杨翠
安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：文章介绍了医院建筑合理用能、优化能源的重要性，结合医院能源管理概况阐述了建设能源管理系统的思路与框架，分析了能源管理系统在PDCA运行模式中的应用，为推进节能工作提供思路。
关键词：医院能耗；能源管理；节能；PDCA
0前言
当今，发展的需求和能源制约的矛盾唤醒和强化了人们的能源危机意识，寻找提高能源利用效率的解决之道成为小到家庭，大到企业与**等全社会的共同责任。而医院作为社会单位，同时医院建筑又是能耗密度的公共建筑之一，合理用能、优化能源使用效率，是一种社会责任，也是建设节约型医院的重要举措。合理用能的前提是了解医院本身的用能特点及所处的行业水平，在此基础上利用管理和技术手段执行节能措施，并在执行后对效果进行论证和反馈，建立起能源管理的“策划－实施－检查－处置（Plan-Do-Check-Act，PDCA）”运行模式。这是一项系统性工程，一般通过整体规划、分步实施的方式逐步完善，而建设能耗监管系统就是整个能源管理体系的重要实施环节，是实现能源管控。根据“十二五”规划，国家要求广东省“十二五”期间单位GDP能耗下降18%。广州医科大学附属*五医院（下称“广医五院”）作为广州市耗能单位需要承担一定的节能减排任务。因此,在2016年医院实行了节能工作的试点，建立了全院能耗监管系统。
1医院能源管理概况
1.1能源消耗状况
以2014年能耗结构为例，广医五院使用的能源有电、水、天然气和燃料。其中电能费用占比高，为84.37%，其次为水10.22%，天然气（主要用于食堂）2.79%，柴油汽油2.62%。
1.2能源计量情况
经历了58年的变迁，本着合理利用的原则，医院一直沿用建院初期绝大部分的和能源供应系统。虽然在全院范围内实现了一和二级计量，但大多采用非智能表进行监测，并派专人按月进行抄表统计能耗数据，以纸质文档进行存单，抄表是以核算医院能耗成本为目的，因此没有能源的分析和数据共享。
1.3管理制度情况
医院下设节能管理办公室，以完成每年的节能指标为主。在全院范围内开展节能宣传活动，并通过技术节能手段实现节能降耗。
1.4节能改造落实
医院对节能工作高度重视，近年来也开展了一系列节能改造工作，包括LED节能灯具更换、太阳能数码复叠热泵系统改造、更换医院节水型器具等，大多属于市场中常用的技术节能措施，但对于节能的投入产出比、节能效果的验证以及用能是否合理等仍处于黑盒状态。
2能源管理系统建设
2.1设计思路
基于广医五院能源管理现状、建筑年代久远的情况，可供安装智能仪表的条件十分有限。在能耗计量出是否有必要覆盖，与简约设计能否实现既定目标之间，需要考虑合适的平衡点。能源管理系统建设的目标分为三个方面：一是推行各类节能措施；二是优化能源管理方式；三是全员参与节能，实行科室考核。以此目标为导向，安全生产为前提，结合现有条件对系统进行建设是基本原则。根据三大目标分别采取以下技术路线：
**，了解能耗特点。根据原有能耗结构，监测电能，点位覆盖以统计分项能耗为主，其他类型能耗功能区域清晰即可，便于建立医院能耗模型，定量分析医院的能耗水平。
*二，设备监测。能源消耗大的区域为节能关注对象，针对空调、水泵、电梯、大型设备等可单独计量，这些设备数量不多但能耗占比高，通过计量可分析设备使用效率。
*三，区别科室考核。门急诊医技位置用电方式混杂，计量总量结合用能人数分摊科室能耗，不改变原有供电回路；住院楼病区划分清楚，每个病区独立计量核算。
2.2系统架构
系统从逻辑维度来看分为感知层、采集层、应用层三个层次，如图1所示。
1.感知层系统
感知层是能耗数据的直接来源，完成电、水、气能耗数据的计量、本地存储和接口传输，其点位覆盖根据设计目标的三大技术路线执行。根据每个能耗采集点的实际安装条件对设备的安装方式进行区别性的选型，以及对现有线路、管道进行必要的改造。
2.采集层系统
采集层作为应用层与感知层的中间连接部分，负责把现场分散的数据按照一定的格式传输到应用层，同时可以缓存至少30天的数据。由两层通讯网络组成，是以太网，二是现场数据总线，例如RS485或M-BUS。
3.应用层系统
应用层采用数据仓库技术将采集的数据按模型分别抽取建立数据仓库，并通过可视化技术将能耗数据用各种图表展示。它是一个软件系统，运行在服务器中。建立不同的数据模型，如区域、建筑类型、科室、分类分项、设备等。其原理如图2所示。
数据层：确立模型的数据源，一部分是传感器采集的能耗数据，另一部分是HIS系统抽取的业务数据，还有部分数据需要手工录入。
模型层：定制医院管理需求，选择不同的能耗模型组合。
工具层：以监和管为，用模块式功能工具搭建关注界面，满足用户使用要求。
业务层：根据医院管理特点，提炼出相关业务，包括能耗指标、设备效率、科室考核、能源地图等。服务层：系统通过后台专业定期提供的有偿服务。
2.3核心技术
完成医院能耗监管系统的关键技术分为三大点：大数据自动化处理技术、智能网关采集技术、基于采集量编码的数据挖掘分析技术。
1.大数据自动化处理
海量数据预处理技术：通过对传感数据进行预处理可以有效去除明显的错误和冗余的数据，清洗所选数据中的有用部分。
