摘要：為減少醫(yī)療建筑能耗，優(yōu)化醫(yī)院能源管理，基于智慧醫(yī)院的要求，通過(guò)分析廣州市番禺區(qū)某醫(yī)院的能耗特性，對(duì)醫(yī)院空調(diào)系統(tǒng)、空調(diào)與窗戶聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)、屋頂光伏系統(tǒng)等智能樓宇分系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能建模分析，建議采取醫(yī)院信息化建設(shè)、可再生能源改造、精細(xì)化管理等措施，預(yù)計(jì)實(shí)施后每年可以節(jié)約用電256萬(wàn)kW·h，相當(dāng)于節(jié)省315t標(biāo)準(zhǔn)煤，減少CO2排放量873t，對(duì)于城市既有醫(yī)療建筑的節(jié)能改進(jìn)和能源智慧管理具有較強(qiáng)的示范作用。

關(guān)鍵詞：智慧醫(yī)院；綜合智能樓宇；精細(xì)化管理；節(jié)能減排；光伏發(fā)電

0引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)的能源消費(fèi)呈現(xiàn)增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。據(jù)統(tǒng)計(jì)2018年全國(guó)建筑運(yùn)行能耗達(dá)到10億t標(biāo)準(zhǔn)煤，占全國(guó)能源消費(fèi)總量比重為21.7%，碳排放21.1億t（以CO2計(jì)，下同），占全國(guó)能源碳排放的比重21.9%[1]。大型公共建筑是建筑能源消耗的高密度領(lǐng)域，醫(yī)院建筑的能耗是一般公共建筑的3～4倍[2]。2020年度廣東省公立醫(yī)院?jiǎn)挝唤ㄖ娣e能耗17.17kg標(biāo)準(zhǔn)煤/m2，人均綜合能耗達(dá)280.82kg標(biāo)準(zhǔn)煤，遠(yuǎn)高于場(chǎng)館、學(xué)校等公共建筑，是廣東省中小學(xué)建筑能耗的5倍。隨著國(guó)家“雙碳”戰(zhàn)略的推動(dòng)，醫(yī)院建筑運(yùn)行節(jié)能工作迫在眉睫[3]。

當(dāng)前醫(yī)院采用的節(jié)能措施主要圍繞設(shè)備改造和更新[4]。林愛(ài)麟[5]摸查了長(zhǎng)沙市醫(yī)院建筑能耗，提出采用提升冷熱源運(yùn)行效率、合理配置空調(diào)及通風(fēng)系統(tǒng)等措施來(lái)降低醫(yī)院能耗；姜海勇等[6]以深圳市孫≥仙心血管醫(yī)院為例，通過(guò)空調(diào)主機(jī)系統(tǒng)等節(jié)能改造達(dá)到降耗效果。沈洪等[7]分析了中山大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院燃油蒸汽鍋爐技改，同時(shí)配合智能群控系統(tǒng)。以上研究主要考慮設(shè)備因素，較少考慮人的用能行為。方婷婷[8]選取廣州地區(qū)6個(gè)典型醫(yī)院建筑，提出落實(shí)能源管理制度等節(jié)能建議，包括運(yùn)用制度對(duì)人員行為進(jìn)行約束，但因?yàn)槿说男袨檩^難預(yù)測(cè)，實(shí)施效果難以保證。

智慧醫(yī)院的建設(shè)立足于信息化、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)，通過(guò)對(duì)醫(yī)院資源的合理配置達(dá)到智慧管理的效果[9-10]。其中，運(yùn)用物理信息技術(shù)進(jìn)行精細(xì)化管理的理念為醫(yī)院能源系統(tǒng)管理提供了新的方向。本文以廣州市番禺區(qū)某醫(yī)院為研究對(duì)象，分析醫(yī)院能耗特性和主要耗能因素，提出基于智慧能源管理的節(jié)能措施，并對(duì)節(jié)能措施的影響因素進(jìn)行敏感性分析。

1醫(yī)院能耗特性分析

醫(yī)院建筑的能耗總量因醫(yī)院類型、等級(jí)、地理位置等因素而不同，但具體的醫(yī)院在功能和能源結(jié)構(gòu)確定后，通常有著較穩(wěn)定的能耗[11]。本文以華南地區(qū)某綜合醫(yī)院為例分析醫(yī)院的能源消耗情況。

