蘭州大學第二醫院電能耗管理系統架構與功能

王亞賓

(蘭州大學第二醫院 甘肅蘭州 730030)

1 研究背景

蘭州大學第二醫院共有6個直屬機構，123個臨床醫技科室、24個行政科室，總建筑面積約28.1萬m2。因蘭州大學第二醫院現為甘肅省內建設規模最大的三甲醫院，人流量較大，公共資源如水、電、氣等浪費較嚴重，面臨的節能問題很多，主要有：

①在能源統計方面仍主要采用人工抄表和人工統計分析的方法，只能收集到逐月數據，很難得到數以百計的用電支路的實時的逐日、逐時數據。這種方法效率極低，受到抄表時間、抄表人員的差異化影響，數據的實時性、準確性與可比性都無法得到滿足，也無法實現更復雜的統計分析和信息化管理的 需求。

②醫院的重點是提供優質的醫療服務，在能源專業技術人才和專業的節能管理方面相對欠缺，若單純地依靠醫院較為緊張的年度預算節能技改資金和醫院現有的節能技術力量，難以實現更大程度的節能，要實現醫院全面能效管理工作的進一步提升，就需要借助一定的輔助分析工具對醫院的能耗進行精細 管理。

③由于用能系統龐大，能源的二、三級計量器具配備不完善，無法針對醫院各部門、科室的日常能源管理實現準確的能源成本分攤和能源績效考核，醫院績效考核部門對各臨床科室能源的使用無法準確掌握，也就無法實現精細化的考核目標，促使科室主動節能。

經過前期調研、論證及方案制定，自2017年始陸續實施了“全院智能電能量采集系統”[1]項目。該項目通過安裝智能電表[2]采集各臨床、醫技等科室用電數據，將數據通過醫院自有局域網返回到電能效監控系統，不僅能監測每個科室任意一段時期的用電數據，作為電耗考核指標，控制科室用電成本，加強醫務、病患人員的節電意識，杜絕浪費，而且通過數據統計、分析等功能掌握每個科室的用電規律，進而提前發現違規用電、超標用電等[3]，便于醫院能源管理部門對能源系統進行有效的監控與管理，提升醫院建筑節能運行管理水平，逐步推進節約型醫院建設和節能降耗工作。同時，系統平臺可實現數據上傳和透傳功能，滿足能耗數據上傳給省、部級能效管理中心的要求。

2 建設目標

實現醫院能源信息化建設、提供能源消耗全過程、全方位能效管理與節能支持，提升醫院能源使用效率，降低用能成本，達到人、建筑與環境共生共榮、綠色可持續發展，將節約型醫院建設與綠色醫院、可持續醫院建設緊密結合起來，在省內乃至全國節約型醫院建設中起到引領示范作用。

通過綜合節能改造優化全院主要能源使用和機電設備系統的運營方式，直接降低全院的能源用量等級，實現單位面積能耗下降15%以上。

3 醫院建筑能效管理系統架構

如圖1所示，醫院建筑能效管理系統由計量裝置、數據網關、數據傳輸網絡、數據中轉站、數據服務器、管理軟件等組成，具備能耗數據實時采集和通訊、遠程傳輸、自動分類統計、數據分析、指標比對、圖表顯示等功能；滿足醫院能效管理內容及要求，并預留接口至省、部級數據中心。

圖1 醫院建筑能效管理系統架構圖 Fig.1 Architecture diagram of hospital building energy efficiency management system

4 醫院建筑能效管理系統軟件架構

系統軟件的架構采用一個3層架構，分別為數據層、應用層和表現層。

4.1 數據層

數據層是整個能源管理的基礎，包括數據采集以及數據存儲。

4.1.1 智能采集設備

智能采集系統包括終端的智能采集設備，以及有遠傳功能的智能儀表。

4.1.2 手動錄入系統

針對某些不方便用智能采集設備采集的能源(譬如煤、燃油等)及由于預算或施工難度問題導致無法改造增加智能采集設備的部分，能效管理系統提供一個手動錄入子系統。手動錄入系統有嚴格的權限限 制和校驗機制，能夠防止篡改數據并分析出非正常 數據。

4.1.3 與其他系統通信

通過標準的通信接口在FMCS、DCS、ERP等其他系統中讀取數據，并轉換成自己的格式后存入能效管理系統中。

4.2 應用層

應用層主要分成4個功能模塊，分別是數據及消息管理、分析展示、輔助管理及后臺管理。

①數據及消息管理的主要功能包括能耗數據的采集、能耗數據的轉發上傳以及能耗數據的備份、校驗以及還原功能。

②分析展示主要是將能耗數據結合醫院的特點，進行多維度地分析，然后將結果通過曲線、圖表等方式展現出來。

③輔助管理功能是根據運行的能耗數據，幫助管理者制定相關的考核指標，進行考核并將能耗數據結果進行展示。

④后臺管理系統是對整個能效管理系統的工程管理，如用戶權限的設置、系統增容及界面設置等 功能。

4.3 表現層

表現層的主要功能是將能耗數據信息及分析結果通過一定的方式展現給對應用戶，不同的用戶分組擁有不同的權限，可以看到指定的數據。系統是基于B/S結構，展示主要以圖形、報表及曲線等方式，通過Web瀏覽器方式實現。

5 能效管理系統平臺軟件功能

能效管理系統平臺應用于醫院管理領導的決策層。在這一平臺上，通過建立專屬的能源數據倉庫，提煉出有價值的數據，經過整合統計、分析，以信息發布的方式將能耗情況展現給各管理部門，實現醫院對能源消耗系統的實時監控、掌握各級能源管理需求。通過層層挖掘的方式，查看到某種能源消耗的花費、一段時期內的走勢及未來的發展趨勢，并根據這些分析結果制定考核、管理制度，輔助決策。

