浅谈企业微电网的智慧医院能源管理系统设计

摘要：随着医疗机构医疗技术的进步和医疗机构功能的不断完善，医疗环境和工作环境的不断优化，中国医疗机构电气煤单位的面积能耗逐年增加，医疗机构的能源和环境质量管理仍然存在广泛的现象，如设备数据不足、账户不清、系统执行力弱、员工队伍不平衡等问题。目前，绝大多数医疗机构尚未开展能源诊断和系统管理，医疗机构的节能和环境质量管理具有巨大的发展潜力。基于云服务和物联网技术，我们主要研究智能医院能效管理的云服务架构

1.总体框架

本文设计了基于云服务的智慧医疗机构能源效率管理系统，通过物联网技术监测获取数据，利用信息平台集成和分析数据，确定以能源效率与环境质量综合表征的智慧医疗机构指标体系，建立能源效率和环境质量管理信息系统。系统的总体设计提供了云计算服务模式下的多组织机构、多用户使用的支持，支持跨院区数据采集、存储和共享等，实现医疗机构能量使用的在线分类、分项、分户监测和计量，实现自动化节能控制，自动地采集、存储、分析能耗数据，数据远程传输以及查询、公示等，使医疗机构的能源管理部门对医疗机构使用的各类能源实现可视化节能监控、管理;对已实施节能改造的建筑进行节能效果的量化评估。系统总体架构如图所示。

1.2网络架构

系统的整体组成是通过RS485接口或传感器从智能仪器（包括水表、电表、空调机组和环境探测器等）中收集数据，然后通过以太网交换机将数据存储到数据中心服务器中；授权用户通过客户端连接能效管理服务器进行数据查询和统计分析。数据中心服务器租用第三方云服务，每年支付费用，通过VPN专用通道与医疗机构沟通，确保数据安全。系统网络架构如图所示。

1.3 系统功能设计

能源效率管理系统可实现数据采集及处理、能耗数据的监管、查询和预测、并针对能耗信息进行维护、能耗数据预警、能耗数据公示以及辅助的环境监测和决策支持等，能耗预测功能将在第三部分进行介绍，其他功能如下：

(1) 数据采集处理

实现能耗数据的并行通信采集，接收、预处理及存储水电气能耗数据，并对建筑能耗采集设备进行集中管理、配置以及状态监控。对接收到的数据包进行校验分析，使采集时间规范化，再根据用能模型拆分计算原始采集数据得到分项能耗数据，后将两类数据都存储在数据库中。

(2) 能耗监管报警

设置能耗预警阈值，提供能耗监测预警（能耗监察、能耗异常追踪）、邮件预警、短信报警、自动生成能耗预警报告以及预警记录查询等功能。

(3) 能耗查询

可以查询建筑能耗数据基本信息、能耗动态值、能耗历史值等信息，查询结果导出格式包含 XLS、doc、PPTX、PDF。

(4) 综合统计分析

对用能总量进行展示、同时将详细的用能数据分析结果展现给使用者。展示界面由图形化界面构成，包括柱状图、条形图、仪表盘等呈现方式，从而能够直观地分析展示能耗数据。此展示界面还可查询用能项属性、分组历史值以及分组实时值等。

(5) 台账管理

具有行政区域、折标系数、学生分类、分类建筑、分类能耗信息、分项能耗编码、学校信息、建筑附加信息及建筑信息等基础信息维护。

(6) 节能项目管理

针对已经或将要进行的节能改造项目进行项目建档、根据项目进行节能量/费用计算模型建立，并自动计算实际节能量，可作为与合同能源管理公司的效益分析依据。

(7) 能耗公示

能耗公示模块包括采集、修改、审核、公示以及自定义栏目管理，能够实现基于医疗机构地图的能耗监督 、以及能耗数据分析及查询等功能。

(8) 辅助能源审计

包含能源审计数据录入、审计辅助计算以及报告自动生成及导出功能，导出格式包括PDF、Word等。

(9) 环境监测

主要包括对自然光、温度、湿度、声音、医用气体、医疗废物等的监测和数据采集功能，在系统平台中支持多角度查询，形成多种形式的统计分析报表。

(10) 决策支持

采用云计算、大数据分析技术和B I工具开发决策支持系统，分析能源、环境和医疗工作量之间的动态关系 ，能灵活设定相关考核指标进行预测，寻找三者之间发展的平衡点，为医疗机构决策支持提供重要依据。

