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我院智慧能源管理平臺(tái)的探究與評(píng)價(jià)

2016-02-07 03:24張玉彬呂政飛黃如春
中國醫(yī)療設(shè)備 2016年4期
關(guān)鍵詞:能源管理能耗我院

張玉彬,呂政飛,黃如春

南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院,江蘇省人民醫(yī)院 a.基建辦;b.總務(wù)處,江蘇南京 210029

我院智慧能源管理平臺(tái)的探究與評(píng)價(jià)

張玉彬a,呂政飛b,黃如春b

南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院,江蘇省人民醫(yī)院 a.基建辦;b.總務(wù)處,江蘇南京 210029

本文在既有建筑物能耗管理信息化建設(shè)實(shí)踐基礎(chǔ)上,通過大數(shù)據(jù)分析和云服務(wù)技術(shù)對醫(yī)院的各類建筑的能耗進(jìn)行全面的監(jiān)測和分析,參照國家住建部和國務(wù)院機(jī)關(guān)事務(wù)管理局對建筑物能耗信息化建設(shè)要求,建立基于IEEE1888標(biāo)準(zhǔn)的醫(yī)院能耗定額標(biāo)準(zhǔn)和智慧能源管理體系,指導(dǎo)醫(yī)院的節(jié)能改造。

建筑物能耗定額;云服務(wù);IEEE1888標(biāo)準(zhǔn)體系;智慧能源管理平臺(tái)

1 研究背景及目的與意義

1.1 研究背景

大型公共建筑用能強(qiáng)度是普通公共建筑的2~3倍,是居住建筑的5倍左右。而且隨著公共建筑大型化的趨勢,公共建筑整體用能強(qiáng)度也在不斷攀升[1]。大型綜合型醫(yī)院應(yīng)積極響應(yīng)國家衛(wèi)生計(jì)生委“創(chuàng)建,推進(jìn)和深化節(jié)約型醫(yī)院建設(shè)”的要求,積極開展針對醫(yī)院各類建筑全生命周期能耗管理及節(jié)能信息化服務(wù)的研究,規(guī)劃建設(shè)一個(gè)包含能耗數(shù)據(jù)采集監(jiān)測、節(jié)能指標(biāo)考核、能效指標(biāo)評(píng)估、節(jié)能效果評(píng)估、設(shè)備精細(xì)化管理以及基于數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)的多維分析功能組成的智慧能源管理平臺(tái),對醫(yī)院的各類建筑物的所有能耗指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)控和管理,建立科學(xué)、完善、客觀、智能的能耗控制管理流程,為醫(yī)院管理層及各級(jí)主管部門提供全面、準(zhǔn)確、可視化的各類能耗指標(biāo)分析報(bào)表。

1.2 目的與意義

我院擬建設(shè)一套基于IEEE1888標(biāo)準(zhǔn)的醫(yī)院智慧能源管理平臺(tái),針對日常能耗情況進(jìn)行自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測、控制、故障報(bào)警、統(tǒng)計(jì)、綜合分析等;從已有的相關(guān)系統(tǒng)(后勤綜合管理信息化平臺(tái)、醫(yī)院建筑BA系統(tǒng)、醫(yī)院能耗管理平臺(tái)等)通過標(biāo)準(zhǔn)接口網(wǎng)絡(luò)協(xié)議獲得相關(guān)能耗數(shù)據(jù),并且結(jié)合建筑面積、內(nèi)部功能區(qū)域劃分、設(shè)備參數(shù)統(tǒng)計(jì)、醫(yī)療運(yùn)行參數(shù)匯總等客觀數(shù)據(jù),獲取能實(shí)時(shí)反映醫(yī)院整體能源運(yùn)行的現(xiàn)狀和能耗結(jié)構(gòu)的精確數(shù)據(jù),以便準(zhǔn)確評(píng)價(jià)建筑的節(jié)能效果和發(fā)展趨勢;提供能源消耗總體情況、分類能耗、多角度能耗分析報(bào)表、能耗超標(biāo)預(yù)警等。并通過醫(yī)院公共建筑能耗的調(diào)查和統(tǒng)計(jì)分類工作,結(jié)合建筑能耗定額制定方法,形成基于醫(yī)療類公共建筑類型的建筑能耗限額值,基于智慧能源管理平臺(tái)建立適合醫(yī)院行業(yè)的能耗數(shù)據(jù)共享標(biāo)準(zhǔn)和綠色能源評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)體系、促進(jìn)醫(yī)院的節(jié)能改造,幫助醫(yī)院在2015年實(shí)現(xiàn)“單位醫(yī)療業(yè)務(wù)量能耗”相比2014年下降5%~8%的節(jié)能目標(biāo)[2]。

