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浅谈能耗分析在医院节能中的管理

更新时间:2023-09-07   点击次数:183次

摘要:医院作为特殊的公共建筑,能耗较大且逐年攀升,具有较大的节能潜力。结合天津市某医院的用能概况、智慧管理平台的建设和使用,对大量能耗数据进行了研究和分析,通过将能源管理系统、数据分析与节能工作相结合,医院从技术和管理两方面开展多种有针对性的节能实践,推动了节能精细化管理的实现。天津市某医院在医疗业务逐年增长的形势下,总能耗同比减少,且节能管理工作逐步实现精细化管理。对于医院结合智慧管理平台的能耗分析方法及节能工作实践的论述,可为同类型医院开展节能管理工作提供借鉴。


关键词:医院节能;精细化管理;能源管理系统;能耗分析


0引言


医院作为一种公共建筑,由于其特殊的使用功能,人流量大,设备设施构成复杂,部分设备设施需要24h不间断运行,因此能耗量非常巨大,已有很多相关研究显示,医院的能耗是一般公共建筑的1.6~2.0倍。随着社会发展,人民对医疗机构就医环境、服务水平要求的提高,使得医院的能耗呈逐年攀升的趋势,医院节能工作任重道远。文献研究指出,相较于我国的经济发展水平,我国的医院能耗已接近发达国家水平,如果以目前的能耗水平发展下去,将会超过发达国家。因此,在医院持续开展节能降耗工作刻不容缓。一方面能够降低医疗成本,另一方面,这也与我国节约资源和保护环境的基本国策,以及公共机构节约能源资源“十三五”规划要求相一致。


针对医院节能管理,很多管理者和研究人员进行了相关的研究。谢磊等介绍了精细化管理的基本思想和3个原则,结合医院节能效果,论述了医院节能工作要统筹规划,结合医院实际,注重全过程节能管理,注重人员培养与参与。王耀炜等提出根据不同医院的特点,建立“医院能耗监管优化管理系统”和管理标准体系,为管理者提供医院实现能耗优化的依据。胡晓妍等提出了建立能耗监测平台实现对能耗数据的采集和分析,对节能工作具有指导性的意义。李丹等阐述了医院精细化管理的重要性和存在的误区,实际过程中要走出误区,加强理念培养、结合实际、重视人的主动、做好数据分析,*终实现精细化管理。马栋良等对医院中央空调节能控制策略进行了分析,指出从供水系统、冷却塔等方面做好节能管控,减少运行能耗,实现整体节能的目标。


目前,医院节能工作缺少充分的能耗数据和分析的支撑,节能工作和能源管理平台有机结合不足,缺乏整体和系统的分析研究。医院对节能精细化管理的研究大多是概念性的,与实际节能工作相结合的很少。医院要进行精细化管理,对能耗数据的准确计量是基础,而能源管理系统的建立是进行能耗计量与分析的必要手段。本文以天津市某医院节能管理工作为例,对医院在能耗分析和能源管理系统的基础上开展的节能管理工作实践进行阐述,逐步实现节能精细化管理,总结了能耗分析和节能改造的经验,通过分析,以期为同类型医院开展节能管理工作提供借鉴。


1用能概况


天津市某医院建筑面积11.54万m2,拥有1500张病床,是急救医学、耳鼻喉专业学科为特色,融医疗、教学、科研、预防为一体的综合性三级甲等医院,2019年医院年门急诊病人230万余人次,病床使用率达107%。目前,医院新址正在建设中,建筑面积40.8万m2,拥有全国单体建筑面积*大的建筑,预计2021年建设完成投入使用。医院能源类型有水、电、天然气、汽油、柴油等,其中主要为水、电、燃气。用能系统比较复杂,示意图见图1,包括用电系统、燃气系统、用水系统和用油系统,涉及到食堂用燃气、供暖系统、空调系统等。

