醫(yī)院能源監(jiān)管系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試

姚杰

摘要：本文以醫(yī)院能源監(jiān)管系統(tǒng)為研究對(duì)象，采用智能化技術(shù)組建數(shù)據(jù)庫(kù)、構(gòu)建智能化的能耗信息管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)醫(yī)院的能源利用狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的動(dòng)態(tài)監(jiān)管。具體而言，該系統(tǒng)建設(shè)的主要功能是對(duì)醫(yī)院的能源消耗進(jìn)行采集、上報(bào)、匯總與分析，并生成動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)和報(bào)表曲線，以及利用分析后的數(shù)據(jù)幫助醫(yī)院科學(xué)的利用能源，實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：醫(yī)院;能源監(jiān)管系統(tǒng);數(shù)據(jù)庫(kù);智能樓宇

中圖分類號(hào)：TP315 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2019）07-0148-03

1 醫(yī)院能源監(jiān)管系統(tǒng)的需求分析與建設(shè)目標(biāo)

醫(yī)院建筑是高能源消耗場(chǎng)所，從改善病人就診環(huán)境、提高醫(yī)院內(nèi)部管理技術(shù)手段考慮，醫(yī)院建筑對(duì)空調(diào)、供熱設(shè)備的自控、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等諸方面都提出了更高的要求。隨著醫(yī)院提供完善的、高質(zhì)量的服務(wù)，賦予其更多的則是對(duì)能源的更多需求，有資料表明，醫(yī)院的能耗是一般公共建筑的1.6-2倍，因此近年來(lái)醫(yī)院的能源管理與節(jié)能改造等日益受到重視，也是醫(yī)院降低能耗，減低運(yùn)營(yíng)成本的必由之路[1]-[2]。以綜合性三甲醫(yī)院為例分析，其日常能耗以電力需求最大，主要用于照明、電梯、空調(diào)和通風(fēng)設(shè)備等;其次醫(yī)院還以燃?xì)猓ㄓ停┑茸鳛橹饕茉?，用于供?yīng)蒸汽、熱水、消毒、洗滌、廚房等;醫(yī)院各類醫(yī)用設(shè)備要求隨時(shí)能為病人提供檢查、運(yùn)送和治療服務(wù)。綜上所述，醫(yī)院能耗有既間歇又連續(xù)的特點(diǎn)，各類設(shè)備使用要求多樣，同時(shí)能源負(fù)荷變動(dòng)量大，運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)并要求控制靈活，能源供應(yīng)不能間斷，需要完善的整體自控系統(tǒng)、能源檢測(cè)和管理系統(tǒng)，以期實(shí)現(xiàn)有效控制、檢測(cè)和節(jié)約能源，降低運(yùn)行成本。

能源監(jiān)管系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)如下：

（1）按照國(guó)家衛(wèi)計(jì)委和住建部印發(fā)的《醫(yī)院建筑能耗監(jiān)管系統(tǒng)試點(diǎn)建設(shè)實(shí)施方案》、《醫(yī)院建筑能耗監(jiān)管系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則》和《醫(yī)院建筑能耗監(jiān)管系統(tǒng)運(yùn)行管理技術(shù)導(dǎo)則》要求，建設(shè)一套醫(yī)院建筑能源監(jiān)管系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳和透?jìng)鞴δ?，完成我院能耗?shù)據(jù)上傳給省、部級(jí)能源監(jiān)管中心的要求。同時(shí)輔助我院能源管理部門提高管理水平，進(jìn)一步做好節(jié)能減排工作[3]-[4]。（2）完成對(duì)全院所有建筑物的電、冷/暖、水的計(jì)量全覆蓋，對(duì)醫(yī)院蒸汽、天然氣的一、二級(jí)計(jì)量，共計(jì)1975個(gè)采集點(diǎn)。（3）完成醫(yī)院能源監(jiān)控中心及附屬設(shè)施安裝工程，實(shí)現(xiàn)對(duì)全院各類能耗、重點(diǎn)能耗設(shè)備、機(jī)電系統(tǒng)、科室、護(hù)理單元的數(shù)據(jù)收集、分析、挖掘、優(yōu)化和持續(xù)管理。優(yōu)化主要能源使用和機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)方式，降低醫(yī)院的能源需量等級(jí)。（4）進(jìn)一步完善醫(yī)院能源管理部門的管理流程和制度，培訓(xùn)醫(yī)院專職能源管理人員，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的日常使用和維護(hù);借助友好人機(jī)交互方式，讓運(yùn)維人員能快速完成對(duì)能耗數(shù)據(jù)的查詢、錄入、對(duì)比、統(tǒng)計(jì)等常用操作。

