程瑜

江蘇安科瑞微電網(wǎng)研究院有限公司江蘇江陰214432

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) 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(hù)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)總量比重為百分之21.7，碳排放21.1億t（以CO2計(jì)，下同），占全國(guó)能源碳排放的比重百分之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]以深圳市孫逸仙心血管醫(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) 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(lèi)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) 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)次。該醫(yī)院能源消耗的類(lèi)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)院總能消耗的百分之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)能耗全年平均占比百分之45.83，6、7、8月份占比達(dá)百分之51以上。醫(yī)院空調(diào)能耗逐月分布情況見(jiàn)表1。

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(mén)診、消毒供應(yīng) 、急診。其中病房（含辦公室區(qū)域）占空調(diào)系統(tǒng)用能的百分之35.8，大大高于手術(shù)室等區(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，電能百分之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(hù)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(hù)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(hù)多將病房空調(diào)設(shè)定溫度遠(yuǎn)低于27℃。因此，在考慮用戶(hù)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)定溫度值tn；

3）病房?jī)?nèi)用戶(hù)輸入自己的偏好溫度ti；

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

5）當(dāng)用戶(hù)輸入的偏好溫度ti低于tn時(shí)，病房空調(diào)自動(dòng)設(shè)定為tn。

模型假設(shè)用戶(hù)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(hù)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(hù)偏好溫度為22℃，則與設(shè)定溫度值27℃相比，全年空調(diào)開(kāi)啟時(shí)長(zhǎng)相差巨大。用戶(hù)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：ηt為每年因空調(diào)溫度控制而節(jié)約的空調(diào)能耗比例， ；η0為病房空調(diào)能耗占醫(yī)院總體空調(diào)能耗比例， ；Q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；Qrt為實(shí)施節(jié)能措施后每年病房空調(diào)系統(tǒng)能耗，kW·h；ko為每年室外氣溫≥(ti+3)℃的時(shí)間，h；ki為每年室外氣溫≥(tn+3)℃的時(shí)間，h；hw為室外空氣逐時(shí)比焓，kJ/kg；hn為室內(nèi)空氣時(shí)比焓，kJ/kg；Pt為在(t1,t2)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(hù)聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)

當(dāng)開(kāi)啟空調(diào)房間的窗戶(hù)打開(kāi)時(shí)，在熱壓和風(fēng)壓的作用下，室內(nèi)冷空氣逸出，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(hù)聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)，監(jiān)控窗戶(hù)啟閉狀態(tài)，當(dāng)空調(diào)運(yùn)行和窗戶(hù)開(kāi)啟2個(gè)條件同時(shí)滿(mǎn)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(hù)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：

ηw=ηnew(1－Grw/G)×100 (4)

G=Go×T×N×Kw+Gr×D×N(5)

Grw=Gr×D×N(6)

式中：ηw為每年因控制開(kāi)窗行為而節(jié)約的空調(diào)能耗比例， ；ηnew為新風(fēng)量部分占空調(diào)冷負(fù)荷的比例， ；Grw為實(shí)施空調(diào)與窗戶(hù)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；Go為通過(guò)開(kāi)窗戶(hù)流通的空氣量，m3/s；T為開(kāi)空調(diào)時(shí)開(kāi)窗時(shí)長(zhǎng)，h；N為房間數(shù)，個(gè)；Gr為一個(gè)房間的新風(fēng)換氣量，m3/s；D為開(kāi)空調(diào)時(shí)長(zhǎng)，s；Kw為有開(kāi)窗現(xiàn)象的病房比例， 。

為便于研究窗戶(hù)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(hù)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(hù)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：Gh為熱壓作用下的自然通風(fēng)量，m3/s；Cd為系數(shù)，取0.61；A為窗戶(hù)開(kāi)啟面積，m2；H為開(kāi)口高度，m；ΔT為室內(nèi)外空氣溫度差，K；T為室內(nèi)外空氣平均熱力學(xué)溫度，K；Gw為風(fēng)壓作用下的自然通風(fēng)量，m3/s；Aeff為有效開(kāi)口面積，m2；U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：q1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；q2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；Ro為屋面總熱阻，m2·K/W；ΔR為光伏板附加的熱阻，m2·K/W；A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：

