淺談醫院智能配電能效平臺在能耗管理的創新應用

黃琴

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：本文通過分析既有醫院建筑能源消耗情況，以北京某專科醫院B醫院為研究對象，統計分析其2015-2019年能源消費情況，結合數據及相關措施分析，提出在做好能源數據監控與統計的基礎上，實施有效的系統性技術節能與管理節能措施，不斷提升現代醫院能源管理水平，實現節能降耗降本增效的目標。

關鍵詞：現代醫院管理能耗分析節能措施

1引言

資源的日益消耗和環境保護帶來的壓力是制約我國長遠發展的重要瓶頸，節能降耗是我國能源發展方面的基本國策，而需求側的節能降耗儼然已是重要的解決途徑。隨著可持續發展理念不斷深入人心，建設節約型醫院的概念已逐漸普及，2017年開始我國相繼出臺《關于建設現代醫院管理制度的指導意見》和《關于開展建立現代醫院管理制度試點的通知》，明確了醫院節能降耗工作要求，并將“降低萬元收入能耗支出"納入三級公立醫院績效考核指標中，節能工作的有效開展成為衡量醫院運營效益的重要指標，也是*醫療體制改革的重要保障。

另一方面，醫療建筑結構復雜，醫療設施設備種類繁多，因對生命質量和生命安全的特殊需求，眾多用能設施需全天24小時不間斷工作，在醫院運行中存在大量的能源和資源消耗，能耗量遠遠超過一般建筑物能耗。因此，在保障醫療服務運行穩定，又滿足醫療服務不斷增長需求的同時做好節能降耗工作，是對醫療機構能源管理的重大挑戰。更由于自2020年以來受疫情影響，醫院整體診療量下滑，在營收額降低和防疫帶來的成本上升的雙重影響下，醫療機構作為重點用能單位更需要節能增效、降低成本，故做好能源成本精細化管理應成為現代醫院經營管理的重要工作之一。本文以B醫院能源統計數據為基礎，對醫院用能情況進行了詳細分析及節能增效措施探討。

2 B醫院及建筑基本情況

B醫院是一所集醫療、教學、科研、預防和保健于一體的全面發展的三級甲等口腔專科醫院。作為全國僅有的兩個口腔醫學（一級學科）先進。2019年門急診服務群眾176.02萬人次，年收治住院病人7796人。醫院建筑面積60285平方米，主要建筑物包括門診樓、綜合樓、科研樓、教學樓、行政樓及洗衣房、食堂等。

3 B醫院能耗分析

1. 能源消耗的構成及總量

為了便于統計分析醫院的能源消費情況，將不同種類能源參照GB/T2589-2008《綜合能耗計算通則》折算成標準煤，折算系數如表1所示。

由于B醫院2020年受肺炎疫情影響，業務量及各項能耗整體下降，相應數據不具有代表性，在此不做分析。本文對B醫院2015-2019年能源消費情況進行整理統計（見表2），由圖1可以看出，醫院自2015年至2019年能源消耗總量呈逐年降低趨勢，降低率為2.3%，2019年較2015年共降低22.92%。由圖2可以看出，醫院能耗能源構成以市政熱力、電和天然氣為主，分別占醫院總能耗的44%、31%和24%，其他種類能源消耗量僅占醫院總能耗的1%。

1. B醫院資源投入及服務產出的能耗評價

由圖3和圖4數據可見，B醫院2015-2019年的人均能耗和平均業務量能耗都是呈逐年降低的趨勢，2019年數據相較于2015年分別降低了31%和33%，均大于醫院能源消耗總量的降低率。說明醫院的整體是在不斷發展的，無論是院內職工人數作為醫院的資源投入，還是院內業務量作為醫院的服務產出都在穩步增長。故可以排除醫院規模減小或某些相關條件作為影響因素給數據分析帶來干擾。

1. 能源費用支出

由圖5可知，2015-2019年B醫院能源費用從1427.54萬元降低至1341.89萬元，減少了6.0%。由圖6得出，醫院電費、市政熱力費、天然氣費和水費的支出，分別占能源支出的55%、22%、13%和9%，是主要能源費用支出的四類項目；其他能源支出總和占比1%。根據近年來國務院發布的《關于建設現代醫院管理制度的指導意見》《關于開展建立現代醫院管理制度試點的通知》及《關于加強三級公立醫院績效考核工作的意見》等文件精神，反映醫院節能降耗工作情況的“降低萬元收入能耗支出"指標成為公立醫院績效考核指標之一，通過圖7數據可知，B醫院在5年間萬元收入能耗支出逐年下降，2019年相較于2015年降低了53.13%。

4 B醫院節能舉措

上文提到，B醫院能源費用種類構成以市政熱力、電、天然氣和水為主，四者在醫院能源費用的占比高達99%。因此，若要降低醫院能耗支出，實現節能降耗，必然要在這四類能源應用方面開展節能舉措。根據節能途徑的不同，節能措施可以分為：技術節能與管理節能。前者是通過采用技術手段，提高能源利用效率，達到節能目的；后者是實行科學管理及力求經濟結構省能化，合理組織生產降低能耗。

