【解决方案】医院智慧配电能效管理系统研究

未晓妃

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801

0引言

  随着我国医药体制的改革，医院建设处于快速发展时期，相比较其他建筑，医院能源系统具有能耗组成复杂、能源形式多样等特点，数据表明，我国医院建筑能耗是一般公共建筑的1.6~2倍。降低医院能耗，提高能源使用效率，对医院节能减排尤为重要。在此情况下，医院智慧能源管理系统作为有效的节能措施，在创建节能环保医院大环境下显得更为重要。

1医院能源管理现状分析

  医院能源管理状况进行分析可知，医院在能源管理中还存在以下问题 ：

  医院用能设备数量与能源种类较多，对设备异常无法及时预警，造成医院用能安全隐患 ；医院能源需求复杂，不同的功能区能源需求不同，同时医院能源管理缺少精细化的管控 ；医院能源管理人员专*水平支撑不足，对医院的能源使用情况无法进行科学、合理的监督以及指导，容易造成能源浪费。

  综上所述，医院在能源系统管理过程中还存在很多问题，具有相当大的改进空间，通过本文的研究，提出适合医院发展的智慧能源管理系统，提升医院能源管理水平。

2 医院智慧能源管理系统架构研究

2.1总体架构

  医院智慧能源管理系统采用分层部署的组织架构，根据部署地点的不同划分为三层结构 ：管理平台层、网络传输层和数据采集层，如图1所示。通过分层的架构设计保证了系统稳定性与可靠性，同时各层布置方式可灵活配置，使得系统对不同能源的适用性更高。

2.2数据采集层

  数据采集层是智慧能源管理系统的基础层，是管理平台对能源系统控制的依据。数据采集层包含各类终端设备，应具有高速率、高精度采集特点 ；具备远传、自诊断及自恢复的能力 ；支持通用的通信协议。

2.3网络传输层

  网络传输层是智慧能源管理系统的连接层。网络传输层将数据采集层的各类装置有*结合在一起，将数据传输至管理平台 ；管理平台通过网络对现场执行器下发指令，实现对能源系统的自动化控制。

2.4管理平台层

  管理平台层是智慧能源管理系统的大脑，其通过设定的控制策略，经过网络传输层对数据采集层进行智能化管控，使得用能系统能够自主、高*运行； 同时建立预警机制，保障医院能源系统安全。

3 系统功能研究

3.1能源设备设施管理

  设立医院设备台账，对设备使用年限及状态进行全过程跟踪，保证设备使用安全 ；对医院能源和设备设施进行能耗、工况的监测，提出节能改造方向 ；对设备设施的事故进行记录分析，提出预防方案，避免类似事故再发生。

3.2子系统智能控制

  将不同的能源系统接至后台，根据每个子系统运行特性建立对应的控制逻辑关系，实现子系统智能化供给。如对照明系统进行场景控制，实现照明的精细化用能管理和智能化节能控制；对配电系统进行分类分项计量与监控，保证用电安全。

3.3运行数据分析

  通过对医院能源系统的数据统计、分析和对比，建立能耗曲线，挖掘可优化空间 ；制定单位能耗指标，指导医院能耗考核制度的建立 ；建立能耗公示及能耗审计机制，加强医院节能管理工作 ；通过系统分析，淘汰高污染、低效的能源系统，改善医院能源利用。

3.4运维作业管理

  建立运维作业管理流程，利用其数据处理与分析能力，对系统实现全*监控 ；制定运维计划，对设备进行自动化巡检，减少管理人员重复工作 ；通过累计的运维记录，提供专*的解决方案与保障措施。

  本文以江苏某医院为例，通过已建设的医院智慧能源管理系统，选取门诊楼与住院楼为研究对象，通过能源管理系统对医院建筑用电量进行采集、分析，挖掘医院在日常管理过程中能耗方面存在的问题与改进的方向。

4 医院智慧能源管理系统实践

  通过对门诊楼设备组成情况进行分析，可知门诊楼含有空调机房、网络机房以及中*空调系统占整栋建筑的能耗较大，对空调系统进行智能化节能改造具有很大的经济效益，是医院进行节能改造的重*方向。可见，医院建设智慧能源管理系统，有助于医院发现能源系统薄弱环节，为调整优化管理方向及重*措施提供依据，支撑高质量创建节约型医院。

