兰州大学第二医院电能耗管理系统架构与功能

王亚宾

(兰州大学第二医院 甘肃兰州 730030)

1 研究背景

兰州大学第二医院共有6个直属机构，123个临床医技科室、24个行政科室，总建筑面积约28.1万m2。因兰州大学第二医院现为甘肃省内建设规模最大的三甲医院，人流量较大，公共资源如水、电、气等浪费较严重，面临的节能问题很多，主要有：

①在能源统计方面仍主要采用人工抄表和人工统计分析的方法，只能收集到逐月数据，很难得到数以百计的用电支路的实时的逐日、逐时数据。这种方法效率极低，受到抄表时间、抄表人员的差异化影响，数据的实时性、准确性与可比性都无法得到满足，也无法实现更复杂的统计分析和信息化管理的 需求。

②医院的重点是提供优质的医疗服务，在能源专业技术人才和专业的节能管理方面相对欠缺，若单纯地依靠医院较为紧张的年度预算节能技改资金和医院现有的节能技术力量，难以实现更大程度的节能，要实现医院全面能效管理工作的进一步提升，就需要借助一定的辅助分析工具对医院的能耗进行精细 管理。

③由于用能系统庞大，能源的二、三级计量器具配备不完善，无法针对医院各部门、科室的日常能源管理实现准确的能源成本分摊和能源绩效考核，医院绩效考核部门对各临床科室能源的使用无法准确掌握，也就无法实现精细化的考核目标，促使科室主动节能。

经过前期调研、论证及方案制定，自2017年始陆续实施了“全院智能电能量采集系统”[1]项目。该项目通过安装智能电表[2]采集各临床、医技等科室用电数据，将数据通过医院自有局域网返回到电能效监控系统，不仅能监测每个科室任意一段时期的用电数据，作为电耗考核指标，控制科室用电成本，加强医务、病患人员的节电意识，杜绝浪费，而且通过数据统计、分析等功能掌握每个科室的用电规律，进而提前发现违规用电、超标用电等[3]，便于医院能源管理部门对能源系统进行有效的监控与管理，提升医院建筑节能运行管理水平，逐步推进节约型医院建设和节能降耗工作。同时，系统平台可实现数据上传和透传功能，满足能耗数据上传给省、部级能效管理中心的要求。

2 建设目标

实现医院能源信息化建设、提供能源消耗全过程、全方位能效管理与节能支持，提升医院能源使用效率，降低用能成本，达到人、建筑与环境共生共荣、绿色可持续发展，将节约型医院建设与绿色医院、可持续医院建设紧密结合起来，在省内乃至全国节约型医院建设中起到引领示范作用。

通过综合节能改造优化全院主要能源使用和机电设备系统的运营方式，直接降低全院的能源用量等级，实现单位面积能耗下降15%以上。

3 医院建筑能效管理系统架构

如图1所示，医院建筑能效管理系统由计量装置、数据网关、数据传输网络、数据中转站、数据服务器、管理软件等组成，具备能耗数据实时采集和通讯、远程传输、自动分类统计、数据分析、指标比对、图表显示等功能；满足医院能效管理内容及要求，并预留接口至省、部级数据中心。

图1 医院建筑能效管理系统架构图 Fig.1 Architecture diagram of hospital building energy efficiency management system

4 医院建筑能效管理系统软件架构

系统软件的架构采用一个3层架构，分别为数据层、应用层和表现层。

4.1 数据层

数据层是整个能源管理的基础，包括数据采集以及数据存储。

4.1.1 智能采集设备

智能采集系统包括终端的智能采集设备，以及有远传功能的智能仪表。

4.1.2 手动录入系统

针对某些不方便用智能采集设备采集的能源(譬如煤、燃油等)及由于预算或施工难度问题导致无法改造增加智能采集设备的部分，能效管理系统提供一个手动录入子系统。手动录入系统有严格的权限限 制和校验机制，能够防止篡改数据并分析出非正常 数据。

4.1.3 与其他系统通信

通过标准的通信接口在FMCS、DCS、ERP等其他系统中读取数据，并转换成自己的格式后存入能效管理系统中。

4.2 应用层

应用层主要分成4个功能模块，分别是数据及消息管理、分析展示、辅助管理及后台管理。

①数据及消息管理的主要功能包括能耗数据的采集、能耗数据的转发上传以及能耗数据的备份、校验以及还原功能。

②分析展示主要是将能耗数据结合医院的特点，进行多维度地分析，然后将结果通过曲线、图表等方式展现出来。

③辅助管理功能是根据运行的能耗数据，帮助管理者制定相关的考核指标，进行考核并将能耗数据结果进行展示。

④后台管理系统是对整个能效管理系统的工程管理，如用户权限的设置、系统增容及界面设置等 功能。

4.3 表现层

表现层的主要功能是将能耗数据信息及分析结果通过一定的方式展现给对应用户，不同的用户分组拥有不同的权限，可以看到指定的数据。系统是基于B/S结构，展示主要以图形、报表及曲线等方式，通过Web浏览器方式实现。

5 能效管理系统平台软件功能

能效管理系统平台应用于医院管理领导的决策层。在这一平台上，通过建立专属的能源数据仓库，提炼出有价值的数据，经过整合统计、分析，以信息发布的方式将能耗情况展现给各管理部门，实现医院对能源消耗系统的实时监控、掌握各级能源管理需求。通过层层挖掘的方式，查看到某种能源消耗的花费、一段时期内的走势及未来的发展趋势，并根据这些分析结果制定考核、管理制度，辅助决策。

