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    淺談基于大型醫院配電能耗監管平臺的介紹

     更新時間:2024-02-27 點擊量:93

    安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

    摘要:由于我國目前大力推進節約型社會的建設,大型公共建筑的能耗管理已成為社會關注的*點,其中具代表性的便是醫院能效的管控。因此結合四川某綜合醫院能耗監管平臺的設計內容進行探討,對該系統的具體構成進行描述,希望通過該平臺系統的建立提高醫院整體的數字化管理水平以及用能效率。

    關鍵詞:能耗監管平臺;建筑節能;降耗管理

    0引言

    隨著我國衛生醫療事業突飛猛進的發展和醫療體制改革的順利推進,*國醫療衛生機構總體規模逐年提高。由于醫院人流密度大,加上公眾對醫療和就診環境、空氣品質等方面的要求也逐步提高,不可避免地會造成醫院在能耗量和運行維護等方面的成本逐年提升的問題。對此國家衛計委、財政部與住建部聯合發布了關于開展?醫院建筑能耗監管系統試點建設實施方案?建設的通知。為有效做好節約型醫院的建設工作,現通過對四川某綜合醫院實際情況的介紹,針建對醫院能耗監管平臺建設方案進行探討。

    1建設目標

    2014年該綜合醫院被評為國家*批節約型公共機構示范單位,為了突出其示范效應需要進*步提升醫院整體節能水平,在*社會中起到先鋒帶頭作用。此次,衛計委、住建部遠矚,牽頭組織在此三甲醫院等部屬醫院啟動醫院能耗監管系統的建設,旨在提高能源管理水平,加強安*生產運行、實現節能管理,不僅可以降低醫院綜合運行成本,更可以提升醫院競爭力,同時可以作為四川省乃至*國范圍的其他醫院開展能源管理工作的和榜樣。

    2系統方案設計

    該項目的設計從醫院的整體規劃思路出發進行考量,為醫院建設*套的能耗監管系統平臺。為便于日后院內后勤管理工作得到優化和統*,上傳各項數據更加簡便和及時,該平臺需提供統*標準的數據端口,同時具備良好的兼容性以及開放性。該系統需能夠支持人工錄入、自動補錄,同時還要能夠與其他系統對接。要充分地利用醫院現有的各項資料獲取完整的醫院能耗數據,對院區內的各類能源消耗量進行人工或自動采集計量,并進行數據分析整理,輔助日常運維并幫助管理層有效決策。該系統主要從以下幾個方面進行展示分析。

    2.1能耗概覽

    能耗概覽功能為醫院后勤管理團隊提供了*個直觀、準確和完整的數據信息分析窗口,通過該能耗概覽功能,使用者將直接了解到*常用的能源績效指標數據。能耗概覽功能主要包括:

    (1)醫院簡介,如醫院規模、建筑面積、病床人數、年用電量、年用水量等。

    (2)電能耗日歷,根據醫院能耗量或能效指標對當前能源使用情況進行評價,能耗日歷用不同顏色標注,共分3個等級:小于平均值、接近平均值和大于平均值。

    (3)24小時實時用能趨勢圖,顯示當天的能源消耗曲線,可選能源類型為電、水(冷水、熱水)、醫療氣體(二氧化碳、氧氣、笑氣),按天顯示可查看每天的24小時能耗。

    (4)*院用電量、用水量(冷水及熱水量)、醫療氣體用量(二氧化碳、氧氣和笑氣)及環比、環比增幅/減幅,分析三類能源的用能趨勢并與上期進行對比。





    2.2能耗地圖

    系統通過導入建筑導航地圖,通過鼠標移動可以看到各棟建筑的信息和總體能耗狀況。點擊進入之后可以看到該棟建筑內各樓層/區域的詳細能耗狀況。

    系統為用戶提供以下區域信息:

    (1)建筑基本信息,包括建筑/樓層/科室的布局、儀表安裝位置等。

    (2)建筑能耗信息,包括建筑/樓層/科室的日用量,日用水量等數據。





    2.3能耗統計

    能耗統計主要按照?醫院建筑能耗監管系統建設技術導則?和?醫院建筑能耗監管系統運行管理技術導則?的定義,系統可對能源數據按照建筑類別進行分類管理。

    通過分類建筑的能耗趨勢和報表組件,可以分析出醫院能耗的主要分布特點,不同建筑的屬性與能耗具有強關聯性。對分類建筑的能耗分析可以幫助醫院掌握*點能耗分布。

    能耗分類包括電、水、醫療氣體用量等,能耗*級分項包括照明、空調、動力、特殊等,能耗二級分項包括室內照明、景觀照明、插座、冷凍主機、冷水泵、通風機、電梯等。能耗的其他維度包括醫院*點設備、空調系統、科室等以及能耗的各項指標。系統對不同分項的能耗進行不同子頁面分析展示,包括分項用電、分項用水、*點設備、空調系統、分類建筑、建筑用水、科室能耗和醫療氣體等。

    *點設備:系統對*點能耗設備進行實時監測,可以其長期運行的能耗進行分析,*點設備中包括MRI、CR、CT、DSA等醫院*部公共設備和醫療設備,通過對其歷史數據進行分析和歸類,對其進行評價分析。

    建筑能耗:建筑能耗主要針對*院16棟建筑進行建筑類型分類統計,并分析不同類型的建筑能源消耗水平和規律,以趨勢圖、同比、環比、報表等形式展現。

    科室能耗:系統根據醫院需求自定義科室(非手術科室、手術科室、醫技輔助科室、干部醫療/老年病科)維度進行用電能耗的統計,并分析各科室能源消耗水平和規律,以趨勢圖、同比、環比、報表等形式展現。

    醫療氣體:采集主要醫療氣體(氧氣、笑氣、二氧化碳)的不同功能區域的用量統計,以趨勢圖、同比、環比、報表等形式展現。









    2.4能耗分析

    基于時間維度的分析功能,可查詢科室、分類建筑等能耗排名。且提供快捷時間查詢,如當日、本周、本月能耗排名情況。采用能流圖對各棟建筑進行用能走向展示,并對數據的誤差分析制定人工錄入收費用能數據與系統采集數據對比分析模塊。

    科室排名:系統根據醫院自定義的科室(非手術科室、手術科室、醫技輔助科室、干部醫療/老年病科)維度進行用電能耗的排名和趨勢分析,排名可以依據能耗增幅、能耗增量等指標進行,可在模式選擇中自行修改排名依據。

    能耗排名:主要針對分類建筑、*點設備以及用水能耗的排名和趨勢分析,排名可以依據能耗增幅、能耗增量等指標進行,可在模式選擇中自行修改排名依據。

    能源流分析:能源流分析以能流圖的形式顯示用能走向,幫助用戶尋找主要耗能路徑,確定節能整改工作*點對象:計算能源在存儲、傳輸和使用過程中的損耗量及百分比,及時發現竊電等情況造成的損失,能源流分析模塊主要針對醫院的建筑區域用電/用水進行誤差分析,可以切換每棟樓的*級用能和二級用能的對比情況,也可以切換能耗類型。當出現總用能與各區域分布用能總和不對應時出現差值異常提醒。

    數據對比:為了檢驗和對比能耗系統采集的數據準確性,系統通過人工錄入的方式采集市政供電公司總表的電能數據、水務公司總表的用水量數據、燃氣公司總表的燃氣用量數據,利用數據對比模塊,將手工錄入的市政各類能耗數據與醫院內采集數據進行對比,提供真實準確的數據對比誤差率。





    2.5能耗報表

    系統提供了醫院常用的報表模板,并根據醫院的需求自定義編輯了定制報表模板,通過選擇數據維度、報表模板和時間維度即可自動生成不同的數據報表。同時系統提供報表編輯工具可以設計報表格式,綁定數據源,將自定義報表保存為模板,就可以將其導入系統進行顯示。能耗的成本統計根據能耗數據設置相應單價后即可以報表輸出。系統也提供了醫院常用的成本報表。

