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智慧醫院能源管理系統建設思考與實踐

2019-11-04 11:40 《中國醫院》

導讀:醫院建筑屬于大型公共建筑,具有全天候開放、能耗高、連續運行等特征。建筑結構較為復雜,技術要求較高,一般包括急診部、門診部、住院部、醫技科室以及后勤保障、行政管理、院內生活用房等7大功能區域。醫

醫院建筑屬于大型公共建筑,具有全天候開放、能耗高、連續運行等特征。建筑結構較為復雜,技術要求較高,一般包括急診部、門診部、住院部、醫技科室以及后勤保障、行政管理、院內生活用房等7大功能區域。醫院建筑主要實現診療與后勤保障兩大功能。后勤保障部門往往根據醫院建筑所涉及的建筑結構、水電氣熱暖、信息通訊、樓宇智控、景觀道路、裝飾裝修等公共系統,以及醫用保障所涉及的氣體系統、物流傳輸系統、機械停車系統、凈化層流系統、放射防護系統、醫療信息化系統、大型醫療設備系統等各專業系統組成不同的運行維護科室、班組,進而形成完整的醫院后勤運營保障體系。在醫院后勤運營保障各項工作中,醫院能源管理是順利、高效實現各項診療目標的重要前提。以瑞安市人民醫院為例,分析能源管理現存問題,介紹能源管理系統建設具體實踐。

1 醫院能源管理現狀

1.1 能耗高,管理基礎弱

根據國家衛生健康委規劃與信息司統計數據,全國近2200多所三級醫院,約230萬張床位,年均能耗達6650萬噸標煤,折算電能約540億度;能源結構圖中電能消耗占比最大,一般在70%左右,甚至更高;能耗水平基本保持15%以上的年增長率,新建分院、大樓等是導致能耗費用大幅上升的重要原因之一。和國內其他南方地區醫院相似,瑞安市人民醫院能源結構中電能所占比重達80%;瑞祥新院區投入運營不到1年,全院能耗費用從不到2000萬元升至2700萬元。由于歷史原因,醫院在能源結構設計、能耗設備管理、能效水平提升以及用能安全監測等方面,信息管理凌亂與信息孤島現象嚴重,也缺乏行之有效的手段;能源數據多數采用人工收集的方式采集,數據的及時性、準確性以及電子化存儲受到制約;無法實現國家要求的能耗分類分項計量;不能進行能源、能耗與能效的信息采集與數據分析處理,以及以安全用電為主的用能安全管理;難以按照科室、樓層計量以致不能準確考核科室能耗成本,影響定額能耗管理及獎懲等控制手段。

1.2 面積大,死角多

醫院目前新老院區有歷年形成各類建筑(群)18座,雖然70多位后勤人員辛勤努力,但也難以進行全面的巡視檢查,存在一些管理死角,以及空調供應過剩、用能不平衡等能源浪費現象。

1.3 用電多,保障少

目前,國家電網一般只負責用電單位電力設施產權分界點(變壓器)以外部分,不負責低壓側部分,如配電設施、電氣設備、線纜電路等。醫院低壓側電力電能質量缺乏有效監測、警示及應急聯動。

1.4 有標準,難考核

醫院建有能源管理制度,但缺乏客觀考核指標,考核難以量化,節能與能源管理制度往往流于形式或與實際情況脫節。

1.5 信息化程度低

近年來,醫院信息化建設尤其是診療信息化建設發展很快,后勤運營保障體系的信息化建設卻相對滯后。作為后勤保障工作的重要環節,存量能源綜合管理難以匹配快速發展的診療信息化速度。

2 能源物聯網建設

瑞安市人民醫院后勤建設始終跟隨現代醫院模式變革的發展趨勢,以保障醫院診療活動無障礙完美實現為目標,從醫院管理體系化出發,總結醫院從信息化到數字化、智能化的發展規律,運用物聯網、人工智能、大數據等技術手段,采用平臺建設+服務運營模式,從能源物聯網建設入手,將醫院后勤一體化綜合運營保障體系建設的創新理念付諸實施,已投入使用的醫院能源管理系統運行效果良好。

醫院能源包括電、水、氣、熱、油等,用能環境相對復雜,不同功能區域需求不盡相同,且耗能設備種類多樣,建筑能源相關的數據采集、統計與管理工作量很大。醫院能源物聯網建設可以在保證絕對的安全性、一定的舒適性以及必要的便利性前提下,實現能源優化、能耗降低、能效提升三重目標。

醫院能源物聯網系統包括重點覆蓋與典型覆蓋相結合并逐漸達到基本覆蓋的智能終端、先進的通訊傳輸模塊以及覆蓋全院的能源管理平臺等。該系統以覆蓋各能源點的低壓側智能終端等智慧端口為支撐并完成數據采集,按序梯次構成醫院能源物聯網。

2.1 感知層

低壓側智慧端口與端點應用,保證了醫院能源消耗與能源質量、能源安全數據采集的及時性、準確性與全面性。低壓側智慧終端采用了邊緣計算與節點終結的設計理念,實現剩余電流、三相不平衡和缺相告警等功能。

2.2 網絡層

以485總線、網絡線和電力線載波等有線傳輸技術為基礎,結合Lora、4G等無線傳輸技術,充分利用現有網絡條件,構建覆蓋全院的數據傳輸網絡。工業級數據網關提供數據的采集、分析、存儲與轉發。異常數據包過濾、數據集中轉發的設計極大降低了云平臺在數據采集與前處理過程中對系統資源的占用。