2 系統(tǒng)組成與架構(gòu)

醫(yī)院建筑能源監(jiān)管系統(tǒng)針對(duì)醫(yī)院特點(diǎn)，應(yīng)用信息化技術(shù)搭建的面向管理層的節(jié)能管理平臺(tái)，通過(guò)對(duì)各分類、分項(xiàng)能耗數(shù)據(jù)的合理采集，準(zhǔn)確地掌握不同醫(yī)療功能的建筑和重點(diǎn)區(qū)域的能耗，有效指導(dǎo)醫(yī)院能源管理，同時(shí)為高能耗醫(yī)院建筑的節(jié)能改造和能源審計(jì)提供科學(xué)依據(jù)。

如圖1所示，醫(yī)院建筑能源監(jiān)管系統(tǒng)由計(jì)量裝置、數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站、數(shù)據(jù)服務(wù)器、管理軟件等組成。醫(yī)院將根據(jù)自身能源管理職能分工設(shè)置醫(yī)院能源監(jiān)管中心，預(yù)留接口至省、部級(jí)數(shù)據(jù)中心。系統(tǒng)基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，具備能耗數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集和通訊、遠(yuǎn)程傳輸、自動(dòng)分類統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)分析、指標(biāo)比對(duì)、圖表顯示、報(bào)表管理、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、數(shù)據(jù)上傳等功能;滿足醫(yī)院能源監(jiān)管內(nèi)容及要求。通過(guò)醫(yī)院局域網(wǎng)將各樓網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)收集入數(shù)據(jù)庫(kù)，即數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)服務(wù)器，然后通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘和計(jì)算整理，將能耗公示數(shù)據(jù)導(dǎo)入能耗公示服務(wù)器中，此時(shí)各類型用戶可通過(guò)軟件或者網(wǎng)頁(yè)訪問(wèn)能耗公示服務(wù)器，獲知能耗信息。監(jiān)管中心獲取能源監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)院區(qū)建筑的能耗數(shù)據(jù)或第三方樓宇自控、設(shè)備管理系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)的能耗相關(guān)數(shù)據(jù)。

采用清華大學(xué)建筑節(jié)能研究中心和同方泰德聯(lián)合開(kāi)發(fā)的能源監(jiān)管軟件平臺(tái)EMS建筑節(jié)能管理平臺(tái)軟件。EMS建筑節(jié)能管理平臺(tái)后臺(tái)軟件包括：

（1）通訊系統(tǒng)軟件：用于獲取數(shù)據(jù)采集器采集的計(jì)量?jī)x表原始數(shù)據(jù)或下一級(jí)數(shù)據(jù)中心轉(zhuǎn)發(fā)的處理后的能耗數(shù)據(jù)。（2）計(jì)算軟件：原始數(shù)據(jù)采集的頻率一般為1～15分鐘，對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分精度整理，形成整點(diǎn)數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)單調(diào)性檢查。（3）支路能耗計(jì)算軟件：將累計(jì)值轉(zhuǎn)換為實(shí)際能耗;單相表處理;數(shù)據(jù)完整性處理;（4）分項(xiàng)能耗計(jì)算軟件：將支路能耗轉(zhuǎn)化為分項(xiàng)能耗：EMS建筑節(jié)能管理平臺(tái)WEB服務(wù)器軟件?；贐/S架構(gòu)的服務(wù)器端軟件，功能包括能耗公示、橫向比較;多建筑的一級(jí)分項(xiàng)能耗演示、橫向比較;能耗圖形和報(bào)表。運(yùn)行管理子系統(tǒng)安裝于能源監(jiān)管中心工作站。用于監(jiān)管中心運(yùn)行維護(hù)人員對(duì)EMS建筑節(jié)能管理平臺(tái)運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)管。

3 系統(tǒng)關(guān)鍵硬件設(shè)計(jì)

