武汉地区三级综合医院能耗定额的研究

武汉地区三级综合医院能耗定额的研究 文章编号:1003-034(42012)01-053-5 武汉地区三级综合医院能耗定额的研究 1 1 2 杜然 李玉云 马友才 1 武汉科技大学城建学院 2 中南建筑设计院 摘 要:论文根据我国建筑能耗定额匮乏的现状，基于武汉市三级综合医院能源审计，分析了影响医院能耗的主要因素及其能耗评价指标的合理性，分别讨论了按医院等级能耗分布制定和床位数量等方法制定医院能耗定额 、 的利弊，认为利用回归分析法、按照医院床位数量分段制定的能耗定额既具科学性，又具有可操作性，并给出了对 应定额值 。 关键词:能耗定额 制定方法 医院 评价指标 R e s e ar c h o n E n e r g y C o n s u m p t io n Q u o t a o f t h e T e r t ia r y G e n e r a l H o s p it a l in Wu h a n 112DU Ran , LI Yu-yun , MA You-cai 1 Institute of UrbanC onstruction, WuhanU niversity of Science andTe chnology 2 Central-South Architectural Design Institute Ab s t r a ct : In view of the lacking of energy consumption quota of buildings in China, this papera nalyzed the main factors impacting hospital's energy consumption and its evaluation index according to the energya udit of the tertiary general hospital in Wuhan. Proposed threeme thodologies for formulating energy consumption quota of hospital in accordancewit h gradeo f hospitals, energy consumption distribution or numbero f beds, thend iscussed the advantages and the dsadvantages of them.C oncuded that the methoadpp ed regresson anayss in accordancewit h the numbero f illiili bedsi n hospital is mosts cientific andop erational, then gave thvea lue of corresponding quota. e ywo r d s : energy consumpton quota, ormuatng method, hosptas evauaton ndex Kifliillii 耗定额仍然不够健全，其制定方法需进一步探讨。文 引言0 章基于对该地区若干医院的能源审计，讨论了三级综 合医院能耗定额的制定方法及定额值 。 定额管理是能源管理基础工作的核心，是实行能 源科学管理的重要环节。建筑能耗定额是指建筑使用 过程中能源消耗的数量界限，旨在从建筑能源消耗末 医院能耗的相关性分析与评价指标1 端控制建筑的一次能源消耗量，以达到提高终端的用 能效率和优化用能方式的目的目前，清华大学给出 。 医院主要承担大众的疾病治疗、卫生防疫、咨询保[1]了北京公共建筑的能源消耗定额，武汉地区也给出 健等需求，它与普通公共建筑在用能方面存在一定的 [2~5]办公建筑商场和旅游旅馆的能耗定额，但建筑能 、区别，医院人员密度大，用能系统复杂，医疗电气设备 收稿日期:2011-6-18 作者简介:杜然(1987~)，男，硕士研究生;武汉科技大学城建学院雄楚大街 199 号(43007)0;E-mail:durant711@sina.com 基金项目:湖北省建设厅项目(鄂建文[2010]210 号) 建 筑 热 能 通 风 空 调 2012年 54 ?? 多，运行时间长，因此其能耗比一般公共建筑明显偏医院能耗与其它指标的相关性分析 1.1.3 高。