大型分散式布局綜合醫院節能低碳發展路徑思考

程子偉（上海市中醫醫院， 上海 200071）

隨著我國國民經濟的持續發展，醫院建設取得了前所未有的發展。新興醫療學科、高科技醫療技術與診療設備對建筑功能、設備設施系統、就醫環境和工作環境等提出了更高的要求。因此，醫院建設規模擴大的同時，能耗不斷上升使得醫院成為能耗最大的公共建筑之一，其能耗是一般公共建筑的 1.6～2.0 倍。

上海交通大學醫學院附屬新華醫院創建于 1958年，目前已是學科門類齊全、具有專業特色，集醫、教、研和管理于一體的綜合性三級甲等醫院。醫院從“九五”時期開始，陸續建成了外科綜合樓、科技樓、醫療保健綜合樓、兒科綜合樓等 28 棟單體建筑，建筑面積由初期的約 7 萬 m2擴增至約 25 萬 m2，建筑面積擴增 3 倍多，占地面積由 70 畝（約 46666.67 m2）擴增至 107 畝（約 71333.33 m2）。早期建設缺少總體規劃與發展構想，導致院區建筑布局分散，業務形式與建筑功能較為復雜。

以新華醫院為典型案例，深入探索分析上海市大型分散式布局綜合醫院的節能路徑，研究建立實現醫院節能、安全、高效運行管理的方法體系，對全社會層面實現高質量可持續發展具有重要的指導意義。

1 醫院布局與能源管理關系探討

1.1 醫院布局分類

基于醫院建筑總體布局的特點，可將醫院平面布局分為相對分散式、半集中式、集中式三種類型[1-2]，詳見表 1 。

表1 三類醫院布局形式及其特征

（1）分散式布局。在分散式布局中，各建筑之間相對獨立設置，各部分醫療功能和服務用房分別布置于獨立的建筑物內，根據功能關系疏密與否，選擇性地加設連廊連接。新華醫院目前的院區建筑分布符合分散式布局的特征。

（2）半集中式布局。半集中式布局往往將門診、醫技和住院功能區進行獨立設置，通過連廊將建筑連為一體。根據連廊和各單體建筑的關聯形式，又可分為軸線連通式和枝狀串聯式。半集中式的建筑功能組合形式，具有節約用地、流線便捷等特點。

（3）集中式布局。集中式將門診、醫技和病房等主要醫療功能揉和在一個主體建筑物內，是近年來發展較快的一種組合模式。此種模式布局緊湊，適應大中城市日益緊張的用地狀況。

1.2 分散式布局對能耗影響

重點圍繞醫院的分散式布局與能源使用，特別是供熱系統之間的關系進行了分析和總結。目前醫院分散式布局與能源管理之間的矛盾，主要表現在以下 3 個方面。

（1）建筑組團呈水平分散式布局，供熱輸送距離增加，系統效率降低。醫院早期規劃建設的鍋爐房采用集中供熱方式，蒸汽鍋爐集中產生蒸汽供冬季采暖、全年生活用熱水、醫療器械消毒、衣物洗滌以及食堂蒸汽使用。新華醫院鍋爐房布置在醫院西北角位置，鍋爐系統蒸汽管道最長距離約 1300 m，面臨管網復雜、用能分布區域廣、輸送距離遠、沿途跑冒滴漏嚴重、傳輸熱量損耗高等問題。醫院鍋爐房與供熱區域位置如圖 1 所示。

圖1 新華醫院鍋爐房與供熱區域位置示意圖

（2）單體建筑豎向呈多功能多科室混合布局，用能負荷分散，系統低效運行。醫院提供醫療服務科室部門主要有急診部、門診部、醫技科、住院部、手術室、康復中心等。各科室用能規律不統一，導致建筑日內負荷變化較大。在這種情況下，鍋爐處于低負荷率運行，從而導致“大馬拉小車”現象。

