综合性医院电能替代综合能源改造实例分析

国电南瑞科技股份有限公司南京用电技术分公司 童仁杰 盐城市第一人民医院 张春鹏 凌 晨 南京林洋电力科技有限公司 张继皇 殷宪恒

进入“十四五”时期，在能源革命和数字革命的双重驱动下，全面落实“四个革命、一个合作”能源安全新战略和创新驱动发展战略，聚焦能源保障安全、促进能源转型，引领能源革命和支撑“双碳”目标等重大需求，建立新型能源结构[1-2]。综合能源技术解决了医院类项目的复杂用能需求，一般来说能够同时满足水、电、蒸汽、天然气、煤等多种能源方式,包含如空调暖通、照明、电梯、生活用电、蒸汽配套、生活热水、储能、充电桩、分布式光伏等技术模块，同时结合各类算法和监控平台，实现多能互补，高效用能。

随着“双碳”目标的提出和落实，节能降耗和能源方式转变成为了达成“双碳”目标的重要方式之一，综合能源作为一项有着坚实技术理论基础和丰富实际经验所验证的技术路线，随着越来越多的技术方式的加入和融合，结合能耗、能效、用能等分析系统的开发与应用，综合能源技术成为了一支实现节能减排和“双碳”目标的生力军。本文以盐城市一家综合性公立医院的综合能源改造项目为例，通过前期调研分析、项目解决方案和数据统计与分析对比等方面，以实际案例和数据说明综合性医院综合能源改造的可行性、可靠性和经济性，为医院类综合能源改造项目提供技术参考。

1 项目概况

1.1 医院概况

该医院总建筑面积为126475m2，其中建造年份最早的为急诊楼、建于1986年，建造年分最近的为2011年建成的病房大楼，整体医院建筑外墙以“37”墙为主，未建设外保温，医院包含了ICU、烧伤病房、手术室等特殊用能区域。医院原空调部分采用中央空调、分体电空调结合的方式，夏季供冷采用蒸汽溴化锂机组，冬季供热采用蒸汽直接换热方式，生活热水采用余热回收+蒸汽换热方式，供应室、洗涤、消毒、食堂蒸汽等来源采用管道蒸汽，院内建筑原已进行80%的LED 节能照明改造，50%的院内电梯未进行节能回馈改造。

综上，医院类项目的综合能源改造对于实际情况、用能需求、用能习惯等方面的调研为前期重点，在这里要重点说明的是，对于部分运营年限较长的医院，末端老化、管道老化堵塞、浪费使用等问题需要重点关注。

1.2 前期调研情况

对供冷、供热、生活热水设备情况、各楼宇和设备用能情况、电分体式空调和中央空调占比及用能情况、用能习惯、建筑节能保温、以往供冷供暖满意度、供冷供暖以往运行情况、生活热水使用情况、照明节能情况、电茶炉等用能设备使用情况、配电、天燃气接入以及其他相关内容进行了调研，统计到该医院蒸汽三年平均用量为31648t/年，产生费用12595904元/年；三年平均用电量11930869kWh，产生费用7164486元/年；平均每年能源费用合计19760390元，其中蒸汽费用占比约63.7%，电费占比约36.3%。

通过分析，蒸汽用能方面供暖、供冷、生活热水能耗占比较大，电能用能方面照明、医疗设备（不可改造）、一般动力、分体空调和日常用电能耗占比较大。通过对于能源价格、能源方式、设备情况进行调研后认为，供暖、供冷、生活热水、供应室和洗衣房蒸汽、照明系统、一般动力系统、分体空调系统和生活热水节水系统为此次综合能源改造的主要范围。

根据技术设备的特点、能源价格、能源趋势、国家政策等方面的因素，整体综合能源改造采用了纯电能替代备选方案，最终决定采用空气源热泵供暖+电水冷式冷水机组供冷（螺杆机）+空气源热泵供生活热水（含蓄热）+电蒸汽发生器供蒸汽的方式作为实施方案，同时同步进行照明节能改造、电梯节能改造、能效、用能等监控系统实施。

