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王蘭
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：醫院作為特殊的公共建筑，能耗較大且逐年攀升，具有較大的節能潛力。結合天津市某醫院的用能概況、智慧管理平臺的建設和使用，對大量能耗數據進行了研究和分析，通過將能源管理系統、數據分析與節能工作相結合，醫院從技術和管理兩方面開展多種有針對性的節能實踐，推動了節能精細化管理的實現。天津市某醫院在醫療業務逐年增長的形勢下，總能耗同比減少，且節能管理工作逐步實現精細化管理。對于醫院結合智慧管理平臺的能耗分析方法及節能工作實踐的論述，可為同類型醫院開展節能管理工作提供借鑒。
關鍵詞：醫院節能；精細化管理；能源管理系統；能耗分析
0引言
醫院作為一種公共建筑，由于其特殊的使用功能，人流量大，設備設施構成復雜，部分設備設施需要24h不間斷運行，因此能耗量非常巨大，已有很多相關研究顯示，醫院的能耗是一般公共建筑的1.6~2.0倍。隨著社會發展，人民對醫療機構就醫環境、服務水平要求的提高，使得醫院的能耗呈逐年攀升的趨勢，醫院節能工作任重道遠。文獻研究指出，相較于我國的經濟發展水平，我國的醫院能耗已接近發達國家水平，如果以目前的能耗水平發展下去，將會超過發達國家。因此，在醫院持續開展節能降耗工作刻不容緩。一方面能夠降低醫療成本，另一方面，這也與我國節約資源和保護環境的基本國策，以及公共機構節約能源資源“十三五"規劃要求相一致。
針對醫院節能管理，很多管理者和研究人員進行了相關的研究。謝磊等介紹了精細化管理的基本思想和3個原則，結合醫院節能效果，論述了醫院節能工作要統籌規劃，結合醫院實際，注重全過程節能管理，注重人員培養與參與。王耀煒等提出根據不同醫院的特點，建立“醫院能耗監管優化管理系統"和管理標準體系，為管理者提供醫院實現能耗優化的依據。胡曉妍等提出了建立能耗監測平臺實現對能耗數據的采集和分析，對節能工作具有指導性的意義。李丹等闡述了醫院精細化管理的重要性和存在的誤區，實際過程中要走出誤區，加強理念培養、結合實際、重視人的主動、做好數據分析，*終實現精細化管理。馬棟良等對醫院中央空調節能控制策略進行了分析，指出從供水系統、冷卻塔等方面做好節能管控，減少運行能耗，實現整體節能的目標。
目前，醫院節能工作缺少充分的能耗數據和分析的支撐，節能工作和能源管理平臺有機結合不足，缺乏整體和系統的分析研究。醫院對節能精細化管理的研究大多是概念性的，與實際節能工作相結合的很少。醫院要進行精細化管理，對能耗數據的準確計量是基礎，而能源管理系統的建立是進行能耗計量與分析的必要手段。本文以天津市某醫院節能管理工作為例，對醫院在能耗分析和能源管理系統的基礎上開展的節能管理工作實踐進行闡述，逐步實現節能精細化管理，總結了能耗分析和節能改造的經驗，通過分析，以期為同類型醫院開展節能管理工作提供借鑒。
1用能概況
天津市某醫院建筑面積11.54萬m2，擁有1500張病床,是一所以急救醫學、耳鼻喉專業學科為特色,融醫療、教學、科研、預防為一體的綜合性三級甲等醫院,2019年醫院年門急診病人230萬余人次，病床使用率達107%。目前,醫院新址正在建設中,建筑面積40.8萬m2，擁有全國單體建筑面積*大的建筑，預計2021年建設完成投入使用。醫院能源類型有水、電、天然氣、汽油、柴油等，其中主要為水、電、燃氣。用能系統比較復雜，示意圖見圖1，包括用電系統、燃氣系統、用水系統和用油系統，涉及到食堂用燃氣、供暖系統、空調系統等。
