我院智慧能源管理平台的探究与评价

张玉彬，吕政飞，黄如春

南京医科大学第一附属医院，江苏省人民医院 a.基建办；b.总务处，江苏南京 210029

我院智慧能源管理平台的探究与评价

张玉彬a，吕政飞b，黄如春b

南京医科大学第一附属医院，江苏省人民医院 a.基建办；b.总务处，江苏南京 210029

本文在既有建筑物能耗管理信息化建设实践基础上，通过大数据分析和云服务技术对医院的各类建筑的能耗进行全面的监测和分析，参照国家住建部和国务院机关事务管理局对建筑物能耗信息化建设要求，建立基于IEEE1888标准的医院能耗定额标准和智慧能源管理体系，指导医院的节能改造。

建筑物能耗定额；云服务；IEEE1888标准体系；智慧能源管理平台

1 研究背景及目的与意义

1.1 研究背景

大型公共建筑用能强度是普通公共建筑的2～3倍，是居住建筑的5倍左右。而且随着公共建筑大型化的趋势，公共建筑整体用能强度也在不断攀升[1]。大型综合型医院应积极响应国家卫生计生委“创建，推进和深化节约型医院建设”的要求，积极开展针对医院各类建筑全生命周期能耗管理及节能信息化服务的研究，规划建设一个包含能耗数据采集监测、节能指标考核、能效指标评估、节能效果评估、设备精细化管理以及基于数据仓库技术的多维分析功能组成的智慧能源管理平台，对医院的各类建筑物的所有能耗指标进行监控和管理，建立科学、完善、客观、智能的能耗控制管理流程，为医院管理层及各级主管部门提供全面、准确、可视化的各类能耗指标分析报表。

1.2 目的与意义

我院拟建设一套基于IEEE1888标准的医院智慧能源管理平台，针对日常能耗情况进行自动化数据采集和实时动态监测、控制、故障报警、统计、综合分析等；从已有的相关系统（后勤综合管理信息化平台、医院建筑BA系统、医院能耗管理平台等）通过标准接口网络协议获得相关能耗数据，并且结合建筑面积、内部功能区域划分、设备参数统计、医疗运行参数汇总等客观数据，获取能实时反映医院整体能源运行的现状和能耗结构的精确数据，以便准确评价建筑的节能效果和发展趋势；提供能源消耗总体情况、分类能耗、多角度能耗分析报表、能耗超标预警等。并通过医院公共建筑能耗的调查和统计分类工作，结合建筑能耗定额制定方法，形成基于医疗类公共建筑类型的建筑能耗限额值，基于智慧能源管理平台建立适合医院行业的能耗数据共享标准和绿色能源评价标准体系、促进医院的节能改造，帮助医院在2015年实现“单位医疗业务量能耗”相比2014年下降5%～8%的节能目标[2]。

2 对象与方法

2.1 建设背景

2009年我院通过江苏省住建厅建筑节能专项资金全额补助进行了建筑能耗分项计量装置安装项目，在门急诊楼和病房楼共计7栋主要建筑（建筑面积约13万m2）按楼层病区的动力、照明以及中央空调、分体空调功能共计安装多功能电能表213块，冷热水流量计7块，实现年、月、日分项，分类能耗统计及实时监测功能，以全面反映楼内的建筑物所有电气设备用能情况及各大楼建筑总用水情况。经过汇总数据统计分析，发现3大类问题：① 主病房楼未配置中央空调，全部安装分体挂壁式空调，共计337台，供冷季单位面积耗电量56 kWh/m2，远高于外科楼中央空调单位面积耗电量44 kWh/m2；② 医院总表消耗水量与各大楼水表消耗水量有较大数据差；③ 院内多处公共区域夜间无人值守或不开放，但照明电表依然产生数据。

