基于大數(shù)據(jù)的醫(yī)療建筑用電分析

陳杰甫

(上海建筑設計研究院有限公司，上海 200041)

0 引言

醫(yī)療建筑配電設計過程中，需要了解醫(yī)療建筑的用電負荷情況，以便于合理選擇配電容量和配電系統(tǒng)。目前，在方案設計階段，設計人員往往根據(jù)設計經(jīng)驗或參考手冊配置變壓器；在施工圖階段，根據(jù)用電負荷計算選擇配電容量。隨著電子信息技術的發(fā)展，醫(yī)療建筑內的用電設備也發(fā)生了很大變化。需要了解醫(yī)療建筑長時間用電負荷情況，更好地指導工程實踐。本文在10棟醫(yī)療建筑1年每小時采集的電能數(shù)據(jù)基礎上，采用tableau大數(shù)據(jù)處理工具，分析這些醫(yī)療建筑1年內的電耗特點及趨勢，得出一些結論，供設計人員參考。

1 計算負荷與小時用電量的關系

1.1 計算負荷

計算負荷是供配電系統(tǒng)設計的基礎性資料，負荷計算用于選擇和校驗導體、保護裝置、補償裝置、電壓降等。

通常所說的計算負荷即為最大負荷或需要負荷。計算負荷是用電設備的等效負荷，是指用電設備在實際運行中所產生的最大熱效應與等效負荷產生的熱效應相等，產生的最大溫升與等效負荷產生的最高溫升相等。從滿足發(fā)熱的條件來選擇用電設備，用以計算的負荷功率或負荷電流稱為“計算負荷”。根據(jù)《工業(yè)與民用供配電手冊(第四版)》，計算負荷對較小截面導線通常取“半小時最大負荷”；對較大截面電纜，宜取1h計算負荷；對母線槽和變壓器，宜取2h計算負荷。常用的負荷計算方法有單位指標法、需要系數(shù)法、利用系數(shù)法，其中單位指標法比較適合設計前期的負荷估算。

計算負荷(Pc)和年最大負荷(Pmax)的關系為：Pc=Pmax。

1.2 小時用電量

用電量W=P×t，小時用電量W1h=Pav×1h，Pav為小時平均有功功率，Pav數(shù)值上等于W1h。也就是說，每小時的用電量與每小時的平均有功功率數(shù)值相同，每小時的單位用電量指標與每小時的平均有功功率數(shù)值相同。若可以采樣到建筑物每小時的用電量，就可以得出該建筑物單位面積的每小時平均有功功率。

根據(jù)《工業(yè)與民用供配電手冊(第四版)》，有功計算功率Pc即最大負荷或需要負荷有功功率，出現(xiàn)在日負荷逐點曲線和梯形曲線的最高點。日負荷曲線即采用小時平均有功功率數(shù)值繪制，擬合出負荷曲線，詳見圖1。

圖1 日負荷逐點曲線和梯形曲線

由圖1可知，小時平均有功功率數(shù)值可近似等于計算負荷。因為每小時的單位用電量指標與每小時的平均有功功率數(shù)值相同，每小時的單位用電量指標與單位面積計算負荷數(shù)值相同。通過分析單位用電量指標，可以推算出計算負荷指標。

2 用電數(shù)據(jù)處理

通過收集上海市2015年10棟醫(yī)療建筑，筆者整理了365天每小時采樣的87 600條數(shù)據(jù)。通過均值插入法甄別無效數(shù)據(jù)，修正明顯錯誤的數(shù)據(jù)。運用Tableau工具，主要關注每小時的單位面積用電量指標的時間分布情況，對比10棟醫(yī)療建筑的小時、日、月單位面積用電指標。

Tableau是一款大數(shù)據(jù)分析軟件，通過數(shù)據(jù)的導入，結合數(shù)據(jù)操作，即可實現(xiàn)對數(shù)據(jù)進行分析，并生成可視化的圖表直接展現(xiàn)出想得到的通過數(shù)據(jù)分析出來的信息。

3 用電數(shù)據(jù)分析

(1)分析10棟醫(yī)療建筑年度電能指標及單位面積指標，詳見表1。

10棟醫(yī)療建筑年度電能指標及面積指標 表1

通過表1可以看出，10棟醫(yī)療建筑年度單位面積電能指標差異較大，最大值約為最小值的5倍。由于每棟醫(yī)療建筑的框架結構各具特色，室內所安裝的空調系統(tǒng)的型號、電氣設備、照明、醫(yī)療設備等的特性不同，上述數(shù)據(jù)也不同。醫(yī)療建筑物單位面積電能指標大部分數(shù)值分布范圍為100～200kWh/m2。建筑面積的差異，與單位面積電能指標沒有明顯的相關性。

此外，技術設備、舒適程度、醫(yī)院內部和外部的環(huán)境條件，都會影響到電能耗。不同醫(yī)療建筑單位面積能耗指標也會有差異。比如表2所示，不同國家醫(yī)療建筑的單位面積電能耗指標差異也較大。

不同國家的醫(yī)療建筑耗電量 表2

上海地區(qū)的10棟醫(yī)療建筑的總單位面積年耗電量指標為62.5kWh/m2。和上述國家對比，還處于較低水平。

(2)分析每個月份單位面積用電指標，詳見圖2。

圖2 10棟醫(yī)療建筑月份單位面積電能指標對比圖

從圖2可以看出，盡管有個別建筑物用電情況較為平緩，月份差距較小，大部分醫(yī)療建筑月份單位面積電能指標趨勢趨同。大部分醫(yī)療建筑用電峰值出現(xiàn)在8月，用電低谷出現(xiàn)在4月份。

(3)分析每天的單位面積用電指標，詳見圖3。

圖3 10棟醫(yī)療建筑每天的單位面積電能指標對比圖

從圖3可以看出，每天的單位面積用電指標變化較大，但基本趨勢趨同，每年的1、2月份和7、8月份較高，4、5月份最低。這和上海地區(qū)處于氣候特點有關，屬于夏熱冬冷地區(qū)，夏季空調運行約4個月(6月～10月初)，冬季空調運行約3個月(12月～3月初)。氣候變化是用電負荷變化的主要因素。

(4)分析每天的單位面積用電指標，詳見圖4。

圖4 10棟醫(yī)療建筑小時單位面積電能指標對比圖

通過前面分析得知，每小時的單位用電量指標與單位面積計算負荷數(shù)值相同。也就是說，圖4上的每棟醫(yī)療建筑最大數(shù)值可以看作單位面積計算負荷數(shù)值。

從圖4可以看出，大部分時段小時單位面積用電量指標分布在0.03～0.06kWh之間，醫(yī)療建筑單位面積計算負荷在60～100W/m2之間。

4 結束語