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浅谈医院智能配电能效平台在能耗管理的创新应用

更新时间:2023-11-09 点击次数:111

摘要:本文通过分析既有医院建筑能源消耗情况,以北京某专科医院B医院为研究对象,统计分析其2015-2019年能源消费情况,结合数据及相关措施分析,提出在做好能源数据监控与统计的基础上,实施有效的系统性技术节能与管理节能措施,不断提升现代医院能源管理水平,实现节能降耗降本增效的目标。

关键词:现代医院管理能耗分析节能措施

1引言

资源的日益消耗和环境保护带来的压力是制约我国长远发展的重要瓶颈,节能降耗是我国能源发展方面的基本国策,而需求侧的节能降耗俨然已是重要的解决途径。随着可持续发展理念不断深入人心,建设节约型医院的概念已逐渐普及,2017年开始我国相继出台《关于建设现代医院管理制度的指导意见》和《关于开展建立现代医院管理制度试点的通知》,明确了医院节能降耗工作要求,并将“降低万元收入能耗支出"纳入三级公立医院绩效考核指标中,节能工作的有效开展成为衡量医院运营效益的重要指标,也是完善医疗体制改革的重要保障。

另一方面,医疗建筑结构复杂,医疗设施设备种类繁多,因对生命质量和生命安全的特殊需求,众多用能设施需全天24小时不间断工作,在医院运行中存在大量的能源和资源消耗,能耗量远远超过一般建筑物能耗。因此,在保障医疗服务运行稳定,又满足医疗服务不断增长需求的同时做好节能降耗工作,是对医疗机构能源管理的重大挑战。更由于自2020年以来受疫情影响,医院整体诊疗量下滑,在营收额降低和防疫带来的成本上升的双重影响下,医疗机构作为重点用能单位更需要节能增效、降低成本,故做好能源成本精细化管理应成为现代医院经营管理的重要工作之一。本文以B医院能源统计数据为基础,对医院用能情况进行了详细分析及节能增效措施探讨。

2 B医院及建筑基本情况

B医院是一所集医疗、教学、科研、预防和保健于一体的全面发展的三级甲等口腔专科医院。作为全国仅有的两个口腔医学(一级学科)先进。2019年门急诊服务群众176.02万人次,年收治住院病人7796人。医院建筑面积60285平方米,主要建筑物包括门诊楼、综合楼、科研楼、教学楼、行政楼及洗衣房、食堂等。

3 B医院能耗分析

  1. 能源消耗的构成及总量

为了便于统计分析医院的能源消费情况,将不同种类能源参照GB/T2589-2008《综合能耗计算通则》折算成标准煤,折算系数如表1所示。

由于B医院2020年受肺炎疫情影响,业务量及各项能耗整体下降,相应数据不具有代表性,在此不做分析。本文对B医院2015-2019年能源消费情况进行整理统计(见表2),由图1可以看出,医院自2015年至2019年能源消耗总量呈逐年降低趋势,降低率为2.3%,2019年较2015年共降低22.92%。由图2可以看出,医院能耗能源构成以市政热力、电和天然气为主,分别占医院总能耗的44%、31%和24%,其他种类能源消耗量仅占医院总能耗的1%。

  1. B医院资源投入及服务产出的能耗评价

由图3和图4数据可见,B医院2015-2019年的人均能耗和平均业务量能耗都是呈逐年降低的趋势,2019年数据相较于2015年分别降低了31%和33%,均大于医院能源消耗总量的降低率。说明医院的整体是在不断发展的,无论是院内职工人数作为医院的资源投入,还是院内业务量作为医院的服务产出都在稳步增长。故可以排除医院规模减小或某些相关条件作为影响因素给数据分析带来干扰。

  1. 能源费用支出

由图5可知,2015-2019年B医院能源费用从1427.54万元降低至1341.89万元,减少了6.0%。由图6得出,医院电费、市政热力费、天然气费和水费的支出,分别占能源支出的55%、22%、13%和9%,是主要能源费用支出的四类项目;其他能源支出总和占比1%。根据近年来国务院发布的《关于建设现代医院管理制度的指导意见》《关于开展建立现代医院管理制度试点的通知》及《关于加强三级公立医院绩效考核工作的意见》等文件精神,反映医院节能降耗工作情况的“降低万元收入能耗支出"指标成为公立医院绩效考核指标之一,通过图7数据可知,B医院在5年间万元收入能耗支出逐年下降,2019年相较于2015年降低了53.13%。