2012年，省级机关事务管理局要求直属事业单位按月上报水、电、燃气、汽油等数据，汇总至公共节能数据平台，通过系统平台的数据采集分析对比，经过3年多的数据积累，将对各事业单位进行能耗数据监控、定额给定与考核。

2.2 建设思路

我院拟建设一个统一的能耗数据中心以满足各部门对能耗数据的要求，通过共享数据标准集成我院现有能耗监控系统与江苏省住建厅建筑能耗监测管理平台及省级机关事务管理局能耗上报系统的数据。平稳运行后从能耗数据中心进一步挖掘各类能耗、业务和环境等数据，提供用能监测、能效分析、用能诊断、用能管理以及用能决策等手段，提高医院各类建筑用能管理水平和能源利用效率。

2.3 云服务平台智慧的各种能源管理服务

基于IEEE1888 标准建立的数据中心能效平台是在实现实时数据采集和管理数据整合的前提下，以能源数据为基础数据，同时以能源管理功能为核心功能的能效管理平台[3]。① 实时监测能耗使用现状，预测发展趋势，为管理提供支撑；② 实时掌握总体能耗消耗数据，发现增长趋势和增长方向，为医院推行低成本节能，推动精细化、规范化管理提供参考；③ 通过建筑能耗定额标准化工作和基于IEEE1888标准的绿色智能网关技术，在云服务平台中提供支持医院类建筑物的绿色运行和为其节能改造工作提供智慧的能源管理服务（能耗定额控制及空调、照明等设备的远程自动监控等）；④ 为合同能源管理提供准确、权威的基础数据；⑤ 引导使用低能耗指标设备，为绿色采购及售后评估提供依据；⑥ 根据能源费用，准确制定能源成本预算。

2.4 网络架构设计

我院的智慧能源管理平台网络结构采用分层分布式三层结构，节能监管平台采用浏览器/服务器（B/S）与客户机/服务器（C/S）两种主体构架。通过搭建的局域网络或已建成的局域网络，实现数据的上传、命令的下发，医院现有其他与能源管理相关的信息化系统采用统一的系统平台开放接口协议，与能源管理平台进行部分数据的共享，实现能源数据的集中，构成能源管理平台的数据源。

系统软件支持B/S架构，运行管理人员、医院管理和决策层人员不受地域时间限制，通过大部分主流浏览器Web方式不同权限登录，方便快捷实时了解医院的各楼层和各功能区域总体能耗情况、分类能耗、多角度能耗分析报表、能耗超标预警、契约限额等，通过深层挖掘有价值的数据，帮助用户提供能源决策、优化调度和内部考核等管理措施的数据支持依据。智慧能源管理平台分为设备层、网络层、管理层三层。

（1）设备层：指直接采集现场设备数据并具备上传功能的各类能耗监测设备，如：配电室内电表、医院的各楼层内计量电表、水流量表、蒸汽流量表、燃气计量表、医用气体流量表等终端监测设备。这些设备可独立完成数据自动采集、统计处理、就地及远程控制、信息远传等功能，一个设备出现问题时，不会影响其他设备的正常运行。

（2）网络层：各分散的智能计量设备均具备RS485通讯接口/MODBUS通讯协议，通过RS485通讯总线接入数据网关，数据网关经过以太网总线将底层表采集的数据通过搭建的光纤局域网（或已有的光纤局域网）上传至能源管理平台服务器内。医院内已有的其他系统通过搭建的光纤局域网（或已有的光纤局域网），采用标准数据网络接口（如：OPC协议和Modbus协议等）将相关能耗数据上传至能源监管平台服务器内。

（3）管理层：智慧能源管理平台管理层由平台软件、服务器和工作站等硬件等组成，支持以太网络通讯，具有大容量存储空间。提供基于SOA架构的、模块化的能耗数据的汇总、统计、对比、分析和直观展现功能，并结合如门诊就诊人数、病区出院人数、床位周转率、手术台数等医疗指标，得出其综合单位面积的能耗排名、消耗费用、变化趋势等分析结果，通过多角度直观的图表展现给各级领导和各管理部门，同时根据这些分析结果帮助制定考核、管理制度，辅助领导决策。通过服务器接口，拥有不同权限的用户可以从大屏幕、Web浏览客户端或其他有安全级别的终端服务器，查看到不同级别的数据呈现信息。

