淺談智慧醫(yī)院能源管理系統(tǒng)平臺的建設(shè)思考與實踐

    楊翠

    安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

    摘要:隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算以及移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用,系統(tǒng)信息化建設(shè)發(fā)展*,但醫(yī)院后勤**體系信息化建設(shè)相對滯后?,F(xiàn)有的醫(yī)院后勤**體系信息化建設(shè)方案更多傾向于數(shù)字化與信息化建設(shè),缺乏對信息的綜合處理、深度挖掘與聯(lián)動應(yīng)用。智慧醫(yī)院能源管理系統(tǒng)著眼于能源一體化管理,包含能源經(jīng)濟性管理和安全性管理兩方面內(nèi)涵。能源經(jīng)濟性管理從能源分類分項管理、能效提升、能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化著手,逐步調(diào)整醫(yī)院用能結(jié)構(gòu),從而提升用能效率,降低用能費用。能源安全性管理主要包括微電網(wǎng)電能質(zhì)量管理和電氣安全管理。通過能源物聯(lián)網(wǎng)、建筑物聯(lián)網(wǎng)、設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)三大系統(tǒng)建設(shè),形成醫(yī)院后勤一體化綜合運營**系統(tǒng)。

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

    1前言

    醫(yī)院建筑屬于大型公共建筑[1],具有每天開放、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**、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**兩大功能[2-3]。后勤**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**所涉及的氣體系統(tǒng)、物流傳輸系統(tǒng)、機械停車系統(tǒng)、凈化層流系統(tǒng)、放射防護系統(tǒng)、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科室、班組,進而形成完整的醫(yī)院后勤運營**體系。在醫(yī)院后勤運營**各項工作中,醫(yī)院能源管理是順利、實現(xiàn)各項診療目標的重要前提。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。

    2醫(yī)院能源管理現(xiàn)狀

    2.1 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2 200多所三級醫(yī)院,約230萬張床位,年均能耗達6 650萬噸標煤,折算電能約540億度;能源結(jié)構(gòu)圖中電能消耗占比非常大,一般在70%左右,甚至較高;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;不能進行能源、能耗與能效的信息與數(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。

    2.2面積大,死角多

    醫(yī)院目前新老院區(qū)有歷年形成各類(群)18座,雖然70多位后勤人員辛勤努力,但也難以進行方方面面的巡視檢查,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。

    2.3用電多,**少

    目前,國家電網(wǎng)一般只負責用電單位電力設(shè)施產(chǎn)權(quán)分界點(變壓器)以外部分,不負責低壓側(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。

    2.4有標準,難考核

    醫(yī)院建有能源管理制度,但缺乏客觀考核指標,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)。

    2.5信息化程度低

    近年來,信息化建設(shè)尤其是信息化建設(shè)發(fā)展很快,后勤運營**體系的信息化建設(shè)卻相對滯后[4]。作為后勤**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)展的信息化速度。

    3能源物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)

    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**醫(yī)院診療活動無障礙實現(xiàn)為目標,從醫(yī)院管理體系化出發(fā),總結(jié)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**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。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。醫(yī)院能源物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)包括覆蓋與典型覆蓋相結(jié)合并逐漸達到基本覆蓋的智能終端、**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)。

    3.1感知層

    低壓側(cè)智慧端口與端點應(yīng)用,保了醫(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。

    3.2 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Lora、4G等無線傳輸技術(shù),充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)條件,構(gòu)建覆蓋全院的網(wǎng)絡(luò)。工業(yè)級數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)提供數(shù)據(jù)的、分析、存儲與轉(zhuǎn)發(fā)。異常數(shù)據(jù)濾、數(shù)據(jù)集中轉(zhuǎn)發(fā)的設(shè)計大大降低了云平臺在數(shù)據(jù)采集與前處理過程中對系統(tǒng)資源的占用。

