【解決方案】醫(yī)院智慧配電能效管理系統(tǒng)研究

未曉妃

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

0引言

  隨著我國醫(yī)藥體制的改革，醫(yī)院建設處于快速發(fā)展時期，相比較其他建筑，醫(yī)院能源系統(tǒng)具有能耗組成復雜、能源形式多樣等特點，數(shù)據(jù)表明，我國醫(yī)院建筑能耗是一般公共建筑的1.6~2倍。降低醫(yī)院能耗，提高能源使用效率，對醫(yī)院節(jié)能減排尤為重要。在此情況下，醫(yī)院智慧能源管理系統(tǒng)作為有效的節(jié)能措施，在創(chuàng)建節(jié)能環(huán)保醫(yī)院大環(huán)境下顯得更為重要。

1醫(yī)院能源管理現(xiàn)狀分析

  醫(yī)院能源管理狀況進行分析可知，醫(yī)院在能源管理中還存在以下問題 ：

  醫(yī)院用能設備數(shù)量與能源種類較多，對設備異常無法及時預警，造成醫(yī)院用能安全隱患 ；醫(yī)院能源需求復雜，不同的功能區(qū)能源需求不同，同時醫(yī)院能源管理缺少精細化的管控 ；醫(yī)院能源管理人員專*水平支撐不足，對醫(yī)院的能源使用情況無法進行科學、合理的監(jiān)督以及指導，容易造成能源浪費。

  綜上所述，醫(yī)院在能源系統(tǒng)管理過程中還存在很多問題，具有相當大的改進空間，通過本文的研究，提出適合醫(yī)院發(fā)展的智慧能源管理系統(tǒng)，提升醫(yī)院能源管理水平。

2 醫(yī)院智慧能源管理系統(tǒng)架構研究

2.1總體架構

  醫(yī)院智慧能源管理系統(tǒng)采用分層部署的組織架構，根據(jù)部署地點的不同劃分為三層結構 ：管理平臺層、網(wǎng)絡傳輸層和數(shù)據(jù)采集層，如圖1所示。通過分層的架構設計保證了系統(tǒng)穩(wěn)定性與可靠性，同時各層布置方式可靈活配置，使得系統(tǒng)對不同能源的適用性更高。

2.2數(shù)據(jù)采集層

  數(shù)據(jù)采集層是智慧能源管理系統(tǒng)的基礎層，是管理平臺對能源系統(tǒng)控制的依據(jù)。數(shù)據(jù)采集層包含各類終端設備，應具有高速率、高精度采集特點 ；具備遠傳、自診斷及自恢復的能力 ；支持通用的通信協(xié)議。

2.3網(wǎng)絡傳輸層

  網(wǎng)絡傳輸層是智慧能源管理系統(tǒng)的連接層。網(wǎng)絡傳輸層將數(shù)據(jù)采集層的各類裝置有*結合在一起，將數(shù)據(jù)傳輸至管理平臺 ；管理平臺通過網(wǎng)絡對現(xiàn)場執(zhí)行器下發(fā)指令，實現(xiàn)對能源系統(tǒng)的自動化控制。

2.4管理平臺層

  管理平臺層是智慧能源管理系統(tǒng)的大腦，其通過設定的控制策略，經(jīng)過網(wǎng)絡傳輸層對數(shù)據(jù)采集層進行智能化管控，使得用能系統(tǒng)能夠自主、高*運行； 同時建立預警機制，保障醫(yī)院能源系統(tǒng)安全。

3 系統(tǒng)功能研究

3.1能源設備設施管理

  設立醫(yī)院設備臺賬，對設備使用年限及狀態(tài)進行全過程跟蹤，保證設備使用安全 ；對醫(yī)院能源和設備設施進行能耗、工況的監(jiān)測，提出節(jié)能改造方向 ；對設備設施的事故進行記錄分析，提出預防方案，避免類似事故再發(fā)生。