天然氣調壓站
換熱站
市政電網1
電力
市政電網2
市政自來水管
照明系統
汽油
綜合服務
柴油
食堂
供暖系統
空調系統
生活用水系統
室內設備
燃氣管網
自來水
2智慧后勤管理平臺的建設
2017年起，醫院在院領導的大力支持下，開始推進后勤信息化的建設，自主研發了一套智慧后勤管理平臺，包括設備管理、能源管理、運維管理、安防管理、資料管理等模塊。系統建成后對醫院后勤管理向精細化方向發展起到重要的促進作用。智慧后勤管理平臺在天津市多家醫院進行推廣，目前，某醫院已正式運用我院平臺。
其中，能源管理系統包含了院內冷熱源系統、溫濕度系統、食堂冷庫系統、變配電系統、照明系統、電梯系統、污水系統、液氧系統、真空系統凈化系統、共10個重要的用能系統。能源管理系統在建設初期，針對醫院建設較早、很多設備均不具備信息化數據采集基礎條件的狀況，對部分水、電、燃氣等系統設備進行了改造，包括手術室凈化自控軟件系統升級、鍋爐房熱力系統信息化、變配電統信息化等，安裝了大量的數據采集器、溫濕度探測器和CO2探測器等信息化相關組件，通過TCP/IP協議對數據進行采集和監測，利用一站式管理平臺對用能情況進行在線監測、統計分析、智慧管理。同時系統能夠進行樓宇自動控制，實現信息自動預警、自動管理。
能源管理系統的建立，使得管理人員在數據積累的基礎上，進行數據分析、規律積累，找到能耗重點部位，提供節能方向，為進一步實現節能管理工作精細化奠定了基礎，是醫院開展節能管理工作的重要的手段。
3能耗分析
醫院利用智慧后勤管理平臺-能源管理系統，對能源消耗進行監測、管理和數據分析，積累了大量的能耗數據，以下對醫院的能耗情況進行分析。
3.1總能耗
采用GB/T2589—2020《綜合能耗計算通則》的折標系數將能源消耗量折算為標準煤，折標系數表見表1。根據表中的折算系數，計算各類能源的消耗量，得到2014—2019年的能源消耗總量，詳情如表2所示。2014—2016年平均年能耗總量為4880.03tce，2017年能耗總量4612.94tce，較2014—2016年平均能耗總量同比下降5.47%，2018年能耗總量4557.23tce，較2017年能耗總量同比下降1.21%。2019年能耗總量4320.27tce，較2018年同比下降5.2%，能耗總量呈逐年下降的趨勢。隨著醫療行業的快速發展，醫院的就診人數逐漸增多，院內基礎建設規模的擴大和設備設施的不斷增加，但是作為運行保障的水、電、燃氣的消耗量卻在減少，這是醫院采取了一定的節能措施取得的效果。2014—2018年能源支出情況見表3，2014—2016年平均、2017、2018和2019年能源總支出分別為2432.5萬元、2522.4萬元、2387.8萬元、2156.2萬元，2017年同比增長3.70%，2018、2019年分別同比減少5.34%和9.70%。能源消耗支出呈下降趨勢，這是因為醫院采取了一系列的節能降耗措施，使得能耗總量呈下降趨勢的同時，能耗總支出逐年減少。
圖2為醫院2014年—2019年水、電、燃氣的年支出情況進行，在3種醫院主要能耗中，用電支出所占的比重*大，為59.49%，占到了總支出的一半以上，燃氣支出占22.37%，居于第2位，用水支為18.14%，低于電和燃氣。用電量的變化直接影響總能耗，因此采取措施減少電耗是節能工作的重點。
圖22014—2019年能源支出結構圖
醫院的用能人員復雜，包括院內在編職工、工勤保障人員、學生、門診和住院患者家屬等。考慮醫院用能人數的變化情況，對用能情況進行分析，2018年人均能耗270.99kgce/人，與2017年基本持平，2019年人均能耗242.38kgce/人，較2018年下降28.61kgce/人。
