醫院數字化節能措施分析

摘" 要：以廣東某醫院為案例，研究醫院的用能特點，并提出一系列運用數字化技術的節能方案及控制策略。醫院作為能源消耗大戶，節能潛力巨大。該文首先分析該醫院的用能特點，包括能源種類以電力為主、空調系統能耗占比高、用能管理水平低等。隨后，提出包括中央空調控制系統建設、中央空調系統末端改造、分體空調集控系統建設、照明節能控制系統建設，以及可再生能源的集成利用等節能控制策略。這些策略運用數字化手段，旨在降低能耗、提升能效，同時改善患者和醫護人員體驗，對醫院的可持續發展具有重要意義。

關鍵詞：醫院空調系統；數字化；節能策略；能源效率；用能特點

中圖分類號：TU831.8" " " 文獻標志碼：A" " " " " "文章編號：2095-2945（2024）35-0１５０-0５

Abstract： Taking a hospital in Guangdong as a case， this paper studies the energy consumption characteristics of the hospital， and proposes a series of energy-saving plans and control strategies using digital technology. As a major energy consumer， hospitals have huge energy conservation potential. This paper first analyzes the energy use characteristics of the hospital， including the main energy type， the high proportion of energy consumption of the air conditioning system， and the low level of energy use management. Subsequently， energy-saving control strategies including the construction of a central air-conditioning control system， the terminal transformation of the central air-conditioning system， the construction of a split air-conditioning centralized control system， the construction of a lighting energy-saving control system， and the integrated utilization of renewable energy were proposed. These strategies use digital means to reduce energy consumption， improve energy efficiency， and improve patient and medical staff experience， which are of great significance to the sustainable development of hospitals.

Keywords： hospital air conditioning system; digitalization; energy-saving strategy; energy efficiency; energy consumption characteristics

在全面推動經濟社會綠色轉型的過程中，公共機構特別是醫院這類關鍵場所的節能降碳任務日益凸顯。醫院作為持續24小時運營的多功能服務建筑，其能源消耗通常超過一般公共建筑，因此具有極大的節能潛力。《2024—2025年節能降碳行動方案》的發布，不僅強調了節能降碳的重要性，還對公共機構節能降碳提出了明確的行動目標和措施。隨著日新月異的信息科技革命以及信息技術與工具的創新賦能，中國正在加速轉變為數字經濟大國，以數字化為核心的技術革命，對經濟轉型和低碳發展起到了重要促進作用。在這一背景下，針對醫院的節能策略研究，對于減少能源消耗、提升能源利用效率以及推動醫院可持續發展具有重大的現實意義。

從理論角度分析，該研究有助于深化對醫院這一公共機構的建筑能耗特性及節能技術的理解，促進節能理論的進步與創新。在實踐層面，通過采用數字化方法來收集分析數據并實行智能化管理，可以為醫院提供具體可行的節能方案，既減少了運行開支又提升了內部環境質量，有利于創造一個更加健康舒適的就醫及工作環境，同時產生積極的社會影響和可觀的經濟效益。

1" 醫院案例分析

1.1" 醫院概況

廣東省某醫院總建筑面積約10萬m2，主要建筑為包括門診樓、內科樓、外科樓在內的5棟建筑，該醫院現有職工2 300余人，年診療人數達120萬人，該醫院能源消費品種包括電力、天然氣、汽油、柴油和自來水，主要用能系統包括供配電系統、空調系統、照明系統、水泵風機、供熱系統、電梯系統和廚房設備等。

1.2" 能源計量概況

計量器具配置管理工作是用能單位實現科學管理的基礎性工作，沒有配置完善準確的能源計量器具，就不能為能源使用的各個環節提供可靠的用能數據。同時此工作也是評價一個單位能源管理水平好壞的一個重要標志。

廣東省某醫院在電力計量配置管理方面，已經實現了一級計量，同時二級計量也已基本實現。但是三級計量仍有完善空間，目前僅有內科樓、外科樓實現了樓層級的電力計量。另外，醫院的電力計量大部分為機械表計，無遠傳功能。在用水計量方面，醫院已實現了一級計量，也實現了部分二級計量和三級計量，但二級計量、三級計量仍有完善的空間。醫院的用水計量大部分為機械表計，無遠傳功能。