3.2子系統(tǒng)智能控制

  將不同的能源系統(tǒng)接至后臺，根據(jù)每個子系統(tǒng)運行特性建立對應的控制邏輯關系，實現(xiàn)子系統(tǒng)智能化供給。如對照明系統(tǒng)進行場景控制，實現(xiàn)照明的精細化用能管理和智能化節(jié)能控制；對配電系統(tǒng)進行分類分項計量與監(jiān)控，保證用電安全。

3.3運行數(shù)據(jù)分析

  通過對醫(yī)院能源系統(tǒng)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計、分析和對比，建立能耗曲線，挖掘可優(yōu)化空間 ；制定單位能耗指標，指導醫(yī)院能耗考核制度的建立 ；建立能耗公示及能耗審計機制，加強醫(yī)院節(jié)能管理工作 ；通過系統(tǒng)分析，淘汰高污染、低效的能源系統(tǒng)，改善醫(yī)院能源利用。

3.4運維作業(yè)管理

  建立運維作業(yè)管理流程，利用其數(shù)據(jù)處理與分析能力，對系統(tǒng)實現(xiàn)全*監(jiān)控 ；制定運維計劃，對設備進行自動化巡檢，減少管理人員重復工作 ；通過累計的運維記錄，提供專*的解決方案與保障措施。

  本文以江蘇某醫(yī)院為例，通過已建設的醫(yī)院智慧能源管理系統(tǒng)，選取門診樓與住院樓為研究對象，通過能源管理系統(tǒng)對醫(yī)院建筑用電量進行采集、分析，挖掘醫(yī)院在日常管理過程中能耗方面存在的問題與改進的方向。

4 醫(yī)院智慧能源管理系統(tǒng)實踐

  通過對門診樓設備組成情況進行分析，可知門診樓含有空調機房、網(wǎng)絡機房以及中*空調系統(tǒng)占整棟建筑的能耗較大，對空調系統(tǒng)進行智能化節(jié)能改造具有很大的經(jīng)濟效益，是醫(yī)院進行節(jié)能改造的重*方向?？梢?，醫(yī)院建設智慧能源管理系統(tǒng)，有助于醫(yī)院發(fā)現(xiàn)能源系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)，為調整優(yōu)化管理方向及重*措施提供依據(jù)，支撐高質量創(chuàng)建節(jié)約型醫(yī)院。

5 AcrelEMS-MED醫(yī)院能源管理平臺

5.1平臺概述

  AcrelEMS-MED醫(yī)院能源管理平臺充分結合《醫(yī)療建筑電氣設計規(guī)范》《綠色醫(yī)院建筑評價標準》、《醫(yī)院建筑能耗監(jiān)管系統(tǒng)建設技術導則》等行業(yè)規(guī)范、根據(jù)醫(yī)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(shù)據(jù)，監(jiān)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(yī)院后勤管理人員進行能源供應系統(tǒng)及設備的運行管理工作，幫助醫(yī)院管理層實時掌握醫(yī)院的能耗情況，為醫(yī)院能源信息化建設和節(jié)能管理提供了良好的技術平臺。

5.2平臺組成

  安科瑞醫(yī)院能源管理系統(tǒng)建立基于云平臺的“監(jiān)、控、維"一*化的能源管理系統(tǒng)，從數(shù)據(jù)采集、設備控制、數(shù)據(jù)分析、異常預警、運維派單、系統(tǒng)架構和綜合數(shù)據(jù)服務等方面的設計，幫助醫(yī)院后勤管理部門全*了解醫(yī)院能源運行情況，關注消防和電氣安全，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(jiān)控系統(tǒng)、變電所運維云平臺，配電房綜合監(jiān)控系統(tǒng)，能耗管理系統(tǒng)，智能照明控制系統(tǒng)，智慧消防平臺，電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)，消防設備電源監(jiān)控系統(tǒng)，防火門監(jiān)控系統(tǒng)，消防應急照明和疏散指示系統(tǒng)，充電樁管理系統(tǒng)，電能質量治理解決方案，醫(yī)療隔離電源解決方案。