3.2用電能耗分析
能源管理系統對醫院用電進行了分項計量，包括動力設備、電梯、消防、空調設備、照明及插座、大型醫療設備、廚房動力、電子設備等18個分項。其中，空調、動力設備、照明及插座、醫療設備是主要的耗電部分，占總耗電量的80%以上。通過能源管理系統對用電的計量和分析，得到2016—2019年逐月用電量變化情況，詳情見圖3。2017、2018、2019年耗電量同比增長分別為6.41%、7.48%、0.84%，在增加的耗電量中，一部分是醫院每月新增的設備電源負荷，以2018年7月—2019年6月為例，新增電源負荷量估算約10.842萬kW·h，若考慮這一部分電耗，2018年7月—2019年6月耗電量同比2017年7月—2018年6月增長僅為3.78%。
圖3為2016—2019年逐月電耗圖，圖中顯示，歷年逐月耗電趨勢變化基本相同，電耗*大的月份集中在每年的6—9月份，因為在供冷季空調集中耗電是主要的影響因素，因此有效控制空調用電是節能重點。魏澤元等[2]將醫院的用電分為醫療專用設備用能和建筑其他機電設備用能，醫療專用設備是日常醫療運行的基本保障，應著重從建筑其他機電設備進行節能。照明及插座是其中的重要耗能部分，一方面更換節能燈具，減少照明用電；另一方面制定節能的照明控制方案。
圖32016—2019年逐月電耗圖
3.3用水能耗分析
對醫院的用水量進行分析2017—2019年各月用水量較平穩，年平均總用水量約為58萬t。通過能源管理平臺對用水遠程監控，對用水數據進行計量和分析，并將能源消耗的情況直觀的進行展示，有能耗波動較大的變化時，運維管理人員根據平臺的數據變化，第一時間對問題進行分析，及時進行解決。例如：我院2019年3月份持續幾天出現用水量突然猛增，分析并未有實際用水量突增情況的發生，通過查看用水量的分項趨勢圖，發現其中某一項用水量猛增，進一步分析發現，可能是由于供水管路或者儲水設備損壞導致漏水，產生了大量水資源浪費，隨后對此供水管路上的設備及管路本身進行檢查，通過詳細檢查后發現是消防水箱漏水導致大量供水損失，隨后對消防水箱進行維修，防止了此處水資源的損失。
醫院一方面加強節水管理，對設備進行定期的維護和保養，二次水箱清洗消毒、鍋爐和直燃機螺桿機冷凝器水質檢測及排污，及時進行水平衡測試。另一方面大多數醫院建造年份較早，一些用水設備老化現象較為嚴重，要引進新型的節水技術和設備，如節水器具、用水計量。醫院現有一級水表2只、二級水表200只、三級水表6只，并在重點用水部位安裝二級水計量裝置。
2017—2019年平均用水量見圖4，用水量*大的月份為6—9月份，因此夏季節水是節能工作的重點。對2017—2019年人均耗水量進行分析，2017、2018、2019年人均耗水量分別為36.93、33.87、31.08t/人，呈逐年下降的趨勢。
3.4用氣能耗分析
醫院的用氣由鍋爐用氣和食堂用氣組成，鍋爐用氣占到總用氣的90%以上，是主要的節氣部分。2018、2019年平均鍋爐逐月消耗天然氣情況如圖5所示，供暖季為11月—次年3月，這幾月天然氣消耗量占年總消耗量的71.53%，因此，要采取措施降低供暖季的用氣量。
圖52018—2019年平均鍋爐逐月消耗天然氣情況
