淺談醫院配電系統在能耗監管平臺實施的方案

黃琴

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘 要：本文參考國家有關的規范、標準及《醫院建筑能耗監管系統建設技術導則》，對醫院能耗監管平臺的建設方案進行探討。

關鍵詞：能耗監管平臺；系統架構；工程實施難點

0引言

隨著我國醫療衛生事業的發展和醫療體制改革的推動，全國衛生機構總體規模逐年提高。對就診環境和空氣品質的要求使得醫院與一般公共建筑相比，具有整體能耗高且持續能耗不間斷的特點。

為深入貫徹落實國務院《節能減排“十二五"規劃》，做好節約型醫院建設工作，國家住房和城鄉建設部、財政部啟動全國醫院建筑能耗監管系統試點建設工作。其目的在于要細致了解醫院各類能耗的用能規律，深入挖掘醫療建筑的節能潛力。

1、建設原則及目標

1.1 建設原則

根據醫院整體規劃情況及院方對能耗計量的具體需求，建設覆蓋院區的能耗監管系統。系統的建設原則可以總結為以下五點：

標準性－采用標準化的設計和標準化的產品，符合國家相關標準、規范要求，這也是是能耗平臺建設的前提。

安全可靠性－系統結構及配置成熟，具備長時間穩定運行的能力。數據定期實施備份，平臺應用軟件應具備訪問權限控制功能。 對于改造項目，還應考慮實施的安全性，減少對醫院正常運營的影響。

實用易用性－根據各醫院的特點，實現有針對性的統計分析和管理功能，滿足醫院建筑各類能耗管理需求。操作界面簡單、易用。

開放性和擴展性－應具備良好的開放性和擴展性，能與相關系統進行功能對接、通訊或數據交換，并能不斷*擴充系統功能。

經濟性－結合醫院管理需求，制定合理的能耗監管系統實施方案。特別是改造項目，應充分利用現有資源和數據。

1.2 建設目標

（1）完成醫院能耗計量設備的選型、采購、安裝、調試等工程建設，滿足各分項計量的需求。

（2）搭建能耗監管系統的傳輸網絡。對于新建項目，設計階段可考慮將該系統單獨組網或將其納入綜合布線系統。對于改建項目，可充分利用院內現有網絡，降低對醫院正常運行的影響。

（3）完成建筑能耗監管中心的位置、規模和形式的要求并完成平臺軟件調試運行等工作。

（4）完成能耗監管系統各類功能的定制化軟件開發。按照各醫院的管理需求，應實現能耗監測、能耗分析、能耗預警、能源報表等基本功能。

1.3 系統架構

醫院建筑能耗監管系統軟件系統采用 B/S 或 B/S 與 C/S 相結合的主體構架，通過能耗監管系統局域網，實現數據的上傳、命令下發等工作。各類系統采用開放接口，與能耗監管系統平臺進行部分數據共享，組成監管系統的數據源。

系統平臺網絡采用三層結構，分為數據采集層、網絡傳輸層和數據分析管理層。

數據采集層

將建筑內遠傳電表、水表、冷熱量表等計量裝置通過數據網關進行數據采集。數據網關與計量裝置之間應采用符合通信協議標準的物理連接。數據網關應支持周期方式數據采集、固定時刻和當前時刻數據采集，應提供輪詢和主動上報兩種方式的可選功能。

建筑內已有的其它系統采用標準數據網絡接口（如：OPC 協議和 Modbus 協議等）將相關能耗數據上傳至能耗監管系統平臺服務器。

網絡傳輸層

將數據網關、各系統上傳的能耗信息數據包經過醫院建筑能耗監管系統局域網上傳至能耗監管系統平臺服務器。能耗信息數據包中應包含對應的建筑編碼和網關編碼，使用 XML 格式，以文本形式遠傳。醫院建筑能耗監管系統局域網應采用 TCP/IP 協議，保證采集到的數據信息有效傳送、不丟失。

數據分析管理層

在醫院能耗監管中心設置一套醫院能耗監管系統平臺，能耗監管平臺由平臺系統軟件、服務器、工作站、打印機和防火墻等組成，支持以太網絡通訊，具有大容量存儲空間。通過能耗監管平臺進行能耗數據的匯總、統計、對比、分析和直觀展現功能，通過多角度直觀的圖表展示給各級領導和管理人員。通過服務器接口，擁有不同權限的用戶可以從 WEB 瀏覽客戶端查看到不同級別的數據信息。