5.3平臺拓撲圖

5.4平臺子系統(tǒng)

5.4.1醫(yī)院電力監(jiān)控解決方案

  電力監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)對變壓器、柴油發(fā)電機、斷路器以及其它重要設備進行監(jiān)視、測量、記錄、報警等功能，并與保護設備和遠方控制*心及其他設備通信，實時掌握供電系統(tǒng)運行狀況和可能存在的隱患，快速排除故障，提高醫(yī)院供電可靠性。

  電力監(jiān)控系統(tǒng)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(jiān)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(shù)和用能情況。同時對醫(yī)院重要設備如柴油發(fā)電機、無功補償裝置、有源濾波裝置、UPS、隔離電源系統(tǒng)狀態(tài)進行監(jiān)測。

5.4.2醫(yī)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(wǎng)關及大數(shù)據(jù)分析技術，通過智能網(wǎng)關采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)并存儲在本地，再定時向云平臺推送數(shù)據(jù)。平臺采集的數(shù)據(jù)包括變電所回路電氣參數(shù)和變壓器溫度、環(huán)境溫濕度、浸水、煙霧、視頻、門禁等信息，有異常發(fā)生10S內通過短信和APP發(fā)出告警信號。平臺通過手機APP下發(fā)運維任務到工作人員手機上，并通過GPS跟蹤運維執(zhí)行過程進行閉環(huán)，提高運維效率，即時發(fā)現(xiàn)運行缺陷并做消缺處理。

5.4.3醫(yī)院配電房綜合監(jiān)控系統(tǒng)解決方案

  Acrel-2000E配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)，可實現(xiàn)開關柜運行監(jiān)控、高壓開關柜帶電顯示、母線及電纜測溫監(jiān)測、環(huán)境溫濕度監(jiān)測、有害氣體監(jiān)測、安防監(jiān)控，可對燈光、風機、除*機、空調控制等設備進行聯(lián)動控制。實現(xiàn)動力環(huán)境各數(shù)據(jù)的檢測與設備控制，優(yōu)化動力環(huán)境，避免運行環(huán)境的失控導致配電設備運行故障，保證維護人員安全，延長設備使用壽命，實現(xiàn)配電動力環(huán)境的分布式遠程管理。

5.4.4醫(yī)院能耗管理系統(tǒng)解決方案

  對建筑各類耗能設備能耗數(shù)據(jù)進行實時測量，對采集數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和分析。能夠合理的確定各科室建筑能耗經(jīng)濟指標及績效考核指標，發(fā)現(xiàn)能源使用規(guī)律和能源浪費情況，提高人員主動節(jié)能的意識。

①　搭建醫(yī)院智慧能源管理系統(tǒng)的基本框架，對各個用能環(huán)節(jié)進行實時監(jiān)測；

②　排碳數(shù)據(jù)化：通過系統(tǒng)可實現(xiàn)建筑單位內人均能耗分析（包括水、電、能量），實現(xiàn)低碳辦公數(shù)據(jù)化；

③　區(qū)域能效比：實現(xiàn)建筑單位內區(qū)域能耗對比，方便能耗考核；

④　同期能效比：實現(xiàn)同年、同期、同一區(qū)域能耗對比，方便節(jié)能數(shù)據(jù)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(xiàn)能耗排名，增強全院工作人員的節(jié)能意識；

⑦　對能耗的使用數(shù)據(jù)進行綜合的分析、統(tǒng)計、打印和查詢等功能，并根據(jù)能耗監(jiān)測管理系統(tǒng)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(jù)；

⑧　能耗數(shù)據(jù)采集，隨時查詢，并根據(jù)采集數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，監(jiān)測異常能源用量，對能源智能儀表故障進行報警，提高系統(tǒng)信息化、自動化水平。

