2020年1月17日 星期五

．智慧醫院能源管理系統建設思考與實踐

Smart&Green Hospital and 
Health Campus

來源： CHIMA




醫院建築屬於大型公共建築，具有全天候開放、能耗高、連續運行等特徵。建築結構較為複雜，技術要求較高，一般包括急診部、門診部、住院部、醫技科室以及後勤保障、行政管理、院內生活用房等7大功能區域。

醫院建築主要實現，診療與後勤保障兩大功能。後勤保障部門往往根據醫院建築所涉及的建築結構、水電氣熱暖、資通訊、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、淨化層流系統、放射防護系統、醫療資訊化系統、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後勤營運保障體系。

在醫院後勤營運保障各項工作中，醫院能源管理是順利、高效實現各項診療目標的重要前提。以某鄰近國家醫院為例，分析能源管理現存問題，介紹能源管理系統建設具體實踐。

智慧医院能源管理系统建设思考与实践

1 醫院能源管理現狀 
1.1 能耗高，管理基礎弱
根據某國外家衛生健康委規劃與資訊司統計數據，該國近 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，電能消耗佔比最大，一般在70%左右，甚至更高；能耗水平基本保持 15% 以上的年成長率，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。

和該國其他南方地區醫院相似，某醫院能源結構中，電能所佔比重達 80%；新院區投入營運不到 1 年，全院能耗費用從不到合約新台幣 一億元升至一億三千五百萬元。

由於歷史原因，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，資訊管理凌亂與資訊孤島現象嚴重，也缺乏行之有效的手段；能源數據多數採用人工收集的方式採集，數據的即時性、準確性，以及電子化儲存受到限制；無法實現該國要求的能耗分類分項計量；不能進行能源、能耗與能效的資訊採集與數據分析處理，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
該醫院目前新老院區有歷年形成各類建築（群）18座，雖然 70 多位後勤人員辛勤努力，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，該國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品質缺乏有效監測、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，往往流於形式或與實際情況脫節。

1.5 資訊化程度低
近年來，醫院資訊化建設，尤其是診療資訊化建設發展很快，後勤營運保障體系的資訊化建設卻相對停滯落後。作為後勤保障工作的重要環節，存量能源綜合管理，難以符合快速發展的診療資訊化速度。
2 能源物聯網建設
該醫院後勤建設，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，總結醫院從資訊化到數位化、智慧化的發展規律，運用物聯網、人工智慧、大數據等技術手段，採用平台建設＋服務營運模式，從能源物聯網建設入手，將醫院後勤一體化綜合運營，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，用能環境相對複雜，不同功能區域需求不盡相同，且耗能設備種類多樣，建築能源相關的數據採集、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，並逐漸達到基本覆蓋的智慧終端、先進的通訊傳輸模組，以及覆蓋全院的能源管理平台等。該系統以覆蓋各能源點的低壓側智慧終端等智慧端口為支撐，並完成數據採集，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品質、能源安全數據採集的即時性、準確性與全面性。低壓側智慧終端採用了邊緣計算，與節點終結的設計理念，實現剩餘電流、三相不平衡和缺相告警等功能。

2.2 網路層
以 485 總線、網路線和電力線載波等，有線傳輸技術為基礎，結合 Lora、4G 等無線傳輸技術，充分利用現有網路條件，建構覆蓋全院的數據傳輸網路。工業級數據 Gateway 提供數據的採集、分析、儲存與轉發。異常數據包過濾、數據集中轉發的設計，極大降低了雲端平台在數據採集，與前處理過程中，對系統資源的佔用。

2.3 應用層
醫院能源管理系統集數據採集、傳輸、分析與處理功能於一體。數據採集傳輸是能源大數據的基礎。

 透過數據的分析與處理，提煉數據的價值，並形成有效管理手段，是能源管理的核心。透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，與優化後的節能曲線相比較，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，透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「網路＋醫療」模式，充分結合醫療衛生主管部門，與該國住建部關於綠色醫院用能標準、醫院用戶需求，以及能源管理部門要求，採集分析能源、能耗、能效數據，監測以電能品質、用電安全相關指標，以及其他用能指標，並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」的智慧化醫院後勤管理新模式。

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，如智慧照明管理子系統、中央空調運行優化管理子系統等。

3.1.1 能耗管理子系統
該系統透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）透過分類分項能耗即時監測、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）按照醫院管理中資訊、物資、設備、人員、資金等五大範疇，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，以及建築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、超額警報等，管理工具提升能源管理水準。

3.1.2 安全用電管理子系統
該系統提供電能品質、安全警示與應急聯動功能，提高用電管理水準，促進醫院採取有效手段改善電能品質、排查用電安全隱憂，減少甚至杜絕因電能品質與安全用電隱憂，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 智慧照明管理子系統
該系統與新型高效 LED 節能燈相結合，提升照明品質，降低維護成本，提高綜合效益，提升管理水準。該醫院智慧照明管理子系統，針對不同應用場景設計了不同的智慧照明管理策略，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、建築採光、工作時間、人流量 24 小時分布特徵等因素。

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
透過對中央空調系統的智慧化改造，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，透過模糊算法，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
透過能源大數據分析，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
即時發現過壓、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，電能品質與安全隱憂，即時預警，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，在大型公共建築應用逐漸增多，並成為重要供能方式。

醫院能源物聯網系統累積的能源大數據，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憂。

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，醫院後勤管理的新思路。
4 結語
基於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準，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，促進醫院利潤成長。

在能源物聯網建設的基礎上，發展醫院建築物聯網，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，實現基於 BIM 的資產與設備運維全生命週期管理，使維運管理更加即時、有效、直接和智慧，為醫院的資源規劃及科學調度提供可靠依據。

基於醫院能源物聯網、建築物聯網，以及設備物聯網的醫院後勤一體化綜合營運保障體系建設，是未來醫院後勤管理的發展方向。
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