上海市市級醫院建筑能耗評價指標及影響因素研究

何曉燕

上海市建筑科學研究院有限公司

0 引言

醫院建筑能耗遠高于其他公共建筑，通過制定能耗定額,開展能耗對標，能幫助醫院找出差距，發現用能存在的問題，指導合理用能。上海市2012年頒布實施的《市級醫療機構建筑合理用能指南》DB31/T 553-2012（以下簡稱2012版指南）規定了不同類型醫院的能耗對標值，為“十二五”、“十三五”市級醫院開展能效對標、挖掘節能潛力提供了重要支撐。伴隨中國醫療衛生體制改革的不斷深入，各級醫院的基本建設也進入了前所未有的新高潮，大型儀器設備大量投入使用，診療能力大幅提升，人們的就醫環境和醫療條件有了顯著的改善。但醫院建筑能耗隨之大幅度地增長。2018年30家市級醫院建筑能耗為27 萬tce，較2008 年增加了41.3%，同時在這10 年間，建筑面積和門急診人次分別增加了51%和110%。本文根據近年來醫院能耗的動態發展變化，結合現有能源消耗數據顆粒度，在《2012 版指南》的基礎上，重點分析建筑用能評價指標和影響因素，對用能指南的修訂提出有關思路。

1 醫療機構能耗評價指標研究

1.1 國內外能耗指標調研

國內外醫療機構能耗評價指標通常采用單位建筑面積能耗指標，如德國VDL 3807 標準根據醫院床位數區間給出醫院供熱能耗和供電能耗指標（單位：kWh/(m2·a)），在國內，浙江、湖南、山東等省按醫療機構等級分類（一級、二級、三級）給出能耗定額標準，北京、濟等南市按綜合醫院和專科醫院分類給出建筑合理用能指標等。

1.2 市級醫院單位業務量能耗指標研究

與其他建筑不同，醫院建筑能耗除受到建筑規模的影響，還與床位數和門急診人次等業務規模密切相關。為進一步求證是否存在比單位建筑面積能耗更合適的指標，本文重點分析了單位床位能耗、單位門急診人次能耗、單位醫療量能耗及單位醫療業務量能耗密度（單位建筑面積能耗/年總醫療量）等單位業務量指標，數據樣本為2018年度全市30家市級醫院的建筑面積、門急診人次、床位數、年總醫療量（年門急診人次/3+年實際占用總床日數，單位為當量床日）、床日數、手術人次、病種難度系數（CMI）和年總能耗等進行分析，結論如下：

1)平均床位能耗為7.33 tce/床，最大值（14.23）為最小值的2.09倍；

2)平均門急診人次能耗為4.09 kgce/人次，最大值（18）是最小值的0.24倍；

3)平均單位醫療量能耗為707.92 kgce/百當量床日，最大值（2 044.24）是最小值的（70.86）的倍；

4)單位醫療業務量能耗密度為1.078 kgce/m2·萬當量床日, 但最大值（10.021）是最小值的（0.289）倍。

可見，不同醫院的單位床位能耗、門急診人次能耗、百當量床日能耗、單位醫療業務量能耗密度數值差異過大，橫向不具有可比性，難以用醫院建筑用能評價指標。

本文重點說明單位醫療業務量能耗密度比指標，該指標綜合考慮了醫院建筑面積和醫療業務量兩個因素，此因素能全面反映醫院的用能水平。前文提及的醫院之間的數據差異性，分析其原理不難發現其局限性。單位醫療業務量能耗密度計算公式可表示為：

式中：

EM—單位醫療業務量能耗密度，單位：kgce/（m2·萬當量床日）；

E—總能耗，單位：kgce；

S—建筑面積,單位：m2；

P—綜合業務量，單位為當量床日。

案例分析：假設醫院A 和醫院B 總能耗（E）相等，醫院A 的E 為100 m2，P 為60 當量床日；醫院B的E為300 m2，P為20當量床日，則醫院A和醫院B的EM皆相等，即兩者單位醫療業務量能耗密度相當。但顯然，醫院A 利用較小的建筑面積診治了更多病人，醫療效率更高,社會效益更好，如采用該評價指標則對醫院A 有一定的不公平性。因此，單位醫療業務量能耗密度等更適合于醫院開展縱向的自我評價和比較，其他單位業務量能耗指標亦是如此。

1.3 市級醫院單位面積能耗指標研究

2018年度全市30家市級醫院單位面積能耗如圖1所示，呈正態分布。從圖2中的Q-Q圖可以看出，各數據點近似在同一條直線上。經過Kolmogorov-Smirnov 檢驗，顯著性水平為0.2,大于0.05[1]。因此，可認為樣本建筑的單位面積能耗服從正態分布。確定研究對象的概率分布函數后，可以采用目前使用較多的限額水平法、上下四分位法等對研究對象進行統計分析后，根據實際情況確定合適的用能指標水平。