2 项目设计分析及项目解决方案

供应室蒸汽能耗分析：消毒设备4台，蒸汽耗量22kg/h/台，每天20锅、每锅运行时间75分钟，每天用量0.6t；灭菌设备4台，蒸汽耗量26kg/h/台，每天25锅、每锅运行时间75分钟，每天用量0.8t；清洗设备1台，蒸汽耗量80kg/h/台，每天3锅、清洗锅运行时间75分钟，每天用量0.3t；洗衣室蒸汽能耗分析：该医院洗衣室主要用能设备为工业洗衣机5台。根据洗衣房蒸汽抄表数据约77t/月，平均2.6t/天；食堂蒸汽能耗分析：根据现场调研抄表数据，食堂蒸汽用量约2t/天；生活热水蒸汽能耗分析：根据现场实际调研情况，对2020.11.1～2020.11.12日既不供暖、又不供冷的时段进行了逐时蒸汽用量调研和生活热水补水流量调研，通过取均值的方式，该医院生活热水蒸汽用量约28t/天。

电能数据分项调研：该医院日常运行三年平均用电量为11930869kWh，医院能耗主要占比为照明约20%、医疗设备约25%、一般动力约15%、电梯约2%、分体空调约10%、日常用电约28%；该医院综合能源改造范围主要包括：供暖系统改造、供冷系统改造、蒸汽系统改造、生活热水系统改造、照明系统改造、节水系统改造、机房总控系统改造、电能质量综合治理、能源管理系统改造、配电系统改造等。

实际负荷计算：该医院实际中央空调使用面积为95000m2，供暖季平均用蒸汽11197.4t/年，按0.95换热效率计算，供暖季耗能7688812.244kWh；按供暖140天计算平均负荷为24.09W/m2，即制热量为2288.55kW。供冷季平均用蒸汽7675.8t/年，按铭牌参数1.2制冷效率计算，供冷季耗能6657679.386kWh；按供冷135天计算平均负荷为21.6W/m2，即制冷量为2052kW。生活热水平均用蒸汽28t/天，按40℃水温升进行计算，产生1t 生活热水能耗为76.02kg，则每天的生活热水用量为368.32t/天。

表1 2017～2019年蒸汽平均用量拆分（设计时使用得此数据）

理论计算验证。供暖：按全天室内温度18℃计算，取70W/峰值热负荷(来源《民用建筑采暖通风设计技术措施》)，可以得出采暖期日间热负荷39.81W/m2，夜间热负荷53.08W/m2，取高值制热量需求为5042kW（实际取值时需额外考虑极端条件下冗余量）；供冷：理论冷负荷取值80W/m2（来源《实用供热空调设计手册》），制冷量需求为7600kW，综合考虑取电水冷式冷水机组制冷量5000kW 即可，其余冷量可在需要时配合供暖使用的空气源热泵联合供冷；生活热水：理论取值理110～140L/床位·d（来源《民用建筑节水设计标准GB50555-2010》），该医院开放床位2500张，即理论最大用水量为350t/d（实际取值时需额外考虑极端条件下冗余量）。

小结：通过计算分析，当运行年限较长的医院在进行综合能源改造过程中，因为末端老化、管路堵塞等问题，实际数据与理论数据往往存在一定的偏差，不建议只参考单一数据来源，要充分参考理论数据进行计算，同时结合经验值，做到充分判断、合理取值。

3 项目运行数据及分析及项目解决方案

3.1 项目运行数据

供冷季室内温度湿度效果测试。2021年9月10日8：00～20：00进行了供冷季效果测试，测试期间室内平均温度为25.4℃，满足设计规范要求（经第三方专业机构核准）；供暖季室内温度湿度效果测试。2021年12月28日～29日进行了供暖季效果测试，测试期间室内平均温度为25.0℃，满足设计规范要求（经第三方专业机构核准）；室内照度。选取5号楼、9号楼、10号楼和门诊楼照明改造典型功能区域进行室内照度测试，测试结果满足设计标准要求（经第三方专业机构核准）。

3.2 实际数据测算

根据《公共建筑节能改造节能量核定导则》，当系统能耗与其他系统没有分开计量或暂时无法获得一个完整循环工况的计量账单数据时，节能量测评可采用测量计算法；标煤折算依据为国家统计局2018年电力消耗等价折标煤系数取0.403kgce/kWh。

3.2.1 冷源设备基准期能耗测算

蒸汽溴化锂冷水机组蒸汽消耗：2020年供冷季5月～10月空调制冷蒸汽量消耗分别为183.25t、1359.41t、1563.41t、908.6t、2104.5t、0t，合计消耗蒸汽6119.17t，折算标煤量786925kgce；冷源系统水泵电量消耗：2020年供冷季5月～10月冷源系统水泵消耗电量为552784kWh，折算标煤量222772 kgce。

