公立醫院智慧能源系統建設與實踐

譚福太，林 海，郭 幸，謝方靜，余榮學，廖艷芬

（1.廣州匯錦能效科技有限公司，廣州 510665；2.華南理工大學 電力學院，廣州 510640）

醫院建筑的能源供應是醫院提供醫療服務不可或缺的前提，同時也是醫院支出的重要組成部分。醫院建筑能耗居高不下[1]已成為醫療衛生事業高速前進發展的巨大障礙。大數據、物聯網和人工智能等技術[2-5]的發展為能源結構的優化提供了基礎。2021 年國務院辦公廳《關于推動公立醫院高質量發展的意見》提出，要推進電子病歷、智慧服務、智慧管理“三位一體”的智慧醫院建設和醫院信息標準化建設。公立醫院高質量發展的評價指標提出，要引導公立醫院持續提升醫療服務能力，運行模式從粗放管理轉向精細化管理。因此，將精細化管理理念引入醫院建筑能源管理[6-7]，是推動“智慧醫院”建設的關鍵一環。本文以廣州市番禺區中心醫院為例，探索了大型綜合公立醫院智慧能源管理體系的構建路徑，為推進后勤精細化管理模式提供經驗。

1 醫院能源管理存在的問題

1.1 能源管理過程缺乏系統性思維

目前，醫院的能源管理職責雖有范圍界定，但在實施過程中缺乏精細化管理因素辨識，未能使能源管理工作形成一個有機系統的整體。管理者將能源管理等同于節能管理，注重能源消費端的節約，手段主要為懲罰規定或者是節能宣傳教育，忽視能源系統整體結構的合理和優化。后勤部門負責能源項目的立項和實施，立項標準不明確，具有較大的隨機性；實施過程以結果導向，未能規范化、流程化。用能部門重效益輕效率，重檢查輕改進，缺乏對能源管理工作的整體認識。

1.2 能源管理缺乏信息化系統

根據醫院統一辦公平臺公布數據，醫院每月電能消耗量較大，2020 年醫院逐月電能消耗量見表1。但是從能源匯總數據中無法獲取更多的信息，最多只能進行月份之間對比，而占比較大的空調能耗受季節影響較大，使月份分析也意義不大。

表1 2020 年醫院逐月電能消耗量 kW·h

不同于電子病歷等面向整個醫院醫療服務的信息化建設[8]，后勤能源設備的智能化分散在各個子系統，建設進程經歷了較長的階段，導致能源設備的信息化程度參差不齊。在現有的信息平臺架構下，用能數據的獲取途徑從手工抄表統計到系統自動生成報表，各種方式都同時存在。其中，人工采集數據的方式容易出現數據錯漏，難以保證數據的有效性，且容易造成數據接口不一致。用能數據一般由不同的部門管理，各自按使用習慣進行整理，數據的格式缺乏統一標準，數據之間無法聯動，系統割裂嚴重。在這種情況下，后勤管理部門無法對能耗數據進行分析，進而優化用能流程。

1.3 能源系統缺乏統一管控

醫院能源系統覆蓋面廣，包含醫院范圍內各種類型的能源供應和能源消費。醫院能源系統包括照明動力、空調制冷、醫療設備、消毒中心、衛生熱水、食堂和交通運輸等各個子系統的用能，用能形式包括電能、冷能、熱能及動力等，能源類型包括電能、天然氣、汽油和柴油。醫院能耗費用連年居高不下，且呈現逐年遞增的趨勢，而用能環節過多，各系統孤立的狀況使管理人員無法定位具有節能潛力的關鍵環節，也難以明確能源消耗用量的合理范圍。除交通運輸使用燃料外，醫院的能源供應主要為電能，其中有較大的一部分是轉換為能源品位較低的冷能或熱能使用，不利于能源效率的提高。用能過程中，部門各自為政，根據本部門的工作屬性制定用能規則，同時還面臨公共物品困境，例如空調系統服務對象眾多，病房病人可能會有將空調溫度設定過低、啟用空調時開窗等行為，行政辦公人員可能會有下班忘關辦公室空調的行為。能源管理人手有限也是實際存在的問題。

