關(guān)鍵詞：能源物聯(lián)網(wǎng) 能源 能耗 能效 安全用電

 

醫(yī)院建筑屬于大型公共建筑，具有開放、能耗高、連續(xù)運行等特征。建筑結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，技術(shù)要求較高，一般包括急診部、門診部、住院部、醫(yī)技科室以及后勤保障、行政管理、院內(nèi)生活用房等7大功能區(qū)域。醫(yī)院建筑主要實現(xiàn)診療與后勤保障兩大功能。后勤保障部門往往根據(jù)醫(yī)院建筑所涉及的建筑結(jié)構(gòu)、水電氣熱暖、信息通訊、樓宇智控、景觀道路、裝飾裝修等公共系統(tǒng)，以及醫(yī)用保障所涉及的氣體系統(tǒng)、物流傳輸系統(tǒng)、機(jī)械停車系統(tǒng)、凈化層流系統(tǒng)、放射防護(hù)系統(tǒng)、醫(yī)療信息化系統(tǒng)、大型醫(yī)療設(shè)備系統(tǒng)等各專業(yè)系統(tǒng)組成不同的運行維護(hù)科室、班組，進(jìn)而形成完整的醫(yī)院后勤運營保障體系。在醫(yī)院后勤運營保障各項工作中，醫(yī)院能源管理是順利、實現(xiàn)各項診療目標(biāo)的重要前提。以瑞安市人民醫(yī)院為例，分析能源管理現(xiàn)存問題，介紹能源管理系統(tǒng)建設(shè)具體實踐。

 

1.1 能耗高，管理基礎(chǔ)弱

根據(jù)國家衛(wèi)生健康委規(guī)劃與信息司統(tǒng)計數(shù)據(jù)，全國近2200多所三級醫(yī)院，約230萬張床位，年均能耗達(dá)6650萬噸標(biāo)煤，折算電能約540 億度；能源結(jié)構(gòu)圖中電能消耗占比最大，一般在70%左右，甚至更高； 能耗水平基本保持15%以上的年增長率， 新建分院、大樓等是導(dǎo)致能耗費用大幅上升的重要原因之一。和國內(nèi)其他南方地區(qū)醫(yī)院相似，瑞安市人民醫(yī)院能源結(jié)構(gòu)中電能所占比重達(dá)80%；瑞祥新院區(qū)投入運營不到 1年，全院能耗費用從不到2 000萬元升至2 700萬元。由于歷史原因， 醫(yī)院在能源結(jié)構(gòu)設(shè)計、能耗設(shè)備管理、能效水平提升以及用能安全監(jiān)測等方面，信息管理凌亂與信息孤島現(xiàn)象嚴(yán)重， 也缺乏行之有效的手段； 能源數(shù)據(jù)多數(shù)采用人工收集的方式采集，數(shù)據(jù)的及時性、準(zhǔn)確性以及電子化存儲受到制約； 無法實現(xiàn)國家要求的能耗分類分項計量； 不能進(jìn)行能源、能耗與能效的信息采集與數(shù)據(jù)分析處理， 以及以安全用電為主的用能安全管理； 難以按照科室、樓層計量以致不能準(zhǔn)確考核科室能耗成本， 影響定額能耗管理及獎懲等控制手段。

1.2 面積大，死角多

醫(yī)院目前新老院區(qū)有歷年形成各類建筑（群）18座，雖然70多位后勤人員辛勤努力，但也難以進(jìn)行巡視檢查， 存在一些管理死角， 以及空調(diào)供應(yīng)過剩、用能不平衡等能源浪費現(xiàn)象。

1.3 用電多，保障少

目前，一般只負(fù)責(zé)用電單位電力設(shè)施產(chǎn)權(quán)分界點（變壓器）以外部分， 不負(fù)責(zé)低壓側(cè)部分， 如配電設(shè)施、電氣設(shè)備、線纜電路等。醫(yī)院低壓側(cè)電力電能質(zhì)量缺乏有效監(jiān)測、警示及應(yīng)急聯(lián)動。

1.4 有標(biāo)準(zhǔn)，難考核

醫(yī)院建有能源管理制度，但缺乏客觀考核指標(biāo)，考核難以量化，節(jié)能與能源管理制度往往流于形式或與實際情況脫節(jié)。

1.5 信息化程度低

近年來，醫(yī)院信息化建設(shè)尤其是診療信息化建設(shè)發(fā)展很快，后勤運營保障體系的信息化建設(shè)卻相對滯后[4]。作為后勤保障工作的重要環(huán)節(jié)， 存量能源綜合管理難以匹配快速發(fā)展的診療信息化速度。

 

瑞安市人民醫(yī)院后勤建設(shè)始終跟隨現(xiàn)代醫(yī)院模式變革的發(fā)展趨勢， 以保障醫(yī)院診療活動無障礙實現(xiàn)為目標(biāo)，從醫(yī)院管理體系化出 發(fā)， 總結(jié)醫(yī)院從信息化到數(shù)字化、智能化的發(fā)展規(guī)律，運用物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)手段， 采用平臺建設(shè)＋ 服務(wù)運營模式，從能源物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)入手，將醫(yī)院后勤一體化綜合運營保障體系建設(shè)的創(chuàng)新理念付諸實施，已投入使用的醫(yī)院能源管理系統(tǒng)運行效果良好。