为分析影响医院能耗的主要因素，讨论评价医院 同理，对医院能耗与门诊量住院量进行相关性分 、能耗指标的合理性，下面对武汉地区三级医院能源审 析，结果见表 1。从表中可知，年门诊量的相关性较低， 计的能耗数据与其它参数进行相关性分析 。并且年住院量的相关性仅低于额定床位数的相关量， 说明床位使用率对医院能耗也有一定影响。1.1 医院能耗的相关性分析 1.1.1 医院能耗与建筑面积的相关性分析 表 1 医院综合能耗与各指标的相关性分析 图 1、图 2 为医院综合能耗与医院总建筑面积的 相关性分析(不含能耗统计数据)。从图中可知，相关 系数 R 分别为 0.86 和 0.88，说明医院能耗与医院总建 筑面积具有较高相关性，偏离相关线稍远的医院空调 医院能耗评价指标 1.2 采暖冷热源采用的是柴油直燃式溴化锂机组(柴油的 根据目前样本较少的情况，查询相关系数显著性 折标系数远高于电的折标系数)，其余均为电制冷，这 用表可知:要满足 95%置信区间，相关系数 R 必须大 说明冷热源形式对能耗影响较大，其相关性可达到 于 0.707可见，利用门诊量评价医院综合能耗(当量 。[4]0.99。 值)的可信度较低，其它指标均与医院综合能耗呈显著 正相关关系。因此，建筑面积指标、床位数指标、住院 量指标均可用来评价医院能耗并且，其可信度:单位 。 床位数指标，单位住院量指标，单位建筑面积指标，单 位门诊量能耗指标，考虑到床位数统计起来比较方便 可靠，因此，利用单位床位数能耗指标评价医院能耗更 为合理。下文将主要利用医院单位床位能耗指标讨论 图 1 总建筑面积与综合能耗:等价值:相关性分析 医院能耗定额的制定，但考虑单位建筑面积指标在评 价建筑能耗中使用的广泛性，同时也给出单位建筑面 积能耗定额。 医院能耗定额的制定方法2 图 2 总建筑面积与综合能耗:当量值:相关性分析 国内学者提出了一些基于能耗统计的制定建筑[6~7]医院能耗与床位数的相关性分析 1.1.2 能耗定额的数学方法，除考虑数学方法的科学性， 制定建筑能耗定额还应结合建筑种类的特点，而且还 医院综合能耗的等价值当量值与医院床位数的 、 要适宜当地经济状况以及能源供需关系。 相关性分别如图 3、图 4 所示。相关系数 R 分别达到了 0.98和 0.95，高于建筑面积与综合能耗的相关性。 2.1 按照医院等级制定 《医院分级管理办法》 对医院资质进行指标评定， 分为三级十等，按医院等级制定医院能耗定额的方式 易于理解与接受。针对武汉地区三级医院等级情况， 能耗定额应按照三级甲等综合医院、三级乙等综合医 图 3 床位数与综合能耗:等价值:相关性分析 院进行设置，能源审计得到武汉地区三甲综合医院单 位床位能耗指标(当量值)位于 15508.36kWh/(床a): ? 33276.92kWh/ ( 床a) 之 间 ， 三 乙 综 合 医 院 处 于 ? 6615.13kWh/(床?a):9961.15kWh/(床?a)之间，可取同 等级医院的能耗平均值作为该等级医院的能耗定额， 见表 2。其思想出于平均即合理，认为平均值以上的 “”图 4 床位数与综合能耗:当量值:相关性分析 杜然等:武汉地区三级综合医院能耗定额的研究 第 31 卷第 1 期 55 ?? 用能必定存在着不合理之处，需要通过各种节能手段耗定额是界定医院节能工作开展是否先进，其能否受改造之后可达到的平均值水平。 到节能奖励的依据，鉴于初次实施，低要求定额值宜满 足大部分医院的能耗需求，只针对小部分能耗明显过 高的医院，而且两类医院的数量最好能满足较稳定比 表 2 按医院等级制定的能耗定额 例，如此，各医院能耗相对关系即使在变化之中，始终 有一定比例的医院处在受处罚与奖励区域，以不断推 动医院的节能建设。 该方法的优点是简单易行，便于理解、推广实施。 缺点是从主观上放大了医院等级差别带来的能耗差 3 能耗分布表 表 距，对同一等级中规模较大的医院约束力较强，但对 规模稍小的医院，即使存在着能源浪费、利用不合理 的情况，也几乎豪无制约 。 2.2 按照能耗分布制定 制定方法及定额 2.2.1 根据前面的分析，三级综合医院的综合能耗与床 位数基本上呈线性关系结合武汉市的实际情况，三 。 级医院共 30 家，其中三甲医院 25 家，三乙医院 5 家， 表 4 按常规统计方法得到的能耗定额值 为方便管理，可对三级医院统一设置定额。但医院的 ，, , 规模相差较大，其能耗差距也较大，可在能耗分布的 两侧分别取某一值作为能耗定额，作为节能奖励及超 量用能惩罚的评判。 