智慧医院能源管理系统平台的建设思考与实践

来源:
安科瑞电子商务(上海)有限公司
日期:
2023年7月12日
陈伟 安科瑞电气股份有限公司

随着物联网、大数据、云计算以及移动互联网技术的应用,医院诊疗系统信息化建设发展迅速,但医院后勤保障体系信息化建设相对滞后。现有的医院后勤保障体系信息化建设方案更多倾向于数字化与信息化建设,缺乏对信息的综合处理、深度挖掘与联动应用。智慧医院能源管理系统着眼于能源一体化管理,包含能源经济性管理和安全性管理两方面内涵。能源经济性管理从能源分类分项管理、能效提升、能源结构优化着手,逐步调整医院用能结构,从而提升用能效率,降低用能费用。能源安全性管理主要包括微电网电能质量管理和电气安全管理。通过能源物联网、建筑物联网、设备物联网三大系统建设,形成医院后勤一体化综合运营保障系统。

医院建筑属于大型公共建筑[1],具有每天开放、能耗高、连续运行等特征。建筑结构较为复杂,技术要求较高,一般包括急诊部、门诊部、住院部、医技科室以及后勤保障、行政管理、院内生活用房等7大功能区域。医院建筑主要实现诊疗与后勤保障两大功能[2-3]。后勤保障部门往往根据医院建筑所涉及的建筑结构、水电气热暖、信息通讯、楼宇智控、景观道路、装饰装修等公共系统,以及医用保障所涉及的气体系统、物流传输系统、机械停车系统、净化层流系统、放射防护系统、医疗信息化系统、大型医疗设备系统等各专业系统组成不同的运行维护科室、班组,进而形成完整的医院后勤运营保障体系。在医院后勤运营保障各项工作中,医院能源管理是顺利、实现各项诊疗目标的重要前提。以瑞安市人民医院为例,分析能源管理现存问题,介绍能源管理系统建设具体实践。

根据国家卫生健康委规划与信息司统计数据,全国近2 200多所三级医院,约230万张床位,年均能耗达6 650万吨标煤,折算电能约540亿度;能源结构图中电能消耗占比非常大,一般在70%左右,甚至更高;能耗水平基本保持15%以上的年增长率,新建分院、大楼等是导致能耗费用大幅上升的重要原因之一。和国内其他南方地区医院相似,瑞安市人民医院能源结构中电能所占比重达80%;瑞祥新院区投入运营不到1年,全院能耗费用从不到2 000万元升至2 700万元。由于历史原因,医院在能源结构设计、能耗设备管理、能效水平提升以及用能安全监测等方面,信息管理凌乱与信息孤岛现象严重,也缺乏行之有效的手段;能源数据多数采用人工收集的方式采集,数据的及时性、准确性以及电子化存储受到制约;无法实现国家要求的能耗分类分项计量;不能进行能源、能耗与能效的信息采集与数据分析处理,以及以安全用电为主的用能安全管理;难以按照科室、楼层计量以致不能准确考核科室能耗成本,影响定额能耗管理及奖惩等控制手段。

医院能源管理系统集数据采集、传输、分析与处理功能于一体。数据采集传输是能源大数据的基础。通过数据的分析与处理,提炼数据的价值并形成有效管理手段是能源管理的核心。通过对医院能源大数据分析,提示医院存量能源使用过程中在能耗与能效方面的可优化空间,形成存量能耗曲线,与优化后的节能曲线相比较,得出客观可靠的效益分析报告,提高能效,降低能耗;根据医院用能结构与负荷曲线形成医院综合能源站建设依据,通过清洁能源与新能源利用,改善医院能源结构。

智慧医院能源管理系统将医疗行业的“互联网+医疗”模式,充分结合医疗卫生主管部门与住建部关于绿色医院用能标准、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、用电安全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有机结合。跨学科、跨行业的科技与专业协作与新技术应用,奠定了未来“万物互联”的智能化医院后勤管理新模式。智慧医院能源管理系统目前包含能耗管理子系统、安全用电管理子系统以及若干与医院能源、能耗、能效相关子系统,如智能照明管理子系统、中央空调运行优化管理子系统等。

 智能照明管理子系统。该系统与新型LED节能灯相结合,提升照明质量,降低维护成本,提高综合效益,提升管理水平。瑞安市人民医院智能照明管理子系统针对不同应用场景设计了不同的智能照明管理策略,在改善现有照度基础上,能够合理管理灯具开关时间,减少能源浪费,降低灯具开关人力管理成本。门诊、住院、急诊等不同功能区域的照明控制策略设计时,综合考虑了自然光照、建筑采光、工作时间、人流量24小时分布特征等因素。门诊照明以时间管理为主;住院照明以时间管理为主,辅以感应控制;急诊照明则以光照度感应控制为主。

分布式供能基础。清洁能源与新能源应用是医院能源结构优化的主要途径,冷热电三联供等分布式供能模式在大型公共建筑应用逐渐增多并成为重要供能方式。医院能源物联网系统积累的能源大数据为医院综合能源站建设提供能耗负荷分析。准确的用户负荷基线是决定分布式供能项目成败的关键因素,为医院分布式供能奠定基础。医院分布式综合能源站的建设还可以取代柴油机作为应急发电/储备电站,为医院提供用能保障,减少因柴油机维护带来的高额运行成本与柴油管理带来的安全隐患。



能源管理系统建设、综合供能与节能改造、安全用电服务等提供了现代能源整合服务模式下医院后勤管理的新思路。

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。

安科瑞医院能源管理系统建立基于云平台的“监、控、维”一体化的能源管理系统,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。

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中心及其他设备通信,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。

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APP下发运维任务到指定人员上,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。

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。

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短信、语音、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。

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。

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。

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。对于医院的精密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。

基于能源物联网的医院智慧能源管理系统建设可以优化医院能源结构、降低能耗、提升能效,进而提升医院用能管理水平,可以改善大型综合性医院在现有能源供应紧张、价格大幅上涨的大环境下的能源费用支出持续上升状况,加强用能安全、改善医疗环境,在能源费用降低的同时促进医院利润增长。



在能源物联网建设的基础上,发展医院建筑物联网和设备物联网建设,对医院各类基础设施资源管理系统及其空间数据、属性数据与业务数据统一管理,实现基于BIM的资产与设备运维全生命周期管理,使运维管理更加及时、有效、直观和智能,为医院的资源规划及科学调度提供可靠依据。基于医院能源物联网、建筑物联网以及设备物联网的医院后勤一体化综合运营保障体系建设是未来医院后勤管理的发展方向。