廣州市番禺區(qū)某醫(yī)院是一所大型綜合公立醫(yī)院，占地14.7萬(wàn)m2，有建筑樓8棟，總建筑面積23.5萬(wàn)m2，實(shí)際開(kāi)放床位1479張，2020年總診療達(dá)176.8萬(wàn)人次。該醫(yī)院能源消耗的類主要為電能消耗和燃料消耗。2020年度用電量達(dá)2489萬(wàn)kW·h，天然氣消費(fèi)量3068m3，汽油消費(fèi)量59656L，柴油消費(fèi)量240L，全院年能源消費(fèi)量折算標(biāo)煤3152t標(biāo)準(zhǔn)煤，電能消費(fèi)占醫(yī)院總能消耗的97.07%。醫(yī)院電能消費(fèi)可分為醫(yī)療設(shè)備和后勤服務(wù)設(shè)備，其中后勤服務(wù)設(shè)備包括暖通空調(diào)、照明系統(tǒng)、電梯、安防、辦公用電等。該醫(yī)院地處南亞熱帶，氣候分區(qū)屬于夏熱冬暖，冬季無(wú)供暖需求，空調(diào)系統(tǒng)主要用于夏季供冷。

醫(yī)院空調(diào)能耗全年平均占比45.83%，6、7、8月份占比達(dá)51%以上。醫(yī)院空調(diào)能耗逐月分布情況見(jiàn)表1。

表1醫(yī)院空調(diào)能耗逐月分布情況

根據(jù)使用目的，醫(yī)院空調(diào)可分為舒適性空調(diào)和工藝性空調(diào)[12]。舒適性空調(diào)主要為室內(nèi)人員提供舒適環(huán)境，包括病房、辦公室等公共活動(dòng)區(qū)域。工藝性空調(diào)應(yīng)用在對(duì)空氣質(zhì)量有嚴(yán)格要求的空間，包括手術(shù)室、麻醉科等區(qū)域。醫(yī)院空調(diào)系統(tǒng)耗能量前五的區(qū)域見(jiàn)圖1，分別是病房（含辦公室區(qū)域）、手術(shù)室和麻醉科、門診、消毒供應(yīng)中心、急診。其中病房（含辦公室區(qū)域）占空調(diào)系統(tǒng)用能的35.8%，大大高于手術(shù)室等區(qū)域。

圖1醫(yī)院空調(diào)系統(tǒng)年度耗能排名前五的區(qū)域

此外，醫(yī)院的能源均為外部購(gòu)置，成本居高不下。醫(yī)院的能源供應(yīng)結(jié)構(gòu)較為單一，電能100%由市電供應(yīng)，不利于醫(yī)院能源系統(tǒng)安全。根據(jù)綠色醫(yī)院建筑的建設(shè)理念，需要符合低碳環(huán)保的要求。

2醫(yī)院節(jié)能措施建模

由醫(yī)院能耗特性分析可知，醫(yī)院能源系統(tǒng)節(jié)能應(yīng)從減少能源消耗和改善能源供應(yīng)結(jié)構(gòu)著手。以電能為主的能源消費(fèi)中，空調(diào)能耗占能耗的大部分。其中，醫(yī)院工藝性空調(diào)需要為診療服務(wù)提供支撐，不適宜進(jìn)行大幅度改造。醫(yī)院舒適性空調(diào)中，病房（含辦公室區(qū)域）應(yīng)作為重點(diǎn)節(jié)能對(duì)象。在日常實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，病房和辦公室區(qū)域，人為不節(jié)能行為會(huì)造成空調(diào)非必要的能耗。例如，在病房區(qū)域，部分病人節(jié)能意識(shí)差，將空調(diào)溫度調(diào)至很低；部分病人擔(dān)心室內(nèi)空氣流通狀況不佳，在空調(diào)運(yùn)行期間將窗戶打開(kāi)通風(fēng)；辦公區(qū)域，辦公室人員時(shí)常有下班忘記關(guān)空調(diào)等現(xiàn)象。醫(yī)院人員構(gòu)成復(fù)雜，節(jié)能理念難以統(tǒng)一，靠制度約束人的行為不可控因素過(guò)多。因此，考慮基于智慧醫(yī)院管理的智能樓宇建設(shè)，構(gòu)建空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)、空調(diào)與窗戶聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)模型，同時(shí)挖掘醫(yī)院可再生能源資源的潛力，構(gòu)建屋頂光伏系統(tǒng)模型。

2.1空調(diào)智慧監(jiān)控系統(tǒng)

結(jié)合國(guó)務(wù)院執(zhí)行公共建筑空調(diào)溫度控制標(biāo)準(zhǔn)的通知和夏季病房?jī)?nèi)病人舒適性要求，空調(diào)系統(tǒng)設(shè)定的溫度取27℃較為適宜[13]，而現(xiàn)實(shí)中，用戶多將病房空調(diào)設(shè)定溫度遠(yuǎn)低于27℃。因此，在考慮用戶偏好的前提下，通過(guò)空調(diào)智慧監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)病房?jī)?nèi)空調(diào)溫度范圍進(jìn)行調(diào)控，空調(diào)智慧監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)定如下：