1.3" 資源消耗概況

經統計，該醫院2023年合計消費電力1 298萬 kWh，汽油4.3 t，柴油11.1 t，天然氣8.5萬m3，折合1 730.79 t標準煤。2023年能源消耗情況見表1，可以看出，該醫院用能以電力為主，綜合能耗占比為92.17%。

對醫院2023年月用電量進行匯總分析，2023年用電量為1 298萬 kWh，月均用電量為108.17萬 kWh。根據圖1用電量趨勢分析發現，醫院的用電量隨氣候變化趨勢明顯，5—10月用電量明顯增加，主要是因為廣東地區天氣炎熱，空調能耗增加，使其用電量明顯高于其他月份，其中2月和3月份是全年用電量最低，主要與氣溫較低有關，導致空調耗電少。

按照廣東省地方標準DB44/T 2267—2021《公共機構能源資源消耗限額》文件，1千瓦時（kWh）=0.122 9千克標準煤（kgce）換算。

醫院2023年單位建筑面積能耗為137 kWh/m2，人均綜合能耗為2 106 kWh/人，人均水耗為49.3 m3/人，對比廣東省地方標準DB44/T 2267—2021《公共機構能源資源消耗限額》同類醫院，單位建筑面積電耗優于廣東省限額標準同類機構約束值，人均綜合能耗均優于基準值，人均水耗優于引導值具體指標見表2。

1.4" 重點用能系統

經統計，該醫院空調系統能耗占比較高，約占全部用電的40%，空調系統為中央空調系統、分體空調系統并用。

在中央空調系統方面，配備2套水冷螺桿式冷（熱）水機組，9臺潔凈空調機組和6臺風冷式熱泵機組。根據現場調查發現，醫院中央空調系統中冷卻水泵、冷凍水泵、冷卻塔等設備均為工頻運行。

在分體空調方面，目前共配置有分體空調600臺。有部分分體空調設備使用年限長，其中使用超過10 a的空調設備260臺，更有15臺空調已經使用超20 a，設備老舊效率低下。

另外，由于醫院為24小時運營的多功能服務建筑，其照明系統的用能也遠高于其他類型的公共機構，該醫院照明系統共有12 400盞燈具，均為LED燈具，公共區域照明基本上為24小時運行。

1.5" 存在的問題

計量器具配備不達標。用能計量已配備一級進出用能單位計量表計，但是表計無數據傳輸功能，僅實現少量二級、三級用能計量；已配備智能電表未建設能源管理系統，無法實現數據在線采集。

能源統計工作薄弱。醫院能源消耗原始記錄、臺賬、報表和分析報告等資料不夠完善，二級、三級計量范圍未覆蓋全院，能耗統計管理工作薄弱，未做能耗分析工作等。

醫院中央空調未配置群控系統。系統運行及設備啟停依靠人工經驗操作，冷凍水泵、冷卻水泵和冷卻塔均為工頻運行，無法根據末端負荷自動調節功率大小。空調系統末端未采用節能管控措施，容易存在開窗開空調等浪費問題。

分體空調管控困難。醫院分體空調數量較多，日常運行管控較為困難，未采取有效的管控措施，容易存在濫用空調等問題，人力管理成本高。

照明系統無控制。醫院照明系統基本采用LED燈具，采用人為操作開關方式，對于自然采光或照明需求較低區域暫未采取照明控制措施。

醫院門診樓樓頂存在閑置區域，未加以利用。

2" 醫院節能策略研究

2.1" 智慧醫院能源資源在線監管平臺

針對目前醫院用電、用水現狀和計量器具配備情況，構建一個能源可視化管理平臺顯得尤為必要。通過這一平臺，可以實現對主要用電、用水系統的實時監控和主要能源消耗指標的技術分析，為醫院提供系統、完善的用電用水監控分析手段，有助于醫院實施精細化管理，優化設備運行狀態，提升能源利用效率，減少能源消耗及運營成本，最終達到提高整體經濟效益的目的。