2. 系統設計

各醫院項目應根據其能耗管理現狀，建設有針對性的能耗監管系統。系統的設計應以簡單、實用且便于實施為原則，可清晰描述醫院綜合能耗以及各分類、分項能耗。前面提到能耗平臺的三層網絡架構，筆者了解到，目前國內一些廠家也提出了四層網絡架構的概念。即在數據分析管理層與網絡傳輸層之間加入數據前置處理層。其目的在于提高數據采集的效率，以及為能耗系統與其他系統（如 BAS 系統）的對接提供方便的接口協議。應該說，此種架構還是很有前瞻性的。其考慮到了未來節能改造的實施性。但是，從一般醫院的能耗監測點數有限且對于多系統之間數據共享的可實施性角度出發，是否有設置該層的必要仍需要具體問題具體分析，不可以以偏概全。這也有違經濟性的原則。

對于新建項目，首先應充分了解醫院整體規劃情況及院方對能耗計量的具體需求。在初步設計階段，各專業應結合設計任務書及各系統的架構，對符合能耗計量要求的點數進行統計。在系統說明中應明確系統應具備良好的開放性和擴展性。除此之外，預留向上一級管理部門提供數據上傳接口以及考慮與未來建設的新院區實現數據傳輸的可能性。

對于改造項目除了了解院方對能耗計量的具體需求以外，一個重要的工作就是對院區內的各計量點進行現場勘察。對于此類改造項目，筆者發現存在諸如歸檔圖紙不全、建筑年代久遠導致線路改造與圖紙不符等實際問題。這就需要設計人員投入相當大的精力到醫院現場對系統經行梳理。針對每個計量點的位置，提出合理且經濟的計量方案措施。

對于監管平臺軟件的設計，《導則》中的已有詳盡的要求。這里還需要指出一點，院方在平臺建設初期可能無法提出更多詳細的要求，只有在平臺建設完畢后，使用過程中才會不斷發現問題，提出實質性的需求。因此，能耗監管系統軟件的設計不是一次性的，而是需要在投入運行后不斷*。

3. 現有醫院改造實施中的難點

現有醫院改造比新建項目要復雜許多。改造中存在大量無法解決的難點。如管路以及末端等部位無法安裝計量器具，部分用能設備老化。而且由于醫療服務的特殊性，無法做到停水、停電、停氣，對工程實施確有一定難度。

從項目實施的整體方面考慮，應合理規劃作業時間，盡量降低對醫院正常工作的影響。以現場勘查為依據，制定詳盡的施工方案。施工方案中，對涉及停電、停水的改造部分提請院方及各相關科室審核，并提出可行的應急預案。

從工程管理角度出發，應把握好設備材料進場驗收、施工方案的審核、施工人員的資質及能力水平等重要環節，提高施工的效率，杜絕返修、返工等質量事故的發生。

具體到各專業的改造，難、重點各異。

（1）電氣改造方面：對于無法停電的科室，可采用開口式互感器，在正常供電情況下完成電表的安裝。開口式互感器的精度應滿足《導則》中“配用電流互感器的精確度等級應不低于 0.5 級"的要求。針對電氣施工工程中的風險制定合理的應急預案。

（2）水暖改造方面：水表安裝過程中需要進行管道的改造，不可避免的需要停水作業。對此需制定詳細的施工方案，提高此部分的施工效率和質量。在部分對于供水要求較高的位置，可使用外夾式流量計等非斷管式流量計，在保證正常供水的情況下完成設備安裝。根據《導則》要求，水表精確度不低于 B 級。同時應參考 JJG 162-2009 冷水水表檢定規程中 5.2 條關于水表準確度等級和*大允許誤差的要求。

4.AcrelEMS-MED醫院能源管理平臺

4.1平臺概述

AcrelEMS-MED醫院能源管理平臺充分結合《醫療建筑電氣設計規范》《綠色醫院建筑評價標準》、《醫院建筑能耗監管系統建設技術導則》等行業規范、根據醫院用戶需求以及能源管理部門要求，采集分析能源、能耗、能效數據，監測以電能質量、智慧用電相關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合。能夠輔助醫院后勤管理人員進行能源供應系統及設備的運行管理工作，幫助醫院管理層實時掌握醫院的能耗情況，為醫院能源信息化建設和節能管理提供了良好的技術平臺。

4.2平臺組成

安科瑞醫院能源管理系統建立基于云平臺的“監、控、維"一體化的能源管理系統，從數據采集、設備控制、數據分析、異常預警、運維派單、系統架構和綜合數據服務等方面的設計，幫助醫院后勤管理部門了解醫院能源運行情況，關注消防和電氣安全，及時預警異常情況，提高運維效率。它集成了10KV/O.4KV變電站電力監控系統、變電所運維云平臺，配電房綜合監控系統，能耗管理系統，智能照明控制系統，智慧消防平臺，電氣火災監控系統，消防設備電源監控系統，防火門監控系統，消防應急照明和疏散指示系統，充電樁管理系統，電能質量治理解決方案，醫療隔離電源解決方案，