ηpv,p=Ppv/Q=Ipv×S×p×T(13)

式中：Ppv為光伏板年發(fā)電量，kW·h；Ipv為單位光伏板的額定發(fā)電功率，kW/m2；S為屋頂可鋪設(shè)光伏板面積，m2；p為光伏板發(fā)電效率， ；T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：

ηpv=ηpv,r+ηpv,p(14)

綜合以上節(jié)能措施，共節(jié)約能耗比例為：

ηc=ηt+ηw+ηpv(15)

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tn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23.35℃[15]。假設(shè)用戶(hù)設(shè)定空調(diào)溫度ti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(hù)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Gr取0.0556m3/s。窗戶(hù)開(kāi)啟面積A取1.2m×0.6m，開(kāi)口的高度H取1.2m，有效開(kāi)口面積Aeff取窗口面積A的一半。室內(nèi)外空氣溫度差ΔT取5K，室內(nèi)外空氣平均溫度T取302.5K，開(kāi)口處的風(fēng)速U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Ro取0.91m·2K/W，ΔR取0.3m·2K/W。A取14 ，COP取3.5。單位光伏板的額定發(fā)電功率Ipv取1kW/m2，屋頂可鋪設(shè)光伏板面積S取2000m2，光伏板發(fā)電效率p取15.4 ，年太陽(yáng)能可利用小時(shí)數(shù)T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)效益和環(huán)境效益。

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。

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：

對(duì)用戶(hù)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)分布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(hù)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。

4安科瑞醫(yī)院EMS能效管理系統(tǒng)

4.1平臺(tái)拓?fù)鋱D

4.2醫(yī)院能耗管理系統(tǒng)解決方案

對(duì)建筑各類(lèi)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(xún)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(mén)提供可靠的依據(jù)；

⑧能耗數(shù)據(jù)采集，隨時(shí)查詢(xún)，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。