2.能源管理平台4acrelEMS-MED

2.1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》和《绿色医院建筑评价标准》、根据医院用户需求和能源管理部门要求，收集分析能源、能耗、能效数据，监测电力质量、智能电力相关指标等能源指标，结合国家能源政策和能源模式改革。可协助医院后勤管理人员进行能源供应系统和设备的运行管理，帮助医院管理实时掌握医院能耗，为医院能源信息化建设和节能管理提供良好的技术平台。

2.2平台组成

安科瑞医院能源管理系统基于云平台建立了“监控、维护"综合能源管理系统，从数据采集、设备控制、数据分析、异常预警、运行维护订单、系统架构和综合数据服务设计，帮助医院物流管理部门了解医院能源运行，注意消防和电气安全，及时预警异常情况，提高运行维护效率。它集成了10KV/O.4KV变电站电力监控系统、变电站运维云平台、配电室综合监控系统、能耗管理系统、智能照明控制系统、智能消防平台、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、消防应急照明疏散指示系统、充电桩管理系统、电力质量控制解决方案、医疗隔离电源解决方案、

2.3平台拓扑图

2.4平台子系统

(1)医院电力监控解决方案

电力监控系统实现变压器、柴油发电机、断路器等重要设备的监控、测量、记录、报警功能，与保护设备、远程控制中心等设备通信，实时掌握供电系统的运行状况和可能的隐患，快速消除故障，提高医院供电的可靠性。

电力监控系统主要针对开关站和10/0.4kV变电站，保护和监控高压电路配置的微机保护装置和多功能仪表，并为0.4kV出线配置多功能计量仪表，测控出线电路的电气参数和能耗。同时，柴油发电机、无功补偿装置、有源滤波装置等重要医院设备，UPS、监测隔离电源系统的状态。

(2)医院变电所运维云平台解决方案解决方案

AcrelCloud-1000电力运维云平台采用多功能电力传感器、无线通信、边缘计算网关和大数据分析技术，通过智能网关收集现场数据并存储在本地，然后定期将数据推送到云平台。平台收集的数据包括变电站电路电气参数、变压器温度、环境温湿度、浸水、烟雾、视频、门禁等信息。10S内通过短信和APP发出报警信号。平台通过手机APP将运维任务发送到指ding人员手机，通过GPS跟踪运维执行过程进行闭环，提高运维效率，立即发现运行缺陷并消除缺陷。

(3)医院配电室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、母线电缆温度监测、环境温湿度监测、有害气体监测、安全监控、照明、风机、除湿机、空调控制等设备的联动控制。实现电力环境数据检测和设备控制，优化电力环境，避免运行环境失控导致配电设备运行故障，确保维护人员安全，延长设备使用寿命，实现配电电力环境的分布式远程管理。

(4)医院能耗管理系统解决方案解决方案

实时测量各种建筑能耗设备的能耗数据，统计分析采集数据。合理确定各部门建筑能耗经济指标和绩效考核指标，发现能源使用规律和能源浪费，提高人员积极节能意识。

①　构建医院智能能源管理系统的基本框架，实时监控各用能环节；

②　碳排放数据：通过系统实现建筑单位人均能耗分析（包括水、电、能），实现低碳办公数据；

③　区域能效比：实现建筑单位区域能耗比较，方便能耗评估；

④　同期能效比：实现同年、同期、同区域能耗比较，方便节能数据分析；

⑤　能耗评价管理：根据能耗定额标准约束值、标准值和指导值，分析单位面积能耗和人均能耗指标；

⑥　能耗竞争排名：各部门能耗比较，实现能耗排名，增强医院工作人员的节能意识；

⑦　综合分析、统计、打印、查询能耗使用数据，根据能耗监控管理系统的需要选择不同样式的报表打印。为能耗运行管理部门提供可靠的依据；

⑧　能耗数据采集，随时查询，根据采集数据进行统计分析，监测异常能耗，报警智能能能源仪器故障，提高系统信息化和自动化水平。

(5)医院智能照明控制系统解决方案

医院人流密集，科室多，照明用电约占医院电能消耗的15%。因此，合理使用照明控制系统，在提高医生和患者体验的同时，大大利用自然光，通过感应控制实现人来灯、人走灯或保持地面强度照明，尽量解决照明用电问题。