4.3平臺拓撲圖

4.4平臺子系統

（1）醫院電力監控解決方案

電力監控系統實現對變壓器、柴油發電機、斷路器以及其它重要設備進行監視、測量、記錄、報警等功能，并與保護設備和遠方控制中心及其他設備通信，實時掌握供電系統運行狀況和可能存在的隱患，快速排除故障，提高醫院供電可靠性。

電力監控系統主要針對開閉所和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和用能情況。同時對醫院重要設備如柴油發電機、無功補償裝置、有源濾波裝置、UPS、隔離電源系統狀態進行監測。

（2）醫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、邊緣計算網關及大數據分析技術，通過智能網關采集現場數據并存儲在本地，再定時向云平臺推送數據。平臺采集的數據包括變電所回路電氣參數和變壓器溫度、環境溫濕度、浸水、煙霧、視頻、門禁等信息，有異常發生10S內通過短信和APP發出告警信號。平臺通過手機APP下發運維任務到手機上，并通過GPS跟蹤運維執行過程進行閉環，提高運維效率，即時發現運行缺陷并做消缺處理。

（3）醫院配電房綜合監控系統解決方案

Acrel-2000E配電室綜合監控系統，可實現開關柜運行監控、高壓開關柜帶電顯示、母線及電纜測溫監測、環境溫濕度監測、有害氣體監測、安防監控，可對燈光、風機、除濕機、空調控制等設備進行聯動控制。實現動力環境各數據的檢測與設備控制，優化動力環境，避免運行環境的失控導致配電設備運行故障，保證維護人員安全，延長設備使用壽命，實現配電動力環境的分布式遠程管理。

（4）醫院能耗管理系統解決方案

對建筑各類耗能設備能耗數據進行實時測量，對采集數據進行統計和分析。能夠合理的確定各科室建筑能耗經濟指標及績效考核指標，發現能源使用規律和能源浪費情況，提高人員主動節能的意識。

①　搭建醫院智慧能源管理系統的基本框架，對各個用能環節進行實時監測；

②　排碳數據化：通過系統可實現建筑單位內人均能耗分析（包括水、電、能量），實現低碳辦公數據化；

③　區域能效比：實現建筑單位內區域能耗對比，方便能耗考核；

④　同期能效比：實現同年、同期、同一區域能耗對比，方便節能數據分析；

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，實現能耗排名，增強全院工作人員的節能意識；

⑦　對能耗的使用數據進行綜合的分析、統計、打印和查詢等功能，并根據能耗監測管理系統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；

⑧　能耗數據采集，隨時查詢，并根據采集數據進行統計分析，監測異常能源用量，對能源智能儀表故障進行報警，提高系統信息化、自動化水平。

（5）醫院智能照明控制系統解決方案

醫院人流比較密集，科室較多，照明用電在醫院電能消耗中約占到15%左右。所以合理使用照明控制系統，在提升醫生和患者的體驗情況下大程度使用自然光照明，通過感應控制做到人來燈亮，人走燈滅或保持地強度照明，盡量解決照明用電。

ASL1000智能照明控制系統可以實現場景控制、時間控制、區域控制、光照度感應控制以及紅外感應控制等多種控制方式，能有效避免公共區域的照明浪費，還可以幫助醫院管理照明。

系統在配電箱內的模塊主要有總線電源、開關驅動器、IP網關、耦合器、干接點輸入模塊等。這些模塊使用35mm標準導軌安裝。

安裝在控制現場的模塊主要有光照度傳感器、紅外傳感器和智能面板。有人經過可以設定紅外感應控制亮燈，人離開后在設定的時間內熄燈，智能面板等手動控制設備，可實現自動控制、現場控制和值班室遠程控制相結合。

（6）醫院智慧消防平臺解決方案

智慧消防云平臺基于物聯網、大數據、云計算等現代信息技術，將分散的火災自動報警設備、電氣火災監控設備、智慧煙感探測器、智慧消防用水等設備連接形成網絡，并對這些設備的狀態進行智能化感知、識別、定位，實時動態采集消防信息，通過云平臺進行數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助實現科學預警火災、網格化管理、落實多元責任監管等目標。實現了無人化值守智慧消防，實現智慧消防“自動化"、“智能化"、“系統化"需求。從火災預防，到火情報警，再到控制聯動，在統一的系統大平臺內運行，用戶、安保人員、監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備和傳感器的運行狀況，并能夠在出現細節隱患、發生火情等緊急和非緊急情況下，在幾秒時間內，相關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人員。

（7）醫院電氣火災監控系統解決方案

電氣火災監控系統作為火災自動報警系統的預警子系統，由電氣火災監控主機、電氣火災監控單元、剩余電流式電氣火災探測器以及測溫式電氣火災探測器組成，通過現場總線構成一套完整的預防電氣火災的監控系統，數據可集成至企業消控室監控系統。

