廣州某醫院綜合節能改造案例分析

李慧娟，張可欣

（廣州匯錦能效科技有限公司，廣州 510000）

醫院作為社會公共機構，具有功能特殊、人流量大、分區多和部分設備設施需要24 h不間斷運行、用能人員復雜等特點，因此能耗是一般公共建筑的2～3倍[1-2]。作為耗能大戶的醫院，隨著規模不斷擴張，大型醫療設備和機電設備不斷增加，人民群眾對就醫環境、服務水平要求的提高，使得醫院的能耗呈逐步攀高的態勢。因此，如何降低醫院的能耗成為了目前重要的研究課題。

本文以廣州某醫院綜合節能改造為案例，通過對醫院能耗的診斷分析，找出各用能系統存在的問題和節能潛力，提出適用的節能技術改造方案，為其他醫院綜合節能改造提供參考和借鑒。

1 醫院概況

該醫院位于廣州，是一所集醫療、預防、保健和教學于一體的公立二甲綜合性醫院。醫院占地面積約2.2萬m2，院區內由幾棟獨立的建筑組成，設有門診部、急診部和住院部，業務用房面積約3.26萬m2。醫院門急診科室設置齊全，擁有一大批先進的現代化醫療設備，年門診約65萬人次，住院約1.6萬多人次。

醫院主要的用能設備包括空調系統、照明系統、生活熱水系統及醫療設備等，改造前能源消耗種類主要以電為主，其次是汽油、液化石油氣、柴油和甲醇。以2020年醫院能源消耗為例，消費電力179.97 kW·h，汽油10.47 t，液化石油氣2.17 t，柴油1.42 t，甲醇1.52 t，各能源消耗占比如圖1所示，電力消耗占比高達90.87%。

圖1 醫院2020年能源品種結構圖

近年來，醫院積極響應國家節能減排號召，努力落實推進能源管理工作。2020年，醫院以申報國家節約型公共機構示范單位為契機實施了全方位的綜合節能改造工程，進一步提高醫院的能源管理水平和能源利用效率，有效降低整體能耗和醫院的能源支出費用。

2 醫院綜合節能改造內容

根據其他醫院的能耗研究[3]，在全年能耗中，約40%～50%用于空調制冷與供暖系統，約10%～20%用于照明，約15%～20%用于生活熱水及醫用蒸汽、廚房用氣。醫院節能改造宜從節能潛力大、操作性強，且具有良好投資回收效益的方面入手。實踐表明，醫院空調系統的節能改造具有周期短、收效快和易實現的特點，而照明、生活熱水等具有施工簡便、節能效率高的優勢。

2.1 設備設施節能改造

2.1.1 中央空調節能改造

醫院門診大廳和手術室各有一套小型的中央空調系統，根據GB 19577—2015《冷水機組能效限定值及能效等級》[4]，門診大廳和手術室的集中供冷設備設計工況下能效水平均低于三級能效，且設備已使用多年，故障頻繁，維修成本高。

（1）門診大廳。醫院門診大廳層高8 m，室內面積約200 m2，門診大廳主要為掛號、繳費和取藥窗口，人員流動大，且大門全年敞開，為半封閉空間，改造前僅安裝1臺額定功率為4.5 kW的5匹水冷機組，制冷能力嚴重不足，主機設備及配套水泵也均為高能耗機電設備。實施改造如下。

由于門診大廳高大寬敞半封閉空間，同時考慮門診大廳總冷負荷需求及醫院現場施工條件，對門診大廳空調主機及末端系統進行全面升級改造，采用節能高效多聯機替代現有制冷機組。采用一套30匹1級能效多聯式中央空調對門診大廳進行集中供冷。

（2）手術室。醫院手術室室內面積約200 m2，改造前由位于頂樓的2臺風冷冷水機組進行集中供冷，其中1臺為空氣源熱泵，制冷量為66 kW，主機設計COP僅為3.07；另1臺風冷機額定功率為11.2 kW，主機設計COP僅為2.9。其中有1臺主機已多次更換壓縮機無法正常使用，實際僅剩1臺主機運轉正常。另外經現場勘察，冷凍水管道保溫材料破損嚴重，循環水泵銹化腐蝕嚴重，管道連接處和水泵有明顯漏水，風冷機組制冷能力大幅度下降。空調末端空氣處理設備老化堵塞嚴重，多處存在明顯的漏風現象，冷源損失大，不僅造成了較高的能耗，而且供冷效果不佳，已不能滿足現有的供冷需求。實施改造如下。