（1）實(shí)時(shí)采集室內(nèi)、室外氣溫；

（2）規(guī)定空調(diào)設(shè)定溫度*低值；

（3）病房?jī)?nèi)用戶輸入自己的偏好溫度；

（4）當(dāng)外界氣溫高于(+3)℃時(shí)，病房空調(diào)開(kāi)啟，且溫度設(shè)定為；

（5）當(dāng)用戶輸入的偏好溫度低于時(shí)，病房空調(diào)自動(dòng)設(shè)定為。

模型假設(shè)用戶用能行為與監(jiān)控系統(tǒng)邏輯一致，傾向于在外界氣溫高于用戶的偏好溫度3℃時(shí)開(kāi)啟空調(diào)。南方地區(qū)除夏季持續(xù)高溫外，過(guò)渡季節(jié)氣溫較多處于25～30℃間，因此該系統(tǒng)能有效監(jiān)控病房?jī)?nèi)空調(diào)開(kāi)啟次數(shù)和設(shè)定溫度。根據(jù)Meteonorm軟件導(dǎo)出的廣州市2020年全年8785h氣象數(shù)據(jù)，廣州市全年有1444h≥30℃，3122h≥27℃，4185h≥25℃。若用戶偏好溫度為22℃，則與設(shè)定溫度*低值27℃相比，全年空調(diào)開(kāi)啟時(shí)長(zhǎng)相差巨大。用戶偏好溫度較低，令室內(nèi)外溫差加大，從而增加空調(diào)運(yùn)行能耗。計(jì)算能耗改變比例時(shí)，可以假設(shè)外界環(huán)境除氣溫以外的因素不變，將空調(diào)系統(tǒng)能耗簡(jiǎn)化為室內(nèi)外空氣焓差。在改善空調(diào)開(kāi)啟時(shí)長(zhǎng)和空氣焓差共同作用下，節(jié)約的能耗計(jì)算如下：

式中：t為每年因空調(diào)溫度控制而節(jié)約的空調(diào)能耗比例，%；0為病房空調(diào)能耗占醫(yī)院總體空調(diào)能耗比例，%；為未實(shí)施節(jié)能措施前每年病房空調(diào)系統(tǒng)能耗，kW·h；rt為實(shí)施節(jié)能措施后每年病房空調(diào)系統(tǒng)能耗，kW·h；為每年室外氣溫≥(+3)℃的時(shí)間，h；為每年室外氣溫≥(+3)℃的時(shí)間，h；w為室外空氣逐時(shí)比焓，kJ/kg；n為室內(nèi)空氣逐時(shí)比焓，kJ/kg；為在(1,2)溫度區(qū)間空調(diào)溫度設(shè)定的取值概率。

2.2空調(diào)與窗戶聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)

當(dāng)開(kāi)啟空調(diào)房間的窗戶打開(kāi)時(shí)，在熱壓和風(fēng)壓的作用下，室內(nèi)冷空氣≥出，室外熱空氣進(jìn)入，使房間的冷負(fù)荷增加。結(jié)合醫(yī)院“智慧管理”的精細(xì)化管理，加強(qiáng)醫(yī)院設(shè)備在線管理，可建設(shè)空調(diào)系統(tǒng)與窗戶聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)，監(jiān)控窗戶啟閉狀態(tài)，當(dāng)空調(diào)運(yùn)行和窗戶開(kāi)啟2個(gè)條件同時(shí)滿足時(shí)，通過(guò)能源管理系統(tǒng)關(guān)閉房間空調(diào)，由此調(diào)節(jié)病房?jī)?nèi)空調(diào)用能行為。為簡(jiǎn)化計(jì)算，忽略冷熱空氣焓差，假設(shè)從窗戶進(jìn)入的是與室內(nèi)新風(fēng)溫度相同的冷空氣，通過(guò)實(shí)施該系統(tǒng)前后的系統(tǒng)風(fēng)量變化計(jì)算節(jié)約的空調(diào)能耗比例。新風(fēng)量能耗只占空調(diào)能耗的一部分，但在外界條件不變的情況下，新風(fēng)量的有限改變不會(huì)大幅影響新風(fēng)量負(fù)荷占空調(diào)冷負(fù)荷的比例。且真實(shí)的熱空氣進(jìn)入房間后會(huì)額外增加空調(diào)能耗，因此，該簡(jiǎn)化不影響措施的能耗節(jié)約比例計(jì)算。節(jié)約的能耗計(jì)算如下：