醫院有一用一備的2臺蒸汽鍋爐，為醫院供應中心提供消毒滅菌蒸汽。有關研究表明，在非供暖季，單位蒸汽消耗的天然氣量增加，因此在非供暖季，采取措施提高蒸汽利用率是節能的方向。2017—2018年供暖季前對院內設備進行了改造，采用合同能源管理，將鍋爐進行了托管，托管費用510萬元/a，包含前期設備改造、天然氣消耗費用、部分設備維保費用和運維人員費用。此前供暖方式為市政集中供熱，每年醫院除支付天然氣費用外，需繳納市政集中供熱服務費用約193.48萬元/a。計算得2016—2019年醫院每年對于鍋爐運行的支出依次為530、521、510、510萬元。實際上，托管后醫院減少了部分設備維保、運維人員等費用。若考慮這一部分費用的減少，托管后鍋爐用氣消耗僅為約401萬元/a。
文獻研究表明，托管后用于生活熱水、采暖、制冷的用氣量呈下降趨勢。因此采取合同能源管理方式，由專業的公司進行運維，通過運行策略的控制，一方面可以有效的減少燃氣消耗，取得環保效益，同時為醫院節省用氣支出，取得經濟效益。
4醫院基于能耗分析的節能舉措
2017年智慧后勤管理平臺建成后，基于能源管理系統，醫院不斷地完善節能工作。通過對能耗數據的分析，挖掘節能潛力，對節能進行全過程的精細化管理，有針對的采取節能措施。自2017年起，醫院每年進行一次能源審計，并針對審計結果，采取有效的節能改造。在院領導的帶領下，近3年醫院采取了多項節能措施，主要包括技術節能和管理節能。
4.1技術節能
改造熱效率高的無壓熱水燃氣鍋爐。醫院在2017年將12臺老舊的燃氣熱水鍋爐更換為8臺無壓冷凝燃氣鍋爐，熱效率高達109%以上。冷凝鍋爐在負荷越低和供水溫度越低時效率越高，依據這一特性將熱水鍋爐一次網熱源分為采暖和生活熱水兩套互為備用的獨立熱力系統，在不同時間和季節對采暖和生活熱水進行獨立調節，滿足兩者對供水溫度的不同需求，充分發揮冷凝過路的優勢。同時，采取合同能源管理的方式，與專業的運維單位簽訂合同，由運維單位負責鍋爐前期改造和后期運維。通過數據分析，進行鍋爐改造并托管后，2018年采暖期供暖和生活熱水用氣量較2014—2016年3年采暖期平均用氣量減少33.5%，全年用氣支出減少21.5%，有顯著的節能效果。
照明控制和LED節能燈具的推廣使用。對室外景觀照明進行光感自控和時間控制，控制照明時間，節約用電。醫院照明用電占總電耗的很大比例，通過將院內公共區域和部分室內照明燈更換為節能的LED燈具，采用T5細管型熒光燈替代普通熒光燈，節省一部分照明電耗。
分體空調時間自動控制。醫院D區和E區的空調形式采用分體空調，D區為住院樓，E區是急診和行政科室。各科室及病房人走開窗但空調持續運行的現象嚴重，造成很大的能源浪費。因此對空調進行了改造，在窗戶上增加有線磁傳感器及空調電源智能控制箱，房間內窗戶開啟的情況下延時空調運行5~15min后空調自動停機，窗戶關閉后自動恢復空調控制電源，遙控器開啟窗戶。在保證房間環境溫度在人體舒適范圍內的前提下，避免了能源的浪費。
真空馬桶的推廣與使用。引入真空排水系統的新技術，將門診、急診衛生潔具更換為負壓吸引真空馬桶。真空排水系統是一種有別于重力的排水系統，是利用真空設備使排水管路內產生一定程度的負壓，依靠管路內負壓和外部常壓的壓差，使空氣推動污水進入污水管網進行輸送的排水方式。在2016年12月和2017年7月—2018年4月先后2次進行改造，系統包括真空泵站、真空隔油池、管道等，共改造真空泵站3套、蹲便器136個、座便器29個，真空界面閥57套等。經過改造，在保證快速有效排除污物，保證空氣凈化、無異味的前提下，很大的降低了用水量，節水率達50%~80%。
