我院智慧能源管理平臺的探究與評價

張玉彬，呂政飛，黃如春

南京醫科大學第一附屬醫院，江蘇省人民醫院 a.基建辦；b.總務處，江蘇南京 210029

我院智慧能源管理平臺的探究與評價

張玉彬a，呂政飛b，黃如春b

南京醫科大學第一附屬醫院，江蘇省人民醫院 a.基建辦；b.總務處，江蘇南京 210029

本文在既有建筑物能耗管理信息化建設實踐基礎上，通過大數據分析和云服務技術對醫院的各類建筑的能耗進行全面的監測和分析，參照國家住建部和國務院機關事務管理局對建筑物能耗信息化建設要求，建立基于IEEE1888標準的醫院能耗定額標準和智慧能源管理體系，指導醫院的節能改造。

建筑物能耗定額；云服務；IEEE1888標準體系；智慧能源管理平臺

1 研究背景及目的與意義

1.1 研究背景

大型公共建筑用能強度是普通公共建筑的2～3倍，是居住建筑的5倍左右。而且隨著公共建筑大型化的趨勢，公共建筑整體用能強度也在不斷攀升[1]。大型綜合型醫院應積極響應國家衛生計生委“創建，推進和深化節約型醫院建設”的要求，積極開展針對醫院各類建筑全生命周期能耗管理及節能信息化服務的研究，規劃建設一個包含能耗數據采集監測、節能指標考核、能效指標評估、節能效果評估、設備精細化管理以及基于數據倉庫技術的多維分析功能組成的智慧能源管理平臺，對醫院的各類建筑物的所有能耗指標進行監控和管理，建立科學、完善、客觀、智能的能耗控制管理流程，為醫院管理層及各級主管部門提供全面、準確、可視化的各類能耗指標分析報表。

1.2 目的與意義

我院擬建設一套基于IEEE1888標準的醫院智慧能源管理平臺，針對日常能耗情況進行自動化數據采集和實時動態監測、控制、故障報警、統計、綜合分析等；從已有的相關系統（后勤綜合管理信息化平臺、醫院建筑BA系統、醫院能耗管理平臺等）通過標準接口網絡協議獲得相關能耗數據，并且結合建筑面積、內部功能區域劃分、設備參數統計、醫療運行參數匯總等客觀數據，獲取能實時反映醫院整體能源運行的現狀和能耗結構的精確數據，以便準確評價建筑的節能效果和發展趨勢；提供能源消耗總體情況、分類能耗、多角度能耗分析報表、能耗超標預警等。并通過醫院公共建筑能耗的調查和統計分類工作，結合建筑能耗定額制定方法，形成基于醫療類公共建筑類型的建筑能耗限額值，基于智慧能源管理平臺建立適合醫院行業的能耗數據共享標準和綠色能源評價標準體系、促進醫院的節能改造，幫助醫院在2015年實現“單位醫療業務量能耗”相比2014年下降5%～8%的節能目標[2]。

2 對象與方法

2.1 建設背景

2009年我院通過江蘇省住建廳建筑節能專項資金全額補助進行了建筑能耗分項計量裝置安裝項目，在門急診樓和病房樓共計7棟主要建筑（建筑面積約13萬m2）按樓層病區的動力、照明以及中央空調、分體空調功能共計安裝多功能電能表213塊，冷熱水流量計7塊，實現年、月、日分項，分類能耗統計及實時監測功能，以全面反映樓內的建筑物所有電氣設備用能情況及各大樓建筑總用水情況。經過匯總數據統計分析，發現3大類問題：① 主病房樓未配置中央空調，全部安裝分體掛壁式空調，共計337臺，供冷季單位面積耗電量56 kWh/m2，遠高于外科樓中央空調單位面積耗電量44 kWh/m2；② 醫院總表消耗水量與各大樓水表消耗水量有較大數據差；③ 院內多處公共區域夜間無人值守或不開放，但照明電表依然產生數據。