（3）空間流線復雜分散，人員活動效率低，時間長。大型綜合醫院業務規模較大，人員流動頻繁。一方面導致醫院內部垂直交通能耗增加；另一方面，流線分散也導致病人在各區域、各樓棟之間穿梭，影響樓內空調氣流組織，促使樓內冷量/熱量向外部散失，增加了系統的負荷需求，導致能耗上升。

1.3 分散式布局能源管理難點

（1）管理范圍廣，設備復雜多樣。醫院能源結構復雜，用電設備種類繁多，其用能系統要比一般公共建筑要復雜許多。例如，對于新華醫院供暖時，蒸汽通過蒸汽管道輸送至各主要大樓的分汽缸，再根據“汽－水”換熱器進行“水－水”換熱，提供末端所需生活熱水及冬季采暖。蒸汽從鍋爐房出來，沿途經過 5 個區域換熱站，設備繁多，管理模式復雜多樣[3]。

（2）節能改造難度大、周期較長 。醫院在運行過程中需要為病人提供全天候保障。為實現對醫院能源的有效管理，實施節能改造措施是可行途徑之一。醫院實施設備改造應在確保醫院正常運營的條件下逐步實施，對改造的合理順序進行周密安排，確保新老系統過渡的合理性和可實施性。改造前應制定分期規劃，因此醫院節能改造實施周期長、協調因素較多，導致節能改造過程較為復雜。

2 分散式布局醫院實施能源精細化管理的必要性

精細化管理作為一種管理理念和管理技術，已成功運用于各種復雜系統的管理中，也同樣適合于大型分散式布局醫院的能源管理。基于“關注精細、立足專業、科學量化”的原則，醫院通過制度標準化、流程標準化，內部形成一套能源計量→能耗分析→節能措施→量化評估的閉環能源管理機制。通過能源計量、能耗分析等標準化流程，定量評估能源成本與業務量的關聯關系，進而挖掘節能空間。隨著數據的積累以及不斷改進，形成醫院切實可行的能源績效指標，并為精細化管理提供量化、準確的考核要求，最終使得醫院的能源管理工作實現目標明確、考核有據、流程高效、持續運行。

3 醫院能源精細化管理體系建設路徑

3.1 總體規劃

總體規劃先要摸清家底、掌握現狀。通過對建筑能源使用情況進行一次全方位的“體檢”，并出具“體檢報告”，了解在能源管理工作中存在的問題和不足，在此基礎上建立醫院中長期總體節能規劃。為保證醫院建設的高效和經濟，無論是新醫院建設，還是老醫院改造，都應制定一個基本建設總體規劃，進而指導一定時期內的醫院建設工作，保證建設發展的科學性，確保規劃先行，分步實施。2018年，新華醫院委托上海建科院開展能源審計，通過審計主要解決了3 個問題。

（1）掌握能源結構，把握節能重點。分析發現醫院建筑總能耗中，采暖空調系統能耗占比為 25%；生活熱水系統能耗占比為 8%，照明系統能耗占比為 13%。這 3 部分的內容應作為節能的重點。此外，由于缺少精細化能源計量手段，計量器具配備率不高，所以 46% 的能耗無法進行詳細拆分，而這部分能耗主要是醫療設備用能。

（2）分析節能漏洞，測算節能空間。通過第三方專業機構對醫院進行用能“體檢”，出具專業能源審計報告。醫院初步分析存在 20% 的節能空間，可以進行照明的節能控制、集中蒸汽鍋爐改造、溴化鋰機組改造等節能措施。

（3）系統診斷問題所在，提出節能規劃。結合醫院中長期發展規劃，從節能技改措施、能源資源日常運行管理制度建設、基于精細化的智慧能源管理系統建立 3 方面提出節能可持續發展建議，使醫院向經濟高效的目標邁進。

