利用數據分析協助醫院科學合理運用電力能源

摘要:本文以醫院能源監管係統為(wei) 研究對象,采用智能化技術組建數據庫、構建智能化的能耗信息管理係統,實現對醫院的能源利用狀況進行實時、準確的動態監管。具體(ti) 而言,該係統建設的主要功能是對醫院的能源消耗進行采集、上報、匯總與(yu) 分析,並生成動態的數據和報表曲線,以及利用分析後的數據幫助醫院科學的利用能源,實現節能目標。

關(guan) 鍵詞:醫院；能源監管係統；數據庫；智能樓宇

1醫院能源監管係統的需求分析與(yu) 建設目標

醫院建築是高能源消耗場所,從(cong) 改善病人就診環境、提高醫院內(nei) 部管理技術手段考慮,醫院建築對空調、供熱設備的自控、計算機網絡等諸方麵都提出了更高的要求。隨著醫院提供完善的、高質量的服務,賦予其更多的則是對能源的更多需求,有資料表明,醫院的能耗是一般公共建築的1.6-2倍,因此近年來醫院的能源管理與(yu) 節能改造等日益受到重視,也是醫院降低能耗,減低運營成本的必由之路。以綜合性三甲醫院為(wei) 例分析,其日常能耗以電力需求*大,主要用於(yu) 照明、電梯、空調和通風設備等;其次醫院還以燃氣(油)等作為(wei) 主要能源,用於(yu) 供應蒸汽、熱水、消毒、洗滌、廚房等;醫院各類醫用設備要求隨時能為(wei) 病人提供檢查、運送和治療服務。綜上所述,醫院能耗有既間歇又連續的特點,各類設備使用要求多樣,同時能源負荷變動量大,運行時間長並要求控製靈活,能源供應不能間斷,需要完善的整體(ti) 自控係統、能源檢測和管理係統,以期實現有效控製、檢測和節約能源,降低運行成本。

能源監管係統建設目標如下:

(1)按照中心及附屬設施安裝工程,實現對全院各類能耗、重點能耗設備、機電係統、科室、護理單元的數據收集、分析、挖掘、優(you) 化和持續管理。優(you) 化主要能源使用和機電設備係統的運營方式,降低醫院的能源需量等級。(4)進一步完善醫院能源管理部門的管理流程和製度,培訓醫院專(zhuan) 職能源管理人員,實現對係統的日常使用和維護;借助友好人機交互方式,讓運維人員能快速完成對能耗數據的查詢、錄入、對比、統計等常用操作。

2係統組成與(yu) 架構

醫院建築能源監管係統針對醫院特點,應用信息化技術搭建的麵向管理層的節能管理平台、通過對各分類、分項能耗數據的合理采集,準確地掌握不同醫療功能的建築和重點區域的能耗,有效指導醫院能源管理,同時為(wei) 高能耗醫院建築的節能改造和能源審計提供科學依據。

如圖1所示,醫院建築能源監管係統由計量裝置、數據網關(guan) 、數據傳(chuan) 輸網絡、數據中轉站、數據服務器、管理軟件等組成。醫院將根據自身能源管理職能分工設置醫院能源監管第三方樓宇自控、設備管理係統轉發的能耗相關(guan) 數據。

采用清華大學建築節能研究中心和同方泰德聯合開發的能源監管軟件平台EMS建築節能管理平台軟件。EMS建築節能管理平台後台軟件包括:

(1)通訊係統軟件:用於(yu) 獲取數據采集器采集的計量儀(yi) 表原始數據或下一級數據中心運行維護人員對EMS建築節能管理平台運行情況進行監管。

3係統關(guan) 鍵硬件設計

3.1三相電子式智能電能表

三相電子式智能電能表主要計量低壓網絡的三相有功電表,並且使用RS485通訊功能,方便了用戶進行用電監測、集抄和管理。三相電子式智能電能表具有精度高、體(ti) 積小、安裝方便等特性。可靈活的安裝到配電箱中,可以測量電壓、電流。功率等電量以及無功電量的計量、實現了對不同區域和不同負荷的分項電能計量,統計和分析。儀(yi) 表需安裝在幹燥、通風良好並遠離熱源和強電(磁)場的地方。設備間的間距要便於(yu) 其拆卸、接線、配置和維護。電流輸入線用大於(yu) 2.5mm2多股阻燃銅線,電壓輸入線、電源線用1.5mm2多股線,RS485通信1.0mm2屏蔽雙絞線。儀(yi) 表電壓輸入回路和工作電源回路需要接入合適的保險絲(si) ,並提供一個(ge) CT短接盒,儀(yi) 表電流輸入不連接時,須保證CT不開路。智能儀(yi) 表主端子“V+"和“V-"為(wei) 供電電源接入端,三相三線接線時,接點Vn和V2須外部短接在一起,電流過大須接入互感器,從(cong) 而得到感應電流,經過電表設置的互感比,還原線路電流,避免燒壞電表。

