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(jìn)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(xì)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(dāng)于節(jié)省315t標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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(xì)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(dá)到10億t標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)煤/m2，人均綜合能耗達(dá)280.82kg標(biāo)準(zhǔn)煤，遠(yuǎn)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(dāng)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(dá)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(jìn)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(dá)到智慧管理的效果[9-10]。其中，運用物理信息技術(shù)進(jìn)行精細(xì)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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)》、《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(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結(jié)合。能夠輔助醫(yī)院后勤管理人員進(jìn)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?fù)鋱D

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(jìn)行監(jiān)視、測量、記錄、報警等功能，并與保護(hù)設(shè)備和遠(yuǎn)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(hù)裝置及多功能儀表進(jìn)行保護(hù)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(hù)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(yuǎn)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(jìn)行實時測量，對采集數(shù)據(jù)進(jìn)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(biāo)及績效考核指標(biāo)，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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)約束值、標(biāo)準(zhǔn)值、引導(dǎo)值進(jìn)行分析單位面積能耗和人均能耗指標(biāo)；

（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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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(yuǎn)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(jìn)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(jìn)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(biāo)。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(xì)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(dá)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(dāng)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。

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(hù)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(fù)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(dāng)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(jìn)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(yuǎn)程充電樁系統(tǒng)可實時遠(yuǎn)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(jìn)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(hù)、充電機輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進(jìn)行預(yù)警；能夠遠(yuǎn)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(hù)室對電源安全性和可靠性的要求，并符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

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(dāng)于節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)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(dá)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(jìn)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。