綜合性醫院電能替代綜合能源改造實例分析

國電南瑞科技股份有限公司南京用電技術分公司 童仁杰 鹽城市第一人民醫院 張春鵬 凌 晨 南京林洋電力科技有限公司 張繼皇 殷憲恒

進入“十四五”時期，在能源革命和數字革命的雙重驅動下，全面落實“四個革命、一個合作”能源安全新戰略和創新驅動發展戰略，聚焦能源保障安全、促進能源轉型，引領能源革命和支撐“雙碳”目標等重大需求，建立新型能源結構[1-2]。綜合能源技術解決了醫院類項目的復雜用能需求，一般來說能夠同時滿足水、電、蒸汽、天然氣、煤等多種能源方式,包含如空調暖通、照明、電梯、生活用電、蒸汽配套、生活熱水、儲能、充電樁、分布式光伏等技術模塊，同時結合各類算法和監控平臺，實現多能互補，高效用能。

隨著“雙碳”目標的提出和落實，節能降耗和能源方式轉變成為了達成“雙碳”目標的重要方式之一，綜合能源作為一項有著堅實技術理論基礎和豐富實際經驗所驗證的技術路線，隨著越來越多的技術方式的加入和融合，結合能耗、能效、用能等分析系統的開發與應用，綜合能源技術成為了一支實現節能減排和“雙碳”目標的生力軍。本文以鹽城市一家綜合性公立醫院的綜合能源改造項目為例，通過前期調研分析、項目解決方案和數據統計與分析對比等方面，以實際案例和數據說明綜合性醫院綜合能源改造的可行性、可靠性和經濟性，為醫院類綜合能源改造項目提供技術參考。

1 項目概況

1.1 醫院概況

該醫院總建筑面積為126475m2，其中建造年份最早的為急診樓、建于1986年，建造年分最近的為2011年建成的病房大樓，整體醫院建筑外墻以“37”墻為主，未建設外保溫，醫院包含了ICU、燒傷病房、手術室等特殊用能區域。醫院原空調部分采用中央空調、分體電空調結合的方式，夏季供冷采用蒸汽溴化鋰機組，冬季供熱采用蒸汽直接換熱方式，生活熱水采用余熱回收+蒸汽換熱方式，供應室、洗滌、消毒、食堂蒸汽等來源采用管道蒸汽，院內建筑原已進行80%的LED 節能照明改造，50%的院內電梯未進行節能回饋改造。

綜上，醫院類項目的綜合能源改造對于實際情況、用能需求、用能習慣等方面的調研為前期重點，在這里要重點說明的是，對于部分運營年限較長的醫院，末端老化、管道老化堵塞、浪費使用等問題需要重點關注。

1.2 前期調研情況

對供冷、供熱、生活熱水設備情況、各樓宇和設備用能情況、電分體式空調和中央空調占比及用能情況、用能習慣、建筑節能保溫、以往供冷供暖滿意度、供冷供暖以往運行情況、生活熱水使用情況、照明節能情況、電茶爐等用能設備使用情況、配電、天燃氣接入以及其他相關內容進行了調研，統計到該醫院蒸汽三年平均用量為31648t/年，產生費用12595904元/年；三年平均用電量11930869kWh，產生費用7164486元/年；平均每年能源費用合計19760390元，其中蒸汽費用占比約63.7%，電費占比約36.3%。

通過分析，蒸汽用能方面供暖、供冷、生活熱水能耗占比較大，電能用能方面照明、醫療設備（不可改造）、一般動力、分體空調和日常用電能耗占比較大。通過對于能源價格、能源方式、設備情況進行調研后認為，供暖、供冷、生活熱水、供應室和洗衣房蒸汽、照明系統、一般動力系統、分體空調系統和生活熱水節水系統為此次綜合能源改造的主要范圍。

根據技術設備的特點、能源價格、能源趨勢、國家政策等方面的因素，整體綜合能源改造采用了純電能替代備選方案，最終決定采用空氣源熱泵供暖+電水冷式冷水機組供冷（螺桿機）+空氣源熱泵供生活熱水（含蓄熱）+電蒸汽發生器供蒸汽的方式作為實施方案，同時同步進行照明節能改造、電梯節能改造、能效、用能等監控系統實施。