針對以上問題，同時考慮手術室供冷供暖的需求及醫院現場施工條件，對手術室空調系統及末端設備進行更新改造，采用節能高效多聯式中央空調系統替代現有風冷冷水機組。配置2臺多聯機主機（1機為制冷量12.5 kW，制熱量12.8 kW；2機為制冷量22.4 kW，制熱量22.5 kW)，共同為手術室進行集中供冷，同時可滿足在冬季供暖。

2.1.2 綠色照明節能改造

醫院照明系統燈具數量較多，均為室內照明燈具。在用的燈具類型中，大部分已在過往幾年改造中陸續更換為LED燈具，仍有小部分燈具為傳統照明燈具，如普通熒光燈、樓道吸頂燈等。實施改造如下。

以保證原各區域照明要求為前提，采用高效節能的LED燈具替代原熒光燈管，采用一體化筒燈替代部分老舊筒燈，采取“一換一”的方式，對全院公共區域1 206盞傳統照明燈具進行更換。另外在新住院樓后面的停車場加裝10盞太陽能路燈，改善醫院戶外公共區域的照明環境。

2.1.3 水泵、電機能效提升

醫院在用電機及其拖動設備主要包括生活水泵、冷水機水泵和食堂加壓泵等，經現場勘察，4臺生活水泵和1臺食堂加壓泵及其配套使用的水泵電機已使用多年，設備老舊且維修困難，存在使用安全隱患。另外這5臺電機屬于80年代技術路線產品，均為已列入《高耗能落后機電設備（產品）淘汰目錄》或不符合GB 18613—2012《中小型三相異步電動機能效限定值及能效等級》的Y系列電機，能效水平低下。實施改造如下。

根據原有水泵設備的使用要求，保證原使用效果，采取同功率“一換一”的原則，通過更換節能高效水泵并配套二級能效以上的YE3系列超高效三相異步電動機對原有設備進行升級改造。

2.1.4 電磁廚房升級改造

改造前醫院廚房炒菜使用罐裝液化石油氣作燃料，煲湯使用甲醇作燃料。與全電廚房相比，罐裝液化石油氣費用較高，能源燃燒效率低、浪費大；另外液化石油氣和甲醇的使用和儲存存在安全及消防隱患。為給醫院節省開支，同時提供一個安全、環保的廚房工作環境，實施改造如下。

對醫院廚房進行升級改造，因電磁設備的熱效率高達90%，比傳統廚具效率高出50%以上，且加熱速度更快，產生的節能效果明顯。將燃氣灶升級為電磁廚具，包括電磁炒爐、臺式平面爐、電烤箱、洗臺和工作臺等。

2.2 可再生能源利用

2.2.1 太陽能+空氣源熱泵集中熱水供應改造

改造前醫院舊住院樓熱水系統有3個5T水箱、2臺美的品牌RSJ-300/S-820-C熱泵以及1臺九恒品牌10匹熱泵，1臺凌霄品牌GD32-20供水泵，置于舊住院樓屋面，而2臺美的品牌的空氣能熱水器已使用多年，故障率高，其配套的天面熱水管道及保溫管損壞嚴重。另外樓下的熱水立管因建設初期沒有安裝保溫管，造成能耗非常高。實施改造如下。

為保證滿足醫院住戶的熱水使用需求，減少用電量，倡導節能，將原有老舊熱泵設備更換為太陽能+空氣源熱泵系統，即在舊住院樓屋面安裝2臺帶有自動控制系統的二級能效空氣源熱泵替換2臺老舊的美的空氣源熱泵，配置二級能效以上的YE3系列超高效率電機和高效水泵，并配套50 m2平板太陽能集熱器，充分利用太陽能，提高能源利用效率。

2.2.2 太陽能光伏發電建設

經現場勘察，醫院建筑物屋面有部分閑置的空地，可用于建設光伏發電裝置，充分利用太陽能進行發電，采用自發自用，余電上網的方式，采取光伏發電系統發出電能經逆變器逆變后并入原有的0.4 kV配電裝置。實施改造如下。

考慮到周圍高層建筑物遮擋等因素，經設計勘察，可利用門診樓屋面約100 m2的空間安裝10.08 kW分布式光伏發電系統以及配套光伏電站系統，按廣州市光伏發電裝置25年平均有效利用小時數1 000 h/a計算，則年平均發電量約為10 000 kW·h，折合1.23 t標準煤/年。