    2.6儀表管理

    儀表管理可以查看每個儀表設備的通訊狀態、實時數據以及記錄時間,儀表管理同時可以作為抄表工具,支持年月日報表輸出。在儀表管理界面中,可以對單個儀表進行管理,例如當歸屬科室發生變遷時,進行用途名稱的更改,對儀表的正常/異常狀態進行標記,儀表發生故障時對儀表進行屏蔽,避免計入各維度數據中,對分析數據源產生影響,查看儀表的歷史趨勢等。





    2.7人工錄入

    人工錄入是針對*些沒法自動采集的數據進行錄入,比如業務量數據、市政電能耗數據、市政天然氣能耗、市政供水用量數據等,系統將錄入的數據分解到每*小時,保持跟其他能耗數據同*采集頻率,并自動將其列入系統進行計算。

    2.8能耗告警

    系統提供靈活、豐富的告警管理功能,用以對能源實時信息和統計信息進行限值設定,提供給后勤班組管理人員對預先設定的告警事件進行管理,以提升安*和能效。

    用戶需要對*些建筑、區域、分項的用能情況通過設置限值進行實時監測,系統在運行的過程中,當實際能耗值超過預設的能耗報警值時,系統將通過、手機短信等方式通知相關人員,提醒相關人員及時干預,降低能源的浪費。

    (1)告警設置,系統可以針對區域、分項等任意維度進行限值設置,并設置相關責任人的電話、郵箱,通過實時告警將告警信息發送給相關責任人,達到能耗監測的目的。

    (2)查看告警事件,系統對告警事件進行統計分類,用戶可以通過篩選條件查找事件。

    (3)確認告警事件,當事件產生后,需要相關責任人進行事件確認,以確保事件通知到位,相關責任人確認告警事件后可以進行措施找出告警原因,并解決。

    2.9系統管理

    系統管理包括儀表用戶權限配置、維度管理、檔案管理、編碼管理和上傳衛計委平臺幾大模塊。

    用戶權限配置根據值班人員、管理員、工程師設置不同的瀏覽權限和數據管理權限?設置人員的基本信息,包括姓名、電話、電子郵箱等,便于系統發送報表或告警信息至用戶手機和郵箱。

    維度管理用于維度的創建、配置和修改,對于每*個維度的節點可以選擇儀表直接關聯或公式關聯。

    檔案管理用于管理醫院總體基本資料和單體建筑基本資料。醫院總體基本資料包括醫院等級、醫院類型、行政區域、所在氣候分區、描述、概覽圖片、門急診信息、住院信息等;系統支持用戶對醫院的基本信息進行修改保存。單體建筑基本資料包括建筑名稱、建筑識別碼、建筑類型、類別子碼、建筑地點、建筑年代、建筑層數、總建筑面積、空調面積、空調系統形式、采暖面積、采暖系統形式、體系系數、結構形式、外墻材料形式、外墻保溫形式、外窗形式、玻璃類型、窗框材料類型、經濟指標、填表日期、能耗監測工程驗收日期等信息。系統支持單體建筑的增、刪、改、查,用戶可以任意添加和修改新的建筑。

    編碼管理:編碼的格式嚴格按照?醫院建筑能耗監管系統建設技術導則(試行)?要求,可以針對醫院建筑信息、能源數據等進行編碼,并可以靈活進行設置修改。

    上傳衛計委平臺:系統能夠接收上級能耗監管中心的數據請求指令,并依據指令上傳編碼數據。支持身份驗證、數據加密、自動對時、心跳發送等功能。應支持斷點續傳,在網絡異常條件下,系統能夠存儲數據報文,等待網絡恢復后主動上傳數據至上級能耗監管中心。應支持自動上傳,上傳時間周期為5min,并可自定義設置。

    3AcrelEMS-MED醫院能源管理平臺

    3.1平臺概述

    AcrelEMS-MED醫院能源管理平臺充分結合《醫療建筑電氣設計規范》《綠色醫院建筑評價標準》、《醫院建筑能耗監管系統建設技術導則》等行業規范、根據醫院用戶需求以及能源管理部門要求,采集分析能源、能耗、能效數據,監測以電能質量、智慧用電相關指標以及其他用能指標,并與國家能源政策與用能模式改革結合。能夠輔助醫院后勤管理人員進行能源供應系統及設備的運行管理工作,幫助醫院管理層實時掌握醫院的能耗情況,為醫院能源信息化建設和節能管理提供了良好的技術平臺。

