能源費用托管在某三甲公立醫院節能改造中的應用分析

【摘 要】以四川省某公立三甲醫院為案例，對包括空調系統、照明系統、電梯、蒸汽發生器、生活熱水系統等在內的用能系統基于能源費用托管型合同能源管理模式進行節能改造，分析其節能改造成本及節能效益。研究結果表明：能源費用托管型合同能源管理模式在醫院建筑節能改造中值得推廣和實施，其快速推廣和發展對于醫院的節能減排具有積極的推動作用。

【關鍵詞】合同能源管理; 能源費用托管； 醫院建筑； 建筑節能

【中圖分類號】TU201.5【文獻標志碼】A

0 引言

我國于2020年9月提出2030年“碳達峰”和2060年“碳中和”目標［1］。根據相關研究表明，2020年全國建筑全過程能耗總量為22.7億t，占全國能源消費總量比重超過50%［2］。公共建筑作為人類進行各項生產、生活的主要場所，其運行能耗占建筑總運行能耗的近30%。由此可見，公共建筑能耗是建筑總能耗的重要組成部分，挖掘公共建筑節能潛力，降低公共建筑能耗對于我國“雙碳”目標的如期實現具有重要意義。醫院建筑屬于特殊的公共建筑［3］，與其他公共建筑不同，具有用能系統復雜、能源種類多、能源消耗總量高等特點［4］，具有較大的節能潛力。

合同能源管理源自于西方國家，是一種市場管理模式，從事合同能源管理服務的專業公司非常多［5-6］，在我國也得到了不少學者的重視。而能源費用托管型合同管理模式［7］在醫院建筑中的工程應用和研究較為匱乏，難以為大部分醫院建筑的節能改造提供較好參考，因此本文以四川省某三甲醫院為案例，對其實施能源費用托管模式下的節能改造方案設計和節能潛力分析，對于解決醫院建筑在節能減排過程中的潛在困難，為醫院建筑能源費用托管合同管理模式提供更好的參考。

1 案例分析

1.1 項目概況

四川省某公立三甲醫院總建筑面積約4.0萬m2，地上建筑面積3.0萬m2，地下建筑面積為1.0萬m2，主要為兩棟建筑，建筑功能包括辦公、綜合門診以及住院樓等。醫院主要消耗能源類型為電能和天然氣，用能系統包括供配電系統、暖通空調、生活熱水系統、照明、醫療衛生設備等，醫院能源消耗結構框架如圖1所示。

1.2 用能系統概況

1.2.1 醫院能源消耗分析

醫院能源資源以電力、天然氣為主，表1為醫院能源資源消耗狀況。經統計，醫院2020—2022年的綜合能源消耗總量分別為465 tce、506 tce、654 tce，在2020—2022年綜合能耗年平均增長率為20.3%。

對醫院2020—2022年的每月能耗數據進行分析，分析其變化趨勢及使用情況。圖2和圖3分別為醫院2020—2022年逐月的耗電量和耗氣量隨時間的變化情況。從圖2中可以看到，醫院從2020—2022年月均用電量分別為28.7萬kWh、31.3萬kWh、39.9萬kWh，用電量逐年遞增，2021年耗電量相比2020年增長8.9%，2022年耗電量相比2021年增長27.8%。總體來看，夏季的7、8、9月為用電高峰期（夏季空調供冷期），冬季12月、1～2月（冬季供熱期）用電量次之，過渡季用電量較低且較穩定。

醫院的天然氣主要供給燃氣鍋爐生產生活熱水。從圖3中可以看到，2020—2022年月平均用氣量分別為1 563 m3/月、2 816 m3/月、4 052 m3/月，用氣量呈逐年增長趨勢，其中2021年月平均用氣量相比2020年增長80.1%，2022年月平均用氣量相比2021年增長43.9%。總體來看，全年在7～10月的用氣量低于其他月份。

表2為醫院建筑用能強度與標準對標結果。從表2中可以看到，醫院2022年的的總能耗大于500 t標煤，屬于重點用能單位。醫院2022年單位建筑面積電耗達到了120.7 kWh/（m2a），高于GB/T 51161-2016《民用建筑能耗標準》中的黨政機關辦公建筑中的約束值，與標準約束值對標，醫院單位建筑面積電耗節能潛力為34.1%。

1.2.2 用能系統分析

對醫院2022年全年的用電量進行拆分，主要的耗電對象分為多聯式空調系統、潔凈室空調系統、電梯、照明系統、醫療及其他設備等，拆分結果見圖4。從圖4中可以看到，舒適性空調系統占全院耗電量的19%，照明系統為14.6%，照明系統為14.6%，醫療及其他設備為35.7%。

2 節能改造方案

2.1 項目節能改造概述

通過對醫院各系統現場勘查，醫院具備節能改造條件的系統如表3所示。

建筑論壇與建筑設計吳勇，巫朝敏，徐佳： 能源費用托管在某三甲公立醫院節能改造中的應用分析

2.2 節能改造技術措施

2.2.1 照明系統節能改造

表4為醫院進行照明光源更換前后的對比。從表4中可以看到，節能改造前照明燈具的總功率為170 782 W，改造后照明燈具總功率為126 628 W，按照每天照明時間10 h計算，改造完成后照明系統節能率可以達到25.9%。