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天然气调压站


换热站


市政电网1


电力


市政电网2


市政自来水管


照明系统


汽油


综合服务


柴油


食堂


供暖系统


空调系统


生活用水系统


室内设备


燃气管网


自来水


2智慧后勤管理平台的建设


2017年起,医院在院领导的大力支持下,开始推进后勤信息化的建设,自主研发了一套智慧后勤管理平台,包括设备管理、能源管理、运维管理、安防管理、资料管理等模块。系统建成后对医院后勤管理向精细化方向发展起到重要的促进作用。智慧后勤管理,并在天津市多家医院进行推广,目前,某医院已正式运用我院平台。


其中,能源管理系统包含了院内冷热源系统、温湿度系统、食堂冷库系统、变配电系统、照明系统、电梯系统、污水系统、液氧系统、真空系统净化系统、共10个重要的用能系统。能源管理系统在建设初期,针对医院建设较早、很多设备均不具备信息化数据采集基础条件的状况,对部分水、电、燃气等系统设备进行了改造,包括手术室净化自控软件系统升级、锅炉房热力系统信息化、变配电统信息化等,安装了大量的数据采集器、温湿度探测器和CO2探测器等信息化相关组件,通过TCP/IP协议对数据进行采集和监测,利用一站式管理平台对用能情况进行在线监测、统计分析、智慧管理。同时系统能够进行楼宇自动控制,实现信息自动预警、自动管理。


能源管理系统的建立,使得管理人员在数据积累的基础上,进行数据分析、规律积累,找到能耗重点部位,提供节能方向,为进一步实现节能管理工作精细化奠定了基础,是医院开展节能管理工作的重要的手段。


3能耗分析


医院利用智慧后勤管理平台-能源管理系统,对能源消耗进行监测、管理和数据分析,积累了大量的能耗数据,以下对医院的能耗情况进行分析。


3.1总能耗


采用GB/T2589—2020《综合能耗计算通则》的折标系数将能源消耗量折算为标准煤,折标系数表见表1。根据表中的折算系数,计算各类能源的消耗量,得到2014—2019年的能源消耗总量,详情如表2所示。2014—2016年平均年能耗总量为4880.03tce,2017年能耗总量4612.94tce,较2014—2016年平均能耗总量同比下降5.47%,2018年能耗总量4557.23tce,较2017年能耗总量同比下降1.21%。2019年能耗总量4320.27tce,较2018年同比下降5.2%,能耗总量呈逐年下降的趋势。随着医疗行业的快速发展,医院的就诊人数逐渐增多,院内基础建设规模的扩大和设备设施的不断增加,但是作为运行保障的水、电、燃气的消耗量却在减少,这是医院采取了一定的节能措施取得的效果。2014—2018年能源支出情况见表3,2014—2016年平均、2017、2018和2019年能源总支出分别为2432.5万元、2522.4万元、2387.8万元、2156.2万元,2017年同比增长3.70%,2018、2019年分别同比减少5.34%和9.70%。能源消耗支出呈下降趋势,这是因为医院采取了一系列的节能降耗措施,使得能耗总量呈下降趋势的同时,能耗总支出逐年减少。

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图2为医院2014年—2019年水、电、燃气的年支出情况进行,在3种医院主要能耗中,用电支出所占的比重*大,为59.49%,占到了总支出的一半以上,燃气支出占22.37%,居于第2位,用水支为18.14%,低于电和燃气。用电量的变化直接影响总能耗,因此采取措施减少电耗是节能工作的重点。

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图22014—2019年能源支出结构图


医院的用能人员复杂,包括院内在编职工、工勤保障人员、学生、门诊和住院患者家属等。考虑医院用能人数的变化情况,对用能情况进行分析,2018年人均能耗270.99kgce/人,与2017年基本持平,2019年人均能耗242.38kgce/人,较2018年下降28.61kgce/人。