3.2智能18luck新客户端儀(yi)

智能監控儀(yi) 采用32位浮點雙核硬件平台、實時操作係統、16位模數轉換器以及高精度電能計量等技術,產(chan) 品滿足GB/T17215.322以及GB/T19862-2005標準以及IEC61000-4-30標準要求。能夠滿足高、中、低壓高精度電能計量要求、電能質量檢測分析、電力開關(guan) 檢測與(yu) 控製等多方麵的應用要求,主要適用於(yu) 變電櫃的總計量中。L,N分別代表給裝置供電的交流電源的火線和零線,如果是直流電源供電,直流電源正極接L/DC+端子,電源負極接N/DC-端子。測量回路中,Ua,Ub,Uc,Un分別代表三相電源A相、B相、C相及中線電壓接入點。Ia,Ib,Ic分別代表三相電源電流接入點,箭頭方向指向端子代表該相電流流向監控儀(yi) ,相反則表示電流流出監控儀(yi) 。智能監控儀(yi) 有兩(liang) 路串口通訊和一路以太網通訊,本項目采用的是RS485通訊。

3.3超聲波冷熱量表

冷熱量表用於(yu) 測量及顯示水流經熱交換係統所釋放(或吸收)熱能力的計量儀(yi) 表,冷熱量表主要由計算器、配對溫度傳(chuan) 感器、流量傳(chuan) 感器等部件組成。超聲波冷熱量表主要是應用超聲波技術測量管道內(nei) 流量信息的冷熱量表,具有綜合使用成本低、計量可靠性好、管道不堵塞、不磨損,計量精確,維修方便等特點。

3.4能耗采集器

能耗采集器也叫數據采集器,該設備是能耗采集係統的一部分,負責從(cong) 計量儀(yi) 表中獲取和存儲(chu) 能耗數據和運行參數數據,並以基於(yu) IP協議承載的有線或無線方式將數據傳(chuan) 輸到數據中心的設備。本論文使用的是一款高性能的能耗采集設備。該采集器有兩(liang) 種型號,分別可采集64個(ge) 和32個(ge) 計量表具,根據現場施工環境,使用不同的采集器,從(cong) 而節省資源。保證設備的良好通風,避免放置在有腐蝕性或爆炸性氣體(ti) 或煙霧的區域,建議將設備的通風口向上放置,以保證良好的散熱。在安裝、維修和操作設備時一定要注意防止靜電。

該采集器的設計易於(yu) 安裝,通過35mm導軌安裝到機櫃或配電箱中,隻要將該采集器卡到導軌上就行了。采集器采用直流供電,使用開關(guan) 電源,將220v交流電轉換為(wei) 24v直流電,注意電源極性,錯誤接線將導致數據無法上傳(chuan) 。通訊配線連接到設備的RS485-A端和RS485-B端,如果在一個(ge) 端子中插入多根導線,確保將線擰在一起後再插入端子。采用屏蔽電纜作為(wei) 通訊線將有助於(yu) 減少通訊總線所受的電磁幹擾,增強通訊穩定性。

4係統的調試及其數據分析

4.1能耗計量儀(yi) 表的調試

能耗計量儀(yi) 表的調試,本文主要以三相電子式智能電表的調試工作為(wei) 例,其他能耗計量儀(yi) 表的調試工作相同,便不做贅述。三相智能式電表的調試,主要的設置工作為(wei) :

(1)設置波特率,設置為(wei) 能耗采集器相同的波特率9600。(2)設置Modbus地址,Modbus地址,為(wei) 了是明確終端設備在能耗采集器中位置。經過萬(wan) 用表,一般通過的電壓在5V左右,如果沒有則電路可能虛接,在端子處檢測,恢複到正常,再接入到總線中,總線中電壓應該在4V左右。這裏我們(men) 使用的是ModbusPoll軟件發送數據到三相電子式智能電表查看它反饋的數據,從(cong) 而確認了能耗計量儀(yi) 表能否正常運轉。該軟件相當於(yu) 采集器的一個(ge) 仿真,主要測試能耗計量儀(yi) 表是否正常,如若正常就反饋一些報文到電腦上,顯示一些數據。(3)設置奇偶校驗位,設置為(wei) 偶校驗,通過總線將儀(yi) 表連接到外科樓,負一樓的強電井中的能耗采集器中。

4.2能耗采集器的調試

本文中使用的是能耗采集器所對應的網關(guan) 配置軟件,通過網線接口接到交換機中,能耗采集器接入到交換機,從(cong) 而設置其網關(guan) 和添加儀(yi) 表。

4.2.1設置網關(guan)