式中：w為每年因控制開(kāi)窗行為而節(jié)約的空調(diào)能耗比例，%；new為新風(fēng)量部分占空調(diào)冷負(fù)荷的比例，%；rw為實(shí)施空調(diào)與窗戶聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)后每年病房空調(diào)系統(tǒng)總新風(fēng)量，m3；o為通過(guò)開(kāi)窗戶流通的空氣量，m3/s；為開(kāi)空調(diào)時(shí)開(kāi)窗時(shí)長(zhǎng)，h；為房間數(shù)，個(gè)；r為一個(gè)房間的新風(fēng)換氣量，m3/s；為開(kāi)空調(diào)時(shí)長(zhǎng)，s；w為有開(kāi)窗現(xiàn)象的病房比例，%。

為便于研究窗戶流通的空氣量，將一個(gè)開(kāi)窗的房間簡(jiǎn)化為單側(cè)開(kāi)口箱體。通過(guò)窗戶的單側(cè)通風(fēng)量為熱壓和風(fēng)壓作用下的流通量。熱壓是指因室內(nèi)外溫度不同造成室內(nèi)外空氣密度差而產(chǎn)生的壓差。風(fēng)壓是指室內(nèi)外風(fēng)速作用下產(chǎn)生的壓差，假設(shè)窗戶為單開(kāi)口自然通風(fēng)，且為穩(wěn)態(tài)流動(dòng)。單側(cè)通風(fēng)量計(jì)算公式[14]為：

式中：h為熱壓作用下的自然通風(fēng)量，m3/s；d為系數(shù)，取0.61；為窗戶開(kāi)啟面積，m2；為開(kāi)口高度，m；駐為室內(nèi)外空氣溫度差，K；為室內(nèi)外空氣平均熱力學(xué)溫度，K；w為風(fēng)壓作用下的自然通風(fēng)量，m3/s；eff為有效開(kāi)口面積，m2；為開(kāi)口處的風(fēng)速，m/s。

2.3綜合發(fā)電和樓頂遮陽(yáng)的屋頂光伏系統(tǒng)

太陽(yáng)能光伏板是常見(jiàn)的分布式可再生能源。通過(guò)增加發(fā)電途徑，可以改善能源供應(yīng)，降低能源成本。通常該技術(shù)措施的節(jié)能效果是根據(jù)光伏發(fā)電量估算，而光伏板對(duì)于建筑的影響則被忽略。根據(jù)對(duì)設(shè)備設(shè)施的智慧管理與規(guī)劃，設(shè)計(jì)屋頂太陽(yáng)能光伏板鋪設(shè)方案，可以達(dá)到發(fā)電和樓頂遮陽(yáng)的雙重效果。

在屋頂，光伏板對(duì)太陽(yáng)輻射進(jìn)行直接遮擋，相當(dāng)于增加了熱阻，減少到達(dá)室內(nèi)的熱流量。光伏板架空通風(fēng)層中空氣對(duì)流運(yùn)動(dòng)也能帶走部分熱量，減少到達(dá)屋頂?shù)臒崃髁浚瑸楹?jiǎn)化計(jì)算，忽略不計(jì)。因遮陽(yáng)減少的能耗比例計(jì)算公式為：

式中：1為采取遮陽(yáng)措施前單位面積因太陽(yáng)輻射產(chǎn)生從室外到室內(nèi)的熱流量，W/m2；2為采取遮陽(yáng)措施后單位面積因太陽(yáng)輻射產(chǎn)生從室外到室內(nèi)的熱流量，W/m2；o為屋面總熱阻，m2·K/W；駐為光伏板附加的熱阻，m2·K/W；為屋頂房間數(shù)量占全部房間的比例，%。

通過(guò)光伏板發(fā)電產(chǎn)生的電量計(jì)算公式為：

式中：pv為光伏板年發(fā)電量，kW·h；pv為單位光伏板的額定發(fā)電功率，kW/m2；為屋頂可鋪設(shè)光伏板面積，m2；為光伏板發(fā)電效率，%；為年太陽(yáng)能可利用小時(shí)數(shù)，h。

由式(10)～式(13)，則該項(xiàng)措施每年可節(jié)省空調(diào)能耗比例為：

綜合以上節(jié)能措施，共節(jié)約能耗比例為：

3節(jié)能效果與敏感性分析

廣州地區(qū)夏季室外空氣逐時(shí)計(jì)算焓值可根據(jù)GB50019—2015《工業(yè)建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》查得。醫(yī)院空調(diào)系統(tǒng)設(shè)定的特定溫度取27℃，室內(nèi)相對(duì)濕度取60%。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，廣州地區(qū)典型的家庭情景里開(kāi)機(jī)時(shí)臥室和客廳開(kāi)啟空調(diào)的平均溫度為23.35℃[15]。假設(shè)用戶設(shè)定空調(diào)溫度遵循正態(tài)分布，取N(23,22)，取值區(qū)間為(15℃,35℃)。