3.2用电能耗分析


能源管理系统对医院用电进行了分项计量,包括动力设备、电梯、消防、空调设备、照明及插座、大型医疗设备、厨房动力、电子设备等18个分项。其中,空调、动力设备、照明及插座、医疗设备是主要的耗电部分,占总耗电量的80%以上。通过能源管理系统对用电的计量和分析,得到2016—2019年逐月用电量变化情况,详情见图3。2017、2018、2019年耗电量同比增长分别为6.41%、7.48%、0.84%,在增加的耗电量中,一部分是医院每月新增的设备电源负荷,以2018年7月—2019年6月为例,新增电源负荷量估算约10.842万kW·h,若考虑这一部分电耗,2018年7月—2019年6月耗电量同比2017年7月—2018年6月增长仅为3.78%。


图3为2016—2019年逐月电耗图,图中显示,历年逐月耗电趋势变化基本相同,电耗*大的月份集中在每年的6—9月份,因为在供冷季空调集中耗电是主要的影响因素,因此有效控制空调用电是节能重点。魏泽元等[2]将医院的用电分为医疗专用设备用能和建筑其他机电设备用能,医疗专用设备是日常医疗运行的基本保障,应着重从建筑其他机电设备进行节能。照明及插座是其中的重要耗能部分,一方面更换节能灯具,减少照明用电;另一方面制定节能的照明控制方案。



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图32016—2019年逐月电耗图


3.3用水能耗分析


对医院的用水量进行分析2017—2019年各月用水量较平稳,年平均总用水量约为58万t。通过能源管理平台对用水远程监控,对用水数据进行计量和分析,并将能源消耗的情况直观的进行展示,有能耗波动较大的变化时,运维管理人员根据平台的数据变化,第一时间对问题进行分析,及时进行解决。例如:我院2019年3月份持续几天出现用水量突然猛增,分析并未有实际用水量突增情况的发生,通过查看用水量的分项趋势图,发现其中某一项用水量猛增,进一步分析发现,可能是由于供水管路或者储水设备损坏导致漏水,产生了大量水资源浪费,随后对此供水管路上的设备及管路本身进行检查,通过详细检查后发现是消防水箱漏水导致大量供水损失,随后对消防水箱进行维修,防止了此处水资源的损失。


医院一方面加强节水管理,对设备进行定期的维护和保养,二次水箱清洗消毒、锅炉和直燃机螺杆机冷凝器水质检测及排污,及时进行水平衡测试。另一方面大多数医院建造年份较早,一些用水设备老化现象较为严重,要引进新型的节水技术和设备,如节水器具、用水计量。医院现有一级水表2只、二级水表200只、三级水表6只,并在重点用水部位安装二级水计量装置。


2017—2019年平均用水量见图4,用水量*大的月份为6—9月份,因此夏季节水是节能工作的重点。对2017—2019年人均耗水量进行分析,2017、2018、2019年人均耗水量分别为36.93、33.87、31.08t/人,呈逐年下降的趋势。

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图42017—2019年平均逐月水耗图

3.4用气能耗分析

医院的用气由锅炉用气和食堂用气组成,锅炉用气占到总用气的90%以上,是主要的节气部分。2018、2019年平均锅炉逐月消耗天然气情况如图5所示,供暖季为11月—次年3月,这几月天然气消耗量占年总消耗量的71.53%,因此,要采取措施降低供暖季的用气量。

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图52018—2019年平均锅炉逐月消耗天然气情况

医院有一用一备的2台蒸汽锅炉,为医院供应中心提供消毒灭菌蒸汽。有关研究表明,在非供暖季,单位蒸汽消耗的天然气量增加,因此在非供暖季,采取措施提高蒸汽利用率是节能的方向。2017—2018年供暖季前对院内设备进行了改造,采用合同能源管理,将锅炉进行了托管,托管费用510万元/a,包含前期设备改造、天然气消耗费用、部分设备维保费用和运维人员费用。此前供暖方式为市政集中供热,每年医院除支付天然气费用外,需缴纳市政集中供热服务费用约193.48万元/a。计算得2016—2019年医院每年对于锅炉运行的支出依次为530、521、510、510万元。实际上,托管后医院减少了部分设备维保、运维人员等费用。若考虑这一部分费用的减少,托管后锅炉用气消耗仅为约401万元/a。