醫(yī)院能源包括電、水、氣、熱、油等，用能環(huán)境相對復(fù)雜， 不同功能區(qū)域需求不盡相同， 且耗能設(shè)備種類多樣，建筑能源相關(guān)的數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計與管理工作量很大。醫(yī)院能源物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)可以在保證安全性、一定的舒適性以及必要的便利性前提下，實現(xiàn)能源優(yōu)化、能耗降低、能效提升三重目標(biāo)。

醫(yī)院能源物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)包括重點覆蓋與典型覆蓋相結(jié)合并逐漸達(dá)到基本覆蓋的智能終端、先進(jìn)的通訊傳輸模塊以及覆蓋全院的能源管理平臺等。該系統(tǒng)以覆蓋各能源點的低壓側(cè)智能終端等智慧端口為支撐并完成數(shù)據(jù)采集，按序梯次構(gòu)成醫(yī)院能源物聯(lián)網(wǎng)。

2.1 感知層

低壓側(cè)智慧端口與端點應(yīng)用，保證了醫(yī)院能源消耗與能源質(zhì)量、能源安全數(shù)據(jù)采集的及時性、準(zhǔn)確性。低壓側(cè)智慧終端采用了邊緣計算與節(jié)點終結(jié)的設(shè)計理念， 實現(xiàn)剩余電流、三相不平衡和缺相告警等功能。

2.2 網(wǎng)絡(luò)層

以485總線、網(wǎng)絡(luò)線和電力線載波等有線傳輸技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合Lo r a、4G 等無線傳輸技術(shù)，充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)條件，構(gòu)建覆蓋全院的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)。工業(yè)級數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)提供數(shù)據(jù)的采集、分析、存儲與轉(zhuǎn)發(fā)。異常數(shù)據(jù)包過濾、數(shù)據(jù)集中轉(zhuǎn)發(fā)的設(shè)計降低了云平臺在數(shù)據(jù)采集與前處理過程中對系統(tǒng)資源的占用。

2.3 應(yīng)用層

醫(yī)院能源管理系統(tǒng)集數(shù)據(jù)采集、傳輸、分析與處理功能于一體。數(shù)據(jù)采集傳輸是能源大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)。通過數(shù)據(jù)的分析與處理，提煉數(shù)據(jù)的價值并形成有效管理手段是能源管理的核心。通過對醫(yī)院能源大數(shù)據(jù)分析， 提示醫(yī)院存量能源使用過程中在能耗與能效方面的可優(yōu)化空間， 形成存量能耗曲線，與優(yōu)化后的節(jié)能曲線相比較，得出客觀可靠的效益分析報告， 提高能效， 降低能耗；根據(jù)醫(yī)院用能結(jié)構(gòu)與負(fù)荷曲線形成醫(yī)院綜合能源站建設(shè)依據(jù)， 通過清潔能源與新能源利用，改善醫(yī)院能源結(jié)構(gòu)。

 

 3.1 能源管理系統(tǒng)功能

智慧醫(yī)院能源管理系統(tǒng)將醫(yī)療行業(yè)的“ 互聯(lián)網(wǎng)＋ 醫(yī)療"模式， 充分結(jié)合醫(yī)療衛(wèi)生主管部門與住建部關(guān)于綠色醫(yī)院用能標(biāo)準(zhǔn)、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(zhì)量、用電安全相關(guān)指標(biāo)以及其他用能指標(biāo)， 并與國家能源政策與用能模式改革有機(jī)結(jié)合?？鐚W(xué)科、跨行業(yè)的科技與協(xié)作與新技術(shù)應(yīng)用， 奠定了未來“ 萬物互聯(lián)"的智能化醫(yī)院后勤管理新模式。智慧醫(yī)院能源管理系統(tǒng)目前包含能耗管理子系統(tǒng)、安全用電管理子系統(tǒng)以及若干與醫(yī)院能源、能耗、能效相關(guān)子系統(tǒng)， 如智能照明管理子系統(tǒng)、中央空調(diào)運行優(yōu)化管理子系統(tǒng)等。

3.1.1 能耗管理子系統(tǒng)。

該系統(tǒng)通過能源分類分項計量與智慧端口應(yīng)用，可以實現(xiàn)：（1）按照分類、分項原則，進(jìn)行醫(yī)院能源結(jié)構(gòu)分析與能源賬單分析。（2）通過分類分項能耗實時監(jiān)測、趨勢跟蹤與對比， 總結(jié)醫(yī)院用能規(guī)律，提供用能負(fù)荷錯峰管理依據(jù)，縮短異常能耗發(fā)現(xiàn)、定位與處理時間，減少能源浪費。（3）按照醫(yī)院管理中信息、物資、設(shè)備、人員、資金等五大范疇， 空間上七大功能區(qū)域以及流程與診療需要相適應(yīng)的思路， 在醫(yī)院能源管理系統(tǒng)建設(shè)中， 創(chuàng)新性應(yīng)用醫(yī)院能耗八大率概念， 將床位數(shù)、住院率、總收入、人員比、設(shè)備量、投資額、均攤數(shù)以及建筑面積等與能源管理相結(jié)合[5]，形成具有特色的醫(yī)院能源管理考核指標(biāo)。（4） 利用科室排名、定額管理、超額告警等管理工具提升能源管理水平。

