基于云架构的综合性医院能源监管平台建设

鲁超金树 牟效东 汪卓赟 尤勇 安徽医科大学第二附属医院 （安徽 合肥 230601）

基于云架构的综合性医院能源监管平台建设

鲁超＊金树 牟效东 汪卓赟 尤勇 安徽医科大学第二附属医院 （安徽 合肥 230601）

综合性医院作为大型公共机构，耗能问题日益突出，构建能源监管平台对医院能耗量化管理以及效果评估已经成为迫切需要。基于医院已建成并投入使用的能耗监管系统，通过云架构的能源监管平台建设与应用研究，扎实有效地推进医院能源管理工作。

节约型医院 能源管理 能源管理系统 云平台

随着我国经济发展水平和生活质量的提高，建筑能耗约占社会终端总能耗的1/3左右。在我国现有的约600亿m2的既有建筑中，只有5%采取了能源效率提高措施。因此，我国建筑能耗监管需求巨大。与普通公共建筑在用能方面相比，医院由于人员密度大、用能系统复杂、运行时间长等特点，因此其能耗比一般公共建筑明显偏高。此外，随着近些年医疗科技的发展（大型医疗设备的引进）和就诊环境的改善（大型中央空调系统的运行），医院能耗不断上涨[1,2]。某三级综合医院是一所医科大学直属教学医院，建筑面积15.99万m2，开放床位1342张。医院根据采集建筑能耗统计数据需要，结合医院设备设施管理、局部能耗与系统能耗管控和分析传统医院能耗监管系统中的问题，与系统提供商合作研发搭建基于云架构的能耗监管系统。能耗监管平台的建立为医院实时获知各科室、病区、部门的实时水、电、气、暖各能耗数据，并实现进行各种分析对比，按部门（管理单元）、建筑单元横向或纵向查询等，为医院能源管理和用能决策的提供了技术工具或手段，通过能耗统计和分析技术手段，找出能源浪费的关键环节，并采取有效的节能措施和管理办法加以改进从而达到管理节能的目的，提升了医院的能源管理和决策水平。

1.监管平台建设目标

能耗监测平台建设的最终目标应是实现“六维一体流程化管理”，即“能耗统计、能源审计、能源评测、能源诊断、能耗定额、能耗公示”。其中，“能耗统计”和“能源审计”主要体现了能耗监测的功能，即可通过各类终端智能计量表具的建设，完成能耗数据的数字化采集、统计和分析，实现能耗数据化、可视化。“能耗定额”和“能耗公示”主要体现了能耗管理的功能，即可通过对各类能耗数据的分析，制定合理能耗指标，实现定额化管理、预测性管理等能源管理的新手段。能耗监测平台建设的核心目标，则是在建筑全生命周期内，科学的、合理的、人性化的降低能源消耗，并做到可持续性发展。

2.监管平台建设方式选择

传统的医院能耗监管平台建设主要是在医院内建立一套包含计量装置、数据采集器、数据网关、数据传输网络、数据服务器、存储、管理软件等在内的封闭系统。基于云架构医院能耗监管平台主要是利用公共服务建设能耗管理平台，通过与专业机构合作，在对方现有平台基础上建立开发自己的能耗监管平台。其合作模式为对方投资、我方租赁使用的形式，每年支付一定费用以维持运行。这种方式不仅省去了一次性（硬件、软件、机房）投资费用，而且也省下了大量的运行、维护、系统升级和管理费用（表1）。

3.监管平台系统架构

医院能源监管云平台是建立起一个基于云构架的综合数据服务中心，通过物联网、互联网、云计算和大数据处理技术以及建筑信息系统（IBMS），建立城市级智能建筑的对象模型，通过数据采集、实时传输、集中存贮和共享以及深度的数据挖掘，将建筑智能化设备信息、建筑能耗信息和建筑运行的能效信息进行有效的整合，为使用者提供舒适、节能的建筑使用体验和全方位的信息服务。系统建成后的系统构架如图1所示。

在具体结构上能耗监测云平台系统由现场设备层、数据采集传输层和用户管理层组成，三部分的有机结合是为医院提供专业能效分析的基础。现场设备层包括远传智能水表、三相智能电表、多功能电力监测仪表等；数据采集传输层：数据采集器、网络设备等；用户管理层：能源监管系统软件、WEB/数据库服务器等IT设备。如图2所示。

