[摘要]以无锡市人民医院为对象,研究大型综合医院能耗监管系统的建设问题。首先分析该院的能耗情况,根据能耗监管系统的建设目标及原则,讨论系统实现的关键技术,并开发出相关能耗监管系统。实践证明,构建出的能耗监管系统有效可行。

[关键词]大型综合医院;能耗监管系统;节能

随着我国社会与经济的快速发展,建筑能耗日益上升,建筑节能成为我国现阶段节能减排的首要任务。据相关统计,我国大型公共建筑面积约占城镇建筑总面积的4%,但其能源消耗却占全国城镇建筑的20%以上[1]。其中,医院作为重要的特殊公共建筑,其人员密集且较杂,不同人对环境要求也不一样;另外建筑用能种类较多包括水、电、天然气、蒸汽等,用能系统包括空调、给排水、照明等多个系统[2-3]。鉴于此,医院建筑的能耗远高于其他公共建筑,是一般公共建筑的1.6~2倍[4]。不仅如此,能耗记录与分析的工作量也随之提高,传统粗放式的管理方法已无法满足医院对能耗监管的要求[5-6],也就无法实现节能减排的目的,因此研究大型综合医院的能耗特点并建立合理可靠的能耗监管系统具有重要的意义。

江苏省无锡市人民医院是无锡市最大的公立医院,由原无锡市第一人民医院、儿童医院和无锡市第五人民医院于2007年组合而成,是一所集医疗、教学、科研、保健、康复于一体,发展定位为立足无锡、面向苏南、省内领先、全国知名的三级甲等现代化综合性医院。该院占地255亩,总建筑面积32.486万平方米,根据不同功能分为门急诊、医技、病房、手术中心等10幢建筑。目前,医院编制床位1510张,开放床位1903张。医院建筑的能耗形式多种多样,而无锡市人民医院的建筑能耗形式主要以电、水、蒸汽为主。其中,电能的消耗成本占医院能源消耗总成本的比例最大,主要用于照明、空调、动力、特殊、应急等方面;水主要用于混合用水、直供冷水、热水补水、冷却塔补水和消防用水;蒸汽主要用于食堂、生活、供应室、空调等方面。

近年来,无锡市人民医院的能源消耗逐步上升,尤其是水和电方面相对增幅较大。通过实地调查、问卷调查及跟踪研究分析发现,缺乏节能意识、缺少集中统一的能耗监管系统是造成节能工作不能有效进行的重要原因。大部分现有的能耗监管系统只发挥了监测功能,而管理功能没有实现。另一方面,医院的建筑管理平台通常是多系统、分阶段建立,导致信息孤岛化,难以统一集中管理[7]。基于此,无锡市人民医院进行了一系列的探索和尝试,成功开发出一套医院能源消耗监管系统。通过该系统,不仅可以对各种设备以及终端计量进行实时监控,反映医院内各个建筑以至于每个科室的具体能耗情况;还可以对能耗数据进行深入分析,并提供比较全面的统计报表,从而为医院建筑节能管理工作提供科学依据。此外,建成的能耗监管系统集成在无锡市人民医院后勤综合管理平台中,平台中各个系统之间可进行数据共享和交换,解决了医院信息系统孤岛化的问题,且可实现标准化和指标化的能耗管理,以提高医院能源的利用率,真正做到节约能源。

2能耗监管系统的建设目标及原则

为推进大型综合医院的节能工作,无锡市人民医院依据《医院建筑能耗监管系统建设技术导则》等相关设计建设原则,结合无锡市人民医院能耗管理现状,对医院所有建筑的水、电、蒸汽等主要能源以及重点设施设备进行实时在线监测。具体目标如下:

①利用终端计量设备与医院建筑和重点设施设备进行绑定,精确到每一层、每个科室,全面掌握各个建筑、重点设备的电、水、蒸汽等主要能源的消耗情况,可对不合理用能行为进行排查和管理。

②实现电能定额管理功能,可根据具体部门进行电能的定额分配;提供节能监管模型功能,管理者可根据各个部门用电实际情况或历史电能消耗数据配置节能模型。

③对热水、消防水、生活水、污水的泵房进行管理,实现水资源的合理利用;并能通过实时水平衡分析,快速发现和解决地下管网水资源的漏失问题。

④对能源消耗数据进行收集存储,可根据不同要求生成多种详细报表,为管理者提供节能管理依据,或供管理者研究分析,更深层次地挖掘能源消耗状况,提出经济、可行的节约措施,以提高能源利用率,从而达到医院综合节能的目的。

