關(guān)于某醫(yī)學(xué)高等院校節(jié)能信息化工作推進(jìn)及研究

宋欣瑤 楊 勇

上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院

前言

近年來，作為上海市一家醫(yī)學(xué)?？圃盒＃S著辦學(xué)規(guī)模的不斷擴(kuò)張，承接的科研實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目逐年上升，能耗支出已成為一項(xiàng)重要的財(cái)務(wù)支出。面對(duì)“節(jié)能減排設(shè)施年久失修、信息化管理體系落后”的現(xiàn)狀，如何維護(hù)現(xiàn)有的資源、更新老化設(shè)備，保障安全運(yùn)行；如何以科技為先導(dǎo)，用科技促節(jié)能,構(gòu)建能源監(jiān)控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)醫(yī)學(xué)院“能源發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變、發(fā)展模式的轉(zhuǎn)型、發(fā)展質(zhì)量的提高”是該醫(yī)學(xué)院面臨的重大課題。

1 上海市某醫(yī)學(xué)高等院校節(jié)能信息化推進(jìn)情況

近年來，學(xué)院積極響應(yīng)上海市科委倡導(dǎo)的“節(jié)能降耗、科學(xué)管理、效率優(yōu)先”節(jié)能理念，不斷完善能源管理體系，完成水、電、蒸汽計(jì)量體系和部分節(jié)能技術(shù)改造，進(jìn)行了諸如空調(diào)集中控制、紅外感應(yīng)探測(cè)、科教樓中央空調(diào)冷卻水系統(tǒng)改造、浴室熱水系統(tǒng)節(jié)能改造、太陽能+空氣能熱水系統(tǒng)、鍋爐煙道節(jié)能改造等節(jié)能項(xiàng)目的改造工作，初步構(gòu)建水、電、蒸汽系統(tǒng)，通過分系統(tǒng)信息化建設(shè)，對(duì)部分節(jié)能設(shè)備實(shí)現(xiàn)遙控、遙測(cè)、遙視。這些節(jié)能項(xiàng)目的實(shí)施取得了一定的成績(jī)。

然而，通過該學(xué)院近三年的能耗數(shù)據(jù)分析，在建筑面積不變的情況下，綜合能源消費(fèi)量、能源消費(fèi)成本逐年上升。學(xué)院的綜合能源消費(fèi)量以平均每年6%的比例提升，如圖1所示。

圖1 近三年綜合能源消費(fèi)量、能源消費(fèi)成本趨勢(shì)圖

2 節(jié)能信息化工作的瓶頸問題

根據(jù)圖1數(shù)據(jù)所示，究其原因，客觀上由于近年來醫(yī)學(xué)院承接的科研項(xiàng)目不斷增多;學(xué)生的招生人數(shù)不斷增多，且研究生、博士生比例也不斷增大（研究生和博士生所消耗的能源遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于本科生）。同時(shí)長(zhǎng)期以來粗放式的管理、陳舊老化的基礎(chǔ)設(shè)備、信息化管理手段落后等，也使學(xué)校的節(jié)能工作“尾大不掉”。目前，學(xué)院節(jié)能減排的工作主要存在以下兩個(gè)瓶頸問題。

2.1 節(jié)能減排技術(shù)落后，設(shè)備性能差、能耗高

學(xué)校對(duì)節(jié)能減排的基礎(chǔ)設(shè)施的投入少、技術(shù)更新落后，“資金、技術(shù)”兩方面都無法保障。醫(yī)學(xué)院建校歷史悠久，供水、供電、供暖等基礎(chǔ)設(shè)施陳舊落后，年久失修，線路老化，供水管道和設(shè)施銹蝕，“跑、冒、漏、滴”現(xiàn)象非常嚴(yán)重。學(xué)院的節(jié)能減排工作，在許多方面，還停留在制度建設(shè)的層面；對(duì)節(jié)能趨勢(shì)、技術(shù)的研究缺乏有效的技術(shù)支撐；節(jié)能減排工作較被動(dòng)，收效不明顯。此外，節(jié)能減排工作執(zhí)行前期，從宣傳到落實(shí)的過程中需要大量的經(jīng)費(fèi)支持，但由于缺少經(jīng)費(fèi)，醫(yī)學(xué)院很難以完成粗放式能源消費(fèi)向節(jié)能減排設(shè)備轉(zhuǎn)換的過程。現(xiàn)階段，醫(yī)學(xué)院節(jié)能減排信息化項(xiàng)目資金有限，無法引入先進(jìn)節(jié)能設(shè)備及系統(tǒng)，以致無法根治高能耗、高排放的現(xiàn)象。