5.4.5醫(yī)院智能照明控制系統(tǒng)解決方案

  醫(yī)院人流比較密集，科室較多，照明用電在醫(yī)院電能消耗中約占到0.15左右。所以合理使用照明控制系統(tǒng)，在提升醫(yī)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(tǒng)可以實現(xiàn)場景控制、時間控制、區(qū)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(qū)域的照明浪費，還可以幫助醫(yī)院管理照明。

  系統(tǒng)在配電箱內的模塊主要有總線電源、開關驅動器、IP網(wǎng)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(xiàn)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(jīng)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(xiàn)自動控制、現(xiàn)場控制和值班室遠程控制相結合。

5.4.6醫(yī)院智慧消防平臺解決方案

  智慧消防云平臺基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等現(xiàn)代信息技術，將分散的火災自動報警設備、電氣火災監(jiān)控設備、智慧煙感探測器、智慧消防用水等設備連接形成網(wǎng)絡，并對這些設備的狀態(tài)進行智能化感知、識別、定位，實時動態(tài)采集消防信息，通過云平臺進行數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢分析，幫助實現(xiàn)科學預警火災、網(wǎng)格化管理、落實多元責任監(jiān)管等目標。實現(xiàn)了無人化值守智慧消防，實現(xiàn)智慧消防“自動化"、“智能化"、“系統(tǒng)化"需求。從火災預防，到火情報警，再到控制聯(lián)動，在統(tǒng)一的系統(tǒng)大平臺內運行，用戶、安保人員、監(jiān)管單位都能夠通過平臺直觀地看到每一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(xiàn)細節(jié)隱患、發(fā)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。

5.4.7醫(yī)院電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)解決方案

  電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)作為火災自動報警系統(tǒng)的預警子系統(tǒng)，由電氣火災監(jiān)控主機、電氣火災監(jiān)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(xiàn)場總線構成一套完整的預防電氣火災的監(jiān)控系統(tǒng)，數(shù)據(jù)可集成至企業(yè)消控室監(jiān)控系統(tǒng)。

??醫(yī)院電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)以建筑為單位設置，采集數(shù)據(jù)后上傳至值班室監(jiān)控主機，實現(xiàn)對建筑電氣安全預警?，F(xiàn)場設置的傳感器監(jiān)測配電系統(tǒng)回路的漏電電流和線纜溫度，異常時實時發(fā)出報警信號，關注門診樓、住院樓、醫(yī)技樓等區(qū)域漏電或者電纜發(fā)熱等問題。

5.4.8醫(yī)院消防設備電源監(jiān)控系統(tǒng)解決方案

  醫(yī)院消防安全非常重要，消防設備比較多，消防設備電源監(jiān)控系統(tǒng)主要功能就是用于監(jiān)測消防設備的工作電源是否正常，保障在發(fā)生火災時消防設備可以正常投入使用。

  消防設備電源監(jiān)控監(jiān)控系統(tǒng)采用消防二總線，以建筑為單位設置區(qū)域分機采集消防設備電源狀態(tài)，區(qū)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(tài)信息，以此實現(xiàn)對消防設備電源工作狀態(tài)的實時監(jiān)視。

5.4.9醫(yī)院防火門監(jiān)控系統(tǒng)解決方案

  醫(yī)院防火門數(shù)量比較多，由于部分區(qū)域經(jīng)常有人走動，常開常閉防火門數(shù)量都不少，防火門監(jiān)控系統(tǒng)的作用就是監(jiān)測防火門開閉狀態(tài)，在發(fā)生火災后自動關閉常開防火門，防止煙霧擴散。防火門監(jiān)控系統(tǒng)采用消防二總線將具有通信功能的監(jiān)控模塊相互連接起來，用于監(jiān)測和控制防火門狀態(tài)，當防火門發(fā)生異常位置信號時，防火門監(jiān)控器能發(fā)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(fā)生火災時，關閉事故區(qū)域所有常開防火門，防止煙霧向安全區(qū)域擴散。