2.3 應用層

醫院能源管理系統集數據采集、傳輸、分析與處理功能于一體。數據采集傳輸是能源大數據的基礎。通過數據的分析與處理,提煉數據的價值并形成有效管理手段是能源管理的核心。通過對醫院能源大數據分析,精確提示醫院存量能源使用過程中在能耗與能效方面的可優化空間,形成存量能耗曲線,與優化后的節能曲線相比較,得出客觀可靠的效益分析報告,提高能效,降低能耗;根據醫院用能結構與負荷曲線形成醫院綜合能源站建設依據,通過高效清潔能源與新能源利用,改善醫院能源結構。

3 智慧醫院能源管理系統

3.1 能源管理系統功能

智慧醫院能源管理系統將醫療行業的“互聯網+醫療”模式,充分結合醫療衛生主管部門與住建部關于綠色醫院用能標準、醫院用戶需求以及能源管理部門要求,采集分析能源、能耗、能效數據,監測以電能質量、用電安全相關指標以及其他用能指標,并與國家能源政策與用能模式改革有機結合。跨學科、跨行業的科技與專業協作與新技術應用,奠定了未來“萬物互聯”的智能化醫院后勤管理新模式。智慧醫院能源管理系統目前包含能耗管理子系統、安全用電管理子系統以及若干與醫院能源、能耗、能效相關子系統,如智能照明管理子系統、中央空調運行優化管理子系統等。

3.1.1能耗管理子系統。該系統通過能源分類分項計量與智慧端口應用,可以實現:(1)按照分類、分項原則,進行醫院能源結構分析與能源賬單分析。(2)通過分類分項能耗實時監測、趨勢跟蹤與對比,總結醫院用能規律,提供用能負荷錯峰管理依據,縮短異常能耗發現、定位與處理時間,減少能源浪費。(3)按照醫院管理中信息、物資、設備、人員、資金等五大范疇,空間上七大功能區域以及流程與診療需要相適應的思路,在醫院能源管理系統建設中,創新性應用醫院能耗八大率概念,將床位數、住院率、總收入、人員比、設備量、投資額、均攤數以及建筑面積等與能源管理相結合,形成獨具特色的醫院能源管理考核指標。(4)利用科室排名、定額管理、超額告警等管理工具提升能源管理水平。

3.1.2 安全用電管理子系統。該系統提供電能質量、安全警示與應急聯動功能,提高用電管理水平,促進醫院采取有效手段改善電能質量、排查用電安全隱患,減少甚至杜絕因電能質量與安全用電隱患導致的設備效能降低、壽命削減以及電氣火災事故等。

3.1.3智能照明管理子系統。該系統與新型高效LED節能燈相結合,提升照明質量,降低維護成本,提高綜合效益,提升管理水平。瑞安市人民醫院智能照明管理子系統針對不同應用場景設計了不同的智能照明管理策略,在改善現有照度基礎上,能夠合理管理燈具開關時間,減少能源浪費,降低燈具開關人力管理成本。門診、住院、急診等不同功能區域的照明控制策略設計時,綜合考慮了自然光照、建筑采光、工作時間、人流量24小時分布特征等因素。門診照明以時間管理為主;住院照明以時間管理為主,輔以感應控制;急診照明則以光照度感應控制為主。

3.1.4中央空調管理子系統。通過對中央空調系統的智能化改造,根據室內外溫度、峰谷平電價、設備運行效率以及供回水溫度等關鍵因子,通過模糊算法計算最優冷熱生產與供應策略,按需供冷,提高綜合節能率。

3.2 能源管理系統應用分析

3.2.1 節能增效的基礎。通過能源大數據分析,發現醫院異常用能、低效用能、能源損耗、能源浪費等環節,形成針對性節能整改建議,達到提升能效、節能減排的效果。

3.2.2 安全用電。及時發現過壓、過負荷、諧波、缺相、漏電、三相不平衡、線溫過高以及功率因數低等電能質量與安全隱患,及時預警,為醫院提供優質安全的用電環境。

3.2.3 分布式供能基礎。清潔能源與新能源應用是醫院能源結構優化的主要途徑,冷熱電三聯供等分布式供能模式在大型公共建筑應用逐漸增多并成為重要供能方式。醫院能源物聯網系統積累的能源大數據為醫院綜合能源站建設提供精準的能耗負荷分析。準確的用戶負荷基線是決定分布式供能項目成敗的關鍵因素,為醫院分布式供能奠定基礎。醫院分布式綜合能源站的建設還可以取代柴油機作為應急發電/儲備電站,為醫院提供更高效的用能保障,減少因柴油機維護帶來的高額運行成本與柴油管理帶來的安全隱患。

能源管理系統建設、綜合供能與節能改造、安全用電服務等提供了現代能源整合服務模式下醫院后勤管理的新思路。

4 結語

基于能源物聯網的醫院智慧能源管理系統建設可以優化醫院能源結構、降低能耗、提升能效,進而提升醫院用能管理水平,可以改善大型綜合性醫院在現有能源供應緊張、價格大幅上漲的大環境下的能源費用支出持續上升狀況,加強用能安全、改善醫療環境,在能源費用降低的同時促進醫院利潤增長。

在能源物聯網建設的基礎上,發展醫院建筑物聯網和設備物聯網建設,對醫院各類基礎設施資源管理系統及其空間數據、屬性數據與業務數據統一管理,實現基于BIM的資產與設備運維全生命周期管理,使運維管理更加及時、有效、直觀和智能,為醫院的資源規劃及科學調度提供可靠依據。基于醫院能源物聯網、建筑物聯網以及設備物聯網的醫院后勤一體化綜合運營保障體系建設是未來醫院后勤管理的發展方向。


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