能耗管控系統(tǒng)硬件配置方案

應(yīng)用場(chǎng)景	型號(hào)	圖 片	保護(hù)功能
能耗管理云平臺(tái)	AcrelCloud-5000		采用泛在物聯(lián)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)通訊、智能傳感等技術(shù)手段可為用戶(hù)提供能源數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計(jì)分析、能效分析、用能預(yù)警、設(shè)備管理等服務(wù)，平臺(tái)可以廣泛應(yīng)用于多種領(lǐng)域。
智能網(wǎng)關(guān)	Anet系列網(wǎng)管		采用嵌入式硬件計(jì)算機(jī)平臺(tái)，具有多個(gè)下行通信接口及一個(gè)或者多個(gè)上行網(wǎng)絡(luò)接口，作為信息采集系統(tǒng)中采集終端與平臺(tái)系統(tǒng)間的橋梁，能夠根據(jù)不同的采集規(guī)約進(jìn)行水表、氣表、電表、微機(jī)保護(hù)等設(shè)備終端的數(shù)據(jù)采集匯總，并使用相應(yīng)的規(guī)約轉(zhuǎn)發(fā)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)給平臺(tái)系統(tǒng)。
高壓重要回路或低壓進(jìn)線柜	APM810		具有全電量測(cè)量，電能統(tǒng)計(jì)，電能質(zhì)量分析及網(wǎng)絡(luò)通訊等功能，主要用于對(duì)電網(wǎng)供電質(zhì)量的綜合監(jiān)控診斷及電能管理。該系列儀表采用了模塊化設(shè)計(jì)，當(dāng)客戶(hù)需要增加開(kāi)關(guān)量輸入輸出，模擬量輸入輸出，SD卡記錄，以太網(wǎng)通訊時(shí)，只需在背部插入對(duì)應(yīng)模塊即可。
	APM520		三相全電量測(cè)量，2-63次諧波，不平衡度，需量，支持付費(fèi)率，越限報(bào)警，SOE,4-20mA輸出。
低壓聯(lián)絡(luò)柜、 出線柜	AEM96		三相多功能電能表，均集成三相電力參數(shù)測(cè)量及電能計(jì)量及考核管理，提供上24時(shí)、上31日以及上12月的電能數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。具有63次分次諧波與總諧波含量檢測(cè)，帶有開(kāi)關(guān)量輸入和繼電器輸出可實(shí)現(xiàn)“遙信”和“遙控”功能，并具備報(bào)警輸出，可廣泛應(yīng)用于多種控制系統(tǒng)，SCADA系統(tǒng)和能源管理系統(tǒng)中。
動(dòng)力柜	ACR120EL		測(cè)量所有的常用電力參數(shù)，如三相電流、電壓，有功、無(wú)功功率，電度，諧波等，并具備完善的通信聯(lián)網(wǎng)功能，非常適合于實(shí)時(shí)電力監(jiān)控系統(tǒng)。
	DTSD1352		DIN35mm導(dǎo)軌式安裝結(jié)構(gòu)，體積小巧，能測(cè)量電能及其他電參量，可進(jìn)行時(shí)鐘、費(fèi)率時(shí)段等參數(shù)設(shè)置，精度高、可靠性好、性能指標(biāo)符合國(guó)標(biāo)GB/T17215-2002、GB/T17883-1999和電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T614-2007對(duì)電能表的各項(xiàng)技術(shù)要求，并且具有電能脈沖輸出功能；可用RS485通訊接口與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。
	AEW100		三相全電量測(cè)量，剩余電流、2-63次諧波，支持付費(fèi)率，量值、電纜溫度，可選2G/4G通訊。