(1)新建網關(guan) 配置,“新建"選擇網關(guan) ,DL645,便生成了初始配置;(2)打開配置文件,選擇保存位置和更改配置文件名;(3)保存網關(guan) 配置;(4)編輯配置,修改配置信息;(5)添加模塊,編輯儀(yi) 表配置,沒有配置文件的,可在網站下載相對應的網關(guan) 配置文件,找到儀(yi) 表對應的型號,顯示儀(yi) 表的ID。

4.2.2設置采集器

(1)新建采集器配置,選擇“采集器",顯示初始設置,選擇保存。(2)打開配置,更改配置文件的名字,便於(yu) 查找,然後編輯配置,更改全局配置。(3)設置總線參數,選擇645總線協議標準,設置波特率,更新周期,總線數據位,總線校驗位,總線停止位。(4)總線下麵添加表具,本文隻是使用Modbus協議的儀(yi) 表,*後生成配置文件。

4.2.3下載配置

將配置好的網關(guan) ,通過串口,輸入到采集器中。選擇電腦中的com口,在軟件中“主頁"界麵開始下載配置,在設置采集器中的設置,選擇網關(guan) 使用的協議,本文使用的是Modbus協議,這樣就可以設置好能耗采集器。

4.3終端數據的采集及其分析

4.3.1能源數據分析報表服務

能源數據分析報表根據醫院日常運營管理需求,每個(ge) 月根據係統能耗數據為(wei) 醫院提供能源分析報表。該服務是借助實時監測的大部分運行能耗數據,使醫院能耗管理人員能實時掌握能源係統運行情況,對運行做出合理的調整策略。幫助建築用戶實現能源係統由粗放型管理轉變為(wei) 精細型、科學化管理。幫助建築用戶實現對能源係統的低效率、準故障運行的診斷、提高能源係統的運行可靠;持續性地為(wei) 建築用戶提供建築能源係統*優(you) 運行策略。

4.3.2全麵能源數據分析報告服務

全麵能源數據分析報告服務每兩(liang) 個(ge) 月對能源數據進行初步分析,找出解決(jue) 問題的行動方案,同時出具用能漏洞分析及設備升級改造報告。對能源數據進行深入分析挖掘,找出設備運行的*優(you) 方案,同時出具有詳細數據支撐的用能分析及係統升級改造報告。該服務根據能耗的實時使用情況對該建築的月能耗進行分項分區域對比分析,工作時段與(yu) 非工作時段的對比,並按照用能評分標準進行評分,*後由智能專(zhuan) 家係統給出建築用能診斷。專(zhuan) 家組再根據這

些信息給出建築節能建議。

能源數據分析報告對接入醫院能耗監測平台的所有建築,月度和年度自動對建築物能耗運行情況進行智能診斷,並生成全麵的能耗數據分析報告,診斷內(nei) 容如下:(1)建築能耗評價(jia) ;(2)建築單位平米能耗與(yu) 其他同類型建築的對比;(3)建築工作時間段與(yu) 非工作時間段對比圖;(4)建築各重點用能區域月能耗與(yu) 去年、上月同期對比;(5)建築分項月能耗與(yu) 去年、上月同期對比;(6)智能能耗診斷意見;(7)可加入專(zhuan) 家診斷。

5.AcrelEMS-MED醫院能源管理平台

5.1平台概述

AcrelEMS-MED醫院能源管理平台充分結合《醫療建築電氣設計規範》《綠色醫院建築評價(jia) 標準》、《醫院建築能耗監管係統建設技術導則》等行業(ye) 規範、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(guan) 指標以及其他用能指標，並與(yu) 國家能源政策與(yu) 用能模式改革結合。能夠輔助醫院後勤管理人員進行能源供應係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(wei) 醫院能源信息化建設和節能管理提供了良好的技術平台。

5.2平台組成

安科瑞醫院能源管理係統建立基於(yu) 雲(yun) 平台的“監、控、維"一體(ti) 化的能源管理係統，從(cong) 數據采集、設備控製、數據分析、異常預警、運維派單、係統架構和綜合數據服務等方麵的設計，幫助醫院後勤管理部門了解醫院能源運行情況，關(guan) 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18luck新客户端係統、變電所運維雲(yun) 平台，配電房綜合監控係統，能耗管理係統，智能照明控製係統，智慧消防平台，電氣火災監控係統，消防設備電源監控係統，防火門監控係統，消防應急照明和疏散指示係統，充電樁管理係統，電能質量治理解決(jue) 方案，醫療隔離電源解決(jue) 方案，

5.3平台拓撲圖

5.4平台子係統

（1）醫院18luck新客户端解決(jue) 方案

18luck新客户端係統實現對變壓器、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，並與(yu) 保護設備和遠方控製中心及其他設備通信，實時掌握供電係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。