2 對象與方法

2.1 建設(shè)背景

2009年我院通過江蘇省住建廳建筑節(jié)能專項(xiàng)資金全額補(bǔ)助進(jìn)行了建筑能耗分項(xiàng)計(jì)量裝置安裝項(xiàng)目,在門急診樓和病房樓共計(jì)7棟主要建筑(建筑面積約13萬m2)按樓層病區(qū)的動(dòng)力、照明以及中央空調(diào)、分體空調(diào)功能共計(jì)安裝多功能電能表213塊,冷熱水流量計(jì)7塊,實(shí)現(xiàn)年、月、日分項(xiàng),分類能耗統(tǒng)計(jì)及實(shí)時(shí)監(jiān)測功能,以全面反映樓內(nèi)的建筑物所有電氣設(shè)備用能情況及各大樓建筑總用水情況。經(jīng)過匯總數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析,發(fā)現(xiàn)3大類問題:① 主病房樓未配置中央空調(diào),全部安裝分體掛壁式空調(diào),共計(jì)337臺(tái),供冷季單位面積耗電量56 kWh/m2,遠(yuǎn)高于外科樓中央空調(diào)單位面積耗電量44 kWh/m2;② 醫(yī)院總表消耗水量與各大樓水表消耗水量有較大數(shù)據(jù)差;③ 院內(nèi)多處公共區(qū)域夜間無人值守或不開放,但照明電表依然產(chǎn)生數(shù)據(jù)。

2012年,省級(jí)機(jī)關(guān)事務(wù)管理局要求直屬事業(yè)單位按月上報(bào)水、電、燃?xì)?、汽油等?shù)據(jù),匯總至公共節(jié)能數(shù)據(jù)平臺(tái),通過系統(tǒng)平臺(tái)的數(shù)據(jù)采集分析對比,經(jīng)過3年多的數(shù)據(jù)積累,將對各事業(yè)單位進(jìn)行能耗數(shù)據(jù)監(jiān)控、定額給定與考核。

2.2 建設(shè)思路

我院擬建設(shè)一個(gè)統(tǒng)一的能耗數(shù)據(jù)中心以滿足各部門對能耗數(shù)據(jù)的要求,通過共享數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)集成我院現(xiàn)有能耗監(jiān)控系統(tǒng)與江蘇省住建廳建筑能耗監(jiān)測管理平臺(tái)及省級(jí)機(jī)關(guān)事務(wù)管理局能耗上報(bào)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。平穩(wěn)運(yùn)行后從能耗數(shù)據(jù)中心進(jìn)一步挖掘各類能耗、業(yè)務(wù)和環(huán)境等數(shù)據(jù),提供用能監(jiān)測、能效分析、用能診斷、用能管理以及用能決策等手段,提高醫(yī)院各類建筑用能管理水平和能源利用效率。

2.3 云服務(wù)平臺(tái)智慧的各種能源管理服務(wù)

基于IEEE1888 標(biāo)準(zhǔn)建立的數(shù)據(jù)中心能效平臺(tái)是在實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和管理數(shù)據(jù)整合的前提下,以能源數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù),同時(shí)以能源管理功能為核心功能的能效管理平臺(tái)[3]。① 實(shí)時(shí)監(jiān)測能耗使用現(xiàn)狀,預(yù)測發(fā)展趨勢,為管理提供支撐;② 實(shí)時(shí)掌握總體能耗消耗數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)增長趨勢和增長方向,為醫(yī)院推行低成本節(jié)能,推動(dòng)精細(xì)化、規(guī)范化管理提供參考;③ 通過建筑能耗定額標(biāo)準(zhǔn)化工作和基于IEEE1888標(biāo)準(zhǔn)的綠色智能網(wǎng)關(guān)技術(shù),在云服務(wù)平臺(tái)中提供支持醫(yī)院類建筑物的綠色運(yùn)行和為其節(jié)能改造工作提供智慧的能源管理服務(wù)(能耗定額控制及空調(diào)、照明等設(shè)備的遠(yuǎn)程自動(dòng)監(jiān)控等);④ 為合同能源管理提供準(zhǔn)確、權(quán)威的基礎(chǔ)數(shù)據(jù);⑤ 引導(dǎo)使用低能耗指標(biāo)設(shè)備,為綠色采購及售后評(píng)估提供依據(jù);⑥ 根據(jù)能源費(fèi)用,準(zhǔn)確制定能源成本預(yù)算。

2.4 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)