文献研究表明,托管后用于生活热水、采暖、制冷的用气量呈下降趋势。因此采取合同能源管理方式,由专业的公司进行运维,通过运行策略的控制,一方面可以有效的减少燃气消耗,取得环保效益,同时为医院节省用气支出,取得经济效益。

4医院基于能耗分析的节能举措

2017年智慧后勤管理平台建成后,基于能源管理系统,医院不断地完善节能工作。通过对能耗数据的分析,挖掘节能潜力,对节能进行全过程的精细化管理,有针对的采取节能措施。自2017年起,医院每年进行一次能源审计,并针对审计结果,采取有效的节能改造。在院领导的带领下,近3年医院采取了多项节能措施,主要包括技术节能和管理节能。

4.1技术节能

  1. 改造热效率高的无压热水燃气锅炉。医院在2017年将12台老旧的燃气热水锅炉更换为8台无压冷凝燃气锅炉,热效率高达109%以上。冷凝锅炉在负荷越低和供水温度越低时效率越高,依据这一特性将热水锅炉一次网热源分为采暖和生活热水两套互为备用的独立热力系统,在不同时间和季节对采暖和生活热水进行独立调节,满足两者对供水温度的不同需求,充分发挥冷凝过路的优势。同时,采取合同能源管理的方式,与专业的运维单位签订合同,由运维单位负责锅炉前期改造和后期运维。通过数据分析,进行锅炉改造并托管后,2018年采暖期供暖和生活热水用气量较2014—2016年3年采暖期平均用气量减少33.5%,全年用气支出减少21.5%,有显著的节能效果。

  2. 照明控制和LED节能灯具的推广使用。对室外景观照明进行光感自控和时间控制,控制照明时间,节约用电。医院照明用电占总电耗的很大比例,通过将院内公共区域和部分室内照明灯更换为节能的LED灯具,采用T5细管型荧光灯替代普通荧光灯,节省一部分照明电耗。

  3. 分体空调时间自动控制。医院D区和E区的空调形式采用分体空调,D区为住院楼,E区是急诊和行政科室。各科室及病房人走开窗但空调持续运行的现象严重,造成很大的能源浪费。因此对空调进行了改造,在窗户上增加有线磁传感器及空调电源智能控制箱,房间内窗户开启的情况下延时空调运行5~15min后空调自动停机,窗户关闭后自动恢复空调控制电源,遥控器开启窗户。在保证房间环境温度在人体舒适范围内的前提下,避免了能源的浪费。

  4. 真空马桶的推广与使用。引入真空排水系统的新技术,将门诊、急诊卫生洁具更换为负压吸引真空马桶。真空排水系统是一种有别于重力的排水系统,是利用真空设备使排水管路内产生一定程度的负压,依靠管路内负压和外部常压的压差,使空气推动污水进入污水管网进行输送的排水方式。在2016年12月和2017年7月—2018年4月先后2次进行改造,系统包括真空泵站、真空隔油池、管道等,共改造真空泵站3套、蹲便器136个、座便器29个,真空界面阀57套等。经过改造,在保证快速有效排除污物,保证空气净化、无异味的前提下,很大的降低了用水量,节水率达50%~80%。

5)地下用水管网改造和用水监控。医院地下管网管路自1989年敷设至今已近30年,管路腐蚀情况严重,部分地下埋管已发生跑冒滴漏现象,且因我院大部分路面为花岗岩硬质路面,如发生重大管道跑水不易察觉和监测,给医院带来巨大经济损失。因此,对全院自来水南环网管路进行更换且加装用水远程监控系统,如发生跑冒情况第一时间监控系统将会作出反应,及时对自来水管路进行抢修,达到节水效果。

6)手术室热泵机组更换。手术室热泵机组运行时间达11年,效能输出减退。因此将老机更换为节能高效控制灵活的设备。共包括12组模块机,每个模块机组制冷量>65kW,制热量>70kW、电功率20kW,制冷温度12、7℃、制热温度40~45℃。