2012年，省級機關事務管理局要求直屬事業單位按月上報水、電、燃氣、汽油等數據，匯總至公共節能數據平臺，通過系統平臺的數據采集分析對比，經過3年多的數據積累，將對各事業單位進行能耗數據監控、定額給定與考核。

2.2 建設思路

我院擬建設一個統一的能耗數據中心以滿足各部門對能耗數據的要求，通過共享數據標準集成我院現有能耗監控系統與江蘇省住建廳建筑能耗監測管理平臺及省級機關事務管理局能耗上報系統的數據。平穩運行后從能耗數據中心進一步挖掘各類能耗、業務和環境等數據，提供用能監測、能效分析、用能診斷、用能管理以及用能決策等手段，提高醫院各類建筑用能管理水平和能源利用效率。

2.3 云服務平臺智慧的各種能源管理服務

基于IEEE1888 標準建立的數據中心能效平臺是在實現實時數據采集和管理數據整合的前提下，以能源數據為基礎數據，同時以能源管理功能為核心功能的能效管理平臺[3]。① 實時監測能耗使用現狀，預測發展趨勢，為管理提供支撐；② 實時掌握總體能耗消耗數據，發現增長趨勢和增長方向，為醫院推行低成本節能，推動精細化、規范化管理提供參考；③ 通過建筑能耗定額標準化工作和基于IEEE1888標準的綠色智能網關技術，在云服務平臺中提供支持醫院類建筑物的綠色運行和為其節能改造工作提供智慧的能源管理服務（能耗定額控制及空調、照明等設備的遠程自動監控等）；④ 為合同能源管理提供準確、權威的基礎數據；⑤ 引導使用低能耗指標設備，為綠色采購及售后評估提供依據；⑥ 根據能源費用，準確制定能源成本預算。

2.4 網絡架構設計

我院的智慧能源管理平臺網絡結構采用分層分布式三層結構，節能監管平臺采用瀏覽器/服務器（B/S）與客戶機/服務器（C/S）兩種主體構架。通過搭建的局域網絡或已建成的局域網絡，實現數據的上傳、命令的下發，醫院現有其他與能源管理相關的信息化系統采用統一的系統平臺開放接口協議，與能源管理平臺進行部分數據的共享，實現能源數據的集中，構成能源管理平臺的數據源。

系統軟件支持B/S架構，運行管理人員、醫院管理和決策層人員不受地域時間限制，通過大部分主流瀏覽器Web方式不同權限登錄，方便快捷實時了解醫院的各樓層和各功能區域總體能耗情況、分類能耗、多角度能耗分析報表、能耗超標預警、契約限額等，通過深層挖掘有價值的數據，幫助用戶提供能源決策、優化調度和內部考核等管理措施的數據支持依據。智慧能源管理平臺分為設備層、網絡層、管理層三層。

（1）設備層：指直接采集現場設備數據并具備上傳功能的各類能耗監測設備，如：配電室內電表、醫院的各樓層內計量電表、水流量表、蒸汽流量表、燃氣計量表、醫用氣體流量表等終端監測設備。這些設備可獨立完成數據自動采集、統計處理、就地及遠程控制、信息遠傳等功能，一個設備出現問題時，不會影響其他設備的正常運行。

（2）網絡層：各分散的智能計量設備均具備RS485通訊接口/MODBUS通訊協議，通過RS485通訊總線接入數據網關，數據網關經過以太網總線將底層表采集的數據通過搭建的光纖局域網（或已有的光纖局域網）上傳至能源管理平臺服務器內。醫院內已有的其他系統通過搭建的光纖局域網（或已有的光纖局域網），采用標準數據網絡接口（如：OPC協議和Modbus協議等）將相關能耗數據上傳至能源監管平臺服務器內。