⑤建成的能耗监管系统,可与医院后勤综合管理平台深入融合,提升医院的精细化、科学化的管理水平。

3能耗监管系统的构建

3.1基本原理

能耗监管系统主要包括数据采集设备、数据网关、数据传输网络、云服务器和能耗监管中心五个部分,其基本原理就是利用智能终端包括水、电、气等数字式计量表,通过通信技术和网关设备,实现能耗监管中心、云服务器、末端智能表三者之间的通信,对水、电、气等能源介质进行实时采集、计量和统计分析,达到对能源消耗进行管理的目的。

3.2设计思想

①标准统一性

电、水、蒸汽等能耗的监测管理、数据分析、消息发布以及身份认证和其他管理系统一样,均在无锡市人民医院后勤综合管理平台中实施,且监管系统的建设符合节约型医院建设的统一标准。

②经济实用性

尽可能利用医院已有设施设备,完成能耗监管系统的建设,比如:医院已装的表具、医院的内网和公共网络系统等,突出能耗监管系统的整体优势、功能易用实用的经济性原则。

③开放性、可扩展性

系统采用标准化协议和数据接口,能够与其他厂商的软硬件设备设施充分兼容,具有开放性。另外,建好的系统具有与其他信息系统数据共享和交换的能力,并能支持后期改造和扩展。

④安全稳定性

系统采用分布计量、多级储存、集中管理的架构,对于系统中的局部故障,不会影响平台的运营,且平台会及时发出警报。数据的采集、传输过程采用加密等手段防止非法窃取,保证了系统数据的安全性。

⑤可维护性

对硬件设备进行分级、分组管理,对应用软件进行模块化构造,方便维护以及新功能的增加。

⑥实时并行性

基于云服务器,采用最新的网络传输技术,保证系统显示信息的时效性;可实现多个采集点远程并行获取的功能,且可自动并行上传数据。

3.3能耗监管系统的实现

为实现各个建筑间及建筑物内整体性的信息共享和交换,将能耗监管系统集成到无锡市人民医院后勤综合管理平台中,不仅能与平台内系统进行数据共享和交换,还支持与第三方系统的数据交互,并充分考虑了系统后期的可扩展性。系统开发主要关键技术包括:物联网技术、IT信息技术、云服务技术、移动互联网技术、能耗数据挖掘技术等。

①物联网技术解决了能耗监管系统的数据采集问题,通过标准的开放接口OPC(OLE for Process Control)、BACNet、Modbus TCP、SmartLink等协议,以及各种信息传感设备,将医院内硬件上各自独立、但管理上紧密联系的终端计量设备的数据信息集成在一个系统内,实现信息的共享和联动。

②系统的作用是同时处理多种异构数据信息,并统一管理这些数据信息,而IT信息技术解决了能耗监管系统的信息传输问题,是医院内部系统运营管理的命脉,并通过WEB驱动应用,将医院设备设施的信息、能源消耗信息和医院特征区域信息进行统一的信息集成,充分实现了医院运营平台的信息资源共享。

③云服务技术是移动端运营管理的技术基础,并提供各种运营管理的增值服务,通过数据交互和调入专家资源,对医院的运营管理情况进行诊断分析和决策支持。无锡市人民医院主要采用IBMS运营云服务,主要由包含两个核心组件:一个是FrontView资源池,包括移动服务、地图服务、实时数据库、报表服务、消息服务等,并可基于上报的数据进行大数据分析及呈现;另一个是综合运营管理,它具有节能管理服务、机电运行标准、专家诊断入口等一系列增值服务,通过实时报警和运营KPI展示的方式,辅助后勤管理者对运营情况进行优化。

④医院手机APP管理是医院后勤管理的创新模式,而移动互联网技术则是其运营的关键技术。通过移动端APP的消息推送,医院后勤管理者、医院后勤保障者及第三方专业维护者能快速了解和掌握整个医院的运营情况,在管理上跨越了时间和空间的限制,保证医院安全、高效、可靠地运行。