3.1 三相電子式智能電能表

三相電子式智能電能表主要計(jì)量低壓網(wǎng)絡(luò)的三相有功電表，并且使用RS485通訊功能，方便了用戶進(jìn)行用電監(jiān)測(cè)、集抄和管理。三相電子式智能電能表具有精度高、體積小、安裝方便等特性?？伸`活的安裝到配電箱中，可以測(cè)量電壓、電流。功率等電量以及無(wú)功電量的計(jì)量、實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同區(qū)域和不同負(fù)荷的分項(xiàng)電能計(jì)量，統(tǒng)計(jì)和分析。儀表需安裝在干燥、通風(fēng)良好并遠(yuǎn)離熱源和強(qiáng)電（磁）場(chǎng)的地方。設(shè)備間的間距要便于其拆卸、接線、配置和維護(hù)。電流輸入線用大于2.5mm2多股阻燃銅線，電壓輸入線、電源線用1.5mm2多股線，RS485通信用1.0mm2屏蔽雙絞線。儀表電壓輸入回路和工作電源回路必須接入合適的保險(xiǎn)絲，并提供一個(gè)CT短接盒，儀表電流輸入不連接時(shí)，須保證CT不開(kāi)路。智能儀表主端子“V+”和“V-”為供電電源接入端，三相三線接線時(shí)，接點(diǎn)Vn和V2須外部短接在一起，電流過(guò)大須接入互感器，從而得到感應(yīng)電流，經(jīng)過(guò)電表設(shè)置的互感比，還原線路電流，避免燒壞電表。

3.2 智能電力監(jiān)控儀

智能監(jiān)控儀采用32位浮點(diǎn)雙核硬件平臺(tái)、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及高精度電能計(jì)量等技術(shù)，產(chǎn)品滿足GB/T17215.322以及GB/T 19862-2005標(biāo)準(zhǔn)以及IEC61000-4-30標(biāo)準(zhǔn)要求。能夠滿足高、中、低壓高精度電能計(jì)量要求、電能質(zhì)量檢測(cè)分析、電力開(kāi)關(guān)檢測(cè)與控制等多方面的應(yīng)用要求，主要適用于變電柜的總計(jì)量中。L，N分別代表給裝置供電的交流電源的火線和零線，如果是直流電源供電，直流電源正極接L/DC+端子，電源負(fù)極接N/DC-端子。測(cè)量回路中，Ua，Ub，Uc，Un分別代表三相電源A相、B相、C相及中線電壓接入點(diǎn)。Ia，Ib，Ic分別代表三相電源電流接入點(diǎn)，箭頭方向指向端子代表該相電流流向監(jiān)控儀，相反則表示電流流出監(jiān)控儀。智能監(jiān)控儀有兩路串口通訊和一路以太網(wǎng)通訊，本項(xiàng)目采用的是RS485通訊。

3.3 超聲波冷熱量表

冷熱量表用于測(cè)量及顯示水流經(jīng)熱交換系統(tǒng)所釋放（或吸收）熱能力的計(jì)量?jī)x表，冷熱量表主要由計(jì)算器、配對(duì)溫度傳感器、流量傳感器等部件組成。超聲波冷熱量表主要是應(yīng)用超聲波技術(shù)測(cè)量管道內(nèi)流量信息的冷熱量表，具有綜合使用成本低、計(jì)量可靠性好、管道不堵塞、不磨損，計(jì)量精確，維修方便等特點(diǎn)。

3.4 能耗采集器

能耗采集器也叫數(shù)據(jù)采集器，該設(shè)備是能耗采集系統(tǒng)的一部分，負(fù)責(zé)從計(jì)量?jī)x表中獲取和存儲(chǔ)能耗數(shù)據(jù)和運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)，并以基于IP協(xié)議承載的有線或無(wú)線方式將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心的設(shè)備。本論文使用的是一款高性能的能耗采集設(shè)備。該采集器有兩種型號(hào)，分別可采集64個(gè)和32個(gè)計(jì)量表具，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境，使用不同的采集器，從而節(jié)省資源。保證設(shè)備的良好通風(fēng)，避免放置在有腐蝕性或爆炸性氣體或煙霧的區(qū)域，建議將設(shè)備的通風(fēng)口向上放置，以保證良好的散熱。在安裝、維修和操作設(shè)備時(shí)一定要注意防止靜電。

