能源托管模式下某医院冷热源技术改造分析

据调研，医院建筑能耗是一般公共建筑能耗的1.6～2.0倍、普通住宅建筑的8～10倍。而大型综合性医院又是其中单位建筑面积能耗最高、节能潜力最大，且该类建筑具有能耗大、能耗种类多、用能系统繁多且复杂等特点。此外，为了满足患者、医护人员对健康、舒适、高效环境及高标准服务要求的需求，综合医院年均能耗水平上升的趋势还未根本改变。在可以预见的将来，如果不采取强有力的干预措施，医院的能耗水平还将继续攀升。

（来源：微信公众号“IESPlaza综合能源服务网”）

由上可见，医院建筑因其较大的节能潜力而越来越被重视，另结合国家政策引导，目前能源托管模式已作为节能减排的有效市场机制得到了推广应用。主要因该模式是合同能源管理的一种形式，由节能服务公司对用能单位的能源的购进、运行、管理、维护进行全面或部分承包管理，并提供资金进行技术和设备更新改造，进而达到节能和节约能源费用的目的。此外，该模式尚可帮助医院建设能源托管智慧云平台，以精细化管理实现智慧运维和节能降碳，并为建设新型智能化、环保型、节能型医院奠定良好基础。

本文以上海某综合医院为典型案例，通过对冷热源系统节能诊断、技术措施研究及节能收益分析,找出了适用于医院建筑节能改造的实施方案和能源托管的服务方案，为公共建筑采用能源托管模式实施节能改造提供了参考和借鉴。

项目概况

上海某综合医院共有10栋楼宇，其中#9楼为新楼，其他建筑物功能分别为#1外科病房楼、#2内科病房楼、#3门急诊楼、#5A物业楼、#5B后勤楼、#6职工食堂、#7健康管理中心、#8行政办公楼、#10公共卫生楼。因#9为新建楼宇，运行数据及相关能耗资料不完整，因此不纳入本次能源托管范围。除#9楼外，医院总建筑面积约7.2万m²，核定床位有800张，职工1564人。在对该医院的电力、天然气能源消耗情况开展节能诊断的基础上，并综合分析设施设备的用能特点和规律，进而针对性地进行方案规划设计。

医院冷热源情况

医院有3台蒸汽锅炉（2台2 t/h，1台4 t/h），锅炉所产生的蒸汽通过不同的汽水换热器转换成#1、#2、#3楼所需生活热水及空调热水，还有部分蒸汽供应#3楼消毒，全年365天运行，每日运行时间为5:00-20:00。#3楼空调制冷采用3台大金螺杆式冷水机组，该系统5月-10月开启时间为6:00-20:00。其他楼宇采用分体式空调，目前运行良好。#3楼空调设备见表1。

▌医院用能数据分析

医院电力消耗用于空调、照明、动力、热水、医疗设备等，天然气消耗用于锅炉房，相关数据见表2。

由表2可知，天然气量基本持平；用电量处于持续上升趋势，逐年上升率约为3%，年用电量分析见图1。按照医院现状和此增幅趋势比例进行预估，到2032年，年总用电量将达到1 794.66万kWh；相比于2022年，10年每年用电量上升累加额为2414.12万kWh，电力单价按0.67元/kWh计算，10年电费上升累加额为1617.46万元。

由图1可知，随着大楼运营年限增长，设施设备效率衰减，设备运行时间加长，能源消耗逐年增大，则目前要遏制医院能耗大幅度的上涨，仅通过节能管理手段无法解决根本问题，亟须通过设施设备更新改造、优化升级和重点用能系统精细化管理来实现。

▌节能改造技术方案

结合医院冷热源系统运行情况，针对性地制定一套节能改造方案，对空调冷热源系统进行更新改造和智能控制，较大提高了系统运行效率，实现大楼整体节能减排的目的。

1.热源改造技术方案

基于医院热源系统的现状，分析如下：

1）#1、#2、#3楼生活热水及#3楼空调供暖使用锅炉产生蒸汽经换热后供应60℃热水，高品位的热能制取热水存在凝结水热量损失大、能源利用率不高的问题。

2）医院供暖季开启1台4 t/h锅炉、非供暖季开启1台2 t/h锅炉（2台2 t/h锅炉轮流使用），由此说明原锅炉选型较大，部分负荷工况下，存在“大马拉小车”的能源浪费现象，且锅炉排烟温度高达230℃，热损失较大。