4 B医院节能举措

上文提到,B医院能源费用种类构成以市政热力、电、天然气和水为主,四者在医院能源费用的占比高达99%。因此,若要降低医院能耗支出,实现节能降耗,必然要在这四类能源应用方面开展节能举措。根据节能途径的不同,节能措施可以分为:技术节能与管理节能。前者是通过采用技术手段,提高能源利用效率,达到节能目的;后者是实行科学管理及力求经济结构省能化,合理组织生产降低能耗。

  1. 技术节能措施

在节电方面:医院针对现有的38台开水器,加装自控装置避免无效加热,减少了日均耗电量。此举每年可节约电量20.52万度,电费按0.94元/度计算,年节约电费19.29万元;医院还将电闸重新规划,为每个办公室或诊室设立独立电闸或电源,避免一闸多管,节约用电。此外,医院通过将全部扶梯由双速控制变为三速控制等一系列辅助措施,做到应改尽改,以达到节约用电的效果。

在天然气技术节能方面:院内天然气的使用部门有锅炉房、职工食堂、营养食堂三个部门,而锅炉房的燃气使用量占总量的绝大多数,达到90%,故而欲降低天然气的能耗,须对锅炉的整体系统进行节能改造。为实现节能减排,锅炉房自2016年下半年至2017上半年进行整体改造,使用了更为节能的燃烧机及锅炉配套系统,并对院内输气系统跑冒滴漏的部分进行更新。通过改造2015-2019年医院天然气能源消耗从989.22tce下降到640.73tce,表4为改造前后锅炉房天然气使用量。

在市政热力节能方面:市政热力主要为医院提供生活热水、冬季空调热源及暖气热水。医院住院病房区设有独立浴室,病人住院期间洗浴用水没有任何限制,生活热水浪费情况时有发生,造成了医院不必要的运营成本。为此医院在病房浴室内增加了IC卡水控制消费系统,患者持卡每日定量消费。同时,将普通沐浴花洒改为空气注入式沐浴花洒,空气与水的比例为1:3,既达到节约热水的目的,又不影响使用体验。此外医院近年来通过不断对全院老旧管路及阀门进行更换、普通龙头改用节水龙头等措施,减少跑冒滴漏事故的发生,避免维修时需要对整层楼进行泄水从而造成的大量水及热能资源的浪费。2015-2019年间市政热力能源消耗从1758.38tce下降到1183.43tce,节能效果好。

在节水减排方面:医院对原有的直饮水处理控制系统进行了全面自动化升级,增加了智能化的变频控制系统,同时对陈旧腐蚀严重的管线进行了更换,并将管线进行了合理化布局,不仅提升了直饮水水质,还大大降低了系统跑冒滴漏等故障的发生频率,以降低水资源的浪费。此外上述病房热水IC卡控制举措据测算也可节约用水2525.11m3。

  1. 管理措施

将节能降耗内容纳入科室绩效考核指标中。根据科室节能工作响应度及完成情况,与科室考核相挂钩,节能工作完成情况与年终科室评优挂钩,进而加强院内全体职工的重视程度,将节能工作真正纳入医院管理常态工作中。

设立科室节能管理员。为将医院节能降耗的长远目标落实到科室与个人,医院每个科室都设立一名节能管理员,负责传达及落实医院各项节能工作的计划、指令、政策,推进医院节能制度与措施在各个科室的落实。同时组织科室人员学习正确使用能源,对于耗能设备设施出现的问题能够及时发现并通知相关维修人员,对科室内不合理的用能方式及时制止,防止用能浪费的现象发生。在宣讲方面协助医院进行节能宣传教育,总结交流,推广节能经验,将节能管理工作形成院—科—个人的结构层次,充分发挥各层级主观能动性。

强化节能减排宣传。每年6月全国节能宣传周,医院充分响应号召,开展全院节能宣传活动,发放节能环保手册和节能法规政策手册等宣传文件。召开节能管理培训会,邀请院外专家面向全院节能管理员及相关职工进行节能培训,科普并答疑探讨节能降耗常识,起到了良好宣传作用。

开展全院清洁生产审核工作。医院为了响应政府号召推广服务业清洁生产审核工作,也为了全面系统地分析医院在能源管理中存在的问题,医院于2018年起开展清洁生产审核工作,并在2019-2021年针对审核产生的全部改进方案部署实施,制订了新一轮清洁生产审核工作计划、方案实施计划及职工的培训计划,其中,中高费项目包括直饮水系统改造项目、污水处理站升级改造项目、冷水机组改造项目、能源监管系统改造升级工程、LED灯具改造,以此来保证清洁生产的实施效果。对照《B医院清洁生产技术指标》表,方案实施后医院所有指标限定值达到清洁生产三级水平。同时建立清洁生产管理制度及奖励办法,增加员工节能减排的积极性。