2.2 信息化管理系統(tǒng)覆蓋不全，不能實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)

目前，學(xué)院正在運(yùn)行的“水、電、蒸汽”能源系統(tǒng)各自并行運(yùn)行，交互性不理想。同時(shí)，由于年久失修，“水、電、蒸汽”系統(tǒng)涉及的表具存在以下問題：（1）表具損壞，無法采集數(shù)據(jù)，無法確保數(shù)據(jù)的完整性、整體性；（2）處于運(yùn)行的表具維護(hù)不及時(shí)，采集數(shù)據(jù)的可靠性無法保障。

各個(gè)能源分系統(tǒng)未全部實(shí)現(xiàn)IP地址覆蓋。水網(wǎng)監(jiān)控只覆蓋部分樓宇；電力只針對(duì)部分區(qū)域?qū)崿F(xiàn)了四級(jí)監(jiān)控。水、電、蒸汽監(jiān)控系統(tǒng)覆蓋不全，數(shù)據(jù)不完整，以致無法進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，不能為單體建筑、部門、實(shí)驗(yàn)室提供節(jié)能減排的判斷依據(jù)。

3 節(jié)能信息化工作推進(jìn)與研究

醫(yī)學(xué)院作為全國(guó)的重點(diǎn)院校，應(yīng)在低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面走在全國(guó)的前列。為響應(yīng)教委建設(shè)“節(jié)約型”校園的號(hào)召，學(xué)院制定了“節(jié)能減排”信息化工作短期措施、長(zhǎng)期工作策略。能源信息化管理工作推進(jìn)需依托于實(shí)實(shí)在在的諸如表具更新、擴(kuò)大監(jiān)控范圍的基礎(chǔ)性工作，且需要以分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為助力，構(gòu)建節(jié)能監(jiān)控平臺(tái)，形成各能源分系統(tǒng)與監(jiān)控平臺(tái)的信息流雙向互動(dòng)。推進(jìn)計(jì)劃如下：

3.1 短期措施——維修更新老化設(shè)備、保障安全運(yùn)行

3.1.1 維修更新老化設(shè)備、保障安全運(yùn)行

結(jié)合目前能源監(jiān)控信息化系統(tǒng)的建設(shè)，學(xué)校應(yīng)逐步完善現(xiàn)有”水、電、蒸汽“能源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中涉及的計(jì)量器具的配備及智能化改造，做好能源計(jì)量器具和數(shù)據(jù)采集、傳輸設(shè)備的日常維護(hù)、升級(jí)改造等工作。在對(duì)原有的水、電、蒸汽系統(tǒng)中各類表具進(jìn)行保養(yǎng)、維護(hù)基礎(chǔ)上，對(duì)軟件數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模式進(jìn)行升級(jí)，確保數(shù)據(jù)完整性、實(shí)時(shí)性，為下一步進(jìn)行數(shù)據(jù)整合打好基礎(chǔ)，最終實(shí)現(xiàn)各分系統(tǒng)在能源監(jiān)控平臺(tái)上的聯(lián)動(dòng)。

3.1.2 擴(kuò)大各分系統(tǒng)監(jiān)控覆蓋面，保證數(shù)據(jù)完整性

目前，在“水、電、蒸汽”分系統(tǒng)中表具安裝沒有覆蓋所有樓宇，未全部實(shí)現(xiàn)IP地址覆蓋。因此，在近期，需擴(kuò)大監(jiān)控系統(tǒng)覆蓋的深度和廣度，實(shí)現(xiàn)校區(qū)各樓宇用電、用水、用氣總計(jì)量、分類、分項(xiàng)計(jì)量全覆蓋等一級(jí)監(jiān)測(cè)；部分樓宇監(jiān)測(cè)到每層用電總量、各分項(xiàng)電量等二級(jí)監(jiān)測(cè)和部分房間用電量等三級(jí)監(jiān)測(cè)。同時(shí)，與各個(gè)分系統(tǒng)軟件公司協(xié)商后續(xù)接口開發(fā)，克服各分系統(tǒng)的軟件接口壁壘，為后續(xù)“節(jié)能監(jiān)控平臺(tái)”的建設(shè)，完善、擴(kuò)大數(shù)據(jù)的采集面，提升“數(shù)據(jù)整合”的可行性。

