基于大数据的医疗建筑用电分析

陈杰甫

(上海建筑设计研究院有限公司，上海 200041)

0 引言

医疗建筑配电设计过程中，需要了解医疗建筑的用电负荷情况，以便于合理选择配电容量和配电系统。目前，在方案设计阶段，设计人员往往根据设计经验或参考手册配置变压器；在施工图阶段，根据用电负荷计算选择配电容量。随着电子信息技术的发展，医疗建筑内的用电设备也发生了很大变化。需要了解医疗建筑长时间用电负荷情况，更好地指导工程实践。本文在10栋医疗建筑1年每小时采集的电能数据基础上，采用tableau大数据处理工具，分析这些医疗建筑1年内的电耗特点及趋势，得出一些结论，供设计人员参考。

1 计算负荷与小时用电量的关系

1.1 计算负荷

计算负荷是供配电系统设计的基础性资料，负荷计算用于选择和校验导体、保护装置、补偿装置、电压降等。

通常所说的计算负荷即为最大负荷或需要负荷。计算负荷是用电设备的等效负荷，是指用电设备在实际运行中所产生的最大热效应与等效负荷产生的热效应相等，产生的最大温升与等效负荷产生的最高温升相等。从满足发热的条件来选择用电设备，用以计算的负荷功率或负荷电流称为“计算负荷”。根据《工业与民用供配电手册(第四版)》，计算负荷对较小截面导线通常取“半小时最大负荷”；对较大截面电缆，宜取1h计算负荷；对母线槽和变压器，宜取2h计算负荷。常用的负荷计算方法有单位指标法、需要系数法、利用系数法，其中单位指标法比较适合设计前期的负荷估算。

计算负荷(Pc)和年最大负荷(Pmax)的关系为：Pc=Pmax。

1.2 小时用电量

用电量W=P×t，小时用电量W1h=Pav×1h，Pav为小时平均有功功率，Pav数值上等于W1h。也就是说，每小时的用电量与每小时的平均有功功率数值相同，每小时的单位用电量指标与每小时的平均有功功率数值相同。若可以采样到建筑物每小时的用电量，就可以得出该建筑物单位面积的每小时平均有功功率。

根据《工业与民用供配电手册(第四版)》，有功计算功率Pc即最大负荷或需要负荷有功功率，出现在日负荷逐点曲线和梯形曲线的最高点。日负荷曲线即采用小时平均有功功率数值绘制，拟合出负荷曲线，详见图1。

图1 日负荷逐点曲线和梯形曲线

由图1可知，小时平均有功功率数值可近似等于计算负荷。因为每小时的单位用电量指标与每小时的平均有功功率数值相同，每小时的单位用电量指标与单位面积计算负荷数值相同。通过分析单位用电量指标，可以推算出计算负荷指标。

2 用电数据处理

通过收集上海市2015年10栋医疗建筑，笔者整理了365天每小时采样的87 600条数据。通过均值插入法甄别无效数据，修正明显错误的数据。运用Tableau工具，主要关注每小时的单位面积用电量指标的时间分布情况，对比10栋医疗建筑的小时、日、月单位面积用电指标。

Tableau是一款大数据分析软件，通过数据的导入，结合数据操作，即可实现对数据进行分析，并生成可视化的图表直接展现出想得到的通过数据分析出来的信息。

3 用电数据分析

(1)分析10栋医疗建筑年度电能指标及单位面积指标，详见表1。

10栋医疗建筑年度电能指标及面积指标 表1

通过表1可以看出，10栋医疗建筑年度单位面积电能指标差异较大，最大值约为最小值的5倍。由于每栋医疗建筑的框架结构各具特色，室内所安装的空调系统的型号、电气设备、照明、医疗设备等的特性不同，上述数据也不同。医疗建筑物单位面积电能指标大部分数值分布范围为100～200kWh/m2。建筑面积的差异，与单位面积电能指标没有明显的相关性。

此外，技术设备、舒适程度、医院内部和外部的环境条件，都会影响到电能耗。不同医疗建筑单位面积能耗指标也会有差异。比如表2所示，不同国家医疗建筑的单位面积电能耗指标差异也较大。

不同国家的医疗建筑耗电量 表2

上海地区的10栋医疗建筑的总单位面积年耗电量指标为62.5kWh/m2。和上述国家对比，还处于较低水平。

(2)分析每个月份单位面积用电指标，详见图2。

图2 10栋医疗建筑月份单位面积电能指标对比图

从图2可以看出，尽管有个别建筑物用电情况较为平缓，月份差距较小，大部分医疗建筑月份单位面积电能指标趋势趋同。大部分医疗建筑用电峰值出现在8月，用电低谷出现在4月份。

(3)分析每天的单位面积用电指标，详见图3。

图3 10栋医疗建筑每天的单位面积电能指标对比图

从图3可以看出，每天的单位面积用电指标变化较大，但基本趋势趋同，每年的1、2月份和7、8月份较高，4、5月份最低。这和上海地区处于气候特点有关，属于夏热冬冷地区，夏季空调运行约4个月(6月～10月初)，冬季空调运行约3个月(12月～3月初)。气候变化是用电负荷变化的主要因素。

(4)分析每天的单位面积用电指标，详见图4。

图4 10栋医疗建筑小时单位面积电能指标对比图

通过前面分析得知，每小时的单位用电量指标与单位面积计算负荷数值相同。也就是说，图4上的每栋医疗建筑最大数值可以看作单位面积计算负荷数值。

从图4可以看出，大部分时段小时单位面积用电量指标分布在0.03～0.06kWh之间，医疗建筑单位面积计算负荷在60～100W/m2之间。

4 结束语