3.2 精細管理

精細化管理是“自上而下”的質量監管體系。醫院主要領導應牽頭設計頂層能源方針、建立專門管理團隊、制定節能目標、落實節能措施；并定期進行考評和回顧，督促改進完善，形成管理閉環。通過此機制，新華醫院先后引入了 LED 燈具改造、太陽能熱水改造、開水器改造、熱水鍋爐改造等多項技術節能措施，節能效果良好。

運行階段建立醫院設備運行管理制度，如：①加強中央空調系統維護，對全院冷凍水泵、冷卻水泵更換軸承、更換密封圈、檢查線圈、清洗過濾網。冷卻水塔更換填料、清洗積水盤、檢查風機皮帶，以及清洗風機盤管、新風機箱、空調機箱、送風管口等。嚴格控制室內溫度，夏季室溫 24～26 ℃，冬季室溫 20～22 ℃。②優化鍋爐節能管理，增加蒸汽管路保溫，更新熱水箱；設定合理開停鍋爐和用汽時間，合理調整鍋爐燃料配比，增加水質化驗次數，減少排污量；合理調整離子桶軟化水水位。③對全院排風機進行排查，重新設定定時區間并專人巡視，所有總排風機(廁所、污物間等處)每天 7：00－11:00、13:00－19:00 定時開閉，部分樓宇廁所應用人體感應開關控制廁所內換氣扇的開啟。

3.3 精準計量

沒有監測就沒有管理，因此能源管理和節能工作的基礎是做好能耗監測。新華醫院自 2014年開始建設電能計量系統，主要包括運行數據的實時監視、分析對比、故障報警、報表管理等功能，但系統重建設、輕運維、弱應用，數據采集的全面、及時、準確需要進一步加強，數據分析對能源管理的作用需要提升，節能技改工作必須閉環。難以準確掌握醫院分類、分項、分級、重點用能區域和設備等能耗數據，將不利于提高管理效率，會影響能源管理、節能改造等決策，亟須升級改造。改造步驟如下。

（1）建立醫院能源指標體系。可根據不同功能區域進行劃分，同時，各用能系統也可繼續向下分解，按功能模塊進行拆分，以此做到精細化管理。能源指標體系的建設不僅要設定整體能源基準，還要對各功能區域如門診、急診、手術室、各單體辦公建筑、地下停車庫，以及各類設備系統如生活熱水系統、供暖系統、照明系統等制定相關能源績效參數。

（2）提高計量器具配備率。建立分戶、分區、分設備 3 級計量體系，通過對用能樓宇、重點用能區域和重點用能設備的全覆蓋，為精準計量打下扎實基礎。

（3）基于能耗監測平臺進行節能管理。不斷研究和分析醫院用能的特征，基于能耗監測大數據和分析算法，建立準確的醫院能耗模型；并結合醫院的管理情況，促進醫院的管理節能工作的從粗放型管理階段向精細化管理階段的提升。

3.4 智慧運維

針對醫院智慧運維管控需求，基于物理網技術的建筑設備設施運行狀態的泛在感知技術，建立以輕量化 BIM 模型為支撐的實體精準映射數字孿生基礎模型平臺。研究通過端邊云協同技術，柔性指引和操控建筑的能源管理。基于知識圖譜和多源數據的預測性維保技術，利用建筑數據資產，輔以 AI 智能決策，研發資產數字化、樓宇自動化、運維可視化、管理信息化等一體化醫院的智慧運維一體化管理控制平臺，并基于平臺開展密集城區既有園區可持續更新改造和智慧運維工程示范。

4 結語

大型分散式布局由于建筑體量大、布局分散、能效較低，更加凸顯能源管理的重要性。醫院的節能管理具有復雜性和系統性，首先要做好頂層規劃和整體設計。通過對醫院開展全面能源審計，可確保節能措施的針對性和經濟性，同時，進一步健全醫院的內部運行機制，建立能源管理平臺，實現能耗精準計量，促進醫院的管理節能工作的從粗放型管理階段向精細化管理階段的提升。建設醫院成為節能、安全、高效的現代醫院。