3.1.2 安全用電管理子系統(tǒng)。該系統(tǒng)提供電能質(zhì)量、安全警示與應(yīng)急聯(lián)動功能， 提高用電管理水平， 促進(jìn)醫(yī)院采取有效手段改善電能質(zhì)量、排查用電安全隱患，減少甚至杜絕因電能質(zhì)量與安全用電隱患導(dǎo)致的設(shè)備效能降低、壽命削減以及電氣火災(zāi)事故等。

3.1.3 智能照明管理子系統(tǒng)。該系統(tǒng)與新型LED節(jié)能燈相結(jié)合， 提升照明質(zhì)量，降低維護(hù)成本， 提高綜合效益， 提升管理水平。瑞安市人民醫(yī)院智能照明管理子系統(tǒng)針對不同應(yīng)用場景設(shè)計了不同的智能照明管理策略，在改善現(xiàn)有照度基礎(chǔ)上，能夠合理管理燈具開關(guān)時間， 減少能源浪費，降低燈具開關(guān)人力管理成本。門診、住院、急診等不同功能區(qū)域的照明控制策略設(shè)計時，綜合考慮了自然光照、建筑采光、工作時間、人流量24小時分布特征等因素。門診照明以時間管理為主；住院照明以時間管理為主， 輔以感應(yīng)控制；急診照明則以光照度感應(yīng)控制為主。

3.1.4 中央空調(diào)管理子系統(tǒng)。通過對中央空調(diào)系統(tǒng)的智能化改造， 根據(jù)室內(nèi)外溫度、峰谷平電價、設(shè)備運行效率以及供回水溫度等關(guān)鍵因子， 通過模糊算法計算冷熱生產(chǎn)與供應(yīng)策略，按需供冷， 提高綜合節(jié)能率。

3.2 能源管理系統(tǒng)應(yīng)用分析

3.2.1  節(jié)能增效的基礎(chǔ)。通過能源大數(shù)據(jù)分析， 發(fā)現(xiàn)醫(yī)院異常用能、低效用能、能源損耗、能源浪費等環(huán)節(jié)，形成針對性節(jié)能整改建議， 達(dá)到提升能效、節(jié)能減排的效果。

3.2.2 安全用電。及時發(fā)現(xiàn)過壓、過負(fù)荷、諧波、缺相、漏電、三相不平衡、線溫過高以及功率因數(shù)低等電能質(zhì)量與安全隱患，及時預(yù)警，為醫(yī)院提供安全的用電環(huán)境。

3.2.3 分布式供能基礎(chǔ)。清潔能源與新能源應(yīng)用是醫(yī)院能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化的主要途徑， 冷熱電三聯(lián)供等分布式供能模式在大型公共建筑應(yīng)用逐漸增多并成為重要供能方式。醫(yī)院能源物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)積累的能源大數(shù)據(jù)為醫(yī)院綜合能源站建設(shè)提供準(zhǔn)的能耗負(fù)荷分析。準(zhǔn)確的用戶負(fù)荷基線是決定分布式供能項目成敗的關(guān)鍵因素， 為醫(yī)院分布式供能奠定基礎(chǔ)。醫(yī)院分布式綜合能源站的建設(shè)還可以取代柴油機(jī)作為應(yīng)急發(fā)電/儲備電站，為醫(yī)院提供更有效的用能保障，減少因柴油機(jī)維護(hù)帶來的高額運行成本與柴油管理帶來的安全隱患。

能源管理系統(tǒng)建設(shè)、綜合供能與節(jié)能改造、安全用電服務(wù)等提供了現(xiàn)代能源整合服務(wù)模式下醫(yī)院后勤管理的新思路。

 

4.1 結(jié)構(gòu)

 Acrel-5000建筑能耗分析管理系統(tǒng)以計算機(jī)、通訊設(shè)備、測控單元為基本工具，根據(jù)現(xiàn)場實際情況采用現(xiàn)場總線、光纖環(huán)網(wǎng)或無線通訊中的一種或多種結(jié)合的組網(wǎng)方式，為大型公共建筑的實時數(shù)據(jù)采集及遠(yuǎn)程管理與控制提供了基礎(chǔ)平臺，它可以和檢測設(shè)備構(gòu)成任意復(fù)雜的監(jiān)控系統(tǒng)。開放性、網(wǎng)絡(luò)化、單元化、組態(tài)化的采用面向?qū)ο蟮姆謱?、分級、分布式智能結(jié)構(gòu)。建立如下層次結(jié)構(gòu)：