5)地下用水管網改造和用水監控。醫院地下管網管路自1989年敷設至今已近30年，管路腐蝕情況嚴重，部分地下埋管已發生跑冒滴漏現象，且因我院大部分路面為花崗巖硬質路面，如發生重大管道跑水不易察覺和監測，給醫院帶來巨大經濟損失。因此，對全院自來水南環網管路進行更換且加裝用水遠程監控系統，如發生跑冒情況第一時間監控系統將會作出反應，及時對自來水管路進行搶修，達到節水效果。
6)手術室熱泵機組更換。手術室熱泵機組運行時間達11年，效能輸出減退。因此將老機更換為節能高效控制靈活的設備。共包括12組模塊機，每個模塊機組制冷量＞65kW，制熱量＞70kW、電功率20kW，制冷溫度12、7℃、制熱溫度40~45℃。
7)輸配管路改造。對住院樓高區生活熱水管路進行改造，管路使用時間較長，部分管路已出現堵塞、滲漏等情況，因此將高區生活熱水管路進行整體更換，材質為304不銹鋼管路，更換DN80mm管路197m、DN150mm管路108m。減少故障的同時，能夠避免滲漏發生，節約一部分水的浪費。
8)圍護結構節能改造。①在D區、F區入口處安裝自動感應門和門斗，起到保溫隔熱的作用，減少冬季熱量的散失，實現節能效果。②對墻面、屋面采取加裝保溫層的保溫措施。
9)醫院技術節能的新方向。針對醫院的現狀，可從以下方面開展技術節能工作：冷凝器安裝自動在線清洗裝置，對冷凝器換熱管進行連續清洗，改善換熱效果，提高制冷機組的性能系數，降低電能能耗；改變冷水機組的控制策略，運用大溫差技術，使機組在*優相同負荷率下運行，降低運行能耗；采用新技術進行節能改造，如余熱廢熱回收利用技術等。
4.2管理節能
完善醫院節能管理制度，撰寫《醫院節能管理實施辦法》，包括節能管理制度、獎懲措施等，下發所有科室，作為節能管理的依據。
2)建立能耗監控和分析機制。通過能源管理平臺對能源進行監控和分析，加以實地檢測，根據實際變化情況，及時調節能源方案，以達到節能效果。醫院開展對能耗數據的月、季度、半年、年分析，每月召開節能降耗主題會議，通過分析制定進一步實現節能降耗目標的措施。
3)做好運維管理。按計劃對設備設施進行維護保養，并根據設備的實際情況增加清洗維護的次數，使機組處于良好運行狀態，節電、節水。加強日常巡視和檢查，劃分各樓層保潔員的責任區，將問題解決在萌芽狀態。
4)強化培訓，提高運維管理水平。提高后勤職工節能專業技術水平，鼓勵后勤管理人員和專業技術人員參與實踐與培訓、調研，了解節能行業*先進的技術，引進*前沿的節能方法，運用到日常的能源管理工作中。
5)加強節能宣傳，不斷提高全院職工和患者的節能意識。
5Acrel-EIOT能源物聯網云平臺
（1）概述
Acrel-EIoT能源物聯網開放平臺是一套基于物聯網數據中臺，建立統一的上下行數據標準，為互聯網用戶提供能源物聯網數據服務的平臺。用戶僅需購買安科瑞物聯網傳感器，選配網關，自行安裝后掃碼即可使用手機和電腦得到所需的行業數據服務。
該平臺提供數據駕駛艙、電氣安全監測、電能質量分析、用電管理、預付費管理、充電樁管理、智能照明管理、異常事件報警和記錄、運維管理等功能，并支持多平臺、多語言、多終端數據訪問。
（2）應用場所
本平臺適用于公寓出租戶、連鎖小超市、小型工廠、樓管系統集成商、小型物業、智慧城市、變配電站、建筑樓宇、通信基站、工業能耗、智能燈塔、電力運維等領域。
（3）平臺結構
（4）平臺功能
◆電力集抄
電力集抄模塊可以實現對各種監測數據的查詢、分析、預警及綜合展示，以保證配電室的環境友好。在智能化方面實現供配電監控系統的遙測'、遙信、遙控控制，對系統進行綜合檢測和統一管理；在數據資源管理方面，可以顯示或查詢供配電室內各設備運行（包括歷史和實時參數，并根據實際情況進行日報、月報和年報查詢或打印，提高工作效率，節約人力資源。
◆能耗分析
