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智慧配電能源管理平臺在醫(yī)院節(jié)能的應(yīng)用

更新時間: 2023-09-27   點擊次數(shù): 544次

摘要:為減少醫(yī)療建筑能耗,優(yōu)化醫(yī)院能源管理,基于智慧醫(yī)院的要求,通過分析廣州市番禺區(qū)某醫(yī)院的能耗特性,對醫(yī)院空調(diào)系統(tǒng)、空調(diào)與窗戶聯(lián)動控制系統(tǒng)、屋頂光伏系統(tǒng)等智能樓宇分系統(tǒng)進行節(jié)能建模分析,建議采取醫(yī)院信息化建設(shè)、可再生能源改造、精細化管理等措施,預(yù)計實施后每年可以節(jié)約用電256萬kW·h,相當于節(jié)省315t標準煤,減少CO2排放量873t,對于城市既有醫(yī)療建筑的節(jié)能改進和能源智慧管理具有較強的示范作用。

關(guān)鍵詞:智慧醫(yī)院;綜合智能樓宇;精細化管理;節(jié)能減排;光伏發(fā)電

0引言

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展,我國的能源消費呈現(xiàn)增長態(tài)勢。據(jù)統(tǒng)計2018年全國建筑運行能耗達到10億t標準煤,占全國能源消費總量比重為21.7%,碳排放21.1億t(以CO2計,下同),占全國能源碳排放的比重21.9%[1]。大型公共建筑是建筑能源消耗的高密度領(lǐng)域,醫(yī)院建筑的能耗是一般公共建筑的3~4倍[2]。2020年度廣東省公立醫(yī)院單位建筑面積能耗17.17kg標準煤/m2,人均綜合能耗達280.82kg標準煤,遠高于場館、學(xué)校等公共建筑,是廣東省中小學(xué)建筑能耗的5倍。隨著國家“雙碳"戰(zhàn)略的推動,醫(yī)院建筑運行節(jié)能工作迫在眉睫[3]。

當前醫(yī)院采用的節(jié)能措施主要圍繞設(shè)備改造和更新[4]。林愛麟[5]摸查了長沙市醫(yī)院建筑能耗,提出采用提升冷熱源運行效率、合理配置空調(diào)及通風(fēng)系統(tǒng)等措施來降低醫(yī)院能耗;姜海勇等[6]以深圳市孫≥仙心血管醫(yī)院為例,通過空調(diào)主機系統(tǒng)等節(jié)能改造達到降耗效果。沈洪等[7]分析了中山大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院燃油蒸汽鍋爐技改,同時配合智能群控系統(tǒng)。以上研究主要考慮設(shè)備因素,較少考慮人的用能行為。方婷婷[8]選取廣州地區(qū)6個典型醫(yī)院建筑,提出落實能源管理制度等節(jié)能建議,包括運用制度對人員行為進行約束,但因為人的行為較難預(yù)測,實施效果難以保證。

智慧醫(yī)院的建設(shè)立足于信息化、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng),通過對醫(yī)院資源的合理配置達到智慧管理的效果[9-10]。其中,運用物理信息技術(shù)進行精細化管理的理念為醫(yī)院能源系統(tǒng)管理提供了新的方向。本文以廣州市番禺區(qū)某醫(yī)院為研究對象,分析醫(yī)院能耗特性和主要耗能因素,提出基于智慧能源管理的節(jié)能措施,并對節(jié)能措施的影響因素進行敏感性分析。

1.AcrelEMS-MED醫(yī)院能源管理平臺

1.1平臺概述

AcrelEMS-MED醫(yī)院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,為醫(yī)院能源信息化建設(shè)和節(jié)能管理提供了良好的技術(shù)平臺。

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)院后勤管理部門全面了解醫(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),防火門監(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。

3.平臺拓撲圖

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4.平臺子系統(tǒng)

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(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。

 

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。

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(fēng)機、除濕機、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。

4.4醫(yī)院能耗管理系統(tǒng)解決方案

對建筑各類耗能設(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。

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。

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(shù),將分散的火災(zāi)自動報警設(shè)備、電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備、智慧煙感探測器、智慧消防用水等設(shè)備連接形成網(wǎng)絡(luò),并對這些設(shè)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(xué)預(yù)警火災(zāi)、網(wǎng)格化管理、落實多元責(zé)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(zāi)預(yù)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(nèi)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(shè)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(nèi),相關(guān)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(guān)人員。