    3.2平臺組成

    安科瑞醫院能源管理系統建立基于云平臺的“監、控、維"*體化的能源管理系統,從數據采集、設備控制、數據分析、異常預警、運維派單、系統架構和綜合數據服務等方面的設計,幫助醫院后勤管理部門*面了解醫院能源運行情況,關注消防和電氣安*,及時預警異常情況,提高運維效率。它集成了10KV/O.4KV變電站電力監控系統、變電所運維云平臺,配電房綜合監控系統,能耗管理系統,智能照明控制系統,智慧消防平臺,電氣火災監控系統,消防設備電源監控系統,防火門監控系統,消防應急照明和疏散指示系統,充電樁管理系統,電能質量治理解決方案,醫療隔離電源解決方案。

    3.3平臺拓撲圖





    3.4平臺子系統

    3.4.1醫院電力監控解決方案

    電力監控系統實現對變壓器、柴油發電機、斷路器以及其它*要設備進行監視、測量、記錄、報警等功能,并與保護設備和遠方控制中心及其他設備通信,實時掌握供電系統運行狀況和可能存在的隱患,快速排除故障,提高醫院供電可靠性。

    電力監控系統主要針對開閉所和10/0.4kV變電所,對高壓回路配置微機保護裝置及多功能儀表進行保護和監控,對0.4kV出線配置多功能計量儀表,用于測控出線回路電氣參數和用能情況。同時對醫院*要設備如柴油發電機、無功補償裝置、有源濾波裝置、UPS、隔離電源系統狀態進行監測。





    3.4.2醫院變電所運維云平臺解決方案

    AcrelCloud-1000電力運維云平臺采用多功能電力傳感器、無線通信、邊緣計算網關及大數據分析技術,通過智能網關采集現場數據并存儲在本地,再定時向云平臺推送數據。平臺采集的數據包括變電所回路電氣參數和變壓器溫度、環境溫濕度、浸水、煙霧、視頻、門禁等信息,有異常發生10S內通過短信和APP發出告警信號。平臺通過手機APP下發運維任務到工作人員手機上,并通過GPS跟蹤運維執行過程進行閉環,提高運維效率,即時發現運行缺陷并做消缺處理。





    3.4.3醫院配電房綜合監控系統解決方案

    Acrel-2000E配電室綜合監控系統,可實現開關柜運行監控、高壓開關柜帶電顯示、母線及電纜測溫監測、環境溫濕度監測、有害氣體監測、安防監控,可對燈光、風機、除濕機、空調控制等設備進行聯動控制。實現動力環境各數據的檢測與設備控制,優化動力環境,避免運行環境的失控導致配電設備運行故障,保證維護人員安*,延長設備使用壽命,實現配電動力環境的分布式遠程管理。





    3.4.4醫院能耗管理系統解決方案

    對建筑各類耗能設備能耗數據進行實時測量,對采集數據進行統計和分析。能夠合理的確定各科室建筑能耗經濟指標及績效考核指標,發現能源使用規律和能源浪費情況,提高人員主動節能的意識。

    ① 搭建醫院智慧能源管理系統的基本框架,對各個用能環節進行實時監測;

    ② 排碳數據化:通過系統可實現建筑單位內人均能耗分析(包括水、電、能量),實現低碳辦公數據化;

    ③ 區域能效比:實現建筑單位內區域能耗對比,方便能耗考核;

    ④ 同期能效比:實現同年、同期、同*區域能耗對比,方便節能數據分析;

    ⑤ 能耗評估管理:按照能源消耗定額標準約束值、標準值、引導值進行分析單位面積能耗和人均能耗指標;

    ⑥ 能耗競爭排名:各個科室能耗對比,實現能耗排名,增強*院工作人員的節能意識;

    ⑦ 對能耗的使用數據進行綜合的分析、統計、打印和查詢等功能,并根據能耗監測管理系統的需要可選擇不同樣式報表的打印。為能耗運營管理部門提供可靠的依據;