能耗分析模塊采用自動化、信息化技術，實現從能源數據采集、過程監控、能源介質消耗分析、能耗管理等全過程的自動化、科學化管理，使能源管理、能源生產以及使用的全過程有機結合起來，運用先進的數據處理與分析技術，進行離線生產分析與管理，實現全廠能源系統的統一調度，優化能源介質平衡、有效利用能源，提高能源質量、降低能源消耗，達到節能降耗和提升整體能源管理水平的目的。
◆預付費管理
1）登陸管理：管理操作員賬戶及權限分配，查看系統日志等功能；
2）系統配置：對建筑、通訊管理機、儀表及默認參數進行配置；
3）用戶管理：對商鋪用戶執行開戶、銷戶、遠程分合閘、批量操作及記錄查詢等操作；
4）售電管理：對已開戶的表進行遠程售電、退電、沖正及記錄查詢等操作；
5）售水管理：對已開戶的表進行遠程售水、退水、記錄查詢等操作；
6）報表中心：提供售電、售水財務報表、用能報表、報警報表等查詢，本系統所有的報表及記錄查詢，都支持excel格式導出。
◆充電樁管理
通過物聯網技術，對接入系統的充電樁站點和各個充電樁進行不間斷地數據采集和監控，同時對各類故障如充電機過溫保護、充電機輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進行預警。云平臺包含了充電收費和充電樁運營的所有功能，包括城市級大屏、交易管理、財務管理、變壓器監控、運營分析、基礎數據管理等功能。
◆智能照明
智能照明通過物聯網技術對安裝在城市各區域的室內照明、城市路燈等照明回路的用電狀態進行不間斷地數據監測，也可以實現定時開關策略配置及后臺遠程管理和移動管理等，降低路燈設施的維護難度和成本，提升管理水平，并達到一定節能減掛的效果。
◆安全用電
安全用電采用自主研發的剩余電流互感器、溫度傳感器、電氣火災探測器，對引發電氣火災的主要因素（導線溫度、電流和剩余電流）進行不間斷的數據跟蹤與統計分析，并將發現的各種隱患信息及時推送給企業管理人員，指導企業實現第一時間的排查和治理，達到消除潛在電氣火災安全隱患，實現“防患于未然"的目的。
◆智慧消防
通過云平臺進行數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助實現科學預警火災、網格化管理、落實多元責任監管等目標。解決原先針對“九小場所"和危化品生產企業無法有效監控的空白，適應于所有公建和民建，實現了無人化值守智慧消防，實現智慧消防“自動化"、“智能化"、“系統化"、用電管理“精細化"的實際需求。
（5）系統硬件配置
6結論
1)醫院要進行精細化管理，對能耗數據的準確計量是基礎，而能源管理系統的建立是進行能耗計量與分析的必要手段。
2)天津市某醫院利用智慧后勤管理平臺對能源進行設備監測、數據計量、數據積累和能耗分析，以能耗規律為導向，進行大量的技術和管理節能工作，取得了一定的成效，在醫療業務逐年增長的形勢下，總能耗同比減少，節能管理工作逐步實現精細化管理。醫院獲得了多項榮譽，2018年醫院獲評“天津市綠色公共機構"榮譽稱號。
3)醫院采取各項節能管理措施實施后所取得的節能成效，將是作者后續研究的重點。
目前，大多數醫院的節能工作主要集中在技術節能，現代大型醫院要將技術節能和管理節能相結合。數據是信息化平臺建立的基礎，信息化平臺又為節能管理提供數據支撐，醫院管理和運維人員要利用信息化平臺，進行數據分析、規律積累，以能耗重點部位作為節能方向，提出節能策略，促進節能管理，從而逐步實現節能工作精細化管理。
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