数据存储技术：数据存储于大量网络节点上，为了减小数据批量同步迁移时对网络带宽资源的占用，采用智能网关进行就近存储，将传输负载均衡化。
数据索引技术：大数据包括时态流数据和空间流数据，对于时态流数据，主要查询类型为间隔查询，采用B-Tree、Bitmap索引等。对于空间流数据，常用查询操作是寻找某个区域内所有符合某个条件的对象，采用多维索引技术，在有限存储空间里建立优索引，使系统满足效率要求。
2.智能网关
智能网关是物联网万物连接，对于不同的感知层设备的数据和参数都能通过现场总线到达智能网关，并经过它内部A8的高速处理器进行校验、错误及异常处理、数据打包解包、数据加密、数据重传处理等多个模块的处理，形成可以在IP网上传递的分组，然后上传到服务器和主站系统。
3.基于采集量编码的数据挖掘
大数据的能耗监管系统通过智能仪表完成能耗相关数据的，采集量主要包括电参量数据、水信号数据、气信号数据、温湿度等环境数据等，相关数据经由智能网关进行汇总、压缩和加密处理后上传至服务器端。为保能耗数据可通过平台自动识别和处理，保证数据得到有效的管理和支持查询服务，实现数据组织、存储及交换的一致性，本项目对每个采集量进行统一编码，由采集量编码和时间戳组成一个能耗信息点，通过系统对海量能耗数据信息点进行集中统计和分析处理，生成能源评估，为节能整改提供数据支撑和决策辅助。
3、系统在医院节能管理中的应用
在建设期间明确了系统的实现目标后，按照日常管理需求，搭建各展现页面。功能包括能耗的整体概览、科室能耗考核、能耗指标对比、设备能效比及相关性分析、能源的流向分析、深度下钻的分项分析、能耗异常告警以及报表等。系统自2016年11月投入试运行后，配备能耗监管系统专职人员维护和使用，按照PDCA循环运行模式对医院能源进行管理。
3.1数据分析阶段（Plan）
医院的能耗中电力占比高，根据系统数据对电分项详细分析显示，如(图3)，空调用电占将近50%，其次为照明插座（主要为科室用电和办公用电）和特殊用电（包含了信息机房、大型医用设备、厨房等），动力用电主要是通用的水泵、电梯、通风机等，占比小。由此医院在管理中，首先节能管理的在空调用电和照明插座用电中。
医院在以往的能源管理中未对各科室用能按实际使用量进行考核，“大锅饭”的形式进行管理，虽然一直宣传节约能源，但是仍常有不良的用能习惯。从门诊部分科室连续3日的电用能曲线（图4），可以看出6月30日和7月1日晚间出现照明插座负荷并基本保持不变，说明门诊结束后有部分用电设备未关闭电源。
广州属海洋性亚热带季风气候，每年夏季7、8、9月的空调制冷需求量剧增，因此能耗也较大，医院在系统的报警设置中设置了能耗**标报警阈值，系统在2017年6月份统计总用电量同比16年增加1.53%，并发出报警通知，7月总用电同比16年增加1.77%，连续**标后系统发出报警通知。经过详细分析发现，空调用电中分体空调的增幅较大，并结合医院设备保养记录了解到，分体空调的上一次清洗时间在2015年10月份。
3.2节能执行阶段（Do）
由于医院对各临床科室的用能成本核算，一直以用能人数均摊的方式，与科室实际用电量无关，造成医务人员节能意识不强。通过系统的应用，医院自2017年3月开始尝试利用系统将分布的电能消耗分摊到各个科室/护理单元，打破“大锅饭”现象带来的影响。系统每月生成报表，以科室实际用能量考核成本，并定期发布能耗公示以及排名，使各科室之间形成对比。
在发现壁挂式空调能耗高并长时间未清洗后，安排了班组人员8月5日和6日对全院300台空调集中排查清洗。进行清洗时，发现室内机的过滤网上堆积了很多的灰尘，将滤网拆下后用清水冲洗并风干后恢复安装。
3.3指标考核阶段（Check）
通过科室能耗考核增强了全院医护人员的节能意识，办公区内形成了人走灯关、下班关机的习惯。从系统中发现，夜间无业务的科室，其出现夜间用电负荷的情况大有减少；至2017年12月，能耗异常报警数量从473条（3月）减少至229条（12月）。
在空调室内机过滤网清洗后，8月的电总能耗同比2016年下降17.87%，环比7月电能耗下降15.04%。取得了较好的节能效果。
3.4数据复核再循环（Action）
通过系统的分析和简单的行为节能，首先解决了大部分的能源浪费问题。通过2017年的能耗数据了解的能耗水平后，需要从每一个细分项完善系统的报警设置，进行更精细化的划分维度，从而可以更地发现和定位不合理用能的设备、人员、部门等。从电分项中的子项特殊用电分析，饭堂及水泵用能属于特殊用电、动力用电中较高水平，同时这些设备使用年限较长，设备利用率较低，是下一步分析和节能的考虑对象。医院的节能管理工作进入下一个动态循环中。
4.1平台概述
AcrelEMS-MED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，为能源信息化建设和节能管理提供了良好的技术平台。
4.2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。
安科瑞电气股份有限公司专注于电力运维平台,低压线路保护器,智慧用电管理云平台,故障电弧探测器,智能通信管理机,智能温度控制器等