2.2.2 多聯式空調系統節能改造

醫院的舒適性空調主要為多聯式空調系統，其室外機安裝時布置不合理，夏季出風口排出的高溫空氣在機組上方由于被玻璃擋板阻隔，容易堵塞在機組上方區域，無法及時擴散，容易導致機組氣流短路。機組排出的高溫空氣被重新吸入到進風口，造成進風溫度過高冷凝壓力上升，機組制冷量下降，能耗劇增。針對此問題，擬采用在機組上方的結構梁上安裝軸流風機，通過軸流風機將換熱后的熱氣流有組織的排放到機組周圍，使較冷的空氣能夠流入機組附近，形成循環流動，防止機組氣流短路，增強換熱效果。

通過在室外機陣列的上部架構層橫梁上安裝4臺軸流風機，將機組換熱后的上升熱氣流排放到機組陣列外側，軸流風機參數見表5。

2.2.3 螺桿式空調系統節能改造

醫院螺桿式冷水空調（熱泵）系統配備2臺機組，單臺機組名義制冷量為343 kW，末端供冷建筑面積僅約2 000 m2，系統容量配置達到了343 W/m2，遠超過建筑冷負荷，造成“大馬拉小車”的情況，系統長期處于低負荷狀態運行。同時由于機組和水泵均為定頻運行，系統處于“大流量、小溫差”的運行狀態，缺乏控制邏輯。

節能改造后在現有螺桿式冷水空調熱泵機組及輸配系統的基礎之上，增加一臺變頻風冷式冷水空調（熱泵）機組，同時將水泵更換為變頻水泵。在部分建筑負荷下，優先啟動變頻風冷式冷水空調（熱泵）機組，采用變頻及優化控制技術，根據建筑末端負荷的變化情況，調節機組和水泵的輸出能力，使得系統和建筑能實現供需動態匹配。變頻風冷式冷水空調（熱泵）機組和水泵信息如表6、表7所示。

2.2.4 生活熱水系統節能改造

改造前，醫院采用燃氣鍋爐生產生活熱水，燃氣鍋爐為6臺容積式燃氣熱水器。改造后，采用直熱循環式熱泵熱水機組替換現有熱泵熱水器，機組共設置4臺，兩用兩備，變頻節能運行。直熱循環式熱泵熱水機組信息參數如表8所示。

2.2.5 電梯節能改造

電梯節能回收技術是采用電梯智能群控、能量反饋、轎廂智能控制等技術節約電梯能耗。傳統電梯在輕載上行、重載下行、減速停車這三種勢能變化的運行狀態時，變頻器都會釋放多余廢電到制動電阻，該過程造成了電能浪費。針對這一情況可采用電梯能量回饋裝置，該裝置是將電梯運行過程中變頻器釋放到制動電阻的高壓直流廢電，通過能量回饋裝置回收、整流、逆變、濾波后，形成新的再生電能回饋到建筑內的三相公共電網中使用，從而再次利用廢電以達到節能和降低電梯機房溫度的效果，可以改善電梯的運行環境，延長控制系統及電梯使用壽命。

醫院共設置有12部電梯，其中有5部直梯為乘客電梯，運行區域為全樓層，使用頻率高并且負載較大，基本處于滿載狀態，因此適宜加裝電梯能量回饋系統。

2.2.6 蒸汽發生器

醫院現有4臺電熱蒸汽發生器，單臺功率為60 kW，蒸發量為80 kg/h，將軟化后的自來水加熱到蒸發溫度110 ℃。由于采用的是直接電加熱，能耗較高。通過節能改造安裝2臺直熱循環式熱泵熱水機組，一用一備，將軟化器處理后的自來水，從15 ℃預加熱至55 ℃，再接入蒸汽發生器中加熱生成蒸汽。直熱循環式熱水機組的信息如表9所示。

2.3 節能效益及節能潛力分析

表10為醫院節能改造經濟性分析結果。從表10中可以看到，醫院實施能源托管合同管理，預計總投資費用為135.3萬元，以2022年能源費用為基準，節能收益總量為50.2萬元，節能收益率為14.5%，靜態投資回收期為2.7年。其中照明光源和生活熱水系統改造節能效益明顯，對于保障節能公司盈利具有重要作用。

3 能源費用托管服務方案

醫院與節能服務公司直接簽署建筑能源費用托管服務合同，合同期內服務年限為10年，以2022年的能源費用為基準，每年節約的能源費用由節能服務公司享有。節能服務公司在既有建筑設備的基礎上進行評估診斷后作節能改造，確定相關節能設備，包括計量、硬件、軟件等，確保節能改造效果落地。由節能服務公司負責醫院的用能系統運行維護管理。

4 結束語

本文總結了能源費用托管模式實施方案和流程，以四川省某公立三甲醫院為案例，通過建筑能源審計，詳細分析了醫院現有的能源消耗和用能系統情況，具有較大的節能減排潛力。基于能源費用托管合同能源管理模式，對包括空調系統、照明系統、電梯、蒸汽發生器、生活熱水系統進行節能改造設計和經濟性分析，論證了能源費用托管型合同能源管理模式在醫院節能改造中的可行性。結果表明：能源費用托管型合同能源管理模式在醫院項目節能改造中值得推廣和實施，對于醫院的節能減排和降低運行成本具有積極的推動作用。

參考文獻

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［8］ 《公共機構能源資源消費統計制度》細則詳解［J］.資源節約與環保， 2013（11）：I0002-I0002.

［基金項目］2019年度四川華西集團科技項目（項目編號：HXKX2019/014）

［作者簡介］吳勇（1995—），男，碩士，助理工程師，研究方向為建筑節能與綠色建筑。