開(kāi)窗行為是個(gè)體不確定行為，在空調(diào)房間的開(kāi)窗行為是一種特定情景的開(kāi)窗行為[16]。夏熱冬冷地區(qū)夏季空調(diào)開(kāi)啟時(shí)窗戶開(kāi)啟率有11.1%[17]，可認(rèn)為此行為規(guī)律在夏熱冬暖地區(qū)適用。取開(kāi)窗時(shí)長(zhǎng)為開(kāi)空調(diào)時(shí)長(zhǎng)的一半。單間病房新風(fēng)量r取0.0556m3/s。窗戶開(kāi)啟面積取1.2m伊0.6m，開(kāi)口的高度取1.2m，有效開(kāi)口面積eff取窗口面積的一半。室內(nèi)外空氣溫度差駐取5K，室內(nèi)外空氣平均溫度取302.5K，開(kāi)口處的風(fēng)速取2m/s。

根據(jù)夏熱冬暖地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，屋頂熱阻o取0.91m·2K/W，駐取0.3m·2K/W。取14%，COP取3.5。單位光伏板的額定發(fā)電功率pv取1kW/m2，屋頂可鋪設(shè)光伏板面積取2000m2，光伏板發(fā)電效率取15.4%，年太陽(yáng)能可利用小時(shí)數(shù)取2200h。

經(jīng)計(jì)算，采取以上節(jié)能措施后，全年預(yù)計(jì)可減少用電256萬(wàn)kW·h，折合節(jié)省標(biāo)煤315t，減少CO2排放量873t，說(shuō)明節(jié)能措施具有良好的經(jīng)濟(jì)效℃和環(huán)境效℃。

各項(xiàng)節(jié)能措施從設(shè)備的智慧管理、人的行為控制和可再生能源利用等方面進(jìn)行節(jié)能，節(jié)能效果各有不同。采取節(jié)能措施后，醫(yī)院能耗比例見(jiàn)圖2。由圖可看出，節(jié)能措施共節(jié)約醫(yī)院能耗22.47%。其中，空調(diào)溫度控制占12%，光伏板綜合節(jié)能占7%，開(kāi)窗行為控制占3%，說(shuō)明空調(diào)溫度控制起了重要作用。空調(diào)溫度控制和光伏板綜合節(jié)能措施可在已建成醫(yī)院進(jìn)行局部改造，開(kāi)窗行為控制需要加強(qiáng)醫(yī)院運(yùn)行管理。

圖2醫(yī)院能耗比例

在對(duì)節(jié)能措施的效果分析中，為減少不確定因素，作了一定程度的簡(jiǎn)化和估計(jì)。現(xiàn)對(duì)部分?jǐn)?shù)據(jù)作敏感性分析：

（1）對(duì)用戶降低空調(diào)設(shè)定溫度或提前開(kāi)啟空調(diào)的行為進(jìn)行分析時(shí)，取空調(diào)設(shè)定溫度為正態(tài)分N(23,22)。當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)差和均值分別變化時(shí)，室內(nèi)設(shè)定溫度概率分布見(jiàn)圖3。

當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)差變化為1、2、2.5時(shí)，計(jì)算得到節(jié)約空調(diào)能耗比例分別為11.5%、12.1%、12.6%，差別不大。當(dāng)均值變化為23、24、25時(shí)，計(jì)算得到節(jié)約空調(diào)能耗比例分別為12.1%、10.6%、9.1%，均值的變化對(duì)結(jié)果影響較標(biāo)準(zhǔn)差變化帶來(lái)的影響較大。根據(jù)日常經(jīng)驗(yàn)，僅有20%的人將空調(diào)調(diào)至25℃是較為保守的估計(jì)，此時(shí)節(jié)約空調(diào)能耗比例仍然較高。