（3）管理層：智慧能源管理平臺管理層由平臺軟件、服務器和工作站等硬件等組成，支持以太網絡通訊，具有大容量存儲空間。提供基于SOA架構的、模塊化的能耗數據的匯總、統計、對比、分析和直觀展現功能，并結合如門診就診人數、病區出院人數、床位周轉率、手術臺數等醫療指標，得出其綜合單位面積的能耗排名、消耗費用、變化趨勢等分析結果，通過多角度直觀的圖表展現給各級領導和各管理部門，同時根據這些分析結果幫助制定考核、管理制度，輔助領導決策。通過服務器接口，擁有不同權限的用戶可以從大屏幕、Web瀏覽客戶端或其他有安全級別的終端服務器，查看到不同級別的數據呈現信息。

（4）能源管理系統服務器：采用數據服務器實現對醫院建筑內能源安全和能源監管的分類數據進行采集、處理、分析、數據挖掘、存儲及網絡管理。實現分類能源介質的實時工況數據監測、故障報警和記錄、歷史數據存儲和趨勢曲線、計量和監測設備運行狀態監測、運行管理和故障分析等監控功能，可滿足各類能源介質系統的日常運行和安全管理需要。以報表、曲線圖、柱狀圖、餅圖、和散點圖等多種形式通過Web方式展現給用戶。

（5）系統工作站：實現不同權限管理人員就地瀏覽及查詢院內的能耗情況。

2.5 功能設計

本系統是從覆蓋醫院日常用能管理和節能改造項目的設計、開發、實施、調整、維護運行，直到系統最后運行的整個生命周期，可以實時掌握建筑整體能源運行的現狀及趨勢，從日常耗能的環節本身發現問題，通過對建筑內不同功能區域的耗能特點的分析，建立“數據采集—集中數據—數據分析處理—提供各類對比考核方法—完善管理流程—考核評價”的能源管理流程[4]。系統的功能架構，見圖1。

圖1 智慧能源管理平臺軟件架構

3 結果

基于已有的建筑能耗分項計量系統平臺提供的數據，針對數據分析后出現的問題，我院采取了多項措施：

（1）與遠大空調公司簽訂合同能源管理服務，結合主病房樓病區改造，廢除分體空調，改用1臺150萬大卡的溴化鋰直燃機組，總能耗費用改造前450 萬元/年，改造后的能源運營管理收費390萬元/年（含所有能耗費及運維管理費），通過1～5年期的運營收費節能服務企業收回前期設備分攤及利息；自第6年起至第10年，節能服務企業按照不高于330萬元/年包干能源服務費（合同再談判）。

（2）請專業測漏單位對院內老舊管道測漏，發現漏點封堵處理；廢除5、6號樓埋地漏水水管，重新改路接入。

（3）在全院部分區域逐步更換或新裝感應燈具或LED燈具，夜間無人值守或不開放區域設置電源定時器。

此外，根據累積數據的匯總分析，采取了一些有針對性的管理措施，并在全院宣傳提倡“節能減排人人有責”的行為，為醫院即將進行的能耗定額分析和科室成本核算打下基礎。同時，在同行之間，根據能耗數據的單位建筑面積、人均能耗等指標排名，了解和檢驗我院的節能減排成果。 參考江蘇省住房城鄉建設廳提出的“建筑物能耗定額計算模型”，我院建立了“醫院類建筑物能耗定額計算模型”“醫院類建筑物能效評估模型”，將為江蘇省內開展節約型醫院建設提供理論依據[5-6]。

4 討論

我院通過能耗系統的數據分析指導節能減排工作的落實，獲得顯著成效[7]。據統計，自2011年我院用水總量連續2年下降，下降幅度分別為-7.73%和-11.73%，全院用電總量增幅逐年減少，增幅分別為6.5%和1.9%。在我院醫療業務日益增長的情況下，2014年全年水、電、氣用量分別下降10.0%、2.2%與2.8%，其中用水量自4月份以來連續9個月呈同比下降狀態。為此，醫院對節能成果進行了分成獎勵，大大提高了員工的工作積極性。因此，整合完成的智慧能源管理平臺將可以有效解決以下問題：

（1）醫院能耗消耗指標高的問題。醫院各種能源資源費用約占醫院總支出的2.5%～3.5%左右，電力能源約占總消耗的65%以上，其中采暖、蒸氣、衛生熱力、空調用電的消耗占總能源的70%以上。