3.2 長(zhǎng)期策略——整合現(xiàn)有資源，穩(wěn)步推進(jìn)節(jié)能監(jiān)控平臺(tái)建設(shè)

針對(duì)目前監(jiān)控覆蓋不全、多系統(tǒng)并行的現(xiàn)狀，學(xué)院于2017年推進(jìn)節(jié)能監(jiān)控平臺(tái)建設(shè)，進(jìn)一步拓展節(jié)能工作理念，對(duì)學(xué)院的節(jié)能信息化工作提出了長(zhǎng)期的愿景目標(biāo)。在克服“硬件置換、軟件重構(gòu)”的基礎(chǔ)上，整合目前各能源分系統(tǒng)，建立一體化節(jié)能監(jiān)控平臺(tái)，逐步實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)范圍全覆蓋。

該節(jié)能平臺(tái)采用先進(jìn)的分布式高速實(shí)時(shí)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，擬對(duì)全院電、水、氣等能源以及鍋爐系統(tǒng)進(jìn)行分類分項(xiàng)和用戶計(jì)量，打造集“能源在線、能源管理、設(shè)備管理、系統(tǒng)功能”一體化數(shù)字信息平臺(tái)，如圖2（a）和圖2（b）所示。

3.2.1 節(jié)能平臺(tái)的功能

3.2.1.1 能源計(jì)量：在“分類、分項(xiàng)、分戶”計(jì)量原則下，進(jìn)一步完善校區(qū)內(nèi)各建筑內(nèi)能耗計(jì)量表具的安裝及配備，在硬件條件配備齊全的基礎(chǔ)上，建立實(shí)時(shí)、在線“節(jié)能安全監(jiān)控平臺(tái)”，監(jiān)測(cè)“水電氣”各分系統(tǒng)，利用通訊網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場(chǎng)表具進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸，將計(jì)量表具的計(jì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，設(shè)置固定的時(shí)間節(jié)點(diǎn)將計(jì)量數(shù)據(jù)自動(dòng)反映到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，以達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)控和自動(dòng)抄表目的，實(shí)現(xiàn)多級(jí)能源計(jì)量，并自動(dòng)實(shí)現(xiàn)“上級(jí)機(jī)關(guān)各類報(bào)表”的自動(dòng)統(tǒng)計(jì)工作。

3.2.1.2 能源質(zhì)量檢測(cè)與改善：通過選擇分時(shí)、分段、分塊統(tǒng)計(jì)方式，隨時(shí)進(jìn)行能源安全參數(shù)的測(cè)試，分析用能情況和規(guī)律。通過監(jiān)測(cè)“電壓、功率因素、諧波、頻率、溫度、壓力”等檢測(cè)各分系統(tǒng)能源質(zhì)量，為能源統(tǒng)計(jì)、管理部門提供決策依據(jù)，從而為能源調(diào)節(jié)（“水力平衡指數(shù)”、“供熱調(diào)節(jié)時(shí)間段”等）提供可靠參數(shù)，實(shí)現(xiàn)早勘、早發(fā)現(xiàn)、早處理，依靠設(shè)備、技術(shù)改造，改善傳統(tǒng)粗放管理帶來的能耗浪費(fèi)和損失，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗目標(biāo)最大化。

3.2.1.3 能源安全監(jiān)控與安全管理

1）監(jiān)控平臺(tái)系統(tǒng)“安全管理”模塊中，設(shè)置電器的“黑白名單”，凡是“白名單”的即可正常使用;“黑名單”的就即刻斷電，以有效杜絕部分違章電器的使用，解除安全隱患和加強(qiáng)日常管理。