5 AcrelEMS-MED医院能源管理平台

5.1平台概述

  AcrelEMS-MED医院能源管理平台充分结合《医疗建筑电气设计规范》《绿色医院建筑评价标准》、《医院建筑能耗监管系统建设技术导则》等行业规范、根据医院用户需求以及能源管理部门要求，采集分析能源、能耗、能效数据，监测以电能质量、智慧用电相关指标以及其他用能指标，并与国家能源政策与用能模式改革结合。能够辅助医院后勤管理人员进行能源供应系统及设备的运行管理工作，帮助医院管理层实时掌握医院的能耗情况，为医院能源信息化建设和节能管理提供了良好的技术平台。

5.2平台组成

  安科瑞医院能源管理系统建立基于云平台的“监、控、维"一*化的能源管理系统，从数据采集、设备控制、数据分析、异常预警、运维派单、系统架构和综合数据服务等方面的设计，帮助医院后勤管理部门全*了解医院能源运行情况，关注消防和电气安全，及时预警异常情况，提高运维效率。它集成了10KV/O.4KV变电站电力监控系统、变电所运维云平台，配电房综合监控系统，能耗管理系统，智能照明控制系统，智慧消防平台，电气火灾监控系统，消防设备电源监控系统，防火门监控系统，消防应急照明和疏散指示系统，充电桩管理系统，电能质量治理解决方案，医疗隔离电源解决方案。

5.3平台拓扑图

5.4平台子系统

5.4.1医院电力监控解决方案

  电力监控系统实现对变压器、柴油发电机、断路器以及其它重要设备进行监视、测量、记录、报警等功能，并与保护设备和远方控制*心及其他设备通信，实时掌握供电系统运行状况和可能存在的隐患，快速排除故障，提高医院供电可靠性。

  电力监控系统主要针对开闭所和10/0.4kV变电所，对高压回路配置微机保护装置及多功能仪表进行保护和监控，对0.4kV出线配置多功能计量仪表，用于测控出线回路电气参数和用能情况。同时对医院重要设备如柴油发电机、无功补偿装置、有源滤波装置、UPS、隔离电源系统状态进行监测。

5.4.2医院变电所运维云平台解决方案

  AcrelCloud-1000电力运维云平台采用多功能电力传感器、无线通信、边缘计算网关及大数据分析技术，通过智能网关采集现场数据并存储在本地，再定时向云平台推送数据。平台采集的数据包括变电所回路电气参数和变压器温度、环境温湿度、浸水、烟雾、视频、门禁等信息，有异常发生10S内通过短信和APP发出告警信号。平台通过手机APP下发运维任务到工作人员手机上，并通过GPS跟踪运维执行过程进行闭环，提高运维效率，即时发现运行缺陷并做消缺处理。

5.4.3医院配电房综合监控系统解决方案

  Acrel-2000E配电室综合监控系统，可实现开关柜运行监控、高压开关柜带电显示、母线及电缆测温监测、环境温湿度监测、有害气体监测、安防监控，可对灯光、风机、除*机、空调控制等设备进行联动控制。实现动力环境各数据的检测与设备控制，优化动力环境，避免运行环境的失控导致配电设备运行故障，保证维护人员安全，延长设备使用寿命，实现配电动力环境的分布式远程管理。

5.4.4医院能耗管理系统解决方案

  对建筑各类耗能设备能耗数据进行实时测量，对采集数据进行统计和分析。能够合理的确定各科室建筑能耗经济指标及绩效考核指标，发现能源使用规律和能源浪费情况，提高人员主动节能的意识。