ASL1000智能照明控制系统可实现场景控制、时间控制、区域控制、光感应控制和红外感应控制，可有效避免公共区域照明浪费，帮助医院管理照明。

配电箱内的模块主要包括总线电源、开关驱动器、IP网关、耦合器、干接头输入模块等。这些模块安装在35毫米的标准导轨上。

安装在控制现场的模块主要包括照明传感器、红外传感器和智能面板。有些人可以设置红外感应控制灯，人们离开后关闭灯，智能面板和其他手动控制设备，可以实现自动控制、现场控制和值班室远程控制的结合。

(6)医院智能消防平台解决方案

基于物联网、大数据、云计算等现代信息技术，智能消防云平台连接分散的火灾自动报警设备、电气火灾监控设备、智能烟雾探测器、智能消防水等设备形成网络，智能感知、识别、定位，实时动态收集消防信息，通过云平台数据分析、挖掘和趋势分析，帮助实现科学预警火灾、网格管理、实施多责任监督等目标。实现无人值守智能消防，实现智能消防“自动化"、“智能化"、“系统化"需求。从火灾预防，到火灾报警，再到控制联动，在统一的系统平台上运行，用户、安全人员、监管单位可以通过平台直观地看到各种消防设备和传感器的运行，在细节、火灾等紧急和非紧急情况下，在几秒钟内，相关报警和事件信息通过手机短信、语音电话、电子邮件提醒和应用推送，可以快速通知相关人员。

(7)医院电气火灾监测系统解决方案解决方案

电气火灾监测系统作为火灾自动报警系统的预警子系统，由电气火灾监测主机、电气火灾监测单元、剩余电流电气火灾探测器和温度电气火灾探测器组成，通过现场总线形成完整的电气火灾预防监测系统，数据可集成到企业消防控制室监控系统。

医院电气火灾监控系统由建筑物设置，收集数据后上传至值班室监控主机，实现建筑电气安全预警。现场传感器监控配电系统电路漏电电流和电缆温度，异常时实时发出报警信号，重点关注门诊楼、住院楼、医疗技术楼等区域漏电或电缆发热。

(8)医院消防设备电源监控系统解决方案

医院的消防安全非常重要，消防设备很多。消防设备电源监控系统的主要功能是监控消防设备的工作电源是否正常，确保消防设备在发生火灾时能够正常投入使用。

消防设备电源监控系统采用消防二总线，建筑物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个传感器的电压、电流信息和开关状态信息，实现对消防设备电源工作状态的实时监控。

(9)医院防火门监控系统解决方案

医院有大量的防火门。由于有些地区经常有人走动，经常打开和关闭防火门。防火门监控系统的作用是监控防火门的开关状态，火灾发生后自动关闭防火门，防止烟雾扩散。防火门监控系统利用消防二总线连接具有通信功能的监控模块，监控和控制防火门的状态。当防火门发生异常位置信号时，防火门监控器可发出故障报警信号，指示故障报警部位，保存故障报警信息。发生火灾时，关闭事故区域所有常开的防火门，防止烟雾扩散到安全区域。

(10)医院消防应急照明及疏散指示系统解决方案

医院人员流动性强，密度高，消防复杂。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与火灾报警系统联动，提供应急照明和疏散路径指示，引导人们快速找到疏散出口，一键选择疏散应急预案，提高逃生概率。

3.相关平台部署硬件选型清单

4.结语

作为建筑节能的领域，我国医院目前存在能耗使用较高，能源管理粗放的问题，节能潜力巨大。本文通过对医疗机构能源消耗进行分类和综合分析，采用RS485接口与传感器等技术实现数据的智能获取，对能耗数据实现远程实时采集，同时进行建筑能耗在线监测及动态分析预测。在保证用能可靠性及病人和医务人员舒适度的前提下，通过能耗分析和管理，降低了医疗机构建筑的能耗，为构建绿色智慧医疗机构提供了技术及平台支撑，有效推进了医疗机构绿色节能建设发展。

参考文献

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[ 5 ] 安科瑞企业微电网选型手册2021.10版