以同类建筑能耗服从正态分布为前提，利用调查 得到的样本医院的能耗数据的平均值 X、标准差 σ 以 选用 X+σ、X-σ 分别作为低标准与高标准要求的 得到总体三级医院能耗概率分布曲线，如图 5。从图中 。其对应 能耗定额值较好符合上述要求，如图 5 所示可知，样本医院能耗的平均值为 18789.11kWh/(床?a)， 累计概率分别为 84%16%，即能耗累计概率在 84%以 、标准差为 9238.40。同时，也可得到该曲线的概率分布 上的医院则需要超定额加价;能耗累计概率在 16%以 区间表，见表 3。能耗累计概率的现实意义在于以当前 下的医院获得节能奖励。从统计学看，受奖励及惩罚数值作为能耗定额的情况下，可以满足定额要求的建 的医院数量所占的比例恒定，可以保持定额管理体系 筑占所有同类建筑的比例，该比例越小，表明定额水 实施的稳定性，避免了高位平均值法、先进平均值法和 平越高，对建筑能耗的要求越严格 。二次平均值法在按等价值和当量值两种不同统计方 法处理时，累计概率带来的分歧。 2.2.2 奖惩政策 根据图 5 的分区，对 A、B 区分别给予一定经济上 的奖励与处罚，而中间 CD 区可实行阶梯电价，宜采 、 图 5 三级综合医院能耗分布图 用在各自电价基础上乘以电价修正系数的方式，并且 A 区的降价幅度宜稍大于 C 区，同理，B 区的涨价幅 度宜稍大于 D 区，以示奖惩整体上看，虽然有奖有 。 按常规统计学方法对样本医院能耗进行处理可 4。表 以得到不同的能耗定额值及对应累计概率，见表 罚，但能耗较高者的能源费用也高，因此不会给政府部 中的先进平均值系指能耗小于平均值的医院的能耗 门带来额外的财政压力，相反，可从中获取一定资金， 平均值;高位平均值指能耗大于平均值的医院能耗平 以更好地服务武汉地区的建筑节能工作表 5 提供了 。均值;二次平均值系指先进平均值与整体平均值的平 一组可供供电部门参考的电价修正系数值，所对应的 均值低要求的能耗定额的意义在于界定某医院是否 。能耗区段可以通过表 3 查询 。需要执行超定额加价或者其它处罚措施，高要求的能 建 筑 热 能 通 风 空 调 2012年 56 ?? 表 6 各类回归模型参数 表 5 电价修正系数表 该方法结合以上政策的优点是覆盖了全体三级 综合医院，所有医院均是定额的参与者，约 40% 的医院成为受益者，24%的医院仅需要从公共照明系 统、运行管理方面下手就可以达到要求，仅 16%医院 需要进行节能改造，比较符合现在的社会状况。其缺 点是同样是对规模较小的医院约束力不强。 表 7 按床位数分段的能耗定额 按照床位数分段制定 2.3 医院等级划分标准中对三级医院床位数的下限 作了要求，要求三级医院病床数在 500 张以上。但实际 该方法的优点是对处于每一个模型档次的医院，调查发现，同样属于三级甲等医院，床位数虽均大于 但能 都有相应的能耗定额对其制约，尤其对规模较小、500，但规模不同的医院床位数相差仍可达三四倍，它 耗相对偏高的医院更具有针对性。其缺点是难以实时 们无论从硬件设施、技术水平、经济效益上都相去甚 监控各医院的床位数量，需要定期统计床位数 。远，如果执行同一定额值，显然并非很合理。因此即便 是同一等级的医院，也应该根据床位数设置不同区 段，分段设置定额进行管理，此方法较为科学严谨。 医院能耗定额的研究3 将单位床位能耗与床位数利用 SPSS软 件建立各 类函数的回归模型如图 6 所示。各回归模型参数见表 上面介绍了三种制定医院能耗定额的方法，也分6。R 值为拟合度，表示各类回归曲线与样本点的拟合 析了各自实施中的优缺点，下面从制定方法难易程度、 程度，R 值越大，表明拟合优度越好。Sig 值，0.05 表示 与配套政策实施的接受度、方法的科学性和最终执行 的可行性四个角度对其进行综合对比 。利用样本代表总体的可信度达到 95%。从它们的函数 按照医院等级制定显然不适合首次实施定额制 图曲线趋势上看，复合函数、指数函数与增长函数的 度，易造成大范围的医院必须强制节能改造，而这应该 二阶导数大于 0，即随着床位数的增多，对应每床消耗 是一个循序渐进的过程;按照能耗分布制定的定额配 能源数量也应相应有所增加。为方便分析与计算，现 合阶梯电价合理，也比较容易推动各医院能源管理者 选取指数函数作为床位数 x 与单位床位能耗指标 Q c,d的参与积极性，但对样本的数量、数据精确度要求较 0.0005x 的回归模型，即:Q=4767.63e(x?500)。 c,d高，所以该方法更适合总体数量庞大的建筑类型;从技 术层面讲第三种方法无疑最为科学严谨，实施起来不 留死角，能切实推动节能工作进展。 