引言联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）在第六次评估报告中指出人类活动导致了地球变暖，全球气候系统经历着快速而广泛变化[1]。公共建筑作为人类进行各项社会活动的场所，其总运行能耗达到2.93 亿kWh，占建筑总运行能耗的30.4%[2]。由此可见，公共建筑能耗是建筑能耗的主要部分。在我国提出“碳达峰、碳中和”承诺的背景下，挖掘公共建筑节能潜力，有助于推动“碳中和”目标的实现。医院是特殊的公共建筑，具有全年不间断运营、用能系统复杂等特点[3]，医院建筑能耗总量大、消耗能源种类多、用能系统及设备缺乏科学管理，存在较大的节能潜力[4]。合同能源管理作为一种新型商务管理模式，有望解决节能改造中的潜在问题[5]。因此，将合同能源管理能源费用托管型引入医院建筑的节能改造，有利于提高医院建筑的能源利用效率，降低成本。1项目概况上海市某公立医院总建筑面积约14.7 万m2，共18幢建筑，分综合办公楼、门诊住院楼、急诊住院楼、医技楼等。主要消耗能源为电能、天然气，包括主要配电系统、空调系统、锅炉系统、热水系统以及照明系统等方面。2020年，医院采用合同能源管理能源费用托管型模式，对其进行节能改造和运营管理，医院与节能服务公司约定项目能源基准期为2018年1月1日~2019年12月31日。本次为电力托管项目，改造前该医院的年电力费用约为1 596.96万元，单位面积耗电量为157.5 kWh/m2。能源消耗结构框架如图1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.07.004.F001图1能源消耗结构框架空调系统（含制冷、采暖、卫生用水）占全院用电的40.5%，普通照明用电占全院用电的9.43%。考虑手术室专用空调系统的安全性，主要针对医院中央空调系统、照明系统等具备节能潜力的用能系统进行节能改造分析，通过应用智慧管控平台，降低医院能源系统运行成本，提高建筑能源资源使用效率，提升运营服务管理水平。该医院各系统、设备用能分布如图2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.07.004.F002图2设备用能分布2节能量改造方案2.1项目节能潜力分析对医院各系统的运行状况进行现场勘查，系统目前主要存在的问题如表1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.07.004.T001表1医院各系统运行中存在的问题及解决方法项目存在问题解决方法冷水机组运行年限久、冷量衰减，小温差大流量运行。主机置换改造，将螺杆机置换为磁悬浮机组，提高机组能效。循环泵组水泵老旧无变频，选型偏大，运行效率低。加装变频，配套新换水泵做变频调速。风机盘管各办公室、病房手动启停及三速调节，无法根据设定温度启停风机。增设空调末端（风机盘管面板）智能控制系统，实现风机智能化运行。自控与能管系统未有对冷热源机房、新风机组等进行监测与控制，且无分项计量系统。为新设备增加自控系统，部分回路加装远程电表，为能管平台提供数据来源。照明系统大多数照明灯具还采用荧光灯替换为高效的LED光源2.2节能改造2.2.1空调主机优化该医院设有4个制冷机房，项目对2#楼、7#楼制冷机房设备进行节能改造。2#楼、7#楼原有制冷主机分别为2台约克螺杆式冷水机组和2台开利螺杆式冷水机组。主机存在运行年限久、能效低的问题，且冷机启停、台数控制、机组出水温度控制均为人为运行操作，依据往年运行数据，机组存在小温差大流量运行，导致水泵一直处于满负荷工作状态。改造后使用克莱门特磁悬浮模块机组，磁悬浮变频离心式冷水机组具有低噪声、部分负荷时能效比较高的特点，更适合于医院建筑中央空调系统，2#楼、7#楼磁悬浮冷水机组制冷性能系数EER分别为5.91、6.22，综合部分负荷性能系数IPLV分别为8.69、9.06，与原制冷主机相比能够有效地满足制冷要求。机组改造前后参数如表2所示，地下机房冷水机组整体安装布局如图3所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.07.004.T002表2机组改造前后参数项目楼栋型号数量/台功率/kW制冷量/kW改造前2#楼螺杆式冷水机组22681 5197#楼23742 110改造后2#楼磁悬浮冷水机组396.35497#楼1325.71 98010.3969/j.issn.1004-7948.2022.07.004.F003图3机房冷水机组整体安装2.2.2水泵优化水泵改造前设备参数如表3所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.07.004.T003表3水泵改造前设备参数楼栋设备功率/kW流量/（m3/h）扬程/m数量/台2#楼冷冻水泵45320324冷却水泵553453847#楼冷冻水泵45385313冷却水泵454502632#、7#楼水泵老旧，选型偏大，运行效率低，水泵无变频，末端存在水利不平衡现象，开一台主机需开2台水泵，造成能源浪费，系统小温差大流量运行，水泵几乎满负荷运转。改造后，水泵加装变频，配套新换水泵做变频调速，在低负荷情况下调节转速，达到节能目的，并在集水器支管安装能量调节阀，保证各支路能量平衡，消除水力不平衡现象。水泵改造后设备参数如表4所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.07.004.T004表4水泵改造后设备参数设备型号功率/kW流量/（m3/h）扬程/m数量/台安装位置南方水泵NISO125-100-315/22221003262#地下机房南方水泵NISO200-150-315/55554003227#地下机房2.2.3末端风机盘管节能改造改造前，医院大部分末端风机盘管为三速调节，改造更换末端风机盘管的温控器为无线温控面板，采用无线温控器+无线网关，再通过RS-485连到交换机进行组网，新增上位群控管理系统。改造后的末端设备能够按照使用需求分组集中控制，也可以每台风机盘管单独控制；并能实现远程开关温控器、限制空调使用时间、远程设定温度、限制温度调节范围等，系统管控灵活以达到节能目的。2.2.4自控与能管系统改造前，医院冷热源系统设备采用人工控制，主机的出水温度设定以及水泵频率设定由经验决定，具有一定的滞后性和随意性，且易造成能源浪费。