冷源系统改造后核定期能耗测算：2020年医院蒸汽拆分结果供冷季蒸汽用量为6119.17t，蒸汽型溴化锂冷水机组的制冷性能系数限值为1.10（来源《公共建筑节能设计标准》2005版），本次测算暂按1.10取（实际由于运行年代久冷水机组运行能效会有一定的衰减），0.45MPa 市政蒸汽的焓值为2743kJ/kg，全年供冷量为18463372MJ。改造后冷源系统整体性能系数为4.30（经第三方专业机构核准），则改造后冷源系统总的耗电量为1192724kWh，则核定期电力消耗折算为标准煤耗量为480668kgce。

冷源系统改造节能量核算：改造前基准期标准煤消耗量为786925+222772=1009697kgce，改造后的年节煤量为1009697-480668=529029kgce，节能率为529029/1009697=52.4%。

3.2.2 热源设备基准期能耗测算

蒸汽换热供暖蒸汽消耗。2020年供暖季11月～4月（次年）供暖蒸汽量消耗分别为436.37t、9831.43t、3224.7t、2089.12t、1365.39t、211.03t，合计消耗蒸汽9831.43t，折算标煤量1264322kgce；热源系统改造后核定期能耗测算。2020年医院供暖季蒸汽用量为9831.43t，浮动盘管式换热器效率取0.98，0.45MPa 市政蒸汽的焓值为2743kJ/kg，由此计算出全年供热量为26428260MJ。改造后空气源热泵性能系数测试结果为2.87（经第三方专业机构核准），改造后供暖季空气源热泵总的耗电量为2557904kWh，则核定期电力消耗折算为标准煤耗量为1030835kgce。

热源系统改造节能量核算。根据改造前后热源系统均不含供暖循环泵的标准煤耗量，计算改造后供暖系统的年节煤量为1264322-1030835=233487kgce，节能率为233487/1264322=18.5%。3.2.3 生活热水设备基准期能耗测算

生活热水蒸汽消耗。该医院2020年生活热水月蒸汽用量为759.85t，则年蒸汽耗量为9118.2t，根据《导则》附录A 市政蒸汽折算标煤系数取0.1286kgce/kg,则蒸汽折算为标准煤耗量为1172601kg。

生活热水系统改造后核定期能耗测算。2020年生活热水系统全年蒸汽用量为 9118.2t，本次测算生活热水系统蒸汽换热器效率取0.98，0.45MPa市政蒸汽的焓值为2743kJ/kg，全年供热量为24510998MJ。改造后生活热水系统采用空气源热泵系统，空气源热泵循环泵为新增设备，因此空气源热泵系统能耗计算过程采用全年系统能效比。空气源热泵系统制热性能系数全年加权平均值为3.1737（经第三方专业机构核准），测算则改造后生活热水系统全年总的耗电量为147827kWh，核定期电力消耗折算为标准煤耗量为865574kgce。

生活热水系统改造节能量核算。根据改造前后热源系统均不含供暖循环泵的标准煤耗量，计算改造后供暖系统的年节煤量为1172601-865574=307026kgce，节能率为307026/1172601=26.2%。

3.3 照明系统节能量测算

根据《导则》第6.2.1条的规定，照明系统改造采用测量计算法核定节能量时，应按下式计算：，根据现场核查灯具数量、功率、日运行时间等参数，计算照明系统的节能改造的年节能量为245038kWh，节煤量为98750kgce，节能率达79.2%（经由第三方专业机构核准）。

3.4 电蒸汽系统节能量测算

该医院2020年供应室、洗衣房日蒸汽耗量为5t，市政蒸汽折算标煤系数取0.1286kgce/kg，则改造前基准期年蒸汽耗量折算为标准煤耗量为234695kgce。改造后两台电蒸汽发生器日均耗电量为3403kWh，年用电量为1167961kWh（根据实际工作时间测算），折算年标准煤耗量为470688kgce。根据基准期2020年标准煤耗量和改造后年标准煤耗量，计算节煤量为234695-470688=-235993kgce。建筑用能电气化是实现建筑领域“碳中和”的一项重要举措，因此本项目电蒸汽系统的改造是响应国家“双碳目标”政策要求的一项改造措施。

综上，根据此项目的相关数据及分析结论，在充分调研、科学决策的前提下，结合项目的实际情况，医院类项目的综合能源改造具备了可行性、经济性和可复制性，有利于降低能耗、节能减排，能够更好的推进能源转型的发展。