    ⑧ 能耗數據采集,隨時查詢,并根據采集數據進行統計分析,監測異常能源用量,對能源智能儀表故障進行報警,提高系統信息化、自動化水平。





    3.4.5醫院智能照明控制系統解決方案

    醫院人流比較密集,科室較多,照明用電在醫院電能消耗中約占到15%左右。所以合理使用照明控制系統,在提升醫生和患者的體驗情況下大程度使用自然光照明,通過感應控制做到人來燈亮,人走燈滅或保持地強度照明,盡量解決照明用電。

    ASL1000智能照明控制系統可以實現場景控制、時間控制、區域控制、光照度感應控制以及紅外感應控制等多種控制方式,能有效避免公共區域的照明浪費,還可以幫助醫院管理照明。

    系統在配電箱內的模塊主要有總線電源、開關驅動器、IP網關、耦合器、干接點輸入模塊等。這些模塊使用35mm標準導軌安裝。

    安裝在控制現場的模塊主要有光照度傳感器、紅外傳感器和智能面板。有人經過可以設定紅外感應控制亮燈,人離開后在設定的時間內熄燈,智能面板等手動控制設備,可實現自動控制、現場控制和值班室遠程控制相結合。





    3.4.6醫院智慧消防平臺解決方案

    智慧消防云平臺基于物聯網、大數據、云計算等現代信息技術,將分散的火災自動報警設備、電氣火災監控設備、智慧煙感探測器、智慧消防用水等設備連接形成網絡,并對這些設備的狀態進行智能化感知、識別、定位,實時動態采集消防信息,通過云平臺進行數據分析、挖掘和趨勢分析,幫助實現科學預警火災、網格化管理、落實多元責任監管等目標。實現了無人化值守智慧消防,實現智慧消防“自動化"、“智能化"、“系統化"需求。從火災預防,到火情報警,再到控制聯動,在統*的系統大平臺內運行,用戶、安保人員、監管單位都能夠通過平臺直觀地看到每*棟建筑物中各類消防設備和傳感器的運行狀況,并能夠在出現細節隱患、發生火情等緊急和非緊急情況下,在幾秒時間內,相關報警和事件信息通過手機短信、語音電話、郵件提醒和APP推送等手段,就迅速能夠迅速通知到達相關人員。





    3.4.7醫院電氣火災監控系統解決方案

    電氣火災監控系統作為火災自動報警系統的預警子系統,由電氣火災監控主機、電氣火災監控單元、剩余電流式電氣火災探測器以及測溫式電氣火災探測器組成,通過現場總線構成*套完整的預防電氣火災的監控系統,數據可集成至企業消控室監控系統。

    醫院電氣火災監控系統以建筑為單位設置,采集數據后上傳至值班室監控主機,實現對建筑電氣安*預警?,F場設置的傳感器監測配電系統回路的漏電電流和線纜溫度,異常時實時發出報警信號,關注門診樓、住院樓、醫技樓等區域漏電或者電纜發熱等問題。





    3.4.8醫院消防設備電源監控系統解決方案

    醫院消防安*非常*要,消防設備比較多,消防設備電源監控系統主要功能就是用于監測消防設備的工作電源是否正常,保障在發生火災時消防設備可以正常投入使用。

    消防設備電源監控監控系統采用消防二總線,以建筑為單位設置區域分機采集消防設備電源狀態,區域分機通過二總線接收多臺傳感器的電壓、電流信息和開關狀態信息,以此實現對消防設備電源工作狀態的實時監視。





    3.4.9醫院防火門監控系統解決方案

    醫院防火門數量比較多,由于部分區域經常有人走動,常開常閉防火門數量都不少,防火門監控系統的作用就是監測防火門開閉狀態,在發生火災后自動關閉常開防火門,防止煙霧擴散。防火門監控系統采用消防二總線將具有通信功能的監控模塊相互連接起來,用于監測和控制防火門狀態,當防火門發生異常位置信號時,防火門監控器能發出故障報警信號,指示故障報警部位并保存故障報警信息。發生火災時,關閉事故區域所有常開防火門,防止煙霧向安*區域擴散。





    3.4.10醫院消防應急照明和疏散指示系統解決方案

    醫院人員流動性強,密度大,消防比較復雜,*旦發生火災,疏散指示系統非常*要。消防應急照明和指示系統可以和火災報警系統聯動,提供應急照明和疏散路徑指示,指引人群快速找到疏散出口,并可以*鍵選擇疏散應急預案,提升人員逃生概率。