（2）對(duì)空調(diào)開(kāi)啟時(shí)開(kāi)啟窗戶的行為進(jìn)行分析時(shí)，開(kāi)窗的病房比例、通風(fēng)面積、室內(nèi)外溫差均取值一定。當(dāng)開(kāi)窗病房比例為11%、通風(fēng)面積取0.64m2、室內(nèi)外溫差取5℃時(shí)，節(jié)約空調(diào)能耗比例為3.34%，此數(shù)據(jù)為綜合各種開(kāi)窗情況的平均情況。當(dāng)開(kāi)窗的病房比例從8%變化到10%時(shí)，節(jié)約空調(diào)能耗比例從2.41%變化到3.01%。當(dāng)通風(fēng)面積從50%變化到80%時(shí)，節(jié)約空調(diào)能耗比例從2.36%變化到2.68%。當(dāng)室內(nèi)外溫差為3℃時(shí)，節(jié)約空調(diào)能耗比例為2.97%。可知開(kāi)窗的病房比例和通風(fēng)面積對(duì)能耗比例有一定影響，室內(nèi)外溫差影響較小。

4AcrelEMS-MED醫(yī)院能源管理平臺(tái)

4.1平臺(tái)概述

AcrelEMS-MED醫(yī)院能源管理平臺(tái)充分結(jié)合《醫(yī)療建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》《綠色醫(yī)院建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》、《醫(yī)院建筑能耗監(jiān)管系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則》等行業(yè)規(guī)范、根據(jù)醫(yī)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(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)以電能質(zhì)量、智慧用電相關(guān)指標(biāo)以及其他用能指標(biāo)，并與國(guó)家能源政策與用能模式改革結(jié)合。能夠輔助醫(yī)院后勤管理人員進(jìn)行能源供應(yīng)系統(tǒng)及設(shè)備的運(yùn)行管理工作，幫助醫(yī)院管理層實(shí)時(shí)掌握醫(yī)院的能耗情況，為醫(yī)院能源信息化建設(shè)和節(jié)能管理提供了良好的技術(shù)平臺(tái)。

5平臺(tái)組成

安科瑞醫(yī)院能源管理系統(tǒng)建立基于云平臺(tái)的“監(jiān)、控、維”一體化的能源管理系統(tǒng)，從數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、數(shù)據(jù)分析、異常預(yù)警、運(yùn)維派單、系統(tǒng)架構(gòu)和綜合數(shù)據(jù)服務(wù)等方面的設(shè)計(jì)，幫助醫(yī)院后勤管理部門全面了解醫(yī)院能源運(yùn)行情況，關(guān)注消防和電氣安全，及時(shí)預(yù)警異常情況，提高運(yùn)維效率。它集成了10KV/O.4KV變電站電力監(jiān)控系統(tǒng)、變電所運(yùn)維云平臺(tái)，配電房綜合監(jiān)控系統(tǒng)，能耗管理系統(tǒng)，智能照明控制系統(tǒng)，智慧消防平臺(tái)，電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)，防火門監(jiān)控系統(tǒng)，消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)，充電樁管理系統(tǒng)，電能質(zhì)量治理解決方案，醫(yī)療隔離電源解決方案。

6平臺(tái)拓?fù)鋱D

7平臺(tái)子系統(tǒng)

7.1醫(yī)院電力監(jiān)控解決方案

電力監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器、柴油發(fā)電機(jī)、斷路器以及其它重要設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視、測(cè)量、記錄、報(bào)警等功能，并與保護(hù)設(shè)備和遠(yuǎn)方控制中心及其他設(shè)備通信，實(shí)時(shí)掌握供電系統(tǒng)運(yùn)行狀況和可能存在的隱患，快速排除故障，提高醫(yī)院供電可靠性。

電力監(jiān)控系統(tǒng)主要針對(duì)開(kāi)閉所和10/0.4kV變電所，對(duì)高壓回路配置微機(jī)保護(hù)裝置及多功能儀表進(jìn)行保護(hù)和監(jiān)控，對(duì)0.4kV出線配置多功能計(jì)量?jī)x表，用于測(cè)控出線回路電氣參數(shù)和用能情況。同時(shí)對(duì)醫(yī)院重要設(shè)備如柴油發(fā)電機(jī)、無(wú)功補(bǔ)償裝置、有源濾波裝置、UPS、隔離電源系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

7.2醫(yī)院變電所運(yùn)維云平臺(tái)解決方案

AcrelCloud-1000電力運(yùn)維云平臺(tái)采用多功能電力傳感器、無(wú)線通信、邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)及大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，通過(guò)智能網(wǎng)關(guān)采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)在本地，再定時(shí)向云平臺(tái)推送數(shù)據(jù)。平臺(tái)采集的數(shù)據(jù)包括變電所回路電氣參數(shù)和變壓器溫度、環(huán)境溫濕度、浸水、煙霧、視頻、門禁等信息，有異常發(fā)生10S內(nèi)通過(guò)短信和APP發(fā)出告警信號(hào)。平臺(tái)通過(guò)手機(jī)APP下發(fā)運(yùn)維任務(wù)到人員手機(jī)上，并通過(guò)GPS跟蹤運(yùn)維執(zhí)行過(guò)程進(jìn)行閉環(huán)，提高運(yùn)維效率，即時(shí)發(fā)現(xiàn)運(yùn)行缺陷并做消缺處理。