①　搭建医院智慧能源管理系统的基本框架，对各个用能环节进行实时监测；

②　排碳数据化：通过系统可实现建筑单位内人均能耗分析（包括水、电、能量），实现低碳办公数据化；

③　区域能效比：实现建筑单位内区域能耗对比，方便能耗考核；

④　同期能效比：实现同年、同期、同一区域能耗对比，方便节能数据分析；

⑤　能耗评估管理：按照能源消耗定额标准约束值、标准值、引导值进行分析单位面积能耗和人均能耗指标；

⑥　能耗竞争排名：各个科室能耗对比，实现能耗排名，增强全院工作人员的节能意识；

⑦　对能耗的使用数据进行综合的分析、统计、打印和查询等功能，并根据能耗监测管理系统的需要可选择不同样式报表的打印。为能耗运营管理部门提供可靠的依据；

⑧　能耗数据采集，随时查询，并根据采集数据进行统计分析，监测异常能源用量，对能源智能仪表故障进行报警，提高系统信息化、自动化水平。

5.4.5医院智能照明控制系统解决方案

  医院人流比较密集，科室较多，照明用电在医院电能消耗中约占到0.15左右。所以合理使用照明控制系统，在提升医生和患者的体验情况下大程度使用自然光照明，通过感应控制做到人来灯亮，人走灯灭或保持地强度照明，尽量解决照明用电。

  ASL1000智能照明控制系统可以实现场景控制、时间控制、区域控制、光照度感应控制以及红外感应控制等多种控制方式，能有效避免公共区域的照明浪费，还可以帮助医院管理照明。

  系统在配电箱内的模块主要有总线电源、开关驱动器、IP网关、耦合器、干接点输入模块等。这些模块使用35mm标准导轨安装。

  安装在控制现场的模块主要有光照度传感器、红外传感器和智能面板。有人经过可以设定红外感应控制亮灯，人离开后在设定的时间内熄灯，智能面板等手动控制设备，可实现自动控制、现场控制和值班室远程控制相结合。

5.4.6医院智慧消防平台解决方案

  智慧消防云平台基于物联网、大数据、云计算等现代信息技术，将分散的火灾自动报警设备、电气火灾监控设备、智慧烟感探测器、智慧消防用水等设备连接形成网络，并对这些设备的状态进行智能化感知、识别、定位，实时动态采集消防信息，通过云平台进行数据分析、挖掘和趋势分析，帮助实现科学预警火灾、网格化管理、落实多元责任监管等目标。实现了无人化值守智慧消防，实现智慧消防“自动化"、“智能化"、“系统化"需求。从火灾预防，到火情报警，再到控制联动，在统一的系统大平台内运行，用户、安保人员、监管单位都能够通过平台直观地看到每一栋建筑物中各类消防设备和传感器的运行状况，并能够在出现细节隐患、发生火情等紧急和非紧急情况下，在几秒时间内，相关报警和事件信息通过手机短信、语音电话、邮件提醒和APP推送等手段，就迅速能够迅速通知到达相关人员。

5.4.7医院电气火灾监控系统解决方案

  电气火灾监控系统作为火灾自动报警系统的预警子系统，由电气火灾监控主机、电气火灾监控单元、剩余电流式电气火灾探测器以及测温式电气火灾探测器组成，通过现场总线构成一套完整的预防电气火灾的监控系统，数据可集成至企业消控室监控系统。

  医院电气火灾监控系统以建筑为单位设置，采集数据后上传至值班室监控主机，实现对建筑电气安全预警。现场设置的传感器监测配电系统回路的漏电电流和线缆温度，异常时实时发出报警信号，关注门诊楼、住院楼、医技楼等区域漏电或者电缆发热等问题。

5.4.8医院消防设备电源监控系统解决方案

  医院消防安全非常重要，消防设备比较多，消防设备电源监控系统主要功能就是用于监测消防设备的工作电源是否正常，保障在发生火灾时消防设备可以正常投入使用。

  消防设备电源监控监控系统采用消防二总线，以建筑为单位设置区域分机采集消防设备电源状态，区域分机通过二总线接收多台传感器的电压、电流信息和开关状态信息，以此实现对消防设备电源工作状态的实时监视。

5.4.9医院防火门监控系统解决方案

  医院防火门数量比较多，由于部分区域经常有人走动，常开常闭防火门数量都不少，防火门监控系统的作用就是监测防火门开闭状态，在发生火灾后自动关闭常开防火门，防止烟雾扩散。防火门监控系统采用消防二总线将具有通信功能的监控模块相互连接起来，用于监测和控制防火门状态，当防火门发生异常位置信号时，防火门监控器能发出故障报警信号，指示故障报警部位并保存故障报警信息。发生火灾时，关闭事故区域所有常开防火门，防止烟雾向安全区域扩散。