2.2.3 綠色充電樁建設

醫院內建有停車場，停車位近100個，主要用于醫院職工及外來人員停車。隨著國家積極推廣新能源汽車，醫院內存在電動汽車充電需求。實施改造如下。

為滿足醫院及外來電動車輛的充電需求，在新住院樓前停車位建設3套7 kW交流充電樁。另外考慮到醫院部分職工及外來人員采用電動自行車出行，也同步在醫院內建設了4套電單車充電樁。

2.3 輔助管理系統建設

2.3.1 分體空調集控系統

醫院除新住院樓、門診大廳和手術室采用中央空調供冷外，其它區域均采用分體式空調，初步統計醫院在用的分體空調約300臺，規格基本為5匹、3匹、2.5匹、2匹、1.5匹、1匹。為加強對分體空調的節能管理，實施改造如下。

對門診樓共計50臺分體空調進行集中控制管理試點改造，加裝50個智能節能遠程控制器，建立分體空調集控系統，借助物聯網技術手段，在空調末端集中控制的基礎上實現統一遠程管理、遠程控制開關機和設備故障報警等功能，提高分體空調能源管理水平，降低運行能耗。

2.3.2 智慧醫院能源資源在線監管平臺

改造前醫院在能源資源監管方面較為粗放，計量器具不具備數據傳輸功能，用電、用水數據依賴人工抄表統計，醫院用電、用水狀況無法在線實時監控；另外改造前醫院的二、三級計量器具配備不足，難以做到用能的分項計量，存在各類用電系統計量不明確的情況。在這種能源管理方式下，能源管理者難以隨時了解能源消耗的真實情況，無法采取合理的技術手段提高主要耗能設備的用電效率。實施改造如下。

先從醫院的主要能源資源種類電力、自來水入手，加裝樓棟智能電表和水表，實現醫院用電、用水分項分戶計量，建立醫院能源資源在線監管平臺，實現了能源資源消耗的計量、監測、存儲、報送、分析和預警功能[5]，有效提高工作效率，提高數據采集的時效。通過能源資源在線監管平臺對醫院各樓棟用電、用水，醫院變配電系統中主要用電設備的用電實時監控，對主要能耗指標進行技術分析，為醫院能源管理提供系統、完善的能源資源監控分析手段，以實現醫院能源精細化管理，進一步優化設備運行特性，提高能源利用效率，降低能源消耗及成本。

3 節能效果分析

3.1 歷史能耗對比

由于改造前醫院未具備空調、給排水和照明等用電系統的分項單獨計量條件，故無法準確計算改造前基準能耗，考慮醫院近2年未進行除此項目外的其他相關節能改造，因此采用醫院整體歷史能耗對比法綜合確認項目節電率。本項目于2020年6月開工，2020年11月竣工，所以基準期取2020年1—4月，核定期取2021年1—4月，基準期與核定期的電量數據來源于電費賬單，見表1。經對比測算，項目改造后綜合節能率16.92%。

表1 醫院改造前后同期用電量對比表

3.2 能耗指標與地方標準對比

2021年，醫院折合用能人數總計2 730人，建筑面積32 594 m2。改造完成后，醫院2021年全年消費電力166.86萬kW·h，汽油6.26t，柴油5.88t，自來水52512m3。

依據廣東省地方標準DB44/T 2267—2021《公共機構能源資源消耗限額》[6]對醫院的單位建筑面積能耗、人均能耗、人均水耗三項指標進行計算，醫院2021年各類指標計算結果見表2。

表2 醫院2021年能源資源消耗指標

比對該地方標準中所列醫療衛生類公共機構二級醫院的“約束值”“基準值”“引導值”指標，醫院2021年三項能源資源消耗指標均達到“引導值”的水準。

4 結束語

公立醫院作為公共機構的主要成員，在節約能源資源、推進中國可持續發展中擔有義不容辭的責任，應在節能減排事業中擔起標桿示范作用。以創建國家節約型公共機構示范單位工作為抓手，節約能源資源工作得到了全院的高度重視，在保證醫院正常發展、滿足室內環境要求的前提下，綜合利用既有建筑節能改造技術，采用合理改造模式，可有效提升能源利用效率，降低能耗與運行費用。