7.3醫(yī)院配電房綜合監(jiān)控系統(tǒng)解決方案

Acrel-2000E配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)柜運(yùn)行監(jiān)控、高壓開(kāi)關(guān)柜帶電顯示、母線及電纜測(cè)溫監(jiān)測(cè)、環(huán)境溫濕度監(jiān)測(cè)、有害氣體監(jiān)測(cè)、安防監(jiān)控，可對(duì)燈光、風(fēng)機(jī)、除濕機(jī)、空調(diào)控制等設(shè)備進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制。實(shí)現(xiàn)動(dòng)力環(huán)境各數(shù)據(jù)的檢測(cè)與設(shè)備控制，優(yōu)化動(dòng)力環(huán)境，避免運(yùn)行環(huán)境的失控導(dǎo)致配電設(shè)備運(yùn)行故障，保證維護(hù)人員安全，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，實(shí)現(xiàn)配電動(dòng)力環(huán)境的分布式遠(yuǎn)程管理。

7.4醫(yī)院能耗管理系統(tǒng)解決方案

對(duì)建筑各類耗能設(shè)備能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。能夠合理的確定各科室建筑能耗經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及績(jī)效考核指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)能源使用規(guī)律和能源浪費(fèi)情況，提高人員主動(dòng)節(jié)能的意識(shí)。

（1）搭建醫(yī)院智慧能源管理系統(tǒng)的基本框架，對(duì)各個(gè)用能環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；

（2）排碳數(shù)據(jù)化：通過(guò)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)建筑單位內(nèi)人均能耗分析（包括水、電、能量），實(shí)現(xiàn)低

碳辦公數(shù)據(jù)化；

（3）區(qū)域能效比：實(shí)現(xiàn)建筑單位內(nèi)區(qū)域能耗對(duì)比，方便能耗考核；

（4）同期能效比：實(shí)現(xiàn)同年、同期、同一區(qū)域能耗對(duì)比，方便節(jié)能數(shù)據(jù)分析；

（5）能耗評(píng)估管理：按照能源消耗定額標(biāo)準(zhǔn)約束值、標(biāo)準(zhǔn)值、引導(dǎo)值進(jìn)行分析單位面積能耗和人均能耗指標(biāo)；

（6）能耗競(jìng)爭(zhēng)排名：各個(gè)科室能耗對(duì)比，實(shí)現(xiàn)能耗排名，增強(qiáng)全院工作人員的節(jié)能意識(shí)；

（7）對(duì)能耗的使用數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合的分析、統(tǒng)計(jì)、打印和查詢等功能，并根據(jù)能耗監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)的需要可選擇不同樣式報(bào)表的打印。為能耗運(yùn)營(yíng)管理部門提供可靠的依據(jù)；

（8）能耗數(shù)據(jù)采集，隨時(shí)查詢，并根據(jù)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，監(jiān)測(cè)異常能源用量，對(duì)能源智能儀表故障進(jìn)行報(bào)警，提高系統(tǒng)信息化、自動(dòng)化水平。

7.5醫(yī)院智能照明控制系統(tǒng)解決方案

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

ASL1000智能照明控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景控制、時(shí)間控制、區(qū)域控制、光照度感應(yīng)控制以及紅外感應(yīng)控制等多種控制方式，能有效避免公共區(qū)域的照明浪費(fèi)，還可以幫助醫(yī)院管理照明。

系統(tǒng)在配電箱內(nèi)的模塊主要有總線電源、開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器、IP網(wǎng)關(guān)、耦合器、干接點(diǎn)輸入模塊等。這些模塊使用35mm標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌安裝。

安裝在控制現(xiàn)場(chǎng)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(jīng)過(guò)可以設(shè)定紅外感應(yīng)控制亮燈，人離開(kāi)后在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)熄燈，智能面板等手動(dòng)控制設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、現(xiàn)場(chǎng)控制和值班室遠(yuǎn)程控制相結(jié)合。