建立能源可視化管理平臺的核心目標是增強醫院現有的能源管理水平，通過對單位的日常運行維護和耗能行為方式實施有效的管理，采用科學可行的能源改善策略來實現節能減排。系統在能源供應及傳輸系統實時監控的基礎上，對單位能耗信息、設備信息及運營信息進行統計、分析，得出與能源消耗及能源效率相關的決策性數據和信息，幫助管理人員了解歷史和當前的能源使用狀況，以及預測未來的能耗趨勢，輔助管理人員做出正確的能源改善策略。

能源管理系統不僅可以幫助醫院優化現有的能源管理流程，還可以形成客觀的、以數據為依據的能源消耗評價體系，減少能源管理的成本，提高能源管理的效率，幫助管理者及時了解醫院各區域的真實能耗情況并提出節能降耗的技術和管理措施。

2.2" 中央空調控制系統

根據醫院中央空調系統設備配置和實際使用情況，對冷凍水泵、冷卻水泵實施變頻改造，并引入中央空調智能群控系統，以實現冷源設備的智能化和自動化運行。這不僅能提升空調的管理效率，還能有效降低空調系統的能耗。

針對現有中央空調系統使用情況和存在的問題，根據中央空調系統節能改造工程建設目標要求，以及當前先進的計算機集成控制技術，采用“多系統一平臺”的設計理念，利用可擴展的模塊化設計，將多個控制系統通過內部標準協議集成到中央空調冷源能效優化控制系統，實現系統間的數據互聯共享和系統協調聯動控制，確保中央空調系統中的各個設備能夠協調運作，達到高效、節能的目的。

2.3" 中央空調系統末端改造

目前中央空調一般通過定時開關或者人工手動開關進行有規律的運作，在門窗閉合或者打開通風等條件下，并不會智能地響應環境變化，這在一定程度上造成了許多不必要的冷量浪費。除此之外，中央空調系統往往通過空調內部的傳感器感知環境溫濕度，并通過響應算法進行調節，并沒有在外部適宜高度安裝額外的傳感器來獲取更精確的環境數據，因此無法針對現場環境進行精確的調節。

為了解決這些問題，可以采用窗磁聯動控制技術，通過窗磁、帶信號接入的液晶溫控面板，結合物聯網技術采集更加有效的數據，并將采集到的信息通過空調群控系統進行聯動與應用，以有效提高中央空調控制系統的智能化程度。具體來說，將現有傳統的溫控器更換為帶窗磁感應功能的溫控器；在每個房間的陽臺鋁合金窗、落地窗等處安裝常閉型窗磁，當窗戶打開時，窗磁傳感器會發出信號使溫控器關閉空調。如果有多個窗磁，則可通過2芯線手拉手串聯后連接到溫控器。

當智能溫控器檢測到門或者窗戶被打開一段時間后（例如5 min），溫控器會強制關閉空調，防止冷氣流失。在這種情況下，即使嘗試手動開啟空調也不會成功。一旦窗戶或門關閉并通過短暫確認期（例如1～2 min），溫控器將恢復至正常狀態，可自動調整空調至之前的狀態，并且允許手動開關空調。

2.4" 分體空調集控系統

針對醫院的分體空調，采用穩定性高、性價比優、實施便捷且維護簡單的智慧節能遠程集控系統，對醫院病房內的分體空調進行集中控制管理。通過配置智能節能遠程分體空調控制器，通過其內的轉換模塊實現與服務器的數據交互，從而實現對分體空調系統的智慧遠程集控的目的。

要實現網絡集中控制系統方案，需要以下3個關鍵組成部分：控制設備、網絡架構以及后臺軟件。分體空調加裝的智能節能遠程分體空調控制器是以節能、管理、遠程集中控制為目的的一種新型空調遠程控制器，配置有紅外控制模塊、強制電源控制模塊、遠程通信模塊。為了保證空調遠程控制的穩定性和可靠性，網絡架構方案使用有線網絡，同時考慮到組網成本，每層樓只需要一條線材即可完成網絡布置，選用RS485+以太網的網絡模式。后臺遠程控制系統軟件具備自動控制策略，可以實現對空調的自動開關、溫度調節、實時監測以及綠色節能，這使得空調能夠在預設的合理工作范圍內運行，從而達到智能化和節能化的目標。這種系統不僅提高了能源效率，還簡化了日常管理，降低了維護成本，為醫院創造了一個更加舒適和可持續的環境。