5.4.10醫(yī)院消防應急照明和疏散指示系統(tǒng)解決方案

  醫(yī)院人員流動性強，密度大，消防比較復雜，一旦發(fā)生火災，疏散指示系統(tǒng)非常重要。消防應急照明和指示系統(tǒng)可以和火災報警系統(tǒng)聯(lián)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，并可以一鍵選擇疏散應急預案，提升人員逃生概率。

5.4.11醫(yī)院有源諧波治理系統(tǒng)解決方案

  都是諧波源，比如X光機、CT機等都會產(chǎn)生大量諧波，諧波使電能的生產(chǎn)、傳輸和利用的效率降低，使電氣設備過熱、產(chǎn)生振動和噪聲，并使絕緣老化，使用壽命縮短，甚至發(fā)生故障或燒毀。諧波可引起電力系統(tǒng)局部并聯(lián)諧振或串聯(lián)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(xiàn)混亂。對于醫(yī)院的精化驗設備可能會產(chǎn)生干擾。

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

  AnSinI系列有源電力濾波裝置，以并聯(lián)方式接入電網(wǎng)，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(chǎn)生一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(tǒng)，從而實現(xiàn)諧波治理和無功補償。

5.4.12醫(yī)院充電樁系統(tǒng)解決方案

  醫(yī)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(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術對接入系統(tǒng)的充電樁站點和各個充電樁進行不間斷地數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，解決物業(yè)、用電管理部門的充電樁使用、監(jiān)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(tǒng)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(tǒng)發(fā)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、絕緣檢測故障等一系列故障進行預警；能夠遠程控制，提供財務報表和數(shù)據(jù)分析等功能。

5.4.13醫(yī)院醫(yī)療隔離電源解決方案

  《民用建筑電氣設計規(guī)范》14.7.6.3條明確規(guī)定：在電源突然中斷后，重大醫(yī)療危險的場所，應采用電力系統(tǒng)不接地（IT系統(tǒng)）的供電方式。同時《醫(yī)院潔凈手術部建筑技術規(guī)范》GB50333-2002中規(guī)定：2類醫(yī)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(yī)用IT系統(tǒng)。如：搶救室（門診手術室）、手術室、心臟監(jiān)控治*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(yī)療隔離電源解決方案是針對醫(yī)療Ⅱ類場所的供電需求而開發(fā)設計的，能夠很好的滿足各類手術室和重癥監(jiān)護室對電源安全性和可靠性的要求，并符合國家相關標準。

5.5相關平臺部署硬件選型清單

5.5.1電力監(jiān)控系統(tǒng)硬件配置

5.5.2變電所運維云平臺硬件配置

5.5.3電房綜合監(jiān)控系統(tǒng)硬件配置方案

5.5.4能耗管理系統(tǒng)硬件配置方案

5.5.5智能照明控制系統(tǒng)硬件配置方案

5.5.6智慧消防平臺硬件配置方案

5.5.7電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)硬件配置方案

5.5.8消防設備電源監(jiān)控系統(tǒng)硬件配置方案

5.5.9防火門監(jiān)控系統(tǒng)硬件配置方案

5.5.10消防應急照明和疏散指示系統(tǒng)硬件配置方案

5.5.11有源諧波治理系統(tǒng)硬件配置方案

5.5.12充電樁運營收費平臺硬件配置方案

5.5.13醫(yī)療隔離電源解決方案硬件配置方案

6 結束語

  針對醫(yī)院能源管理中存在的問題，本文提出了一種適合醫(yī)院的智慧能源管理系統(tǒng)。首先對于智慧能源管理系統(tǒng)，提出了分層部署的研究思路，同時對系統(tǒng)內各個組成部分進行了功能的研究，探討適合醫(yī)院發(fā)展的能源管理系統(tǒng)，*后通過對智慧能源管理系統(tǒng)在江蘇某醫(yī)院的實際應用，對能源管理系統(tǒng)在醫(yī)院能源管理過程中的優(yōu)勢與實現(xiàn)效果進行了分析，為后續(xù)醫(yī)院智慧能源管理系統(tǒng)的發(fā)展提供參考。

參考文獻

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