（2）能耗管理相對低效的問題。系統可實現對醫院水電氣等相關能耗介質的自動監測，加快能源系統的故障和異常處理，提高能源事故的反應能力，保證系統長期穩定運行，完成對各種能源系統優化調度和管理。

（3）缺少信息化能源管理手段的問題。系統可實現醫院能源消耗的數字化、精細化管理，減少能源管理環節、提高管理效率。

（4）負荷不均供應雜的問題。系統可實現對不同種類的能源進行分區域計量，并提供基于數據分析的能耗異常報警、尋找節能關鍵點、節能空間，指導后期技術改造，并提高能源統計數據的精度與實時性。

（5）醫院安全保障壓力大的問題。由于醫院的人流量大，環境要求特殊等因素，空氣品質和能源安全比其他公共建筑要求高，系統可實現對節能改造項目整個生命周期的全程精細化管理。

（6）實現對能耗指標的評估和能源消耗結構分析及能源消耗成本分攤，解決傳統節能改造模式落后的問題。通過合同能源管理模式，提升綜合系統性的節能服務，并通過分析節能改造前后的能耗變化情況，為醫院的合同能源管理改造項目提供精確的節能數據。

根據我院近年來的節能改造項目實施經驗和江蘇省住建廳建筑物能耗監控系統一年來運行的經驗與數據，爭取通過智慧能源管理系統的自我監督檢查和主動服務意識的提升，保證醫院各項能耗管理規章制度、改革措施的貫徹落實；幫助醫院積極爭創江蘇省公共機構節約型示范單位，并通過創建，推進和深化節約型醫院建設，引導江蘇省衛生計生系統節能減排工作向縱深推進[8]。

[1]梁浩,張峰,梁俊強.基于合同能源管理模式規模化推進既有公共建筑節能與綠色化改造的探索與實踐[J].建設科技,2014,(10):23-33.

[2]游一成.淺析綜合醫院能源管理信息系統的建設[J].綠色建筑,2014,(3):47-48.

[3]王鐵軍.基于IEEE1888的綠色數據中心節能減排探討分析[J].信息通信,2013,(6):244-246.

[4]戴明浪,王莉莉.淺談醫院的能耗管理[J].中國醫療設備,2013,28(11):112-113.

[5]龍惟定,白瑋,馬素貞.大型公共建筑能源審計[J].建筑科技,2007,(18):12-14.

[6]陳秋曉,張瑩,姚志剛,等.智慧醫院建設存在的問題與建議[J].醫院管理論壇,2013,30(3):52-54.

[7]梁境,李百戰.中國公共建筑節能管理與改造制度研究[J].建筑科學,2007,4(23):11-14.

[8]殷惠基,周志仁,田慧峰,等.上海某大型醫院節能改造及評估[J].制冷與空調,2011,11(1):82-86.

Exploration and Evaluation of the Intelligent Energy Management Platform in Our Hospital

Based on the practice of energy management informatized construction in existing buildings,the research conducted a comprehensive monitoring and analysis of all types of buildings in the hospital through the big data analysis and cloud services technology.With reference to the requirement of informationalized construction of energy consumption from the Ministry of Housing and Urban-Rural Development and Government Offces Administration of the State Council,this paper established the hospital energy consumption quota and intelligent energy management system according to the IEEE 1888 standard to guide the reform in the energy-conservation of the hospital.

building energy consumption quota;cloud services;IEEE 1888 standard;intelligent energy management platform

ZHANG Yu-bina,LV Zheng-feib,HUANG Ru-chunb
a.Infrastructure Construction Office;b.Office of General Services,The First Hospital Affiliated to Nanjing Medical University,Jiangsu Province Hospital,Nanjing Jiangsu 210029,China

TK01+8；R197.324

C

10.3969/j.issn.1674-1633.2016.04.035

1674-1633(2016)04-0129-03

2015-07-08

2015-07-20

黃如春，江蘇省人民醫院總務處處長，高級工程師。

作者郵箱：zhangyubin3200@sina.com