該采集器的設(shè)計(jì)易于安裝，通過(guò)35mm導(dǎo)軌安裝到機(jī)柜或配電箱中，只要將該采集器卡到導(dǎo)軌上就行了。采集器采用直流供電，使用開(kāi)關(guān)電源，將220v交流電轉(zhuǎn)換為24v直流電，注意電源極性，錯(cuò)誤接線將導(dǎo)致數(shù)據(jù)無(wú)法上傳。通訊配線連接到設(shè)備的RS485-A端和RS485-B端，如果在一個(gè)端子中插入多根導(dǎo)線，確保將線擰在一起后再插入端子。采用屏蔽電纜作為通訊線將有助于減少通訊總線所受的電磁干擾，增強(qiáng)通訊穩(wěn)定性。

4 系統(tǒng)的調(diào)試及其數(shù)據(jù)分析

4.1 能耗計(jì)量?jī)x表的調(diào)試

能耗計(jì)量?jī)x表的調(diào)試，本文主要以三相電子式智能電表的調(diào)試工作為例，其他能耗計(jì)量?jī)x表的調(diào)試工作相同，便不做贅述。三相智能式電表的調(diào)試，主要的設(shè)置工作為：

（1）設(shè)置波特率，設(shè)置為能耗采集器相同的波特率9600。（2）設(shè)置Modbus地址，Modbus地址是唯一的，為了是明確終端設(shè)備在能耗采集器中位置，這個(gè)位置是唯一的。經(jīng)過(guò)萬(wàn)用表，一般通過(guò)的電壓在5v左右，如果沒(méi)有則電路可能虛接，在端子處檢測(cè)，恢復(fù)到正常，再接入到總線中，總線中電壓應(yīng)該在4v左右。這里我們使用的是Modbus Poll軟件發(fā)送數(shù)據(jù)到三相電子式智能電表查看它反饋的數(shù)據(jù)，從而確認(rèn)了能耗計(jì)量?jī)x表能否正常運(yùn)轉(zhuǎn)。該軟件相當(dāng)于采集器的一個(gè)仿真，主要測(cè)試能耗計(jì)量?jī)x表是否正常，如若正常就反饋一些報(bào)文到電腦上，顯示一些數(shù)據(jù)。（3）設(shè)置奇偶校驗(yàn)位，設(shè)置為偶校驗(yàn)，通過(guò)總線將儀表連接到外科樓，負(fù)一樓的強(qiáng)電井中的能耗采集器中。

4.2 能耗采集器的調(diào)試

本文中使用的是能耗采集器所對(duì)應(yīng)的網(wǎng)關(guān)配置軟件，通過(guò)網(wǎng)線接口接到交換機(jī)中，能耗采集器接入到交換機(jī)，從而設(shè)置其網(wǎng)關(guān)和添加儀表。

4.2.1 設(shè)置網(wǎng)關(guān)

（1）新建網(wǎng)關(guān)配置，“新建”選擇網(wǎng)關(guān)，DL645，便生成了初始配置;（2）打開(kāi)配置文件，選擇保存位置和更改配置文件名;（3）保存網(wǎng)關(guān)配置;（4）編輯配置，修改配置信息;（5）添加模塊，編輯儀表配置，沒(méi)有配置文件的，可在官方網(wǎng)站下載相對(duì)應(yīng)的網(wǎng)關(guān)配置文件，找到儀表對(duì)應(yīng)的型號(hào)，顯示儀表的ID。

4.2.2 設(shè)置采集器

（1）新建采集器配置，選擇“采集器”，顯示初始設(shè)置，選擇保存。（2）打開(kāi)配置，更改配置文件的名字，便于查找，然后編輯配置，更改全局配置。（3）設(shè)置總線參數(shù)，選擇645總線協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)置波特率，更新周期，總線數(shù)據(jù)位，總線校驗(yàn)位，總線停止位。（4）總線下面添加表具，本文只是使用Modbus協(xié)議的儀表，最后生成配置文件。