4.7醫(yī)院電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)解決方案

電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)作為火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的預(yù)警子系統(tǒng),由電氣火災(zāi)監(jiān)控主機、電氣火災(zāi)監(jiān)控單元、剩余電流式電氣火災(zāi)探測器以及測溫式電氣火災(zāi)探測器組成,通過現(xiàn)場總線構(gòu)成一套完整的預(yù)防電氣火災(zāi)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(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)以建筑為單位設(shè)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(yù)警。現(xiàn)場設(shè)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,重點關(guān)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。

4.8醫(yī)院消防設(shè)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(shè)備比較多,消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)主要功能就是用于監(jiān)測消防設(shè)備的工作電源是否正常,保障在發(fā)生火災(zāi)時消防設(shè)備可以正常投入使用。

消防設(shè)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(shè)置區(qū)域分機采集消防設(shè)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(guān)狀態(tài)信息,以此實現(xiàn)對消防設(shè)備電源工作狀態(tài)的實時監(jiān)視。

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(zāi)后自動關(guān)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(zāi)時,關(guān)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。

4.10醫(yī)院消防應(yīng)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(fù)雜,一旦發(fā)生火災(zāi),疏散指示系統(tǒng)非常重要。消防應(yīng)急照明和指示系統(tǒng)可以和火災(zāi)報警系統(tǒng)聯(lián)動,提供應(yīng)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(yīng)急預(yù)案,提升人員逃生概率。

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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(shè)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(shè)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)院的精密化驗設(shè)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(shè)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(shù),從變流器中產(chǎn)生一個和當前諧波分量和無功分量對應(yīng)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。

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(shù)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(shè)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(yīng)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(yù)警;能夠遠程控制,提供財務(wù)報表和數(shù)據(jù)分析等功能。

4.13醫(yī)院醫(yī)療隔離電源解決方案

《民用建筑電氣設(shè)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(yīng)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(shù)部建筑技術(shù)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(shù)和其他位于患者周圍的電氣裝置均應(yīng)采用醫(yī)用IT系統(tǒng)。如:搶救室(門診手術(shù)室)、手術(shù)室、心臟監(jiān)控治療室、導(dǎo)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(shè)計的,能夠很好的滿足各類手術(shù)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(guān)標準。

5.結(jié)論

(1)醫(yī)院能源消費以電能為主的能源消費中,空調(diào)能耗占能耗的大部分,其中病房(含辦公室區(qū)域)占空調(diào)系統(tǒng)用能的35.8%,具有較大的節(jié)能潛力。

(2)空調(diào)智慧監(jiān)控系統(tǒng)通過管理病房內(nèi)溫度,使之維持在特定的溫度區(qū)間,可以降低醫(yī)院能耗12%;空調(diào)與窗戶聯(lián)動控制系統(tǒng)通過控制和減少人的開窗行為,可以降低醫(yī)院能耗3%;屋頂光伏系統(tǒng)可以實現(xiàn)綜合發(fā)電和樓頂遮陽,從而降低醫(yī)院能耗7%。

(3)通過建設(shè)智慧能源管理系統(tǒng),預(yù)計實施后每年可以減少用電256萬kW·h,相當于節(jié)省標準煤315t,減少CO2排放量873t,節(jié)能經(jīng)濟效℃和環(huán)境效℃顯著。

(4)室內(nèi)設(shè)定溫度對能耗的影響顯著,空調(diào)溫度設(shè)為25℃時節(jié)約空調(diào)能耗比例達到9.1%;開窗的病房比例和通風(fēng)面積對能耗比例有一定影響,室內(nèi)外溫差的影響則較小。

本文基于智慧醫(yī)院的建設(shè)要求,主要探索了醫(yī)院智慧管理在能源系統(tǒng)中的應(yīng)用,分析的節(jié)能措施主要集中在智能樓宇與用戶的互動。在接下來的研究中,需要進一步研究智能設(shè)備管理和智慧醫(yī)療在能源系統(tǒng)中的應(yīng)用。


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