18luck新客户端係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(yi) 表進行保護和監控，對0.4kV出線配置多功能計量儀(yi) 表，用於(yu) 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(chang) 裝置、有源濾波裝置、UPS、隔離電源係統狀態進行監測。

（2）醫院變電所運維雲(yun) 平台解決(jue) 方案

AcrelCloud-1000電力運維雲(yun) 平台采用多功能電力傳(chuan) 感器、無線通信、邊緣計算網關(guan) 及大數據分析技術，通過智能網關(guan) 采集現場數據並存儲(chu) 在本地，再定時向雲(yun) 平台推送數據。平台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(nei) 通過短信和APP發出告警信號。平台通過手機APP下發運維任務人員手機上，並通過GPS跟蹤運維執行過程進行閉環，提高運維效率，即時發現運行缺陷並做消缺處理。

（3）醫院配電房綜合監控係統解決(jue) 方案

Acrel-2000E配電室綜合監控係統，可實現開關(guan) 櫃運行監控、高壓開關(guan) 櫃帶電顯示、母線及電纜測溫監測、環境溫濕度監測、有害氣體(ti) 監測、安防監控，可對燈光、風機、除濕機、空調控製等設備進行聯動控製。實現動力環境各數據的檢測與(yu) 設備控製，優(you) 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）醫院能耗管理係統解決(jue) 方案

對建築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築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係統的基本框架，對各個(ge) 用能環節進行實時監測；

②　排碳數據化：通過係統可實現建築單位內(nei) 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：實現建築單位內(nei) 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麵積能耗和人均能耗指標；

⑥　能耗競爭(zheng) 排名：各個(ge) 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，並根據能耗監測管理係統的需要可選擇不同樣式報表的打印。為(wei) 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，並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(yi) 表故障進行報警，提高係統信息化、自動化水平。

（5）醫院智能照明控製係統解決(jue) 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製係統，在提升醫生和患者的體(ti) 驗情況下大程度使用自然光照明，通過感應控製做到人來燈亮，人走燈滅或保持地強度照明，盡量解決(jue) 照明用電。

ASL1000智能照明控製係統可以實現場景控製、時間控製、區域控製、光照度感應控製以及紅外感應控製等多種控製方式，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。

係統在配電箱內(nei) 的模塊主要有總線電源、開關(guan) 驅動器、IP網關(guan) 、耦合器、幹接點輸入模塊等。這些模塊使用35mm標準導軌安裝。

安裝在控製現場的模塊主要有光照度傳(chuan) 感器、紅外傳(chuan) 感器和智能麵板。有人經過可以設定紅外感應控製亮燈，人離開後在設定的時間內(nei) 熄燈，智能麵板等手動控製設備，可實現自動控製、現場控製和值班室遠程控製相結合。

（6）醫院智慧消防平台解決(jue) 方案

智慧消防雲(yun) 平台基於(yu) 物聯網、大數據、雲(yun) 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，並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，通過雲(yun) 平台進行數據分析、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"、“係統化"需求。從(cong) 火災預防，到火情報警，再到控製聯動，在統一的係統大平台內(nei) 運行，用戶、安保人員、監管單位都能夠通過平台直觀地看到每一棟建築物中各類消防設備和傳(chuan) 感器的運行狀況，並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(nei) ，相關(guan) 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(guan) 人員。

（7）醫院電氣火災監控係統解決(jue) 方案

電氣火災監控係統作為(wei) 火災自動報警係統的預警子係統，由電氣火災監控主機、電氣火災監控單元、剩餘(yu) 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係統，數據可集成至企業(ye) 消控室監控係統。

醫院電氣火災監控係統以建築為(wei) 單位設置，采集數據後上傳(chuan) 至值班室監控主機，實現對建築電氣安全預警。現場設置的傳(chuan) 感器監測配電係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(guan) 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係統解決(jue) 方案

醫院消防安全非常重要，消防設備比較多，消防設備電源監控係統主要功能就是用於(yu) 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係統采用消防二總線，以建築為(wei) 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台傳(chuan) 感器的電壓、電流信息和開關(guan) 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）醫院防火門監控係統解決(jue) 方案

醫院防火門數量比較多，由於(yu) 部分區域經常有人走動，常開常閉防火門數量都不少，防火門監控係統的作用就是監測防火門開閉狀態，在發生火災後自動關(guan) 閉常開防火門，防止煙霧擴散。防火門監控係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，用於(yu) 監測和控製防火門狀態，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，指示故障報警部位並保存故障報警信息。發生火災時，關(guan) 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係統解決(jue) 方案

醫院人員流動性強，密度大，消防比較複雜，一旦發生火災，疏散指示係統非常重要。消防應急照明和指示係統可以和火災報警係統聯動，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，並可以一鍵選擇疏散應急預案，提升人員逃生概率。

安科瑞侯文莉