1.4 能源管理過程缺乏準確評價

無論是將目前能源消耗狀況作為基準還是對能源管理的改進效果進行評估，都需要對能源績效進行恰當的評價。以醫院能耗為例，醫院能耗與建筑面積、門急診量、病床數和職工人數及建筑布局與負荷標準等均有一定關系[9]，而目前醫院的能耗對比中僅以歷史能耗數據作為基準，不考慮業務量、服務對象等因素變化造成的影響，不能如實反映能源管理措施達成的效果。

2 智慧能源管理體系建設

2.1 建立智慧能源管理體系架構

醫院后勤智慧能源管理體系的規劃設計按頂層設計、統籌推進的原則，遵循從信息化到數字化，再到智能化的發展規律，根據體系規劃、管理信息集成、運行監測、能效評價和閉環改進的流程管理，使后勤管理精細化、標準化。智慧能源管理體系架構如圖1 所示。

圖1 智慧能源管理體系架構

體系規劃需要明確管理職責，根據責任劃分為決策部門、日常管理部門、用能部門3 個層級，分層指導能源管理。由決策部門根據醫院發展規劃建立能源評價基準和績效指標，制定能源目標。根據策劃、實施、檢查和改進（PDCA）的循環管理理念，建立對接管理信息庫、能源項目庫、能耗數據庫等智慧要素。規范用能過程管理，使流程標準化、制度化、精簡化。制定可量化的定額標準，完善計量手段，實現考核指標具有代表性、可操作、可擴展。設立能源管理項目庫，實行資金全鏈條、項目全生命周期一體化管理。

2.2 建立智慧能源信息化系統

覆蓋全過程全方位的信息支撐是智慧能源管理系統的基礎。醫院建筑結構較為復雜，各區域交叉關聯強，醫院能源種類包括電、氣、熱及油等，耗能設備包括醫用設備、消毒設備、燈具、電梯、空調、熱水器、灶具與車輛等，相當一部分設備技術要求較高，與醫療業務相關設備的供能還有安全保障要求。通過實施終端測量設備智能化，進行計量數據和過程數據的在線采集，經統計分析、數學建模等信息化工程的實施，實現醫院電、水等能源資源的數據可視化、管理動態化。打造醫院內部能源設備物聯網，應用互聯網+、云服務等現代化通信技術實現醫院資源的綜合利用。管理平臺定期對能源數據進行分析和總結，檢測能耗異常，做好能源設備設施維保工作，通過大數據挖掘節能潛力，持續優化管理系統。

2.3 建立能源智慧管理中心

通過建立建筑群能源智慧管理中心，全面提升能源的利用效率和智能化水平。準確預測用能負荷，按照用能負荷預測曲線制定供能策略，通過時刻表和人流監測控制空調、照明等設備，提高舒適度，減少用能量。充分利用可再生能源，規范分布式能源的接入和管理，通過可再生能源利用情況的運營分析確定階段性項目建設目標，人工智能輔助決策。通過管理系統記錄各區域各類型能源和負荷的供需平衡，降本增效，實現能源控制、管理、運維一體化平臺，達成節能和碳減排效果。面向未來規劃設計醫院能源系統，建立電動汽車互動、用戶需求響應等智能用電管理模塊。能源智慧管理中心示意圖如圖2 所示。

圖2 能源智慧管理中心示意圖

2.4 建立智慧能源管理評價體系

評價能源管理效果需要有清晰可用的能源評價指標。目前評價指標較為單一，而醫院能耗與建筑面積、開放床位數、門急診人次及經濟性指標等相關性較大，單一指標不能有效反映醫院總體能耗情況。醫院各區域用能形式不同，套用同一指標容易出現偏差過大，不能反映實際能源需求。有學者提出在能源管理系統建設中應用包括床位數、住院率、總收入、人員比、設備量、投資額、均攤數及建筑面積等8 個方面的考核指標[10]，相關計算較為復雜。制定評價指標需要建立管理評價體系，從能源形式、投入成本、產出效果等方面為能源管理評價制定變量參數，讓評價指標反映業務量變化，建立橫向比較的基礎。評價指標還要具備可拓展性，能夠根據歷史數據與用戶反饋進行調整、更新。