1. 技術節能措施

在節電方面：醫院針對現有的38臺開水器，加裝自控裝置避免無效加熱，減少了日均耗電量。此舉每年可節約電量20.52萬度，電費按0.94元/度計算，年節約電費19.29萬元；醫院還將電閘重新規劃，為每個辦公室或診室設立獨立電閘或電源，避免一閘多管，節約用電。此外，醫院通過將全部扶梯由雙速控制變為三速控制等一系列輔助措施，做到應改盡改，以達到節約用電的效果。

在天然氣技術節能方面：院內天然氣的使用部門有鍋爐房、職工食堂、營養食堂三個部門，而鍋爐房的燃氣使用量占總量的絕大多數，達到90%，故而欲降低天然氣的能耗，須對鍋爐的整體系統進行節能改造。為實現節能減排，鍋爐房自2016年下半年至2017上半年進行整體改造，使用了更為節能的燃燒機及鍋爐配套系統，并對院內輸氣系統跑冒滴漏的部分進行更新。通過改造2015-2019年醫院天然氣能源消耗從989.22tce下降到640.73tce，表4為改造前后鍋爐房天然氣使用量。

在市政熱力節能方面：市政熱力主要為醫院提供生活熱水、冬季空調熱源及暖氣熱水。醫院住院病房區設有獨立浴室，病人住院期間洗浴用水沒有任何限制，生活熱水浪費情況時有發生，造成了醫院不必要的運營成本。為此醫院在病房浴室內增加了IC卡水控制消費系統，患者持卡每日定量消費。同時，將普通沐浴花灑改為空氣注入式沐浴花灑，空氣與水的比例為1:3，既達到節約熱水的目的，又不影響使用體驗。此外醫院近年來通過不斷對全院老舊管路及閥門進行更換、普通龍頭改用節水龍頭等措施，減少跑冒滴漏事故的發生，避免維修時需要對整層樓進行泄水從而造成的大量水及熱能資源的浪費。2015-2019年間市政熱力能源消耗從1758.38tce下降到1183.43tce，節能效果好。

在節水減排方面：醫院對原有的直飲水處理控制系統進行了全面自動化升級，增加了智能化的變頻控制系統，同時對陳舊腐蝕嚴重的管線進行了更換，并將管線進行了合理化布局，不僅提升了直飲水水質，還大大降低了系統跑冒滴漏等故障的發生頻率，以降低水資源的浪費。此外上述病房熱水IC卡控制舉措據測算也可節約用水2525.11m3。

1. 管理措施

將節能降耗內容納入科室績效考核指標中。根據科室節能工作響應度及完成情況，與科室考核相掛鉤，節能工作完成情況與年終科室評優掛鉤，進而加強院內全體職工的重視程度，將節能工作真正納入醫院管理常態工作中。

設立科室節能管理員。為將醫院節能降耗的長遠目標落實到科室與個人，醫院每個科室都設立一名節能管理員，負責傳達及落實醫院各項節能工作的計劃、指令、政策，推進醫院節能制度與措施在各個科室的落實。同時組織科室人員學習正確使用能源，對于耗能設備設施出現的問題能夠及時發現并通知相關維修人員，對科室內不合理的用能方式及時制止，防止用能浪費的現象發生。在宣講方面協助醫院進行節能宣傳教育，總結交流，推廣節能經驗，將節能管理工作形成院—科—個人的結構層次，充分發揮各層級主觀能動性。

強化節能減排宣傳。每年6月全國節能宣傳周，醫院充分響應號召，開展全院節能宣傳活動，發放節能環保手冊和節能法規政策手冊等宣傳文件。召開節能管理培訓會，邀請院外專家面向全院節能管理員及相關職工進行節能培訓，科普并答疑探討節能降耗常識，起到了良好宣傳作用。

開展全院清潔生產審核工作。醫院為了響應政府號召推廣服務業清潔生產審核工作，也為了全面系統地分析醫院在能源管理中存在的問題，醫院于2018年起開展清潔生產審核工作，并在2019-2021年針對審核產生的全部改進方案部署實施，制訂了新一輪清潔生產審核工作計劃、方案實施計劃及職工的培訓計劃，其中，中高費項目包括直飲水系統改造項目、污水處理站升級改造項目、冷水機組改造項目、能源監管系統改造升級工程、LED燈具改造，以此來保證清潔生產的實施效果。對照《B醫院清潔生產技術指標》表，方案實施后醫院所有指標限定值達到清潔生產三級水平。同時建立清潔生產管理制度及獎勵辦法，增加員工節能減排的積極性。

5 AcrelEMS-MED醫院能源管理平臺

5.1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。

5.2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全面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。

5.3平臺拓撲圖

5.4平臺子系統

5.4.1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。

5.4.2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下發運維任務到工作人員手機上，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。

5.4.3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。

5.4.4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。

5.4.5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。

5.4.6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。

5.4.7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，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。

5.4.8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。

5.4.9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。

5.4.10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。

5.4.11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。

5.4.12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。

5.4.13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

未來醫院能源管理的趨勢將是依靠智能樓宇控制節能技術，以信息數據為依據，實時監控、遠程跟蹤為特征的管理新模式。依據系統運行記錄與實測結果進行數據分析診斷，查找具有節能潛力的環節，提出可行性改造方案。在加強技術性能源監管的同時，將節能宣傳培訓考核日常化，培養職工的節約意識，養成良好用能習慣。只有技術與管理兩手抓，節能意識升上去，才能讓醫院能耗降下來，為醫護工作者及病患創造更為安全、高效、舒適的環境。參考文獻

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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