǒng)計并通過excel趨勢預測2016年收入與支出，通過SPSS分析收入、支出與總能耗的線性關(guān)系，并預測2016年的能耗值.通過與實測值比較，誤差率0.29%，較為合理.計算結(jié)果如表7所示.

表7 經(jīng)濟指標分析法

4 結(jié)論與討論

本文通過對北京、天津、山東等寒冷地區(qū)32家三級甲等醫(yī)院能耗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，計算現(xiàn)有能耗指標，并對醫(yī)院各參數(shù)與指標之間的相關(guān)性進行分析，探討現(xiàn)有指標的合理性以及建設新指標的思路，研究結(jié)論如下：

(1)醫(yī)院參數(shù)與能耗指標的相關(guān)性結(jié)果顯示：醫(yī)院的能耗與建筑面積、開放床位數(shù)、門急診人次相關(guān)性較大.其中，單位面積能耗指標與醫(yī)院的其他參數(shù)相關(guān)性較小，是較為單一的指標；床位數(shù)對以單位開放床位數(shù)能耗為角度的統(tǒng)計有意義，與其他參數(shù)相關(guān)性并沒有預期大，該指標具有一定的不確定性；以門急診量、住院人次等參數(shù)對單位門急診量能耗具有較大影響.

(2)分別利用分區(qū)域能耗分析法、醫(yī)療量能耗分析法、經(jīng)濟指標分析法對研究區(qū)醫(yī)院建筑能耗評價指標體系進行驗證，結(jié)果顯示經(jīng)濟指標分析法與運行能耗關(guān)系較大，且與門診量、住院人次等相關(guān)性大，該能耗評價指標比較合理.

(3)醫(yī)院運行能耗與建筑設計能耗不是同一概念，但存在一定關(guān)聯(lián).本研究說明對醫(yī)院建筑空間節(jié)能優(yōu)化設計，有利于降低醫(yī)院綜合能耗.

(4)本研究以樣本醫(yī)院調(diào)研和統(tǒng)計數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，運用相關(guān)性分析方法對醫(yī)院建筑能耗評價指標進行了分析和驗證，是具體指向性研究，直接指向樣本醫(yī)院所在的寒冷地區(qū)，不是分類綜合研究.

醫(yī)院能耗是多種因素決定的，用單一的指標來評價具有片面性，要深入了解一個醫(yī)院的耗能情況，需要更加全面、詳細的評價指標.采用不同的評價指標體系以適用于不同的統(tǒng)計分析目的，除了可對醫(yī)院內(nèi)部的能耗進行評價，能耗成本的預算，不同醫(yī)院之間能耗對比外，還可在新建醫(yī)院或醫(yī)院擴建時，對能耗進行預測，對建筑空間節(jié)能設計具有指導意義.