根据以上分析，针对医院锅炉热源系统改造方案如下：

（1）#3楼空调及生活热水采用常压热水锅炉通过换热后供应；

（2）#3楼供应室配置蒸汽发生器供应蒸汽；

（3）#1、#2楼采用空气源热泵系统供应60℃生活热水；

通过热源改造，采用常压热水锅炉+空气源热泵+蒸汽发生器形式，并且配置自动化控制系统，可实现全自动智能控制运行，无需专人值守。改造前后热源系统形式见图2和图3。

2.#3楼热源改造方案

根据医院提供竣工图纸等资料可知：#3楼空调及生活热水的负荷总计2380kW，改造方案采用4台674kW低氮高效热水锅炉，锅炉供热量共计2696 kW，满足#3楼供暖和热水需求；#3楼供应室蒸汽设计负荷为0.6 t/h，根据供应室的使用情况，实际使用为0.55 t/h，预留0.2 t/h，末端配置负荷为0.75 t/h。经综合分析，改造方案拟选用3台0.5 t/h的蒸汽发生器，蒸汽总供应量为1.5 t/h，可满足供应室蒸汽需求量，并能保证一用两备，确保供应室蒸汽使用的安全性。设备选型参数见表3。

3.#1和#2楼热源改造方案

据医院提供的资料，#1和#2楼为病房楼，生活热水用于病人和医护人员的淋浴用热水，其热水总负荷为480 kW，改造方案采用6台制热量为90 kW的空气源热泵机组供应60℃热水，供热量总计为540 kW，满足#1和#2楼的热水需求。热泵机组置于#1楼4F屋面，新增2根热水立管，接入地下热水机房模块容积热水箱。设备选型参数见表4。

4.冷源改造技术方案

基于现状及客户需求，该方案拟对#3楼的中央空调系统增设一套智能群控优化运行系统。群控系统利用大数据及综合优化算法，实时跟踪整个机房设备的运行状况及能源消耗，进行实时监测、主动和集成式控制，全面提高系统综合效率，节省运行及维护成本。群控系统设计功能如下：

(1)对接冷水机组通信接口,实现机组联网、运行状态监测、机组自动启停及轮换、冷负荷自动调节等功能；改进机组流量保护控制策略，依据机组冷冻、冷却水流量的监测数据，与循环泵进行连锁限定，保障机组可靠运行。

(2)对水泵、冷却塔增加变频装置，依据中央空调冷量需求及系统COP最佳优化技术，自动调配水泵及冷却塔运行投入数量，实现群控启停、轮换控制及运行状态自动调节，无需人工干预。

(3)对26台空调箱增加风机变频及远程控制，实现对空调箱及变频器的运行状态、故障状态、运行频率等进行实时监视，远程启动/停止设备，调整变频器运行频率等。

(4)冷水机组、水泵、冷却塔等设备之间实现连锁启停控制。

(5)形成数据报表，预警报警功能等。

▌能源托管服务方案

该项目拟采用能源托管模式进行操作，能源托管期10年。托管期内，节能服务公司对电力及天然气的能源费用托管、热源系统及能耗监测系统的运维托管及其他用能系统节能运行管理；帮助医院建设能源托管智慧云平台（含能耗监测系统修复）；提供驻场能源管理服务；通过用能系统及设备设施的综合监控、能源管理、设备管理及人工运行管理等方法，对能源消耗及设备运行进行实时监测，并通过智能分析及自动控制，实现系统/设备的精细化节能运行，在保障设备安全可靠运行的基础上充分挖掘医院的节能潜力，全面提高后勤管理服务的质量及工作效率。

▌能源托管商务模式分析

结合上文“节医院用能数据分析”，该项目拟采用2022年电、天然气能耗作为基准能耗进行托管。能源托管费用组成包括：基准能耗费用，锅炉系统运维费用，能耗监测系统运维费用，费用组成见表5。