7)输配管路改造。对住院楼高区生活热水管路进行改造,管路使用时间较长,部分管路已出现堵塞、渗漏等情况,因此将高区生活热水管路进行整体更换,材质为304不锈钢管路,更换DN80mm管路197m、DN150mm管路108m。减少故障的同时,能够避免渗漏发生,节约一部分水的浪费。

8)围护结构节能改造。①在D区、F区入口处安装自动感应门和门斗,起到保温隔热的作用,减少冬季热量的散失,实现节能效果。②对墙面、屋面采取加装保温层的保温措施。

9)医院技术节能的新方向。针对医院的现状,可从以下方面开展技术节能工作:冷凝器安装自动在线清洗装置,对冷凝器换热管进行连续清洗,改善换热效果,提高制冷机组的性能系数,降低电能能耗;改变冷水机组的控制策略,运用大温差技术,使机组在*优相同负荷率下运行,降低运行能耗;采用新技术进行节能改造,如余热废热回收利用技术等。

4.2管理节能

  1. 完善医院节能管理制度,撰写《医院节能管理实施办法》,包括节能管理制度、奖惩措施等,下发所有科室,作为节能管理的依据。

2)建立能耗监控和分析机制。通过能源管理平台对能源进行监控和分析,加以实地检测,根据实际变化情况,及时调节能源方案,以达到节能效果。医院开展对能耗数据的月、季度、半年、年分析,每月召开节能降耗主题会议,通过分析制定进一步实现节能降耗目标的措施。

3)做好运维管理。按计划对设备设施进行维护保养,并根据设备的实际情况增加清洗维护的次数,使机组处于良好运行状态,节电、节水。加强日常巡视和检查,划分各楼层保洁员的责任区,将问题解决在萌芽状态。

4)强化培训,提高运维管理水平。提高后勤职工节能专业技术水平,鼓励后勤管理人员和专业技术人员参与实践与培训、调研,了解节能行业*先进的技术,引进*前沿的节能方法,运用到日常的能源管理工作中。

5)加强节能宣传,不断提高全院职工和患者的节能意识。

5Acrel-EIOT能源物联网云平台

(1)概述

Acrel-EIoT能源物联网开放平台是一套基于物联网数据中台,建立统一的上下行数据标准,为互联网用户提供能源物联网数据服务的平台。用户仅需购买安科瑞物联网传感器,选配网关,自行安装后扫码即可使用手机和电脑得到所需的行业数据服务。

该平台提供数据驾驶舱、电气安全监测、电能质量分析、用电管理、预付费管理、充电桩管理、智能照明管理、异常事件报警和记录、运维管理等功能,并支持多平台、多语言、多终端数据访问。

(2)应用场所

本平台适用于公寓出租户、连锁小超市、小型工厂、楼管系统集成商、小型物业、智慧城市、变配电站、建筑楼宇、通信基站、工业能耗、智能灯塔、电力运维等领域。

(3)平台结构

(4)平台功能


◆电力集抄


电力集抄模块可以实现对各种监测数据的查询、分析、预警及综合展示,以保证配电室的环境友好。在智能化方面实现供配电监控系统的遥测'、遥信、遥控控制,对系统进行综合检测和统一管理;在数据资源管理方面,可以显示或查询供配电室内各设备运行(包括历史和实时参数,并根据实际情况进行日报、月报和年报查询或打印,提高工作效率,节约人力资源。

◆能耗分析


能耗分析模块采用自动化、信息化技术,实现从能源数据采集、过程监控、能源介质消耗分析、能耗管理等全过程的自动化、科学化管理,使能源管理、能源生产以及使用的全过程有机结合起来,运用先进的数据处理与分析技术,进行离线生产分析与管理,实现全厂能源系统的统一调度,优化能源介质平衡、有效利用能源,提高能源质量、降低能源消耗,达到节能降耗和提升整体能源管理水平的目的。