    3.4.11醫院有源諧波治理系統解決方案

    都是諧波源,比如X光機、CT機等都會產生大量諧波,諧波使電能的生產、傳輸和利用的效率降低,使電氣設備過熱、產生振動和噪聲,并使絕緣老化,使用壽命縮短,甚至發生故障或燒毀。諧波可引起電力系統局部并聯諧振或串聯諧振,使諧波含量放大,造成電容器等設備燒毀。諧波還會引起繼電保護和自動裝置誤動作,使電能計量出現混亂。對于醫院的*密化驗設備可能會產生干擾。

    為了消除配電系統諧波對醫院設備的影響,方案配置AnSinI有源濾波器,濾除電網2~31次諧波干擾。

    AnSinI系列有源電力濾波裝置,以并聯方式接入電網,通過實時檢測負載的諧波和無功分量,采用PWM變流技術,從變流器中產生*個和當前諧波分量和無功分量對應的反向分量并實時注入電力系統,從而實現諧波治理和無功補償。





    3.4.12醫院充電樁系統解決方案

    醫院停車場有電動汽車和電動自行車,均需要提供充電樁。充電樁管理系統通過物聯網技術對接入系統的充電樁站點和各個充電樁進行不間斷地數據采集和監控,解決物業、用電管理部門的充電樁使用、監控問題。電動自行車充電可采用投幣、掃碼充電方式,電動汽車支持IC卡和掃碼充電方式。遠程充電樁系統可實時遠程完成啟動充電、強制停止、單價設置等控制指令,用戶可通過APP、微信、支付寶小程序掃描二維碼,進行支付后,系統發起充電請求,控制二維碼對應的充電樁完成電動汽車的充電過程。同時對各類故障如充電機過溫保護、充電機輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等*系列故障進行預警;能夠遠程控制,提供財務報表和數據分析等功能。





    3.4.13醫院醫療隔離電源解決方案

    《民用建筑電氣設計規范》14.7.6.3條明確規定:在電源突然中斷后,*大醫療危險的場所,應采用電力系統不接地(IT系統)的供電方式。同時《醫院潔凈手術部建筑技術規范》GB50333-2002中規定:2類醫療場所在維持患者生命,外科手術和其他位于患者周圍的電氣裝置均應采用醫用IT系統。如:搶救室(門診手術室)、手術室、心臟監控治療室、導管介入室、血管照影檢查室等。

    安科瑞電氣股份有限公司的醫療隔離電源解決方案是針對醫療Ⅱ類場所的供電需求而開發設計的,能夠很好的滿足各類手術室和*癥監護室對電源安*性和可靠性的要求,并符合國家相關標準。





    3.5相關平臺部署硬件選型清單

    3.5.1電力監控系統硬件配置



    3.5.2變電所運維云平臺硬件配置



    3.5.3電房綜合監控系統硬件配置方案



    4結束語

    通過能耗概括、能耗地圖、能耗統計、能耗分析、能耗報表、儀表管理、能耗告警、系統管理等幾大模塊的協調配合,能夠對院區內的各類能源消耗量進行采集計量,并進行數據分析整理,輔助日常運維并幫助管理層有效決策,同時也能夠大幅度提升醫院智能化管理的水平,并且有效地提高醫院用能效率,在醫院所屬地區具有良好的示范*領作用。該項目的建設和推廣也將會帶動我國各地醫院的綠色節約型醫院建設,有利于推動建設節約型社會的作用,也有利于推動我國可持續發展戰略和循環經濟的進程。

    參考文獻

    [1]郝思佳,蘭娥.大型醫院能耗監管平臺的介紹

    [2]戴明浪,王莉莉.淺談醫院的能耗管理[J].中國醫療設備.

    [3]孫軍霞.節能降耗建設綠色醫院[J].江蘇衛生事業管理

    [4]安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2022.05版.

    作者介紹:

    安躍強,男,現任職于安科瑞電氣股份有限公司,主要研究方向為為智能電網供配電。


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