如圖2所示，醫院建筑能效管理系統功能結構分為數據采集、能源監測與計量、能源管理、控制系統、公共服務、預警系統、系統管理和能耗上傳。

圖2 醫院建筑能效管理系統功能結構圖 Fig.2 Functional diagram of hospital building energy efficiency management system

6 系統功能介紹

6.1 智能數據采集

能效管理系統通過通訊管理層數據將數據采集上來，并存儲至數據庫內。

6.2 手工數據錄入

醫院建筑中某些不方便用智能采集設備采集的能源以及由于預算或施工難度問題導致無法改造增加智能采集設備的部分，這些能耗數據通過手動錄入存儲系統。

6.3 系統管理

靈活的用戶配置界面，可以讓用戶很方便地進行用戶配置、區域管理、分類分項及分科室管理。

6.4 能源GIS地圖

能效管理系統能夠建立普通的矢量圖地圖和3D地圖。在此基礎上，將各個數據采集點標注在地圖上，通過地圖上建筑的直觀操作，能夠實現基于GIS地圖的能耗監測與管理。

6.5 能耗預警

報警管理包括報警設定、實時報警、歷史查詢、統計分析等管理功能。

6.5.1 報警設定

由能源管理員根據該醫院能源管理等相關制度，對系統內節點設定報警限值。

6.5.2 實時報警

對于累積量，系統每完成一次數據統計，就與預先設定好的限值進行比對；對于實時量，系統實時與預先設定好的限值進行比對，若超限時產生報警信息記錄。

6.5.3 歷史查詢

提供對歷史報警信息的查詢功能，實現多種查詢條件的查詢，列表展現報警信息列，既可導出Excel，也可查看每條報警信息的詳細情況。

6.5.4 統計分析

提供對報警信息的分析功能，方便查看各種記錄信息和分析報警原因，給出分類統計、縱向對比等多種分析方法。

6.6 綜合能耗

綜合能耗主要是對醫院能源消耗總體情況和能源消耗分項情況進行統計，按照年、季、月、周和日的時間進行統計分析，并以柱狀圖、曲線、數字表現形式顯示和輸出。

6.7 同類對比

顯示同類型的建筑、設備、同級區域等能源單元的能耗對比信息，可按需要選擇對比對象及對比指標。

6.8 分類分項能耗

依據《醫院建筑能效管理系統建設技術導則》要求并結合醫院實際用電情況，將能耗數據采用價值樹分析法和對比分析法進行數據展示。

6.9 分層計量

建立樹狀模型，將能耗數據按照用途、分層分區域進行統計分析，對能耗數據進行分析對比，供分析使用。

6.10 科室能耗

按醫院組織機構進行能耗量計量與組織對比分析，統計能源消耗和能源占比情況。

6.11 自由分析

從數據庫中任意選取數據形成方案，并針對所選方案完成圖形化對比分析展示。

6.12 設備管理

設備管理是對能源系統中的能耗設備進行有效管理，以實現其高效運行，包括以下功能。

6.12.1 設備能效

由能源管理員根據醫院制度完成建筑內設備評價指標分配、評價等級、評價值和報警限值設定等 工作。

6.12.2 統計分析

提供歷史設備能效數據的分析功能，方便查看到歷史設備能效的各種記錄數據，給出橫向對比、縱向對比、分類統計、散點分析等多種分析方法。

6.12.3 設備臺賬

由設備歸屬建筑、設備名稱、型號規格、設備分類、使用單位、購入日期、使用年限等多種條件構成設備臺賬。

6.12.4 重點設備管理

包括對高能耗設備，如電動機、冷凍泵、冷卻泵、制冷機組等通過重點監測的方式，及時發現能耗異動，從而提前發現問題并解決問題，減少不必要的能源浪費，并可降低隱患，以及對重點醫用設備(PETCT、PET-MR、MRI、ECT、DSA、CT等大型醫用設備)的節能運行管理。

6.13 績效考核

促進能源使用者提高能源管理水平，提高能源系統或設備的運行效率、人員的節能意識等。

6.14 節能足跡

記錄每一次節能改造，然后通過歷史趨勢曲線展示。在曲線中對每個措施實施的時間點作出標記，可以看出在每次節能措施實施前后的變化，可以對比各項節能措施的效果，也為將來的節能計劃提供指引。

6.15 能耗診斷

定期或不定期對能源消耗情況，依據預先設定或自學習形成的診斷策略和算法進行分析診斷，找到和定位能源使用的不合理和低效運行點，并給出診斷分析結果，為能源管理人員提供節能分析功能。

6.16 報表管理與發布

生成各類能耗的日報表、月報表、年報表等，實現能源資源分類分項精確計量和能源資源運行監管。

6.17 能耗公示

提供能耗各類統計、分析結果的對外公示窗口，創造一個查看、監測當前醫院或單體建筑能源運行整體狀況的途徑。通過定期公示、制定合理獎懲措施，有效提高對各科室節能的管理。

7 結 語

現代醫院的發展規模越來越大，功能越來越多，與此同時，帶來的負面效應就是能源的浪費日益嚴重。電能耗管理系統為現代醫院科學化、精細化管理提供了一個有效的工具，充分利用工具可以為醫院管理層制定完善的節能措施和手段，使醫院的能耗更加合理，為社會、為醫院節省大量的資金支出。■