因此最终得到武汉地区综合医院能耗定额值见 表 8，利用该方法得单位建筑面积能耗定额值见表9 。 表 8 三种制定方式的综合对比 图 6 回归曲线图 根据调查的实际情况来看，三级医院床位数分配表 9 按建筑面积分段的能耗定额 可分为以下三个阶段:500:1000 床，1000:1500 床， 1500:2000 床，2000 床以上。结合回归模型得出各床 位区段的能耗定额见表 7。在每一个床位区段内，执行 (下转 36 页) 对应的能耗定额与超定额加价制度。 建 筑 热 能 通 风 空 调 2012年 36 ?? 对本轨道交通综合楼的各项节能效果进行综合验证。7,331,578k Wh/年，设计模型能耗 5,278,73 6能耗为 本轨道交通综合楼将申请美国 LEED 认证，在此依据 kWh/ 年，则能耗模拟模型节能量为 28%，LEED 认证标准，采用 eQUEST全年逐时能耗模拟软 件建立模拟模型，按照 ASHRAE 90.1-200标准建7 立 总结4 能耗模拟“基准模型”，根据实际设计建立“设计模型”， 二者相对比得出本轨道交通综合楼的能耗值 (图 14~15)，在建筑运营前期验证本设计的有效性在建 。 本文通过重庆轨道某综合楼绿色建筑的设计实筑实际运营后将组织专业队伍对本建筑的使用情况 例，介绍了适宜于重庆地区的绿色建筑设计中的设计 进行长期的跟踪调研，以在实践中不断修正。 理念及设计方法。本的设计中始终秉承低成本、 高能效的设计理念，依托能耗模拟的方法，采用适宜重 庆地区适应项目需要的绿色建筑技术，并总结了绿色 、 建筑实践的基本原则:采用适宜的技术、合理利用可再 生能源、引入绿色建筑评价体系，并以此为基础继续研 发适宜于重庆地区的绿色建筑技术。 参考文献 图 14 能耗模拟模型 [1] 2009中国 城市绿色发展[J]. 中国绿色画报. 2010,( Z1) [2] 绿色建筑评价标准(GB/T 50378-2006)[S] [3] 绿色建筑评价技术细则(建设部文件建科[2007])[Z] [4] 中国气象局气象信息中心气象资料室, 清华大学建筑技术科 学系. 中国建筑热环境分析专用气象数据集[M]. 北京: 中国建 筑工业出版社, 2005 [5] 孙克春. 新风用地能降温除湿试验研究[D]. 重庆: 重庆大学, 2008 [6] 任晓红.U 型垂直地下埋管换热器地源热泵全年实验研究与传 图 15 基准模型与设计模型能耗分析模拟结果对比 热模型[D]. 重庆: 重庆大学, 2004 根据模拟结果显示，本轨道交通综合楼基准模型 (上接 56 页) 参考文献 结论4 清华大学建筑节能研究中心. 中国建筑节能年度发展研究报 [1] 告 2010[M]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2010 1)制定建筑定额不仅要考虑数学方法的科学性， Yuyun Li, Kai Guo, Ran Du, eatl . The studies on the energy [2] 还要考虑当地经济状况、技术、能源供需关系，结合建 consumption quotaof state organo ffice buildings [J]. Advanced Materials Research, 2011, 243-249:5899 -5904 筑种类的特点，并综合考虑定额实施的可操作性; 胡勇. 武汉地区公共建筑能源证与商场能耗定额的研究[D]. [3] 2) 评价医院能耗较为科学的指标是单位床位数 武汉: 武汉科技大学, 2010 能耗指标，其相关性达 0.95(当量值)，0.98(等价值); 杨运国. 武汉地区办公建筑能耗定额的研究[D]. 武汉: 武汉科 [4] 3)按照医院等级制定的方法简单易行，对同一等 技大学, 2009 杜然, 李玉云.武汉市某政府办公楼用能限值的探 讨[J].建筑节 能, 2009, 37(12): 4-7周智 勇, 付祥钊.基于统计数级中规模稍小的医院约束力小;按照累计概率制定的 [5] 据编制的公共建筑能耗定额[J].煤 气与热力, 2009, 29(12): 能耗定额的操作性最强，但对样本的数据精确度要求 A14-A17 徐强. 公共建筑用能定额研究现状及思考[J]. 建设科 技, 2010, 较高，所以该方法更适合数量庞大的建筑类型;按照 [6] (8): 35-37 床位数分段制定方法比较科学严谨，因此，笔者建议 [7] 采取该方法制定武汉地区三级综合医院的能耗定额。