如图2所示，医院建筑能效管理系统功能结构分为数据采集、能源监测与计量、能源管理、控制系统、公共服务、预警系统、系统管理和能耗上传。

图2 医院建筑能效管理系统功能结构图 Fig.2 Functional diagram of hospital building energy efficiency management system

6 系统功能介绍

6.1 智能数据采集

能效管理系统通过通讯管理层数据将数据采集上来，并存储至数据库内。

6.2 手工数据录入

医院建筑中某些不方便用智能采集设备采集的能源以及由于预算或施工难度问题导致无法改造增加智能采集设备的部分，这些能耗数据通过手动录入存储系统。

6.3 系统管理

灵活的用户配置界面，可以让用户很方便地进行用户配置、区域管理、分类分项及分科室管理。

6.4 能源GIS地图

能效管理系统能够建立普通的矢量图地图和3D地图。在此基础上，将各个数据采集点标注在地图上，通过地图上建筑的直观操作，能够实现基于GIS地图的能耗监测与管理。

6.5 能耗预警

报警管理包括报警设定、实时报警、历史查询、统计分析等管理功能。

6.5.1 报警设定

由能源管理员根据该医院能源管理等相关制度，对系统内节点设定报警限值。

6.5.2 实时报警

对于累积量，系统每完成一次数据统计，就与预先设定好的限值进行比对；对于实时量，系统实时与预先设定好的限值进行比对，若超限时产生报警信息记录。

6.5.3 历史查询

提供对历史报警信息的查询功能，实现多种查询条件的查询，列表展现报警信息列，既可导出Excel，也可查看每条报警信息的详细情况。

6.5.4 统计分析

提供对报警信息的分析功能，方便查看各种记录信息和分析报警原因，给出分类统计、纵向对比等多种分析方法。

6.6 综合能耗

综合能耗主要是对医院能源消耗总体情况和能源消耗分项情况进行统计，按照年、季、月、周和日的时间进行统计分析，并以柱状图、曲线、数字表现形式显示和输出。

6.7 同类对比

显示同类型的建筑、设备、同级区域等能源单元的能耗对比信息，可按需要选择对比对象及对比指标。

6.8 分类分项能耗

依据《医院建筑能效管理系统建设技术导则》要求并结合医院实际用电情况，将能耗数据采用价值树分析法和对比分析法进行数据展示。

6.9 分层计量

建立树状模型，将能耗数据按照用途、分层分区域进行统计分析，对能耗数据进行分析对比，供分析使用。

6.10 科室能耗

按医院组织机构进行能耗量计量与组织对比分析，统计能源消耗和能源占比情况。

6.11 自由分析

从数据库中任意选取数据形成方案，并针对所选方案完成图形化对比分析展示。

6.12 设备管理

设备管理是对能源系统中的能耗设备进行有效管理，以实现其高效运行，包括以下功能。

6.12.1 设备能效

由能源管理员根据医院制度完成建筑内设备评价指标分配、评价等级、评价值和报警限值设定等 工作。

6.12.2 统计分析

提供历史设备能效数据的分析功能，方便查看到历史设备能效的各种记录数据，给出横向对比、纵向对比、分类统计、散点分析等多种分析方法。

6.12.3 设备台账

由设备归属建筑、设备名称、型号规格、设备分类、使用单位、购入日期、使用年限等多种条件构成设备台账。

6.12.4 重点设备管理

包括对高能耗设备，如电动机、冷冻泵、冷却泵、制冷机组等通过重点监测的方式，及时发现能耗异动，从而提前发现问题并解决问题，减少不必要的能源浪费，并可降低隐患，以及对重点医用设备(PETCT、PET-MR、MRI、ECT、DSA、CT等大型医用设备)的节能运行管理。

6.13 绩效考核

促进能源使用者提高能源管理水平，提高能源系统或设备的运行效率、人员的节能意识等。

6.14 节能足迹

记录每一次节能改造，然后通过历史趋势曲线展示。在曲线中对每个措施实施的时间点作出标记，可以看出在每次节能措施实施前后的变化，可以对比各项节能措施的效果，也为将来的节能计划提供指引。

6.15 能耗诊断

定期或不定期对能源消耗情况，依据预先设定或自学习形成的诊断策略和算法进行分析诊断，找到和定位能源使用的不合理和低效运行点，并给出诊断分析结果，为能源管理人员提供节能分析功能。

6.16 报表管理与发布

生成各类能耗的日报表、月报表、年报表等，实现能源资源分类分项精确计量和能源资源运行监管。

6.17 能耗公示

提供能耗各类统计、分析结果的对外公示窗口，创造一个查看、监测当前医院或单体建筑能源运行整体状况的途径。通过定期公示、制定合理奖惩措施，有效提高对各科室节能的管理。

7 结 语

现代医院的发展规模越来越大，功能越来越多，与此同时，带来的负面效应就是能源的浪费日益严重。电能耗管理系统为现代医院科学化、精细化管理提供了一个有效的工具，充分利用工具可以为医院管理层制定完善的节能措施和手段，使医院的能耗更加合理，为社会、为医院节省大量的资金支出。■