5.4.10医院消防应急照明和疏散指示系统解决方案

  医院人员流动性强，密度大，消防比较复杂，一旦发生火灾，疏散指示系统非常重要。消防应急照明和指示系统可以和火灾报警系统联动，提供应急照明和疏散路径指示，指引人群快速找到疏散出口，并可以一键选择疏散应急预案，提升人员逃生概率。

5.4.11医院有源谐波治理系统解决方案

  都是谐波源，比如X光机、CT机等都会产生大量谐波，谐波使电能的生产、传输和利用的效率降低，使电气设备过热、产生振动和噪声，并使绝缘老化，使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁。谐波可引起电力系统局部并联谐振或串联谐振，使谐波含量放大，造成电容器等设备烧毁。谐波还会引起继电保护和自动装置误动作，使电能计量出现混乱。对于医院的精化验设备可能会产生干扰。

  为了消除配电系统谐波对医院设备的影响，方案配置AnSinI有源滤波器，滤除电网2~31次谐波干扰。

  AnSinI系列有源电力滤波装置，以并联方式接入电网，通过实时检测负载的谐波和无功分量，采用PWM变流技术，从变流器中产生一个和当前谐波分量和无功分量对应的反向分量并实时注入电力系统，从而实现谐波治理和无功补偿。

5.4.12医院充电桩系统解决方案

  医院停车场有电动汽车和电动自行车，均需要提供充电桩。充电桩管理系统通过物联网技术对接入系统的充电桩站点和各个充电桩进行不间断地数据采集和监控，解决物业、用电管理部门的充电桩使用、监控问题。电动自行车充电可采用投币、扫码充电方式，电动汽车支持IC卡和扫码充电方式。远程充电桩系统可实时远程完成启动充电、强制停止、单价设置等控制指令，用户可通过APP、微信、支付宝小程序扫描二维码，进行支付后，系统发起充电请求，控制二维码对应的充电桩完成电动汽车的充电过程。同时对各类故障如充电机过温保护、充电机输入输出过压、欠压、绝缘检测故障等一系列故障进行预警；能够远程控制，提供财务报表和数据分析等功能。

5.4.13医院医疗隔离电源解决方案

  《民用建筑电气设计规范》14.7.6.3条明确规定：在电源突然中断后，重大医疗危险的场所，应采用电力系统不接地（IT系统）的供电方式。同时《医院洁净手术部建筑技术规范》GB50333-2002中规定：2类医疗场所在维持患者生命，外科手术和其他位于患者周围的电气装置均应采用医用IT系统。如：抢救室（门诊手术室）、手术室、心脏监控治*室、导管介入室、血管照影检查室等。

  安科瑞电气股份有限公司的医疗隔离电源解决方案是针对医疗Ⅱ类场所的供电需求而开发设计的，能够很好的满足各类手术室和重症监护室对电源安全性和可靠性的要求，并符合国家相关标准。

5.5相关平台部署硬件选型清单

5.5.1电力监控系统硬件配置

5.5.2变电所运维云平台硬件配置

5.5.3电房综合监控系统硬件配置方案

5.5.4能耗管理系统硬件配置方案

5.5.5智能照明控制系统硬件配置方案

5.5.6智慧消防平台硬件配置方案

5.5.7电气火灾监控系统硬件配置方案

5.5.8消防设备电源监控系统硬件配置方案

5.5.9防火门监控系统硬件配置方案

5.5.10消防应急照明和疏散指示系统硬件配置方案

5.5.11有源谐波治理系统硬件配置方案

5.5.12充电桩运营收费平台硬件配置方案

5.5.13医疗隔离电源解决方案硬件配置方案

6 结束语

  针对医院能源管理中存在的问题，本文提出了一种适合医院的智慧能源管理系统。首先对于智慧能源管理系统，提出了分层部署的研究思路，同时对系统内各个组成部分进行了功能的研究，探讨适合医院发展的能源管理系统，*后通过对智慧能源管理系统在江苏某医院的实际应用，对能源管理系统在医院能源管理过程中的优势与实现效果进行了分析，为后续医院智慧能源管理系统的发展提供参考。

参考文献

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2. 杨毅，蔡宏武，邢怀岭，等.医院建筑能源与设备管理的现状及发展路径分析[J].中国医院建筑与装备，2017（11）：77-79.

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5. 安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022.05版．