（4）能源管理系统服务器：采用数据服务器实现对医院建筑内能源安全和能源监管的分类数据进行采集、处理、分析、数据挖掘、存储及网络管理。实现分类能源介质的实时工况数据监测、故障报警和记录、历史数据存储和趋势曲线、计量和监测设备运行状态监测、运行管理和故障分析等监控功能，可满足各类能源介质系统的日常运行和安全管理需要。以报表、曲线图、柱状图、饼图、和散点图等多种形式通过Web方式展现给用户。

（5）系统工作站：实现不同权限管理人员就地浏览及查询院内的能耗情况。

2.5 功能设计

本系统是从覆盖医院日常用能管理和节能改造项目的设计、开发、实施、调整、维护运行，直到系统最后运行的整个生命周期，可以实时掌握建筑整体能源运行的现状及趋势，从日常耗能的环节本身发现问题，通过对建筑内不同功能区域的耗能特点的分析，建立“数据采集—集中数据—数据分析处理—提供各类对比考核方法—完善管理流程—考核评价”的能源管理流程[4]。系统的功能架构，见图1。

图1 智慧能源管理平台软件架构

3 结果

基于已有的建筑能耗分项计量系统平台提供的数据，针对数据分析后出现的问题，我院采取了多项措施：

（1）与远大空调公司签订合同能源管理服务，结合主病房楼病区改造，废除分体空调，改用1台150万大卡的溴化锂直燃机组，总能耗费用改造前450 万元/年，改造后的能源运营管理收费390万元/年（含所有能耗费及运维管理费），通过1～5年期的运营收费节能服务企业收回前期设备分摊及利息；自第6年起至第10年，节能服务企业按照不高于330万元/年包干能源服务费（合同再谈判）。

（2）请专业测漏单位对院内老旧管道测漏，发现漏点封堵处理；废除5、6号楼埋地漏水水管，重新改路接入。

（3）在全院部分区域逐步更换或新装感应灯具或LED灯具，夜间无人值守或不开放区域设置电源定时器。

此外，根据累积数据的汇总分析，采取了一些有针对性的管理措施，并在全院宣传提倡“节能减排人人有责”的行为，为医院即将进行的能耗定额分析和科室成本核算打下基础。同时，在同行之间，根据能耗数据的单位建筑面积、人均能耗等指标排名，了解和检验我院的节能减排成果。 参考江苏省住房城乡建设厅提出的“建筑物能耗定额计算模型”，我院建立了“医院类建筑物能耗定额计算模型”“医院类建筑物能效评估模型”，将为江苏省内开展节约型医院建设提供理论依据[5-6]。

4 讨论

我院通过能耗系统的数据分析指导节能减排工作的落实，获得显著成效[7]。据统计，自2011年我院用水总量连续2年下降，下降幅度分别为-7.73%和-11.73%，全院用电总量增幅逐年减少，增幅分别为6.5%和1.9%。在我院医疗业务日益增长的情况下，2014年全年水、电、气用量分别下降10.0%、2.2%与2.8%，其中用水量自4月份以来连续9个月呈同比下降状态。为此，医院对节能成果进行了分成奖励，大大提高了员工的工作积极性。因此，整合完成的智慧能源管理平台将可以有效解决以下问题：

（1）医院能耗消耗指标高的问题。医院各种能源资源费用约占医院总支出的2.5%～3.5%左右，电力能源约占总消耗的65%以上，其中采暖、蒸气、卫生热力、空调用电的消耗占总能源的70%以上。