由表5可知，项目每年能源托管费用约为1072.74万元。合同期内，医院按照约定支付能源托管费用，节能服务公司全额投资实施节能改造，并提供热源系统、能耗监测系统及改造范围内控制系统的运维服务，保障设备安全、稳定运行，同时根据实际发生的能耗费用分别向当地能源公司支付电费、天然气费用。合同期后，节能服务公司向医院移交托管范围内的运维服务、能源托管智慧云平台和已完成的技改设备，医院独享全部的节能收益。

▌能源托管运维服务内容

（1）医院高低压配电间位于#3楼地下一层的配电机房，低压配电间已安装远传电表，电表设备正常使用中，通信和上传模块已损坏，本次拟对原有能耗监测系统进行修复，修复内容包括：更换损坏的设备、新增医院其他楼宇总用电计量、安装一套能耗监测系统，最终接入到医院能源托管智慧云平台上进行统一管控。监测范围涉及387条用电支路，系统按照明插座系统电耗、空调系统电耗、动力系统电耗以及特殊电耗（合称四大分项）对医院进行分类统计、分项计量，实现对整个医院配电系统的实时监测，全面掌握医院的用电情况，为医院的节能诊断提供数据基础。

（2）能源托管智慧云平台建设实现对医院进行更加精细化、绿色化的管理，拟建设一套医院能源托管智慧云平台，该平台基于“物联网+大数据+人工智能”模式，可将医院空调系统、锅炉热源系统、空气源热泵热水系统、能耗监测系统等多个用能系统集中到综合管理平台上实现互联互通，对建筑各用能系统进行后台整体管控，打破数据孤岛。

医院能源托管智慧云平台能够全面优化用能系统的能源结构、降低能源消耗、提升能源效率和用能管理的智慧化及信息化水平。同时平台通过数据采集、诊断、分析，策略优化、策略下发，能源预测及节能策略执行等功能，结合末端用户使用需求和环境参数，并在专业团队技术指导下，分别对医院的各楼宇及功能板块提供能源预测、能源管理、能源分配、能源运维等系统化一站式的精准服务，以实现医院节能收益长效化。该平台投入使用后，将在未来10年内有效减少医院能源支出，极大地改善群众就医体验，使医院达到“降耗增效、节支增收”目标，实现社会、医院、企业三赢局面。

(3)驻场能源管理。项目运营期间，拟派遣驻场能源管理人员为医院提供基于智慧管理运营平台的标准化、体系化、专业化的设备与能源管理服务，包含节能诊断、节能运行管理方案制定及执行、运行策略调整及优化、节能效果评估及分析等，全面保障设备设施的运行安全、高效、节能，其中的管理节能率为医院总用电量的3%～5%，加速实现医院安全用能及绿色用能。

节能效益分析

项目通过锅炉热源系统、中央空调系统、建设能源托管智慧云平台和相关设施设备的节能运行管理后，可实现年总节电量为13.52万kWh，节天然气量为14.05万m³，年减少标煤用量221.17 tce，年减少CO₂排放360.45 t，年节省能源费用74.61万元。项目投资额预计为499万元，静态回收期约6.7年。

结语

在当前“碳达峰”“碳中和”的大环境影响下，医院的节能减排工作至关重要。本文通过对上海某综合医院的冷热源系统进行节能诊断、用能分析和技术措施研究，提出冷热源系统的节能改造方案。改造方案实施后，可实现年总节电量为13.52万kWh，节天然气量为14.05万m³，年减少标煤用量221.17 tce，年减少CO₂排放360.45 t，年节省能源费用74.61万元。同时，结合医院现状及需求，提供能源托管模式的服务方案，年能源托管费用约为1072.74万元，医院按照约定支付能源托管费用，节能服务公司进行技术、运营及管理托管，全面保障医院设备安全、稳定运行。

该项目预期成效明显，可推动老旧冷热源设备更新升级；推动智慧物联平台应用，实现高效后勤管理迈入新阶段；发挥医院在节能减排的率先垂范效应，树立医院绿色低碳新标杆。此外，通过实施这些措施，可实现医疗环境的改善，并促进医院高质量及可持续性发展。（文/胡芳芳）