我院的智慧能源管理平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用分層分布式三層結(jié)構(gòu),節(jié)能監(jiān)管平臺(tái)采用瀏覽器/服務(wù)器(B/S)與客戶機(jī)/服務(wù)器(C/S)兩種主體構(gòu)架。通過搭建的局域網(wǎng)絡(luò)或已建成的局域網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的上傳、命令的下發(fā),醫(yī)院現(xiàn)有其他與能源管理相關(guān)的信息化系統(tǒng)采用統(tǒng)一的系統(tǒng)平臺(tái)開放接口協(xié)議,與能源管理平臺(tái)進(jìn)行部分?jǐn)?shù)據(jù)的共享,實(shí)現(xiàn)能源數(shù)據(jù)的集中,構(gòu)成能源管理平臺(tái)的數(shù)據(jù)源。

系統(tǒng)軟件支持B/S架構(gòu),運(yùn)行管理人員、醫(yī)院管理和決策層人員不受地域時(shí)間限制,通過大部分主流瀏覽器Web方式不同權(quán)限登錄,方便快捷實(shí)時(shí)了解醫(yī)院的各樓層和各功能區(qū)域總體能耗情況、分類能耗、多角度能耗分析報(bào)表、能耗超標(biāo)預(yù)警、契約限額等,通過深層挖掘有價(jià)值的數(shù)據(jù),幫助用戶提供能源決策、優(yōu)化調(diào)度和內(nèi)部考核等管理措施的數(shù)據(jù)支持依據(jù)。智慧能源管理平臺(tái)分為設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)層、管理層三層。

(1)設(shè)備層:指直接采集現(xiàn)場設(shè)備數(shù)據(jù)并具備上傳功能的各類能耗監(jiān)測設(shè)備,如:配電室內(nèi)電表、醫(yī)院的各樓層內(nèi)計(jì)量電表、水流量表、蒸汽流量表、燃?xì)庥?jì)量表、醫(yī)用氣體流量表等終端監(jiān)測設(shè)備。這些設(shè)備可獨(dú)立完成數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、統(tǒng)計(jì)處理、就地及遠(yuǎn)程控制、信息遠(yuǎn)傳等功能,一個(gè)設(shè)備出現(xiàn)問題時(shí),不會(huì)影響其他設(shè)備的正常運(yùn)行。

(2)網(wǎng)絡(luò)層:各分散的智能計(jì)量設(shè)備均具備RS485通訊接口/MODBUS通訊協(xié)議,通過RS485通訊總線接入數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān),數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)經(jīng)過以太網(wǎng)總線將底層表采集的數(shù)據(jù)通過搭建的光纖局域網(wǎng)(或已有的光纖局域網(wǎng))上傳至能源管理平臺(tái)服務(wù)器內(nèi)。醫(yī)院內(nèi)已有的其他系統(tǒng)通過搭建的光纖局域網(wǎng)(或已有的光纖局域網(wǎng)),采用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)接口(如:OPC協(xié)議和Modbus協(xié)議等)將相關(guān)能耗數(shù)據(jù)上傳至能源監(jiān)管平臺(tái)服務(wù)器內(nèi)。

(3)管理層:智慧能源管理平臺(tái)管理層由平臺(tái)軟件、服務(wù)器和工作站等硬件等組成,支持以太網(wǎng)絡(luò)通訊,具有大容量存儲(chǔ)空間。提供基于SOA架構(gòu)的、模塊化的能耗數(shù)據(jù)的匯總、統(tǒng)計(jì)、對比、分析和直觀展現(xiàn)功能,并結(jié)合如門診就診人數(shù)、病區(qū)出院人數(shù)、床位周轉(zhuǎn)率、手術(shù)臺(tái)數(shù)等醫(yī)療指標(biāo),得出其綜合單位面積的能耗排名、消耗費(fèi)用、變化趨勢等分析結(jié)果,通過多角度直觀的圖表展現(xiàn)給各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)和各管理部門,同時(shí)根據(jù)這些分析結(jié)果幫助制定考核、管理制度,輔助領(lǐng)導(dǎo)決策。通過服務(wù)器接口,擁有不同權(quán)限的用戶可以從大屏幕、Web瀏覽客戶端或其他有安全級(jí)別的終端服務(wù)器,查看到不同級(jí)別的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)信息。