4.3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。

智能照明控制系統(tǒng)硬件配置方案

應(yīng)用場(chǎng)合（配電室）		產(chǎn)品	型號(hào)	功能
普通照明	配電箱		ASL220-S 系列	1、ALIBUS總線擴(kuò)展模塊，通信鏈路供電。 2、功耗：≤5VA 3、4路16A磁保持繼電器輸出，輸出可通過(guò)按鈕手動(dòng)控制，輸出狀態(tài)液晶屏顯示。 4、2路開(kāi)關(guān)量輸入，可接入開(kāi)關(guān)、報(bào)警、人體紅外感應(yīng)器等信號(hào)。 外形尺寸: 144mm(W)*90mm(H)*70mm(D)。 6、35mm標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌式安裝
	按鍵面板		ASL220-F1/2	1聯(lián)兩鍵 1、ALIBUS總線場(chǎng)景面板，通信鏈路供電； 2、1聯(lián)2鍵輕觸按鍵，多彩背光指示，金、黑、灰可選； 3、每個(gè)按鍵支持長(zhǎng)按、短按功能，均可實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)、調(diào)光、場(chǎng)景控制； 4、外形尺寸: 86mm(W)*86mm(H)*24mm(D)； 5、86底盒安裝
	探測(cè)器		ASL220-PM/T	PIR+照度傳感器 1、ALIBUS總線傳感器，通信鏈路供電,功耗：20mA@24V； 2、特殊運(yùn)算電路，可通過(guò)紅外感應(yīng)探測(cè)到人體動(dòng)作； 4、安裝方式：嵌入式； 5、外形尺寸：ф80mm*33mm；產(chǎn)品外露尺寸：ф80mm*2.5mm
備用照明	雙切箱		ASL210-S 系列	1、ALIBUS總線擴(kuò)展模塊，通信鏈路供電。 2、功耗：≤3VA 3、4路16A磁保持繼電器輸出。 4、1路開(kāi)關(guān)量輸入，可接入開(kāi)關(guān)、報(bào)警、人體紅外感應(yīng)器等信號(hào)，1路485通訊。 5、外形尺寸:108mm(W)*90mm(H)*70mm(D)。 6、消防聯(lián)動(dòng)啟動(dòng)一般照明（備用照明）。 7、35mm標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌式安裝
應(yīng)用場(chǎng)合（艙室）		產(chǎn)品	型號(hào)	功能
普通照明	配電箱		ASL220-S 系列	1、ALIBUS總線擴(kuò)展模塊，通信鏈路供電。 2、功耗：≤5VA 3、4路16A磁保持繼電器輸出，輸出可通過(guò)按鈕手動(dòng)控制，輸出狀態(tài)液晶屏顯示。 4、2路開(kāi)關(guān)量輸入，可接入開(kāi)關(guān)、報(bào)警、人體紅外感應(yīng)器等信號(hào)。 5、外形尺寸:144mm(W)*90mm(H)*70mm(D)。 6、35mm標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌式安裝
	按鍵面板		ASL220-F1/2	1聯(lián)兩鍵 1、ALIBUS總線場(chǎng)景面板，通信鏈路供電； 2、1聯(lián)2鍵輕觸按鍵，多彩背光指示，金、黑、灰可選； 3、每個(gè)按鍵支持長(zhǎng)按、短按功能，均可實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)、調(diào)光、場(chǎng)景控制； 4、外形尺寸:86mm(W)*86mm(H)*24mm(D)； 5、86底盒安裝
	探測(cè)器		ASL220-PM/T	PIR+照度傳感器 1、ALIBUS總線傳感器，通信鏈路供電,功耗：20mA@24V； 2、特殊運(yùn)算電路，可通過(guò)紅外感應(yīng)探測(cè)到人體動(dòng)作； 4、安裝方式：嵌入式； 5、外形尺寸：ф80mm*33mm；產(chǎn)品外露尺寸：ф80mm*2.5mm
備用照明	雙切箱		ASL210-S 系列	1、ALIBUS總線擴(kuò)展模塊，通信鏈路供電。 2、功耗：≤3VA 3、4路16A磁保持繼電器輸出。 4、1路開(kāi)關(guān)量輸入，可接入開(kāi)關(guān)、報(bào)警、人體紅外感應(yīng)器等信號(hào)，1路485通訊。 5、外形尺寸:108mm(W)*90mm(H)*70mm(D)。 6、消防聯(lián)動(dòng)啟動(dòng)一般照明（備用照明）。 7、35mm標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌式安裝
IP網(wǎng)關(guān)			ASL200-485-IP	IP協(xié)議轉(zhuǎn)換器（ALIBUS<-->TCP/IP） 1、1路ALIBUS通信總線接口。 2、1路RS485 3、1路以太網(wǎng)接口，以太網(wǎng)通訊 4、串口速率1200~115200bps可配置。串口支持標(biāo)準(zhǔn)MODBUS-RTU協(xié)議。 5、外形尺： 96.6mm(W)*70mm(H)*18mm(D)。 6、35mm標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌式安裝 7、IP地址設(shè)置連接、ALIBUS系統(tǒng)組網(wǎng)擴(kuò)容、ALIBUS通訊軟件連接
IP輔助電源			ASL200-P20	輔助電源 1、輸入電壓范圍：176-264VAC 2、輸出電壓及功率：24VDC/20W 3、電壓調(diào)整范圍：21.6~29V 4、工作溫度:-40~+70℃ 5、外形尺寸：96.6mm(W)*70mm(H)*18mm(D) 6、35mm標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌式安裝

4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(hù)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)效益和環(huán)境效益顯著。

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(hù)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)：

基于智慧能源管理的醫(yī)院節(jié)能措施分析

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

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[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)2020.06版．

[4]安科瑞用戶(hù)變電站變配電監(jiān)控解決方案2021.10

審核編輯 黃宇