（2）能耗管理相对低效的问题。系统可实现对医院水电气等相关能耗介质的自动监测，加快能源系统的故障和异常处理，提高能源事故的反应能力，保证系统长期稳定运行，完成对各种能源系统优化调度和管理。

（3）缺少信息化能源管理手段的问题。系统可实现医院能源消耗的数字化、精细化管理，减少能源管理环节、提高管理效率。

（4）负荷不均供应杂的问题。系统可实现对不同种类的能源进行分区域计量，并提供基于数据分析的能耗异常报警、寻找节能关键点、节能空间，指导后期技术改造，并提高能源统计数据的精度与实时性。

（5）医院安全保障压力大的问题。由于医院的人流量大，环境要求特殊等因素，空气品质和能源安全比其他公共建筑要求高，系统可实现对节能改造项目整个生命周期的全程精细化管理。

（6）实现对能耗指标的评估和能源消耗结构分析及能源消耗成本分摊，解决传统节能改造模式落后的问题。通过合同能源管理模式，提升综合系统性的节能服务，并通过分析节能改造前后的能耗变化情况，为医院的合同能源管理改造项目提供精确的节能数据。

根据我院近年来的节能改造项目实施经验和江苏省住建厅建筑物能耗监控系统一年来运行的经验与数据，争取通过智慧能源管理系统的自我监督检查和主动服务意识的提升，保证医院各项能耗管理规章制度、改革措施的贯彻落实；帮助医院积极争创江苏省公共机构节约型示范单位，并通过创建，推进和深化节约型医院建设，引导江苏省卫生计生系统节能减排工作向纵深推进[8]。

[1]梁浩,张峰,梁俊强.基于合同能源管理模式规模化推进既有公共建筑节能与绿色化改造的探索与实践[J].建设科技,2014,(10):23-33.

[2]游一成.浅析综合医院能源管理信息系统的建设[J].绿色建筑,2014,(3):47-48.

[3]王铁军.基于IEEE1888的绿色数据中心节能减排探讨分析[J].信息通信,2013,(6):244-246.

[4]戴明浪,王莉莉.浅谈医院的能耗管理[J].中国医疗设备,2013,28(11):112-113.

[5]龙惟定,白玮,马素贞.大型公共建筑能源审计[J].建筑科技,2007,(18):12-14.

[6]陈秋晓,张莹,姚志刚,等.智慧医院建设存在的问题与建议[J].医院管理论坛,2013,30(3):52-54.

[7]梁境,李百战.中国公共建筑节能管理与改造制度研究[J].建筑科学,2007,4(23):11-14.

[8]殷惠基,周志仁,田慧峰,等.上海某大型医院节能改造及评估[J].制冷与空调,2011,11(1):82-86.

Exploration and Evaluation of the Intelligent Energy Management Platform in Our Hospital

Based on the practice of energy management informatized construction in existing buildings,the research conducted a comprehensive monitoring and analysis of all types of buildings in the hospital through the big data analysis and cloud services technology.With reference to the requirement of informationalized construction of energy consumption from the Ministry of Housing and Urban-Rural Development and Government Offces Administration of the State Council,this paper established the hospital energy consumption quota and intelligent energy management system according to the IEEE 1888 standard to guide the reform in the energy-conservation of the hospital.

building energy consumption quota;cloud services;IEEE 1888 standard;intelligent energy management platform

ZHANG Yu-bina,LV Zheng-feib,HUANG Ru-chunb
a.Infrastructure Construction Office;b.Office of General Services,The First Hospital Affiliated to Nanjing Medical University,Jiangsu Province Hospital,Nanjing Jiangsu 210029,China

TK01+8；R197.324

C

10.3969/j.issn.1674-1633.2016.04.035

1674-1633(2016)04-0129-03

2015-07-08

2015-07-20

黄如春，江苏省人民医院总务处处长，高级工程师。

作者邮箱：zhangyubin3200@sina.com