改造后，通过安装智能控制系统及建立能源管理平台，能够实现冷源系统设备联动控制、空调主机自动加/卸载控制等功能，并通过能源管理平台进行能源的实时监控，实现数据采集与存储功能，提供综合能耗分析，监测能源使用异常情况，使主机运行在效率高的负荷阶段，有效避免主机的低效运行。平台界面如图4所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.07.004.F004图4远程监测系统操作界面2.2.5照明系统医院改造前部分区域仍使用传统照明，如荧光灯管，存在较大的节能潜力。采用光源光效不低于90 lm/W、显色性（Ra）不低于80的节能灯替换传统照明，使改造区域灯具的照度、显色性、均匀度、眩光的控制均优于改造前的数值并满足使用要求[6]。除上述分项改造外，在变压器后安装电能优化器，增加用电系统中的电子密度，降低线路阻抗，减少用电损耗和谐波，提高了医院整个用电系统的用电效率。3节能效益分析3.1节能量计算方法节能量计算[7]：Ec=E0-E1 (1)式中：Ec——节能量；E0——基准期能耗；E1——统计报告期能耗。项目碳减排量计算[8]：ERy=BEy-PEy-Ly (2)式中：ERy——在y年的碳减排量，tCO2e；BEy——在y年的基准线排放量，tCO2e；PEy——在y年的项目排放量，tCO2e；Ly——在y年的项目泄露量，tCO2e。本项目托管能源为电力，故基准线排放量计算：BEy=E0×EFi (3)式中：E0——基准线情景下电力消耗量（kWh/a）；EFi——电力的碳排放因子，该项目位于上海，取华东区域排放因子0.703 5 kgCO2/kWh。根据节能服务公司与医院约定，确定能源基准的基期为2018年1月1日~2019年12月31日，该项目2020年10月进行移交托管，统计报告期为2020年11月1日~2021年8月31日。节能服务公司主要针对托管范围内的空调、照明等非医疗用电部分进行节能改造，故核算边界划定为非医疗用电范围。托管前非医疗用电的耗电量如表5所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.07.004.T005表5托管前非医疗用电的耗电量月份2018年2019年总计14 961 89514 220 4861月904 226935 0962月790 801981 9313月730 472835 9604月825 905902 7275月1 258 7901 023 5616月1 554 6131 377 2437月1 937 4891 562 6398月2 138 6741 980 7969月1 828 2981 627 11410月1 145 9831 192 99311月919 397894 87712月927 247905 549kWh托管前，2018~2019年非医疗用电的平均耗电量为14 591 191 kWh。3.2能耗对比3.2.1总能耗对比医院实施合同能源管理后，统计报告期内的累计节电量2 551 506 kWh，节能率21.82%，节能量778吨标准煤，减少1 794.98 tCO2e排放，预计年节电量3 183 797 kWh，预计年节能量970吨标准煤，年可减少温室气体排放2 240 tCO2e。报告期内各月能耗对比如表6所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.07.004.T006表6能耗对比时间非医疗用电边界内基准能耗非医疗用电边界内统计报告期能耗总计11 693 9979 142 4912020年11月907 137646 1842020年12月916 398653 8972021年1月919 661688 3682021年2月886 366648 8392021年3月783 216596 2692021年4月864 316710 7962021年5月1 141 176927 2242021年6月1 465 9281 247 2922021年7月1 750 0641 525 7032021年8月2 059 7351 497 920注：电力折标系数取304.9 g/kWh。kWh3.2.2空调、照明系统能耗对比该医院2018年无各用电系统分项计量，其空调系统和照明系统于2021年6月改造完成。空调系统和照明系统节能量采用2021年7月、8月与2019年7月、8月的数据进行对比计算，计算结果如表7、表8所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.07.004.T007表72#、7#楼空调系统改造节能量计算结果时间2#楼7#楼改造后能耗基准能耗改造后能耗基准能耗总计521 722616 077592 617715 8932021年7月299 516323 738333 020279 7992021年8月222 206292 338259 597436 094kWh10.3969/j.issn.1004-7948.2022.07.004.T008表8照明系统改造节能量计算结果时间改造后能耗基准能耗总计596 284.5710 568.572021年7月297 815.8340 244.652021年8月298 468.7370 323.92kWh依据空调系统和照明系统分项计量数据进行节能量计算，该医院改造后空调系统2#、7#楼的节能率分别为15.32%、17.22%，照明系统节能率为16.08%，节能率均为10%以上，具有较好的节能效果。该建筑项目年度运营电费基准为1 596.62万元，合同能源管理合同期为10 a，根据节能方案，预计年节能收益为300万元，项目收益能力较好。4结语（1）该项目改造后节能率为21.82%，预计年节能量970吨标准煤，年可减少温室气体排放2 240 tCO2e，2#、7#楼空调系统和照明系统节能率分别为15.32%、17.22%和16.08%，预计年收益为300万元。（2）该医院作为公共机构采用能源费用托管型合同能源管理模式进行节能改造，避免了效益分享型所产生的争议，减少了节能量认定纠纷。能源费用托管型引入专业化的节能服务公司对能源系统进行托管运营，并实行能源费用包干，有效提升了能源效率，降低了能源使用成本，减少了医院人力成本和运行维护成本，有效地解决了医院建筑在能源管理上存在的问题，符合国家政策引导方向，助力了“双碳”目标的实现。