醫院電氣火災監控系統以建筑為單位設置，采集數據后上傳至值班室監控主機，實現對建筑電氣安全預警。現場設置的傳感器監測配電系統回路的漏電電流和線纜溫度，異常時實時發出報警信號，重點關注門診樓、住院樓、醫技樓等區域漏電或者電纜發熱等問題。

（8）醫院消防設備電源監控系統解決方案

醫院消防安全非常重要，消防設備比較多，消防設備電源監控系統主要功能就是用于監測消防設備的工作電源是否正常，保障在發生火災時消防設備可以正常投入使用。

消防設備電源監控監控系統采用消防二總線，以建筑為單位設置區域分機采集消防設備電源狀態，區域分機通過二總線接收多臺傳感器的電壓、電流信息和開關狀態信息，以此實現對消防設備電源工作狀態的實時監視。

（9）醫院防火門監控系統解決方案

醫院防火門數量比較多，由于部分區域經常有人走動，常開常閉防火門數量都不少，防火門監控系統的作用就是監測防火門開閉狀態，在發生火災后自動關閉常開防火門，防止煙霧擴散。防火門監控系統采用消防二總線將具有通信功能的監控模塊相互連接起來，用于監測和控制防火門狀態，當防火門發生異常位置信號時，防火門監控器能發出故障報警信號，指示故障報警部位并保存故障報警信息。發生火災時，關閉事故區域所有常開防火門，防止煙霧向安全區域擴散。

（10）醫院消防應急照明和疏散指示系統解決方案

醫院人員流動性強，密度大，消防比較復雜，一旦發生火災，疏散指示系統非常重要。消防應急照明和指示系統可以和火災報警系統聯動，提供應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急預案，提升人員逃生概率。

（11）醫院有源諧波治理系統解決方案

都是諧波源，比如X光機、CT機等都會產生大量諧波，諧波使電能的生產、傳輸和利用的效率降低，使電氣設備過熱、產生振動和噪聲，并使絕緣老化，使用壽命縮短，甚至發生故障或燒毀。諧波可引起電力系統局部并聯諧振或串聯諧振，使諧波含量放大，造成電容器等設備燒毀。諧波還會引起繼電保護和自動裝置誤動作，使電能計量出現混亂。對于醫院的精密化驗設備可能會產生干擾。

為了消除配電系統諧波對醫院設備的影響，方案配置AnSinI有源濾波器，濾除電網2~31次諧波干擾。

AnSinI系列有源電力濾波裝置，以并聯方式接入電網，通過實時檢測負載的諧波和無功分量，采用PWM變流技術，從變流器中產生一個和當前諧波分量和無功分量對應的反向分量并實時注入電力系統，從而實現諧波治理和無功補償。

（12）醫院充電樁系統解決方案

醫院停車場有電動汽車和電動自行車，均需要提供充電樁。充電樁管理系統通過物聯網技術對接入系統的充電樁站點和各個充電樁進行不間斷地數據采集和監控，解決物業、用電管理部門的充電樁使用、監控問題。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。遠程充電樁系統可實時遠程完成啟動充電、強制停止、單價設置等控制指令，用戶可通過APP、微信、支付寶小程序掃描二維碼，進行支付后，系統發起充電請求，控制二維碼對應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警；能夠遠程控制，提供財務報表和數據分析等功能。

（13）醫院醫療隔離電源解決方案

《民用建筑電氣設計規范》14.7.6.3條明確規定：在電源突然中斷后，重大醫療危險的場所，應采用電力系統不接地（IT系統）的供電方式。同時《醫院潔凈手術部建筑技術規范》GB50333-2002中規定：2類醫療場所在維持患者生命，外科手術和其他位于患者周圍的電氣裝置均應采用IT系統。如：搶救室（門診手術室）、手術室、心臟監控治療室、導管介入室、血管照影檢查室等。

安科瑞電氣股份有限公司的醫療隔離電源解決方案是針對醫療Ⅱ類場所的供電需求而開發設計的，能夠很好的滿足各類手術室和重癥監護室對電源安全性和可靠性的要求，并符合國家相關標準。

6.結束語

通過醫院能耗監測平臺的建設，實現對各院各分項能耗的在線監測和動態分析，深入細致挖掘醫院用能規律，為節能診斷和改造提供量化的數據支撐和科學依據，實現醫院的節能減排和可持續發展的目標。

參考文獻：

[1] 醫院建筑能耗監管系統建設技術導則

[2] JJG 162-2009 冷水水表檢定規程

[6] 楊少飛.關于醫院能耗監管平臺實施方案的討論.

[7] 安科瑞企業微電網選型手冊2021.10版

作者簡介：

黃琴，女，現任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事醫院能源管理系統的研發與應用。