圖1 單位面積能耗直方圖

圖2 單位面積能耗Q-Q圖

1.4 醫院的分類水平研究

醫院由于類型不同，科室設置及業務特點都存在差異，如果未對醫院進行分類水平研究，則對實際醫院用能對標缺乏指導性。《2012版指南》考慮到中醫醫院數量較少（4 家），且科室設置與綜合醫院接近，因此把醫院機構分為綜合醫院和專科醫院兩類。用能評價指標分為建筑類主要指標和業務類指標輔助評價。建筑類指標為單位建筑面積能耗（kgce/(m2·a)），業務類輔助指標為單位床位建筑面積(m2/床）和單位建筑面積門急診人次（人次/ m2）,兩個輔助指標相互作用形成四種分類(分別對應四個象限)。其核心是單位面積所承擔的業務量越多，其允許能耗指標相應提高。兩者關系如圖3所示：

圖3 能耗密度與業務密度對應關系

根據《2012版指南》對2018年綜合醫院能耗數據分析，發現隨著醫院近年來業務發展，上述對應關系發生了細微變化，集中體現在中醫醫院。中醫醫院業務密度最大，即單位床位建筑面積密度最高且單位建筑面積門急診人次最多，但能耗水平明顯低于綜合醫院（如圖4 所示），因此中醫醫院不適合并入綜合醫院，能耗指標應單獨設置。

圖4 不同類型醫院單位面積能耗箱體圖

此外，分析發現四象限中，部分象限目前樣本缺失或過少，因此影響因子的設置也需重新考慮。

2 市級醫院能耗影響因素研究

2.1 定額指標主要影響因素分析

采用統計分析法分析不同類別醫院年綜合能耗與業務量的復相關系數R 平方值后，得出結論見表1。

由表1可見：

1）綜合醫院建筑總能耗與總建筑面積、實有床位數、實際占用床日數由高到低具有較高的相關性；而建筑面積又與實有床位數高度相關，為避免重復，二者選其一，可選擇實有床位數作為主影響因子。

2）中醫醫院建筑總能耗與總建筑面積、實有床位數、實際占用床日數、手術人次、病種難度CMI 由高到低具有較高的相關性，而建筑面積又與實有床位數高度相關，可選擇實有床位數作為主影響因子。

表1 醫院建筑綜合能耗與相關業務量的相關系數分析

3）專科醫院建筑總能耗與總建筑面積具有較高的相關性，與各業務量參數相關性均不高，其中由高到低與總醫療量、門急診人次、手術人次相關性略高，而總醫療量包含了門急診人次和手術人次，可選擇建筑面積、總業務量作為主影響因子。

上述基于統計學的分析結論與醫院實際情況基本保持一致。

1）綜合醫院和中醫醫院造成能耗差別的重點在于住院區的大小，住院區24 小時運行，能耗顯著高于門診等間歇運行樓宇。而住院區的大小又和床位數密切相關，床位數增加又引起手術室等能耗增加，因此床位數是重要影響因子。

2）專科醫院不同于綜合專科醫院，不同診療病種業務類型差異較大。如口腔病防治院床位數和手術量都為0，因此影響因子不能單獨取門急診人次或實際占用總床日數，手術量也難以作為統一的影響因子，而選擇綜合業務量（當量床日）較合適。

上述影響因素的作用可通過細化分類后以區別指標值，如綜合醫院可根據實有床位數分為兩類，如表2所示。

表2 綜合醫院可比單位建筑面積年綜合能耗評價指標9+

2.2 其他影響因素

在樣本量有限的情況下，能耗影響因素的設置不應完全依賴于統計學的結果，還需要結合機構業務特點進行深化，使其具有公平性、合理性和可操作性。通過和醫院相關部門溝通及實地調研，手術量也是影響能耗的重要因素，目前綜合醫院和中醫醫院兩種類別具備修正條件。

綜合醫院單位面積能耗與年手術人次的相關系數僅為0.248 1，因此不能按手術人次進行線性修正，但年手術人次對能耗確實有一定的影響，根據分析結論，當年手術人次≥中位值9 萬時修正單位面積能耗，修正因子為0.909。

中醫醫院單位面積能耗與年手術人次 病種難度CMI之乘積具有高度相關性，相關系數為0.818 6，相關性極高，同等級中醫醫院之間年手術人次和病種難度CMI 是影響能耗的重要因素。根據數據回歸分析結論，當年手術人次和病種難度系數CMI的乘積大于 20 000 時，能耗修正值ΔeZY=-(S×CMI-20000)×0.0003 。 如A 醫 院129 894 m2，年手術量57 753 人次，單位面積能耗為74.30 kgce/（m2·a），B 醫院139 130 m2，手術量為23 904，單耗58.87 kgce/（m2·a）。如不進行修正，則A 醫院的能效較差。但事實上兩家醫院近幾年都開展了多項節能技改項目，能效有較大提升且基本相當。根據修正方法，對A 醫院手術量等進行修正，修正后單位面積能耗調整為65.39 kgce/（m2·a）。

3 小結

1）醫院建筑能耗除受到建筑規模的影響，還與床位數和門急診人次等業務規模密切相關，但單位建筑面積能耗仍然是最合適的能耗評價指標。

2）醫院由于類型不同，科室設置及業務特點都存在差異，為方便評價管理及考慮科學性、可操作性及公平性原則，醫院機構用能水平分析可分為綜合醫院、中醫醫院和專科醫院三類對象。

3）綜合醫院和中醫醫院可將床位數作為影響因子，專科醫院可將建筑面積、總醫療量（當量床日）作為影響因子。

4）由于全市市級醫院樣本量有限，無法開展大數據分析，未來可聯合長三角區域醫院開展用能水平研究，實現數據對接，統一區域標準。