圖2 （a）節(jié)能監(jiān)控平臺(tái)及三級(jí)菜單

圖2 （b）節(jié)能監(jiān)控平臺(tái)及三級(jí)菜單

2）系統(tǒng)自動(dòng)跟蹤采集的狀態(tài)數(shù)據(jù)和測(cè)量數(shù)據(jù)，其自身也實(shí)時(shí)進(jìn)行自檢，能提供異常用能報(bào)警、設(shè)備故障、通訊故障、網(wǎng)絡(luò)故障、系統(tǒng)自動(dòng)診斷、電源故障等方面報(bào)警，并在窗口中以閃光顯示提醒操作人員。同時(shí)，將學(xué)校內(nèi)重點(diǎn)監(jiān)控的建筑物和用能單位的相關(guān)設(shè)置參數(shù)提前輸入系統(tǒng)，一旦被監(jiān)控對(duì)象上述標(biāo)準(zhǔn)值達(dá)到或超過極限值，系統(tǒng)將通過相關(guān)方式及時(shí)提示用戶。能源監(jiān)控平臺(tái)功能，如圖3所示。

圖3 能源監(jiān)控平臺(tái)功能

3.2.2 節(jié)能平臺(tái)建設(shè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.2.2.1 系統(tǒng)組成

整個(gè)監(jiān)控平臺(tái)由上級(jí)能耗數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)中心、能源監(jiān)管中心、主干通信網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備（如：多功能電力監(jiān)控終端、遠(yuǎn)傳智能水表、電表采集器、水表采集器等）組成，在監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（如圖4所示）中，均采用電、水、蒸汽的分類、分項(xiàng)、分戶計(jì)量。

3.2.2.2 主干通信網(wǎng)絡(luò)

節(jié)能監(jiān)控平臺(tái)的主干通信網(wǎng)絡(luò)利用校園已有的校園網(wǎng)，構(gòu)建獨(dú)立的節(jié)能監(jiān)控平臺(tái)通信網(wǎng)絡(luò)。

圖4 節(jié)能監(jiān)控平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

3.2.2.3 現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)

系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)指由電力監(jiān)控終端、遠(yuǎn)傳水表等現(xiàn)場(chǎng)智能表具、現(xiàn)場(chǎng)控制器等與網(wǎng)絡(luò)控制器組成，子網(wǎng)通過網(wǎng)絡(luò)控制器接入到主干通信網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各種設(shè)備的狀態(tài)采集和控制。系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)特性如下：1）采用國(guó)家和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議；2）兼容雙絞線通信和無線通信；3）支持總線型、星型和自由拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通信線無極性連接；4）能與以太網(wǎng)無縫鏈接；5）傳輸速率：雙絞線傳輸速率不低于56kbps；6）傳輸距離：雙絞線連接一定數(shù)額的終端時(shí)，總線距離不低于1 500m。水網(wǎng)、電力現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控圖如圖5、6所示。

3.2.2.4 能源監(jiān)控中心配置硬件要求

1）監(jiān)管工作站：四核3.0GHz/內(nèi)存8G/硬盤1T/DVD-RW/。2）監(jiān)管平臺(tái)軟件配置：基于C/S的建筑能源實(shí)施監(jiān)控軟件；基于B/S的能源管理軟件；Windows 2012server中文版服務(wù)器操作軟件；MSSQL server 2012數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件。

圖6 電力現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控圖

圖5 水網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控圖

綜上所述，醫(yī)學(xué)院節(jié)能信息化工作需要“短期措施”和“長(zhǎng)期策略”兩條腿走路，“短期措施”——維修更新老化設(shè)備，擴(kuò)大各分系統(tǒng)監(jiān)控覆蓋面，為“長(zhǎng)期策略——構(gòu)建節(jié)能監(jiān)控平臺(tái)”提供了基礎(chǔ)性的工作；“長(zhǎng)期策略”——節(jié)能監(jiān)控平臺(tái)的穩(wěn)步實(shí)施，整合能源分系統(tǒng)現(xiàn)有資源，提升學(xué)校節(jié)能工作的智能化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化。目前，上海市某醫(yī)學(xué)院節(jié)能監(jiān)控平臺(tái)（一期）正在試運(yùn)行階段，運(yùn)行效果良好。

4 結(jié)束語

作為上海市重點(diǎn)醫(yī)學(xué)高等院校，學(xué)院長(zhǎng)期來以節(jié)約型校園建設(shè)為抓手，不斷深化綠色校園發(fā)展內(nèi)涵，狠抓管理節(jié)能、技改節(jié)能工作主線。通過實(shí)施節(jié)能信息化工作的短期措施及長(zhǎng)期策略，扎實(shí)工作，最終實(shí)現(xiàn)醫(yī)學(xué)院能源節(jié)能信息化工作的精細(xì)化、精準(zhǔn)化、數(shù)字化。