系统采用B/S网络架构。医院相关职能部门或操作人员通过授权可以在办公网络或互联网访问本系统实现数据查询和管理，系统业务流程清晰。其核心技术先进，操作便捷，人机交互过程简单清晰，能够满足各种不同层次管理权限的人员使用需求。能提供完善的分级授权访问方式，以保障系统管理的安全性。

表1. 传统能源监管平台与租赁式云能源监管平台比较

图1. 医院能源监管平台系统构架

4.监管平台主要系统组成

4.1 系统功能

医院能耗监测平台系统是在水电实施建设的基础上，实现能源消耗的分类、分项、分户计量与监管，扫除用能区域监测“死角”；快速、准确采集、显示和统计各用能监测点的能耗数据，满足实时查看各监测点能耗数据的要求，降低人力成本和工作量，提升用能数据收集、整理的准确和高效；建立组织数字节能台帐和一键式报表统计处理；提供对节能改造项目实施完成后成效对比情况展现；实现本地化IT服务，贴身化的定制开发，满足组织节能管理的可持续发展；实现对室内环境数据的监测与管理，科学、有效地分析建筑内能源消耗的状态，从而更合理的采取节能措施，有效节能。

4.2 电能计量与监测系统

根据现场负荷的性质和供电回路分布情况，可分为照明用电、动力用电、空调用电、特殊区域用电以及重要医疗设备用电。照明用电：计量表具安装在楼层相应配电箱供电回路中。普通照明配电箱、应急照明配电箱分别安装，避免跨科室计量的情况。空调用电：空调系统相关的冷热源设备及系统输送设备、空调末端设备、净化设备等几个用电分类的子项，在相应的配电箱供电回路中均安装计量表具进行单独计量，保证能够完整的体现空调这部分电量的使用情况。动力用电：用电量较大的集中负荷一般由低压配电室直接供电，此类负荷单独设置计量表具，此部分表具可安装低压配电室；采用链式供电的负荷，根据负荷的使用性质，可在出线端集中安装计量表具，也可在每个末端配电箱单独安装计量表具。特殊区域用电：对数据机房、锅炉房、水泵房、ICU区、手术室等能耗密度高、耗电大的用电区域划分为特殊区域，均实行单独计量，相关的配电箱以及大型用电设备均单独安装计量表具。大型医疗设备用电：大型医疗设备用电占医院整体用电量比重较大，对重要的医疗设备均采用专用表具进行单独计量，以了解其具体的运行情况。

图2. 医院能源监管平台系统应用域

4.3 用水计量与监测系统

根据医院建筑能耗监管系统建设需求的理解和《医院建筑能耗监管系统建设技术导则》（试行）要求，医院用水监测与计量系统主要可分为冷水和热水计量两部分，根据不功能区域及不同单体楼分别设置冷热水远传水表进行计量。计量表的安装应不影响供水系统正常运行和供水流量，应单独设置支架（座），避免对管道产生附加压力。在水质较差或含杂质较多的地区，水表前应设置便于维护的过滤装置，避免水表因卡死造成不能正常使用的现象。

冷水部分。总用水：根据供水管网分布情况，整个院区共有两路市政供水。这部分建议采取和水务公司数据进行共享。重点区域用水：对重点医院区域用水量进行监测。其他单体建筑用水：主要对实验中心、食堂、锅炉房、空调冷却塔补水用水量进行监测，为医院各部门、科室独立核算提供数据依据。热水部分。总用水：热源：由院区锅炉房供给蒸汽作为生活热水换热的热源。经换热站交换后提供生活热水。热水系统分低区、中区和高区，生活热水监测与计量共需安装远传水表（热）为6块（一级计量表），分别安装在各区换热器供回水管处。

5.思考

5.1 贯彻持续改进的节能理念

对节能工作而言，虽然困难重重，但也并非没有实施管理的路径。首先要解决理念问题，没有一个好的理念肯定不行。然后才是实施的项目和方案。否则，一个项目实施的开始可能就是浪费的开始。重要的前提是确定建筑节能技改实施程序。在做节能的时候可以按照：论证-设计-实施-运行，然后再循环，实际这再循环也是借助PDCA的持续改进的理念[2]。