7.6醫(yī)院智慧消防平臺(tái)解決方案

智慧消防云平臺(tái)基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等現(xiàn)代信息技術(shù)，將分散的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警設(shè)備、電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備、智慧煙感探測(cè)器、智慧消防用水等設(shè)備連接形成網(wǎng)絡(luò)，并對(duì)這些設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行智能化感知、識(shí)別、定位，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)采集消防信息，通過(guò)云平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢(shì)分析，幫助實(shí)現(xiàn)科學(xué)預(yù)警火災(zāi)、網(wǎng)格化管理、落實(shí)多元責(zé)任監(jiān)管等目標(biāo)。實(shí)現(xiàn)了無(wú)人化值守智慧消防，實(shí)現(xiàn)智慧消防“自動(dòng)化”、“智能化”、“系統(tǒng)化”需求。從火災(zāi)預(yù)防，到火情報(bào)警，再到控制聯(lián)動(dòng)，在統(tǒng)一的系統(tǒng)大平臺(tái)內(nèi)運(yùn)行，用戶、安保人員、監(jiān)管單位都能夠通過(guò)平臺(tái)直觀地看到每一棟建筑物中各類消防設(shè)備和傳感器的運(yùn)行狀況，并能夠在出現(xiàn)細(xì)節(jié)隱患、發(fā)生火情等緊急和非緊急情況下，在幾秒時(shí)間內(nèi)，相關(guān)報(bào)警和事件信息通過(guò)手機(jī)短信、語(yǔ)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(dá)相關(guān)人員。

7.7醫(yī)院電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)解決方案

電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)作為火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的預(yù)警子系統(tǒng)，由電氣火災(zāi)監(jiān)控主機(jī)、電氣火災(zāi)監(jiān)控單元、剩余電流式電氣火災(zāi)探測(cè)器以及測(cè)溫式電氣火災(zāi)探測(cè)器組成，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線構(gòu)成一套完整的預(yù)防電氣火災(zāi)的監(jiān)控系統(tǒng)，數(shù)據(jù)可集成至企業(yè)消控室監(jiān)控系統(tǒng)。

醫(yī)院電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)以建筑為單位設(shè)置，采集數(shù)據(jù)后上傳至值班室監(jiān)控主機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑電氣安全預(yù)警。現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置的傳感器監(jiān)測(cè)配電系統(tǒng)回路的漏電電流和線纜溫度，異常時(shí)實(shí)時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，重點(diǎn)關(guān)注門診樓、住院樓、醫(yī)技樓等區(qū)域漏電或者電纜發(fā)熱等問(wèn)題。

結(jié)論

（1）醫(yī)院能源消費(fèi)以電能為主的能源消費(fèi)中，空調(diào)能耗占能耗的大部分，其中病房（含辦公室區(qū)域）占空調(diào)系統(tǒng)用能的35.8%，具有較大的節(jié)能潛力。

（2）空調(diào)智慧監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)管理病房?jī)?nèi)溫度，使之維持在特定的溫度區(qū)間，可以降低醫(yī)院能耗12%；空調(diào)與窗戶聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)通過(guò)控制和減少人的開(kāi)窗行為，可以降低醫(yī)院能耗3%；屋頂光伏系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)綜合發(fā)電和樓頂遮陽(yáng)，從而降低醫(yī)院能耗7%。

（3）通過(guò)建設(shè)智慧能源管理系統(tǒng)，預(yù)計(jì)實(shí)施后每年可以減少用電256萬(wàn)kW·h，相當(dāng)于節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)煤315t，減少CO2排放量873t，節(jié)能經(jīng)濟(jì)效℃和環(huán)境效℃顯著。

（4）室內(nèi)設(shè)定溫度對(duì)能耗的影響顯著，空調(diào)溫度設(shè)為25℃時(shí)節(jié)約空調(diào)能耗比例達(dá)到9.1%；開(kāi)窗的病房比例和通風(fēng)面積對(duì)能耗比例有一定影響，室內(nèi)外溫差的影響則較小。

本文基于智慧醫(yī)院的建設(shè)要求，主要探索了醫(yī)院智慧管理在能源系統(tǒng)中的應(yīng)用，分析的節(jié)能措施主要集中在智能樓宇與用戶的互動(dòng)。在接下來(lái)的研究中，需要進(jìn)一步研究智能設(shè)備管理和智慧醫(yī)療在能源系統(tǒng)中的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]中國(guó)建筑節(jié)能協(xié)會(huì).中國(guó)建筑能耗研究報(bào)告2020[J].建筑節(jié)能(中英文),2021,49(2):1-6.

[2]路賓,曹勇,宋業(yè)輝,等.上海醫(yī)院建筑用能狀況分析與節(jié)能診斷[J].暖通空調(diào),2009,39(4):61-64.

[4]吳疊恩，陳建基，李盛佳，郭幸.基于智慧能源管理的醫(yī)院節(jié)能措施分析.

[5]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)2022.05版.

審核編輯 黃宇