上海三甲綜合醫院能耗和用能規律分析

朱惠

同濟大學

上海三甲綜合醫院能耗和用能規律分析

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院建筑典型季節和典型日的能源消耗變化規律，并從研究分析結果中提煉出醫院建筑負荷測算表，可作為燃氣分布式能源系統和其他類似節能產品的容量選型依據。

醫院能耗；單位建筑面積能耗；電能消耗占比系數；燃氣消耗占比系數

醫院是我們社會結構中的重要一環，是保障民眾身體健康的重要場所，作為一個集診療、康復、修養為一體的社會公共服務機構，全年24 h不間斷運營，使得醫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能和環保的不斷重視，像醫院這類高耗能建筑應當采取行之有效的節能減排措施。目前，新建和改建醫院在前期項目可行性論證過程中就已考慮相關節能措施，而在設備配置和系統設計過程中，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據進行模擬計算，但是在應用時需要輸入復雜的參數和定義邊界條件，使之失去普遍代表意義。

為了能夠準確的反應出目前醫院建筑實際運營能耗情況，本文通過對上海“5+3+1”工程中的3家新建三甲醫院運營能耗進行一年的跟蹤調查，3家醫院的投運時間都在3年以上，醫院能耗基本趨于穩定。通過對這些實際運行數據的分析，最終獲得醫院建筑單位面積能耗、典型季節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 醫院單位面積年能耗分析

根據研究需要，選取的3家醫院分別為同一時期建設，分布在不同區域和不同規模的綜合性醫院，分別為醫院A、醫院B和醫院C。選取這3家醫院去年全年的能耗歷史數據（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（現場采樣分析結果）轉換成熱值形式，得到各家醫院的綜合能耗總量，匯總于表2中。

表2 醫院能源消耗量

如表2所示，醫院的能源消耗主要是天然氣和電力兩種，而且由于醫院規模不同和用能設備不同，3家醫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 醫院單位面積能耗

如表3所示，3家醫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家被調查的醫院年總能耗和建筑面積存在一定差異，但是從醫院單位建筑面積年總能耗角度分析，三家醫院的實際能耗相近，收集的數據能夠客觀的反映出目前上海醫院的耗能水平，而醫院B由于采用了地源熱泵空調系統作為節能手段，所以單位建筑年總能耗最低。

表1 醫院電力和燃氣用量統計表

2 醫院逐月用能分析

2.1 醫院逐月用電量分析

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

圖1 醫院全年電力消耗量/kWh

由圖1可知，醫院A和醫院C的用電變化趨勢基本一致，1～5月和11～12月醫院用電相對平穩，6～10月為醫院的用電高峰期，其中7月和8月用電量最大，主要是夏季電空調運行導致。醫院B的冬季用電不同于其他兩家醫院，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家醫院的逐月電力消耗數據，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列于表4中。

將表4中的醫院電力消耗比例系數與日本醫院建筑能耗預測手冊中醫院電力負荷預測系數進行比較，如圖2所示，由此可知，日本用于測算醫院每月電力負荷比例系數變化幅度較小，而三家醫院的實際電力負荷比例系數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，通過這兩組數據的對比可以發現，我們的用電情況與日本相比還是存在很大差異。

2.2 醫院逐月用氣量分析

圖2為3家醫院的每月天然氣用量變化趨勢圖。由圖可知，醫院A和醫院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。醫院B冬季燃氣低于其他兩家醫院，主要是醫院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。天然氣低位熱值取34.3 MJ/m3，計算結果列于表5中。

2.3 醫院逐日電負荷分析

由圖1可知，醫院全年用電負荷存在較大的峰谷差，而造成這一現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月的電負荷作為醫院用電負荷典型月份進行分析，并對醫院典型月內的24小時用電情況跟蹤分析。圖4是醫院一月份每日的逐時用電情況，圖5是醫院4月份每日逐時用電情況，圖6是醫院8月份每日逐時用電情況。

表4 醫院月電負荷占比系數

圖2 醫院月用電比例圖

圖3 醫院全年天然氣消耗量

表5 醫院月燃氣能耗占比

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

2.4 醫院熱水負荷分析

醫院生活熱水分析，主要根據醫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 醫院24h電力負荷系數

圖4 1月24 h趨勢圖

圖6 8月24 h趨勢圖

表7 醫院生活熱水用量

由表7可知，醫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）。根據醫院日常熱水使用規律，醫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家綜合醫院的實際用能情況跟蹤調查，獲取了醫院全年的能耗數據，并對相關能耗數據進行了整理和分析，客觀的反映出目前現代化醫院建筑的能耗水平。醫院電力和熱水負荷具有一定的周期性和規律性，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）通過對醫院能耗數據進一步分析研究，得出了現階段醫院建筑單位面積年能耗預測參考數值204 kWh/m2y，以及醫院建筑在典型日的全天24h電力負荷變化規律，并且總結出了逐時電力占比系數。

（3）原先借用日本預測醫院單位面積年能耗參考數值遠遠高于本文所實測的醫院能耗數據，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，所以日本用于醫院負荷測算的系數并不適合我國醫院的能耗預測。

（4）由醫院熱水鍋爐天然氣消耗歷史數據，得到了醫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。

（5）空調系統采用地源熱泵機組后，醫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