2.5" 照明節能控制系統

通過物聯網技術實現醫院照明遠程監控，可以有效管理和控制醫院的照明系統。以“按需照明”為目標，從管理和節能2個角度對醫院公共區域的照明燈具等進行全方位、精細化的節能控制和管理。管理人員可以通過一個統一的后臺管理系統，對該部分照明進行遠程控制。

這種系統既能根據事先預約的各種照明節能模式自動運行，也支持遠程手動控制醫院公共區域、辦公樓以及戶外照明燈具。這樣不僅能夠保證設備的可用性，延長設備的使用年限，還能在有效減少電力消耗的同時，保障醫院的照度要求。

2.6" 可再生能源應用

可再生能源應用是醫院節能策略中一個潛力巨大且環保的重要方向。醫院可以根據自身的地理位置、建筑結構以及能源需求等實際情況，靈活選擇適合的再生能源利用方式。

醫院可以利用屋頂空地建設太陽能集熱板，構建太陽能與空氣源熱泵耦合的集中熱水系統，通常太陽能板吸熱面應朝向南方布置，以最大化吸收太陽輻射熱量。這種太陽能與空氣源熱泵耦合的集中熱水系統，結合了太陽能和空氣能熱泵技術的優點，在不影響各自原有功能的基礎上，不僅能夠有效地克服太陽能本身所具有的低密度、間歇性和不穩定性等缺點，實現“全天候”的熱水供應。同時該系統還可以達到節約高位能和減少環境污染的目的。

太陽能與空氣源熱泵耦合的集中熱水系統基于熱泵的節能性和集熱器的高效性，在相同熱負荷條件下，相比于傳統的熱水系統，太陽能熱泵所需的集熱器面積和蓄熱器容積等都顯著減小，使得整個系統結構更緊湊，并且在布局上也更加靈活。

太陽能與空氣源熱泵耦合的集中熱水系統的運行模式主要包括以下幾種情況。

1）太陽能加熱生活熱水：在大部分日照良好的晴天，系統主要依靠太陽能工作。此時，太陽能循環泵由系統控制器根據太陽能集熱器和熱水箱的溫度進行自動控制，不斷將集熱器采集的熱量通過中間換熱器輸送到熱水箱中。

2）太陽能和熱泵機組同時加熱生活熱水：在日照良好的晴天，如果熱水系統的耗熱量大于太陽能集熱系統的有效供熱量時，或太陽能集熱器的數量相對較少不足以滿足熱水需求時，太陽能集熱系統和空氣源熱泵機組會同時工作，共同向熱水系統供熱，確保熱水供應充足。

3）熱泵機組直接加熱生活熱水：在連續的陰雨天氣或太陽輻射不足的情況下，熱水系統所需熱量完全由空氣能熱泵機組提供。此時，太陽能系統處于待機狀態，而熱泵機組單獨工作對熱水進行加熱，保證熱水供應的穩定性。

為了進一步保障熱水供應的穩定性，系統還應配置變頻恒壓供水裝置。該裝置能夠根據實際用水需求調整供水壓力，確保水壓恒定，提高用戶的使用體驗。此外，系統采用可編程定時、定溫強制循環方式加熱，通過設定具體的運行策略和運行模式，實現整個系統的自動運行控制。

另外醫院還可以安裝太陽能光伏板，將豐富的太陽能資源轉化為電能，采用自發自用，余電上網的方式，減少對傳統能源的依賴。

3" 結束語

本文深入探討了醫院用能系統的能耗特性，并據此提出了一系列旨在降低能源消耗、提高能源利用效率的節能策略。這些策略的核心目標在于構建一個既舒適又健康，同時滿足節能減排要求的室內環境。具體措施涉及智慧醫院能源資源在線監管平臺建設、中央空調控制系統建設、中央空調系統末端改造、分體空調集控系統建設、照明節能控制系統建設，以及可再生能源的集成利用。采納這些措施后，醫院可顯著提升節能效果，不僅有助于降低醫院的運營成本，還能有效改善室內環境質量，對患者的康復及醫護人員的工作效率產生積極影響。展望未來，隨著節能技術的不斷進步與創新，針對醫院的節能控制策略將更加多樣化、智能化，為醫院的可持續發展提供堅實的支持。

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