⑤目前,云服务器中的能耗数据主要用于实时监控、检索和生成报表等功能。但随着能耗监管系统的投入使用,云服务器中存储了大量的能耗数据,而这些大数据中隐藏着很多有用的信息。为充分利用这些数据信息,需要对其进行综合分析和处理,而数据挖掘技术能够从大量的能耗数据中提取出有用的、合理的、可靠的信息,可用于节能工作的指导。

图1 后勤综合管理平台

图2 能耗监管系统

综合上述的设备以及关键技术,成功开发了无锡市人民医院的能耗监管系统,集成在无锡市人民医院后勤综合管理平台的智能监控平台中,如图1所示。该系统主要包括四个子系统:电能计量监管系统、给水管网系统、蒸汽计量监管系统和能效分析系统,如图2所示。电能计量监管系统包括:电能实时监管、建筑用电明细、建筑用电统计、建筑用电分析、部门用电明细、部门用电统计、部门用电分析、电能定额管理、节能监管模型、综合信息管理等;给水管网系统包括:管网地图、实时监测、明细查询、统计台账、专题分析、智能预警等;蒸汽监管系统包括:能耗实时监控、区域能耗明细、区域能耗统计、区域能耗分析、部门能耗明细、部门能耗统计、部门能耗分析、综合信息管理等;能效分析系统包括:分项能耗统计、综合对比分析、关键能耗指标、基础能源审计、综合能耗报表、节约医院考评、基础信息维护等。

4实例分析

图3为无锡市人民医院上月的能耗概况,是进入能耗监管系统时的界面,包括水、电、汽等消耗量,并转化为标准煤。同时显示检测建筑面积、日均用能人数等信息,也给出人均能耗、面均能耗等数据。另外,对重要建筑进行用电排名,显示出用电最高和用电最低的建筑和场景,让管理者一目了然。当然,也可以显示今日、本月、今年和去年的能耗概况,具体的能耗数据则需进入系统查询。

图3 能耗统计

图4为给水管网系统中的水平衡分析,根据总表、区域表、各楼宇总表的逐级核算体系,进行管网漏水分析及区域水平衡测试,现有一级表2个,二级表30个。若水平衡分析出现问题,则会通过智能预警系统,发送短信来通知管理人员进行报警。

图4 水平衡分析

图5为综合能效分析系统中的指标综合分析,将每年的总能源消耗(含水、电、蒸汽)转化为标准煤,并作为分析指标对2011年至2017年的年总能耗进行对比。从图中可以看出,2011—2013年医院总能耗逐年上升,但在2014年,医院开发并上线了能耗监管系统,医院总能耗明显开始下降,且现有数据显示后面年份的总能耗保持稳定,证明了无锡市人民医院开发的能耗监管系统有效可行。

图5 年总能耗对比

1)结合能耗监管系统的建设目标及原则,系统设计开发集成在无锡市人民医院智能建筑管理平台中,不仅能与平台中其他子系统进行数据共享和交换,还能实现管理平台的集中统一管理,解决了医院信息系统孤岛化的问题。

2)能耗监管系统开发的目的在于开展节能管理工作。现系统主要用于对医院能耗情况进行实时监控,并能提供比较全面的报表分析。今后,还可以借助大量的历史能耗数据,结合各种数据挖掘技术和智能算法,提取出合理可靠的有用信息,开展节能指导和管理等服务。

参考文献:

[1]仇保兴. 中国建筑节能年度发展研究报告2009[M].北京: 中国建筑工出版社,2009.

[2]贾燕. 医院建筑能耗监测数据分析研究及软件模型设计[D]. 郑州: 山东建筑大学,2015.

[3]刘华. 基于局域网医院节能监管系统设计与开发[D]. 郑州: 郑州大学, 2017.

[4]朱永松, 罗蒙, 甘宁. 大型综合性医院节能管理的分析和对策[J]. 中国医院, 2011, 15(2): 73-76.

[5]焦军胜,柴建军,朱晓军等. 北京协和医院建筑能耗监管系统建设方案浅谈[J].中国医院,2015,19(5):77-78.

[6]闫石, 王金梁, 倪学勇等. 北京大学第三医院能耗监管系统的构建与运用[J]. 中国医院管理, 2016, 36(10): 73-75.

[7]钱强. 浅谈我国医院能耗监管系统存在的问题[J]. 中国医院建筑与装备, 2017, 18(1): 99-100.

本文选自《无锡市人民医院能耗监管系统的建设》 作者:祁鹏程 沈崇德