2 項目設計分析及項目解決方案

供應室蒸汽能耗分析：消毒設備4臺，蒸汽耗量22kg/h/臺，每天20鍋、每鍋運行時間75分鐘，每天用量0.6t；滅菌設備4臺，蒸汽耗量26kg/h/臺，每天25鍋、每鍋運行時間75分鐘，每天用量0.8t；清洗設備1臺，蒸汽耗量80kg/h/臺，每天3鍋、清洗鍋運行時間75分鐘，每天用量0.3t；洗衣室蒸汽能耗分析：該醫院洗衣室主要用能設備為工業洗衣機5臺。根據洗衣房蒸汽抄表數據約77t/月，平均2.6t/天；食堂蒸汽能耗分析：根據現場調研抄表數據，食堂蒸汽用量約2t/天；生活熱水蒸汽能耗分析：根據現場實際調研情況，對2020.11.1～2020.11.12日既不供暖、又不供冷的時段進行了逐時蒸汽用量調研和生活熱水補水流量調研，通過取均值的方式，該醫院生活熱水蒸汽用量約28t/天。

電能數據分項調研：該醫院日常運行三年平均用電量為11930869kWh，醫院能耗主要占比為照明約20%、醫療設備約25%、一般動力約15%、電梯約2%、分體空調約10%、日常用電約28%；該醫院綜合能源改造范圍主要包括：供暖系統改造、供冷系統改造、蒸汽系統改造、生活熱水系統改造、照明系統改造、節水系統改造、機房總控系統改造、電能質量綜合治理、能源管理系統改造、配電系統改造等。

實際負荷計算：該醫院實際中央空調使用面積為95000m2，供暖季平均用蒸汽11197.4t/年，按0.95換熱效率計算，供暖季耗能7688812.244kWh；按供暖140天計算平均負荷為24.09W/m2，即制熱量為2288.55kW。供冷季平均用蒸汽7675.8t/年，按銘牌參數1.2制冷效率計算，供冷季耗能6657679.386kWh；按供冷135天計算平均負荷為21.6W/m2，即制冷量為2052kW。生活熱水平均用蒸汽28t/天，按40℃水溫升進行計算，產生1t 生活熱水能耗為76.02kg，則每天的生活熱水用量為368.32t/天。

表1 2017～2019年蒸汽平均用量拆分（設計時使用得此數據）

理論計算驗證。供暖：按全天室內溫度18℃計算，取70W/峰值熱負荷(來源《民用建筑采暖通風設計技術措施》)，可以得出采暖期日間熱負荷39.81W/m2，夜間熱負荷53.08W/m2，取高值制熱量需求為5042kW（實際取值時需額外考慮極端條件下冗余量）；供冷：理論冷負荷取值80W/m2（來源《實用供熱空調設計手冊》），制冷量需求為7600kW，綜合考慮取電水冷式冷水機組制冷量5000kW 即可，其余冷量可在需要時配合供暖使用的空氣源熱泵聯合供冷；生活熱水：理論取值理110～140L/床位·d（來源《民用建筑節水設計標準GB50555-2010》），該醫院開放床位2500張，即理論最大用水量為350t/d（實際取值時需額外考慮極端條件下冗余量）。

小結：通過計算分析，當運行年限較長的醫院在進行綜合能源改造過程中，因為末端老化、管路堵塞等問題，實際數據與理論數據往往存在一定的偏差，不建議只參考單一數據來源，要充分參考理論數據進行計算，同時結合經驗值，做到充分判斷、合理取值。

3 項目運行數據及分析及項目解決方案

3.1 項目運行數據

供冷季室內溫度濕度效果測試。2021年9月10日8：00～20：00進行了供冷季效果測試，測試期間室內平均溫度為25.4℃，滿足設計規范要求（經第三方專業機構核準）；供暖季室內溫度濕度效果測試。2021年12月28日～29日進行了供暖季效果測試，測試期間室內平均溫度為25.0℃，滿足設計規范要求（經第三方專業機構核準）；室內照度。選取5號樓、9號樓、10號樓和門診樓照明改造典型功能區域進行室內照度測試，測試結果滿足設計標準要求（經第三方專業機構核準）。

3.2 實際數據測算

根據《公共建筑節能改造節能量核定導則》，當系統能耗與其他系統沒有分開計量或暫時無法獲得一個完整循環工況的計量賬單數據時，節能量測評可采用測量計算法；標煤折算依據為國家統計局2018年電力消耗等價折標煤系數取0.403kgce/kWh。

3.2.1 冷源設備基準期能耗測算

蒸汽溴化鋰冷水機組蒸汽消耗：2020年供冷季5月～10月空調制冷蒸汽量消耗分別為183.25t、1359.41t、1563.41t、908.6t、2104.5t、0t，合計消耗蒸汽6119.17t，折算標煤量786925kgce；冷源系統水泵電量消耗：2020年供冷季5月～10月冷源系統水泵消耗電量為552784kWh，折算標煤量222772 kgce。