3 智慧能源管理體系實施情況

3.1 基于精細化管理進行管理體系建設

根據智慧能源管理體系架構，成立能源管理決策小組，統籌能源系統的項目立項、過程管理、績效評價和持續改進等工作。制定能源管理的規章制度，規范用能流程，建立設備臺賬，形成管理信息庫。各部門互聯互動，形成能源項目決策網絡，通過初始評價、能源影響因素識別、管理基準設立、目標指標建立和方案策劃等流程進行體系策劃，經審核進行預算管理，在項目實施和運行階段進行階段評審，實行動態化評估。

結合醫院實際，將評價指標劃分為對內管理和對外服務，例如消毒供應中心等科室屬于對內管理，采用設備量、投資額等指標；病房等科室屬于對外服務系統，采用床位數、住院率等指標。為達到一致性評價，滾動計算近3年能耗數量作為評價基準，適當考慮外界因素作為影響因子，將目標指標劃分為數個等級，量化達標情況。以責任劃分為基礎，將評價結果與改進流程結合。通過對能耗數據的系統分析，制定持續改進策略。運用現代信息化手段，使全員參與節能過程，做好過程控制和標準化建設，運行并維持改進效果。

3.2 統籌重點領域實施技術改造

通過對醫院用能狀況進行重點分析和能源消費情況跟蹤，確定源側和負荷側重點改造項目。該醫院熱水需求集中在病房和宿舍區域，熱水系統采用太陽能熱泵，取得了較好的節能效果。醫院停車場占地面積廣，所處地區日照資源較為豐富，通過評估光伏發電投資回報率，拓展能源供給方式，實現光伏發電“即發即用”，有效降低負荷峰值。為適應城市電動汽車快速增加的趨勢，正在建設“光儲充一體化”充電站，預計將進一步提高醫院能源供應水平。在負荷側，通過統計照明設備用電情況，系統性更換新型高效LED 節能燈，提高照明質量，實施智能管理。

建立能源智慧管理中心，對能源計量數據進行在線采集、統計分析、數學建模，實現能源可視化數據中心、重點設備管理、能耗指標考核、需求側管理、能耗質量分析、監測能耗報警和能源報表等功能，提升能源信息化管理水平和智慧決策水平。能源智慧管理中心系 統平臺如圖3 所示。

圖3 能源智慧管理中心系統平臺

3.3 實施效果

通過建設智慧能源系統，醫院形成能源系統的規劃—管理—用能—評價—改進的管理體系。在能源供給端形成智慧決策支撐系統，以日常能源使用數據為支撐，考慮能源的生命周期，實施精準高效的能源技術改進項目。在能源消費端根據統計數據定位節能關鍵環節，以設備信息化和數據統計分析為基礎對節能效果進行科學評價，根據多維度的能耗對比對責任部門進行績效管理。同時，各能源子系統的統一管控減少管理內部消耗，為進一步實施智慧醫院管理奠定基礎。

具體至能源技術改造項目，均取得較好的節能效果。以已完成的綠色照明節能改造為例，3 號樓7 樓（呼吸二區）照明用電量在未實施照明改造時，人工手抄的月用電量為7 850 kW·h（2020 年8 月）；在實施照明改造后，智能計量表顯示月用電量為4 840.82 kW·h（2021 年8 月），同比下降38.33%。

4 結束語

廣州市番禺區中心醫院通過精細分析醫院能耗特點和能源管理流程，明確決策過程和評價標準，構建能源系統精細化管理體系，形成“梳理—評價—優化—標準化”的科學管理模式。目前已實施能源智慧管理中心、太陽能熱泵、LED 節能燈更換和光伏發電系統建設等項目，實踐效果表明能源系統精細化管理能有效提升醫院的能效水平。因項目實施時間尚短，用能數據積累有限，下一步需加大對用能數據的深度挖掘，收集能源管理評價指標的反饋意見，進一步檢驗醫院能源系統精細化管理效能，充分發揮資源、流程、績效管理的支撐保障作用，持續推動公立醫療機構質量效益提升。