【解決方案】醫院智慧配電能效管理系統研究

未曉妃

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

0引言

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

1醫院能源管理現狀分析

  醫院能源管理狀況進行分析可知，醫院在能源管理中還存在以下問題 ：

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

  綜上所述，醫院在能源系統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，提出適合醫院發展的智慧能源管理系統，提升醫院能源管理水平。

2 醫院智慧能源管理系統架構研究

2.1總體架構

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

2.2數據采集層

  數據采集層是智慧能源管理系統的基礎層，是管理平臺對能源系統控制的依據。數據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 ；支持通用的通信協議。

2.3網絡傳輸層

  網絡傳輸層是智慧能源管理系統的連接層。網絡傳輸層將數據采集層的各類裝置有*結合在一起，將數據傳輸至管理平臺 ；管理平臺通過網絡對現場執行器下發指令，實現對能源系統的自動化控制。

2.4管理平臺層

  管理平臺層是智慧能源管理系統的大腦，其通過設定的控制策略，經過網絡傳輸層對數據采集層進行智能化管控，使得用能系統能夠自主、高*運行； 同時建立預警機制，保障醫院能源系統安全。

3 系統功能研究

3.1能源設備設施管理

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

3.2子系統智能控制

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

3.3運行數據分析

  通過對醫院能源系統的數據統計、分析和對比，建立能耗曲線，挖掘可優化空間 ；制定單位能耗指標，指導醫院能耗考核制度的建立 ；建立能耗公示及能耗審計機制，加強醫院節能管理工作 ；通過系統分析，淘汰高污染、低效的能源系統，改善醫院能源利用。

3.4運維作業管理

  建立運維作業管理流程，利用其數據處理與分析能力，對系統實現全*監控 ；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。

  本文以江蘇某醫院為例，通過已建設的醫院智慧能源管理系統，選取門診樓與住院樓為研究對象，通過能源管理系統對醫院建筑用電量進行采集、分析，挖掘醫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 醫院智慧能源管理系統實踐

  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、網絡機房以及中*空調系統占整棟建筑的能耗較大，對空調系統進行智能化節能改造具有很大的經濟效益，是醫院進行節能改造的重*方向。可見，醫院建設智慧能源管理系統，有助于醫院發現能源系統薄弱環節，為調整優化管理方向及重*措施提供依據，支撐高質量創建節約型醫院。

5 AcrelEMS-MED醫院能源管理平臺

5.1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。

5.2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"一*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全*了解醫院能源運行情況，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。

5.3平臺拓撲圖

5.4平臺子系統

5.4.1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、斷路器以及其它重要設備進行監視、測量、記錄、報警等功能，并與保護設備和遠方控制*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。同時對醫院重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。

5.4.2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。

5.4.3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*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，保證維護人員安全，延長設備使用壽命，實現配電動力環境的分布式遠程管理。

5.4.4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、同一區域能耗對比，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，增強全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。

5.4.5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0.15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。

5.4.6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，在統一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。

5.4.7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，通過現場總線構成一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，實現對建筑電氣安全預警?，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。

5.4.8醫院消防設備電源監控系統解決方案

  醫院消防安全非常重要，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。

5.4.9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，防止煙霧向安全區域擴散。

5.4.10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，一旦發生火災，疏散指示系統非常重要。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，并可以一鍵選擇疏散應急預案，提升人員逃生概率。

5.4.11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。對于醫院的精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，從而實現諧波治理和無功補償。

5.4.12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、絕緣檢測故障等一系列故障進行預警；能夠遠程控制，提供財務報表和數據分析等功能。

5.4.13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，重大醫療危險的場所，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*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重癥監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電力監控系統硬件配置

5.5.2變電所運維云平臺硬件配置

5.5.3電房綜合監控系統硬件配置方案

5.5.4能耗管理系統硬件配置方案

5.5.5智能照明控制系統硬件配置方案

5.5.6智慧消防平臺硬件配置方案

5.5.7電氣火災監控系統硬件配置方案

5.5.8消防設備電源監控系統硬件配置方案

5.5.9防火門監控系統硬件配置方案

5.5.10消防應急照明和疏散指示系統硬件配置方案

5.5.11有源諧波治理系統硬件配置方案

5.5.12充電樁運營收費平臺硬件配置方案

5.5.13醫療隔離電源解決方案硬件配置方案

6 結束語

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

參考文獻

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