    3.3 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**并形成有效管理手段是能源管理的**。通過對能源大數(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,提高能效,降低能耗;根據(jù)醫(yī)院用能結(jié)構(gòu)與負荷曲線形成醫(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,改善能源結(jié)構(gòu)。

    4智慧醫(yī)院能源管理系統(tǒng)

    4.1 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)院用能標準、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)指標以及其他用能指標,并與國家能源政策與用能模式改革**結(jié)合??鐚W(xué)科、跨行業(yè)的科技與專業(yè)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。

    4.1.1能源管理系統(tǒng)功能能耗管理子系統(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],形成特色的醫(yī)院能源管理考核指標。(4)利用科室排名、定額管理、**額告警等管理工具提升能源管理水平。

    4.1.2 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。

    4.1.3 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。

    4.1.4 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,通過模糊算法計算優(yōu)冷熱生產(chǎn)與供應(yīng)策略,按需供冷,提高綜合節(jié)能率。

    4.2 能源管理系統(tǒng)應(yīng)用分析

    4.2.1 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,達到提升能效、節(jié)能減排的效果。

    4.2.2 安全用電。及時發(fā)現(xiàn)過壓、過負荷、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,為提供優(yōu)質(zhì)安全的用電環(huán)境。

    4.2.3 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)為綜合能源站建設(shè)提供能耗負荷分析。準確的用戶負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)還可以取代柴油機作為應(yīng)急發(fā)電/儲備電站,為提供用能**,減少因柴油機維護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。

    5安科瑞AcrelEMS-MED能源管理平臺

    5.1平臺概述

    AcrelEMS-MED能源管理平臺充分結(jié)合《醫(yī)療建筑電氣設(shè)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(shè)技術(shù)導(dǎo)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(zhì)量、智慧用電相關(guān)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(jié)合。能夠輔助醫(yī)院后勤管理人員進行能源供應(yīng)系統(tǒng)及設(shè)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,為能源信息化建設(shè)和節(jié)能管理提供了良好的技術(shù)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”一體化的能源管理系統(tǒng),從數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、數(shù)據(jù)分析、異常預(yù)警、運維派單、系統(tǒng)架構(gòu)和綜合數(shù)據(jù)服務(wù)等方面的設(shè)計,幫助醫(yī)院后勤管理部門了解醫(yī)院能源運行情況,關(guān)注消防和電氣安全,及時預(yù)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(zāi)監(jiān)控系統(tǒng),消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng),*門監(jiān)控系統(tǒng),消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng),充電樁管理系統(tǒng),電能質(zhì)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

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    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(shè)備進行監(jiān)視、測量、記錄、報警等功能,并與保護設(shè)備和遠方控制中心及其他設(shè)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(shè)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。

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    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(guān)及大數(shù)據(jù)分析技術(shù),通過智能網(wǎng)關(guān)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(nèi)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(wù)到*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。

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    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(guān)柜運行監(jiān)控、高壓開關(guān)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、機、空調(diào)控制等設(shè)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(shè)備控制,優(yōu)化動力環(huán)境,避免運行環(huán)境的失控導(dǎo)致配電設(shè)備運行故障,保證維護人員安全,延長設(shè)備使用壽命,實現(xiàn)配電動力環(huán)境的分布式遠程管理。

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    5.4.4醫(yī)院能耗管理系統(tǒng)解決方案

    對各類耗能設(shè)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(nèi)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(nèi)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(dǎo)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。

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    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(yīng)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(yīng)控制以及紅外感應(yīng)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(nèi)的模塊主要有總線電源、開關(guān)驅(qū)動器、IP網(wǎng)關(guān)、耦合器、干接點輸入模塊等。這些模塊使用35mm標準導(dǎo)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(shè)定紅外感應(yīng)控制亮燈,人離開后在設(shè)定的時間內(nèi)熄燈,智能面板等手動控制設(shè)備,可實現(xiàn)自動控制、現(xiàn)場控制和值班室遠程控制相結(jié)合。




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