冷源系統改造后核定期能耗測算：2020年醫院蒸汽拆分結果供冷季蒸汽用量為6119.17t，蒸汽型溴化鋰冷水機組的制冷性能系數限值為1.10（來源《公共建筑節能設計標準》2005版），本次測算暫按1.10取（實際由于運行年代久冷水機組運行能效會有一定的衰減），0.45MPa 市政蒸汽的焓值為2743kJ/kg，全年供冷量為18463372MJ。改造后冷源系統整體性能系數為4.30（經第三方專業機構核準），則改造后冷源系統總的耗電量為1192724kWh，則核定期電力消耗折算為標準煤耗量為480668kgce。

冷源系統改造節能量核算：改造前基準期標準煤消耗量為786925+222772=1009697kgce，改造后的年節煤量為1009697-480668=529029kgce，節能率為529029/1009697=52.4%。

3.2.2 熱源設備基準期能耗測算

蒸汽換熱供暖蒸汽消耗。2020年供暖季11月～4月（次年）供暖蒸汽量消耗分別為436.37t、9831.43t、3224.7t、2089.12t、1365.39t、211.03t，合計消耗蒸汽9831.43t，折算標煤量1264322kgce；熱源系統改造后核定期能耗測算。2020年醫院供暖季蒸汽用量為9831.43t，浮動盤管式換熱器效率取0.98，0.45MPa 市政蒸汽的焓值為2743kJ/kg，由此計算出全年供熱量為26428260MJ。改造后空氣源熱泵性能系數測試結果為2.87（經第三方專業機構核準），改造后供暖季空氣源熱泵總的耗電量為2557904kWh，則核定期電力消耗折算為標準煤耗量為1030835kgce。

熱源系統改造節能量核算。根據改造前后熱源系統均不含供暖循環泵的標準煤耗量，計算改造后供暖系統的年節煤量為1264322-1030835=233487kgce，節能率為233487/1264322=18.5%。3.2.3 生活熱水設備基準期能耗測算

生活熱水蒸汽消耗。該醫院2020年生活熱水月蒸汽用量為759.85t，則年蒸汽耗量為9118.2t，根據《導則》附錄A 市政蒸汽折算標煤系數取0.1286kgce/kg,則蒸汽折算為標準煤耗量為1172601kg。

生活熱水系統改造后核定期能耗測算。2020年生活熱水系統全年蒸汽用量為 9118.2t，本次測算生活熱水系統蒸汽換熱器效率取0.98，0.45MPa市政蒸汽的焓值為2743kJ/kg，全年供熱量為24510998MJ。改造后生活熱水系統采用空氣源熱泵系統，空氣源熱泵循環泵為新增設備，因此空氣源熱泵系統能耗計算過程采用全年系統能效比。空氣源熱泵系統制熱性能系數全年加權平均值為3.1737（經第三方專業機構核準），測算則改造后生活熱水系統全年總的耗電量為147827kWh，核定期電力消耗折算為標準煤耗量為865574kgce。

生活熱水系統改造節能量核算。根據改造前后熱源系統均不含供暖循環泵的標準煤耗量，計算改造后供暖系統的年節煤量為1172601-865574=307026kgce，節能率為307026/1172601=26.2%。

3.3 照明系統節能量測算

根據《導則》第6.2.1條的規定，照明系統改造采用測量計算法核定節能量時，應按下式計算：，根據現場核查燈具數量、功率、日運行時間等參數，計算照明系統的節能改造的年節能量為245038kWh，節煤量為98750kgce，節能率達79.2%（經由第三方專業機構核準）。

3.4 電蒸汽系統節能量測算

該醫院2020年供應室、洗衣房日蒸汽耗量為5t，市政蒸汽折算標煤系數取0.1286kgce/kg，則改造前基準期年蒸汽耗量折算為標準煤耗量為234695kgce。改造后兩臺電蒸汽發生器日均耗電量為3403kWh，年用電量為1167961kWh（根據實際工作時間測算），折算年標準煤耗量為470688kgce。根據基準期2020年標準煤耗量和改造后年標準煤耗量，計算節煤量為234695-470688=-235993kgce。建筑用能電氣化是實現建筑領域“碳中和”的一項重要舉措，因此本項目電蒸汽系統的改造是響應國家“雙碳目標”政策要求的一項改造措施。

綜上，根據此項目的相關數據及分析結論，在充分調研、科學決策的前提下，結合項目的實際情況，醫院類項目的綜合能源改造具備了可行性、經濟性和可復制性，有利于降低能耗、節能減排，能夠更好的推進能源轉型的發展。