5 AcrelEMS-MED医院能源管理平台

5.1平台概述

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。

5.2平台组成

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全面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。

5.3平台拓扑图

5.4平台子系统

5.4.1医院电力监控解决方案

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。

 

5.4.2医院变电所运维云平台解决方案

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。平台通过手机APP下发运维任务到工作人员手机上,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。

5.4.3医院配电房综合监控系统解决方案

Acrel-2000E配电室综合监控系统,可实现开关柜运行监控、高压开关柜带电显示、母线及电缆测温监测、环境温湿度监测、有害气体监测、安防监控,可对灯光、风机、除湿机、空调控制等设备进行联动控制。实现动力环境各数据的检测与设备控制,优化动力环境,避免运行环境的失控导致配电设备运行故障,保证维护人员安全,延长设备使用寿命,实现配电动力环境的分布式远程管理。

5.4.4医院能耗管理系统解决方案

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。

5.4.5医院智能照明控制系统解决方案

医院人流比较密集,科室较多,照明用电在医院电能消耗中约占到15%左右。所以合理使用照明控制系统,在提升医生和患者的体验情况下大程度使用自然光照明,通过感应控制做到人来灯亮,人走灯灭或保持地强度照明,尽量解决照明用电。

ASL1000智能照明控制系统可以实现场景控制、时间控制、区域控制、光照度感应控制以及红外感应控制等多种控制方式,能有效避免公共区域的照明浪费,还可以帮助医院管理照明。

系统在配电箱内的模块主要有总线电源、开关驱动器、IP网关、耦合器、干接点输入模块等。这些模块使用35mm标准导轨安装。

安装在控制现场的模块主要有光照度传感器、红外传感器和智能面板。有人经过可以设定红外感应控制亮灯,人离开后在设定的时间内熄灯,智能面板等手动控制设备,可实现自动控制、现场控制和值班室远程控制相结合。

5.4.6医院智慧消防平台解决方案

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手机短信、语音电话、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。

5.4.7医院电气火灾监控系统解决方案

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。

5.4.8医院消防设备电源监控系统解决方案

医院消防安全非常重要,消防设备比较多,消防设备电源监控系统主要功能就是用于监测消防设备的工作电源是否正常,保障在发生火灾时消防设备可以正常投入使用。

消防设备电源监控监控系统采用消防二总线,以建筑为单位设置区域分机采集消防设备电源状态,区域分机通过二总线接收多台传感器的电压、电流信息和开关状态信息,以此实现对消防设备电源工作状态的实时监视。

5.4.9医院防火门监控系统解决方案

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。

5.4.10医院消防应急照明和疏散指示系统解决方案

医院人员流动性强,密度大,消防比较复杂,一旦发生火灾,疏散指示系统非常重要。消防应急照明和指示系统可以和火灾报警系统联动,提供应急照明和疏散路径指示,指引人群快速找到疏散出口,并可以一键选择疏散应急预案,提升人员逃生概率。

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5.4.11医院有源谐波治理系统解决方案

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。

5.4.12医院充电桩系统解决方案

医院停车场有电动汽车和电动自行车,均需要提供充电桩。充电桩管理系统通过物联网技术对接入系统的充电桩站点和各个充电桩进行不间断地数据采集和监控,解决物业、用电管理部门的充电桩使用、监控问题。电动自行车充电可采用投币、扫码充电方式,电动汽车支持IC卡和扫码充电方式。远程充电桩系统可实时远程完成启动充电、强制停止、单价设置等控制指令,用户可通过APP、微信、支付宝小程序扫描二维码,进行支付后,系统发起充电请求,控制二维码对应的充电桩完成电动汽车的充电过程。同时对各类故障如充电机过温保护、充电机输入输出过压、欠压、绝缘检测故障等一系列故障进行预警;能够远程控制,提供财务报表和数据分析等功能。

5.4.13医院医疗隔离电源解决方案

《民用建筑电气设计规范》14.7.6.3条明确规定:在电源突然中断后,重大医疗危险的场所,应采用电力系统不接地(IT系统)的供电方式。同时《医院洁净手术部建筑技术规范》GB50333-2002中规定:2类医疗场所在维持患者生命,外科手术和其他位于患者周围的电气装置均应采用医用IT系统。如:抢救室(门诊手术室)、手术室、心脏监控治疗室、导管介入室、血管照影检查室等。