4.2.3 下載配置

將配置好的網(wǎng)關(guān)，通過(guò)串口，輸入到采集器中。選擇電腦中的com口，在軟件中“主頁(yè)”界面開(kāi)始下載配置，在設(shè)置采集器中的設(shè)置，選擇網(wǎng)關(guān)使用的協(xié)議，本文使用的是Modbus協(xié)議，這樣就可以設(shè)置好能耗采集器。

4.3 終端數(shù)據(jù)的采集及其分析

4.3.1 能源數(shù)據(jù)分析報(bào)表服務(wù)

能源數(shù)據(jù)分析報(bào)表根據(jù)醫(yī)院日常運(yùn)營(yíng)管理需求，每個(gè)月根據(jù)系統(tǒng)能耗數(shù)據(jù)為醫(yī)院提供能源分析報(bào)表。該服務(wù)是借助實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的大部分運(yùn)行能耗數(shù)據(jù)，使醫(yī)院能耗管理人員能實(shí)時(shí)掌握能源系統(tǒng)運(yùn)行情況，對(duì)運(yùn)行做出合理的調(diào)整策略。幫助建筑用戶實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)由粗放型管理轉(zhuǎn)變?yōu)榫?xì)型、科學(xué)化管理。幫助建筑用戶實(shí)現(xiàn)對(duì)能源系統(tǒng)的低效率、準(zhǔn)故障運(yùn)行的診斷、提高能源系統(tǒng)的運(yùn)行可靠;持續(xù)性地為建筑用戶提供建筑能源系統(tǒng)最優(yōu)運(yùn)行策略。

4.3.2 全面能源數(shù)據(jù)分析報(bào)告服務(wù)

全面能源數(shù)據(jù)分析報(bào)告服務(wù)每?jī)蓚€(gè)月對(duì)能源數(shù)據(jù)進(jìn)行初步分析，找出解決問(wèn)題的行動(dòng)方案，同時(shí)出具用能漏洞分析及設(shè)備升級(jí)改造報(bào)告。對(duì)能源數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析挖掘，找出設(shè)備運(yùn)行的最優(yōu)方案，同時(shí)出具有詳細(xì)數(shù)據(jù)支撐的用能分析及系統(tǒng)升級(jí)改造報(bào)告。該服務(wù)根據(jù)能耗的實(shí)時(shí)使用情況對(duì)該建筑的月能耗進(jìn)行分項(xiàng)分區(qū)域?qū)Ρ确治觯ぷ鲿r(shí)段與非工作時(shí)段的對(duì)比，并按照用能評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)分，最后由智能專家系統(tǒng)給出建筑用能診斷。專家組再根據(jù)這些信息給出建筑節(jié)能建議。

能源數(shù)據(jù)分析報(bào)告對(duì)接入醫(yī)院能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)的所有建筑，月度和年度自動(dòng)對(duì)建筑物能耗運(yùn)行情況進(jìn)行智能診斷，并生成全面的能耗數(shù)據(jù)分析報(bào)告，診斷內(nèi)容如下：（1）建筑能耗評(píng)價(jià);（2）建筑單位平米能耗與其他同類型建筑的對(duì)比;（3）建筑工作時(shí)間段與非工作時(shí)間段對(duì)比圖;（4）建筑各重點(diǎn)用能區(qū)域月能耗與去年、上月同期對(duì)比;（5）建筑分項(xiàng)月能耗與去年、上月同期對(duì)比;（6）智能能耗診斷意見(jiàn);（7）可加入專家診斷。

5 結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)搭建完成后，利用本系統(tǒng)平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，通過(guò)開(kāi)展能源審計(jì)，對(duì)醫(yī)院的能源消耗、管理水平、能效指標(biāo)、財(cái)務(wù)過(guò)程、綜合利用、環(huán)境效果進(jìn)行核查、測(cè)試、診斷、咨詢、對(duì)標(biāo)和評(píng)價(jià)，有利于院方排查節(jié)能障礙和費(fèi)能原因，挖掘節(jié)能潛力，提出整改措施，制定節(jié)能方案。協(xié)助院方制定節(jié)能規(guī)劃，在開(kāi)展能源審計(jì)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步明確節(jié)能目標(biāo)，突出工作重點(diǎn)，完善節(jié)能工作保障措施，為下一步醫(yī)院建立能源管理體系做一定的指導(dǎo)工作并提出改進(jìn)建議，推動(dòng)醫(yī)院全面節(jié)能降耗。

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