5.2 构建数据平台建立数据模型

构建数据平台是一个很艰难的过程，能源监管平台不是一个挣钱的平台，它不仅不节能还耗能，因为要增加设备。但是它可以有效的进行监控，对异常的用电可以进行处理，在运行一段时间后能够有效的收集医院能源消耗的基础数据，构建基础模型，但是建设的过程是痛苦的。掌握技术的人员在制定平台的时候往往给大家画一个美好的蓝图，但现实是我们应如何来实施，这两者如何来进行有效的衔接是很重要的。所以，我们在建能源监管平台的时候，技术不是问题，重要的是目的[3]。

5.3 统一通信协议和接口

统一的通信协议和接口是选择前端现场设备的基本条件，目前智能表具电气接口方式基本采用RS485，其传输距离可达1300m。通信协议包括两种，其一为我国行业标准DL/T645-1997《多功能电能表通信规约》；其二是国际通用的工业现场总线协议MODBUS。在前端设备采购时要求符合相应的协议和接口。同时，构建合适的网络通信。本院建设能耗监管平台通信基于现有的外网，采用就近接入的原则，同时在距离较远的采集点上通过安装无线发射与接收装置为有线传输做补充。同时我们建议有条件的单位或新建项目，要为能源监管平台、监控、一卡通等相关系统建设专网。有利于与医院业务网的物理分离，有利于专项设备的统一管理。

5.4 分析运用解决问题

能效管理应用平台是基于已经建成的能耗平台升级开发，当然还要进一步增加外围的信息采集点，如中央空调系统冷冻水的温度、流量、压差等参数信号。通过监测这些实时数据计算系统运行效率，并给出相应诊断意见；同时系统评估主要能耗设备或系统（新风、照明与插座和特殊用电等）的管理水平，即在夜间或节假日这些系统应关闭或低负荷运行期间这些能耗设备或系统是否有能耗浪费的现象[4]。将这两个方面进行综合评估，确定各个子系统的能效等级。对低效系统进行报警，提高对设备、系统的维修、技改、更新的决策依据。通过半年时间的运行，对设备运行数据越限、能耗异常等情况进行报警分析，共计排查出6处水泄露事件和3处用电异常的处理，取得的很好的经济效益和节能降耗的目的。

5.5 发展能效管理平台应用

在节能降耗的大目标下，能效管理就是后勤保障工作的一个重要内容。系统同时可帮助医院优化现有的能源管理流程，形成客观的以数据为依据的能源消耗评价体系，减少能源管理的成本，提高能源管理的效率。人事制度改革中绩效考核是其中重要的一环，因此，医院可以充分利用真实的能耗情况和节能降耗的管理成效，帮助医院管理者制订科学的的能源管理考核办法和依据，从而实施对后勤服务部门的科学考核，充分调动职工的工作积极性。

[1] 崔俊奎, 张秉瑞, 周剑峰, 等. 智慧城市区域建筑能源监管平台搭建与运行管理[J]. 建设科技2015,5 (9):67-70.

[2] 闫石, 王金良, 倪学勇, 等. 北京大学第三医院能耗监管系统的构建与运用[J]. 中国医院管理, 2016,36(10):73-75.

[3] 焦军胜, 柴建军, 朱晓军, 等. 北京协和医院建筑能耗监管系统建设方案浅谈[J]. 中国医院, 2015,19(5):77-78.

[4] 蒋三军, 黄归. 医院新型能耗管控一体化平台的应用与探索[J]. 中国医院建筑与装备, 2016,17(11):98-101.

Construction of Energy Management Platform Based on Cloud Infrastructure in Comprehensive Hospital

LU Chao JIN Shu MOU Xiao-dong WANG Zhuo-yun YOU Yong The Second Hospital of Anhui Medical University (Anhui Hefei 230601)

As a large public institution, the problem of energy consumption is becoming more and more serious. Therefore, it is urgent to set up the energy management platform to quantify and evaluate the energy consumption. Based on the energy consumption monitoring system which has been built and put into use, we should promote hospital energy management solidly and effectively through the cloud Infrastructure of the energy regulatory platform construction and application of research.

conservation-oriented hospital, energy management, energy regulatory platform, cloud infrastructure

1006-6586(2017)11-0036-04

R197.5

A

2017-04-23

鲁超，通讯作者。

安徽省卫生计生委2015年医学科研计划课题（2015001）。