安科瑞电气股份有限公司的医疗隔离电源解决方案是针对医疗Ⅱ类场所的供电需求而开发设计的,能够很好的满足各类手术室和重症监护室对电源安全性和可靠性的要求,并符合国家相关标准。

5.5相关平台部署硬件选型清单

5.5.1电力监控系统硬件配置

应用场合

名称

系列型号

图片

功能

系统后台

电力监控软件

Acrel-2000/Z

33

数据的实时采集、数字通信、远程操作与程序拉制、权限管理、車件记录与告營、故障分析、各类报表

通讯层

智能网关

Anet系列

7139f12e07361e836aa17232f4cee88

8个RS485串口2kV隔离,2个以太网接口,支持ModbusRTU、IEC-60870-5-101/103/104、CJ/T188、DL/T645等通讯协议设备的接入,支持ModbusRTU、ModbusTCP、IEC-60870-5-104等上传协议、支持多中心不同数据服务要求,支持断点续传,装置电源:220VAC/DC。

35KV、10KV

微机保护装置

AM6-x

AM5SE

相间电流速断保护,相间电流速断保护(可带低压闭锁),相间过电流保护(可带低压闭锁),两段式零序过流保护,反时限相间过流保护(可带低压闭锁),零序反时限过流保护,过负荷保护,控制回路异常告警。

35KV\10KV进线侧

电能质量在线监测装置

APView500

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相电压电流+零序电压零序电流,电压电流不平衡度,有功无功功率及电能、事件告警及故障录波,谐波(电压/电流63次谐波、63组间谐波、谐波相角、谐波含有率、谐波功率、谐波畸变率、K因子)、波动/闪变、电压暂升、电压暂降、电压瞬态、电压中断、1024点波形采样、触发及定时录波,波形实时显示及故障波形查看,PQDIF格式文件存储,内存32G,16D0+22D1,通讯2RS485+1RS232+1GPS,3以太网接口(+1维护网口)+1USB接口支持U盘读取数据,支持61850协议。

35KV/10KV测量

多功能网络电力仪表

APM-520

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具有三相(I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ)、电能统计、电能质
量分析(包括谐波、间谐波、闪变)、故障录波功能(包括电压暂升暂降中断、冲击电流等记录)、事件记录功
能及网络通讯等功能,主要用于电网供电质量的综合监控。该系列仪表配有功能丰富的DI/DO模块、AO模
块、无线通讯模块、漏电测温模块,可以灵活实现电气回路全电量测量及开关状态监控

35KV\10KV带电显示装置

智能操控装置

ASD500

ASD320

5寸大液晶彩屏动态显示一次模拟图及弹簧储能指示、高压带电显示及闭锁、验电、核相、3路温温度控制及显示、远方/就地、分合闸、储能旋钮预分预合闪光指示、分合闸完好指示、分合闸回路电压测量、人体感应、柜内照明控制、1路以太网、2路RS485、1路USB接口、GPS对时、高压柜内电气接点无线测温、全电参量测温、脉冲输出、4~20mA输出;

35KV\10KV弧光保护

弧光保护装置

ARB5-x

主控单元,可接20路弧光信号或4个扩展单元,配置弧光保护(8组)、失灵保护(4组)、TA断线监测(4组)、11个跳闸出口;
扩展单元,多可以插接6块扩展插件,每个扩展插件可以采集5路弧光信号:
弧光探头,可安装于中压开关柜的母线室、断路器室或电缆室,也可于低压柜。弧光探头的检测范围为180°,半径0.5m的扇形区域;

35KV\10KV配电柜

无线测温

ATE400(PT柜选用ATE200)

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监测母线、线缆接头、断路器触臂、触头温度,可通过无线传输至ASD320就地显示,也可以上传至监控系统。电源分为内置电池式和感应取电式,固定方式有螺栓固定,表带式捆绑,测温范围-50℃-125℃,精度±1℃

0.4KV进线

多功能网络电力仪表

APM-520(96外型)

1d2680370935614b2a0d449bd47e58e

具有三相(I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ)、电能统计、电能质
量分析(包括谐波、间谐波、闪变)、故障录波功能(包括电压暂升暂降中断、冲击电流等记录)、事件记录功
能及网络通讯等功能,主要用于电网供电质量的综合监控。该系列仪表配有功能丰富的DI/DO模块、AO模
块、无线通讯模块、漏电测温模块,可以灵活实现电气回路全电量测量及开关状态监控











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