(4)能源管理系統(tǒng)服務(wù)器:采用數(shù)據(jù)服務(wù)器實(shí)現(xiàn)對醫(yī)院建筑內(nèi)能源安全和能源監(jiān)管的分類數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理、分析、數(shù)據(jù)挖掘、存儲(chǔ)及網(wǎng)絡(luò)管理。實(shí)現(xiàn)分類能源介質(zhì)的實(shí)時(shí)工況數(shù)據(jù)監(jiān)測、故障報(bào)警和記錄、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和趨勢曲線、計(jì)量和監(jiān)測設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測、運(yùn)行管理和故障分析等監(jiān)控功能,可滿足各類能源介質(zhì)系統(tǒng)的日常運(yùn)行和安全管理需要。以報(bào)表、曲線圖、柱狀圖、餅圖、和散點(diǎn)圖等多種形式通過Web方式展現(xiàn)給用戶。

(5)系統(tǒng)工作站:實(shí)現(xiàn)不同權(quán)限管理人員就地瀏覽及查詢院內(nèi)的能耗情況。

2.5 功能設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)是從覆蓋醫(yī)院日常用能管理和節(jié)能改造項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、開發(fā)、實(shí)施、調(diào)整、維護(hù)運(yùn)行,直到系統(tǒng)最后運(yùn)行的整個(gè)生命周期,可以實(shí)時(shí)掌握建筑整體能源運(yùn)行的現(xiàn)狀及趨勢,從日常耗能的環(huán)節(jié)本身發(fā)現(xiàn)問題,通過對建筑內(nèi)不同功能區(qū)域的耗能特點(diǎn)的分析,建立“數(shù)據(jù)采集—集中數(shù)據(jù)—數(shù)據(jù)分析處理—提供各類對比考核方法—完善管理流程—考核評(píng)價(jià)”的能源管理流程[4]。系統(tǒng)的功能架構(gòu),見圖1。

圖1 智慧能源管理平臺(tái)軟件架構(gòu)

3 結(jié)果

基于已有的建筑能耗分項(xiàng)計(jì)量系統(tǒng)平臺(tái)提供的數(shù)據(jù),針對數(shù)據(jù)分析后出現(xiàn)的問題,我院采取了多項(xiàng)措施:

(1)與遠(yuǎn)大空調(diào)公司簽訂合同能源管理服務(wù),結(jié)合主病房樓病區(qū)改造,廢除分體空調(diào),改用1臺(tái)150萬大卡的溴化鋰直燃機(jī)組,總能耗費(fèi)用改造前450 萬元/年,改造后的能源運(yùn)營管理收費(fèi)390萬元/年(含所有能耗費(fèi)及運(yùn)維管理費(fèi)),通過1~5年期的運(yùn)營收費(fèi)節(jié)能服務(wù)企業(yè)收回前期設(shè)備分?jǐn)偧袄?;自?年起至第10年,節(jié)能服務(wù)企業(yè)按照不高于330萬元/年包干能源服務(wù)費(fèi)(合同再談判)。

(2)請專業(yè)測漏單位對院內(nèi)老舊管道測漏,發(fā)現(xiàn)漏點(diǎn)封堵處理;廢除5、6號(hào)樓埋地漏水水管,重新改路接入。

(3)在全院部分區(qū)域逐步更換或新裝感應(yīng)燈具或LED燈具,夜間無人值守或不開放區(qū)域設(shè)置電源定時(shí)器。

此外,根據(jù)累積數(shù)據(jù)的匯總分析,采取了一些有針對性的管理措施,并在全院宣傳提倡“節(jié)能減排人人有責(zé)”的行為,為醫(yī)院即將進(jìn)行的能耗定額分析和科室成本核算打下基礎(chǔ)。同時(shí),在同行之間,根據(jù)能耗數(shù)據(jù)的單位建筑面積、人均能耗等指標(biāo)排名,了解和檢驗(yàn)我院的節(jié)能減排成果。 參考江蘇省住房城鄉(xiāng)建設(shè)廳提出的“建筑物能耗定額計(jì)算模型”,我院建立了“醫(yī)院類建筑物能耗定額計(jì)算模型”“醫(yī)院類建筑物能效評(píng)估模型”,將為江蘇省內(nèi)開展節(jié)約型醫(yī)院建設(shè)提供理論依據(jù)[5-6]。

4 討論

我院通過能耗系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析指導(dǎo)節(jié)能減排工作的落實(shí),獲得顯著成效[7]。據(jù)統(tǒng)計(jì),自2011年我院用水總量連續(xù)2年下降,下降幅度分別為-7.73%和-11.73%,全院用電總量增幅逐年減少,增幅分別為6.5%和1.9%。在我院醫(yī)療業(yè)務(wù)日益增長的情況下,2014年全年水、電、氣用量分別下降10.0%、2.2%與2.8%,其中用水量自4月份以來連續(xù)9個(gè)月呈同比下降狀態(tài)。為此,醫(yī)院對節(jié)能成果進(jìn)行了分成獎(jiǎng)勵(lì),大大提高了員工的工作積極性。因此,整合完成的智慧能源管理平臺(tái)將可以有效解決以下問題:

(1)醫(yī)院能耗消耗指標(biāo)高的問題。醫(yī)院各種能源資源費(fèi)用約占醫(yī)院總支出的2.5%~3.5%左右,電力能源約占總消耗的65%以上,其中采暖、蒸氣、衛(wèi)生熱力、空調(diào)用電的消耗占總能源的70%以上。

(2)能耗管理相對低效的問題。系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對醫(yī)院水電氣等相關(guān)能耗介質(zhì)的自動(dòng)監(jiān)測,加快能源系統(tǒng)的故障和異常處理,提高能源事故的反應(yīng)能力,保證系統(tǒng)長期穩(wěn)定運(yùn)行,完成對各種能源系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度和管理。

(3)缺少信息化能源管理手段的問題。系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)醫(yī)院能源消耗的數(shù)字化、精細(xì)化管理,減少能源管理環(huán)節(jié)、提高管理效率。

(4)負(fù)荷不均供應(yīng)雜的問題。系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對不同種類的能源進(jìn)行分區(qū)域計(jì)量,并提供基于數(shù)據(jù)分析的能耗異常報(bào)警、尋找節(jié)能關(guān)鍵點(diǎn)、節(jié)能空間,指導(dǎo)后期技術(shù)改造,并提高能源統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的精度與實(shí)時(shí)性。

(5)醫(yī)院安全保障壓力大的問題。由于醫(yī)院的人流量大,環(huán)境要求特殊等因素,空氣品質(zhì)和能源安全比其他公共建筑要求高,系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對節(jié)能改造項(xiàng)目整個(gè)生命周期的全程精細(xì)化管理。

(6)實(shí)現(xiàn)對能耗指標(biāo)的評(píng)估和能源消耗結(jié)構(gòu)分析及能源消耗成本分?jǐn)偅鉀Q傳統(tǒng)節(jié)能改造模式落后的問題。通過合同能源管理模式,提升綜合系統(tǒng)性的節(jié)能服務(wù),并通過分析節(jié)能改造前后的能耗變化情況,為醫(yī)院的合同能源管理改造項(xiàng)目提供精確的節(jié)能數(shù)據(jù)。

根據(jù)我院近年來的節(jié)能改造項(xiàng)目實(shí)施經(jīng)驗(yàn)和江蘇省住建廳建筑物能耗監(jiān)控系統(tǒng)一年來運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)與數(shù)據(jù),爭取通過智慧能源管理系統(tǒng)的自我監(jiān)督檢查和主動(dòng)服務(wù)意識(shí)的提升,保證醫(yī)院各項(xiàng)能耗管理規(guī)章制度、改革措施的貫徹落實(shí);幫助醫(yī)院積極爭創(chuàng)江蘇省公共機(jī)構(gòu)節(jié)約型示范單位,并通過創(chuàng)建,推進(jìn)和深化節(jié)約型醫(yī)院建設(shè),引導(dǎo)江蘇省衛(wèi)生計(jì)生系統(tǒng)節(jié)能減排工作向縱深推進(jìn)[8]。

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Exploration and Evaluation of the Intelligent Energy Management Platform in Our Hospital

Based on the practice of energy management informatized construction in existing buildings,the research conducted a comprehensive monitoring and analysis of all types of buildings in the hospital through the big data analysis and cloud services technology.With reference to the requirement of informationalized construction of energy consumption from the Ministry of Housing and Urban-Rural Development and Government Offces Administration of the State Council,this paper established the hospital energy consumption quota and intelligent energy management system according to the IEEE 1888 standard to guide the reform in the energy-conservation of the hospital.

building energy consumption quota;cloud services;IEEE 1888 standard;intelligent energy management platform

ZHANG Yu-bina,LV Zheng-feib,HUANG Ru-chunb
a.Infrastructure Construction Office;b.Office of General Services,The First Hospital Affiliated to Nanjing Medical University,Jiangsu Province Hospital,Nanjing Jiangsu 210029,China

TK01+8;R197.324

C

10.3969/j.issn.1674-1633.2016.04.035

1674-1633(2016)04-0129-03

2015-07-08

2015-07-20

黃如春,江蘇省人民醫(yī)院總務(wù)處處長,高級(jí)工程師。

作者郵箱:zhangyubin3200@sina.com

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