1.概述

醫(yī)院作為守護(hù)健康、治病救人的特殊公共場(chǎng)所，是所有公共建筑中功能比較復(fù)雜的建筑類型。為保障醫(yī)院正常運(yùn)轉(zhuǎn)，大量基礎(chǔ)設(shè)施和精密醫(yī)療設(shè)備需要安全效的能源供應(yīng)保障系統(tǒng)。隨著智慧醫(yī)院建設(shè)的深入推進(jìn)，傳統(tǒng)粗放式的能源管理方式已難以滿足現(xiàn)代醫(yī)院對(duì)供電安全、能效優(yōu)化和精細(xì)化管理的多重需求。

本文以AcrelEMS醫(yī)院能源管理系統(tǒng)為例，探討其在醫(yī)院能源管理中的技術(shù)應(yīng)用與價(jià)值。該醫(yī)院是某省屬三級(jí)甲等綜合性醫(yī)院，分為三個(gè)院區(qū)，總建筑面積約75萬平米，開放床位約為4600張。AcrelEMS醫(yī)院能源管理系統(tǒng)涵蓋醫(yī)院電力監(jiān)控、能耗分析、電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)和治理、電氣安全、智能照明控制、隔離電源、防雷在線監(jiān)測(cè)、運(yùn)維巡檢管理等功能的一體化能源管理系統(tǒng)，能夠輔助醫(yī)院后勤管理人員進(jìn)行能源供應(yīng)系統(tǒng)及設(shè)備的運(yùn)行管理工作，幫助醫(yī)院管理層實(shí)時(shí)掌握醫(yī)院能耗情況，為醫(yī)院能源信息化建設(shè)和節(jié)能管理提供技術(shù)管理平臺(tái)。

圖1 AcrelEMS醫(yī)院能源管理系統(tǒng)駕駛艙

2.醫(yī)院能源管理的重要性

醫(yī)院能源管理系統(tǒng)是確保醫(yī)療活動(dòng)有序推進(jìn)的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，其重要性體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

a. 供電可靠性要求：醫(yī)院配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一級(jí)和特一級(jí)負(fù)荷較多，醫(yī)院通常的配電結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。手術(shù)室、重癥監(jiān)護(hù)室（ICU）、層流病房、血液透析等關(guān)鍵區(qū)域的供電系統(tǒng)需確保連續(xù)性、穩(wěn)定性與可靠性。

圖2 醫(yī)院配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

b. CT、MRI、直線加速器等精密醫(yī)療設(shè)備對(duì)供電質(zhì)量具有高要求，電壓波動(dòng)或突然斷電不僅可能導(dǎo)致設(shè)備損壞，還會(huì)造成檢查數(shù)據(jù)失真，甚至危及患者生命安全。

b. 能耗成本壓力：醫(yī)院作為24小時(shí)不間斷運(yùn)行的公共建筑，能源消耗巨大。在"雙碳"目標(biāo)背景下，醫(yī)院亟需建立科學(xué)的能耗監(jiān)測(cè)與分析體系，準(zhǔn)確識(shí)別能源浪費(fèi)，制定節(jié)能策略，降低運(yùn)營(yíng)成本。

c. 管理精細(xì)化需求：智慧醫(yī)院以智慧醫(yī)療、智慧服務(wù)、智慧管理為核心，要求能源管理從傳統(tǒng)"被動(dòng)響應(yīng)式"向"主動(dòng)預(yù)防、準(zhǔn)確管控、智慧決策"轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)各科室能耗的分項(xiàng)計(jì)量與考核。

3.傳統(tǒng)醫(yī)院能源管理面臨的挑戰(zhàn)與痛點(diǎn)

在傳統(tǒng)醫(yī)院能源管理實(shí)踐中，普遍存在以下亟待解決的關(guān)鍵痛點(diǎn)：

a. 狀態(tài)感知"盲區(qū)"：傳統(tǒng)供配電系統(tǒng)缺乏故障預(yù)警能力，依賴人工定期巡檢，無法實(shí)現(xiàn)24小時(shí)不間斷實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

b.  能耗數(shù)據(jù)"模糊"：用能數(shù)據(jù)采集不全，缺少分類分項(xiàng)計(jì)量手段，管理層無法準(zhǔn)確掌握各科室、各區(qū)域的實(shí)際能耗情況，節(jié)能決策缺乏數(shù)據(jù)支撐。

c. 運(yùn)維管理"粗放"：巡檢、維修及保養(yǎng)記錄以紙質(zhì)臺(tái)賬為主，信息分散，缺少智慧化管控平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)記錄與管理，追溯與分析困難。故障響應(yīng)遲緩，故障定位耗時(shí)較長(zhǎng)，嚴(yán)重影響供電恢復(fù)。

d. 電氣安全"隱患"：漏電電流、線纜溫度異常等電氣火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)缺乏實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，醫(yī)用氣體參數(shù)等關(guān)鍵安全信息未實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一監(jiān)控。

4.AcrelEMS醫(yī)院能源管理系統(tǒng)解決方案

1) 系統(tǒng)架構(gòu)

AcrelEMS系統(tǒng)采用四層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：平臺(tái)層、子系統(tǒng)層、通訊層和設(shè)備層。平臺(tái)層是醫(yī)院的能效管理平臺(tái)，涵蓋電力監(jiān)控、能耗分析、電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)和治理、電氣安全、智能照明控制、隔離電源、防雷在線監(jiān)測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、運(yùn)維巡檢、用戶報(bào)告于一體，通過WEB和APP訪問方式讓用戶便捷獲取數(shù)據(jù)。通訊層包括智能網(wǎng)關(guān)、交換機(jī)等設(shè)備，支持MODBUS-RTU、IEC60870-5-101/103、DLT645等多種協(xié)議，采集設(shè)備層各類設(shè)備數(shù)據(jù)并分發(fā)至平臺(tái)。設(shè)備層包括微機(jī)保護(hù)裝置、備自投裝置、多功能儀表、光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)、電能質(zhì)量分析和治理裝置、電氣安全類傳感器、隔離電源絕緣監(jiān)測(cè)、SPD在線監(jiān)測(cè)模塊、照明控制器、水氣表及各類傳感器等。

圖3 AcrelEMS醫(yī)院能源管理系統(tǒng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

2) 系統(tǒng)配置方案

a. 電氣監(jiān)控

10kV變電所中壓回路配置AM5SE系列保護(hù)測(cè)控裝置，具備電流速斷保護(hù)、過流保護(hù)、零序過流保護(hù)等功能；ARB6母線弧光保護(hù)裝置通過弧光和電流雙判據(jù)啟動(dòng)，單判據(jù)動(dòng)作時(shí)間≤3.8ms，有效防范母線燃弧事故；ASD500開關(guān)柜操控裝置集動(dòng)態(tài)模擬指示、帶電顯示、溫濕度控制、電力參數(shù)測(cè)量于一體；配置ATE400無線測(cè)溫傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)斷路器觸頭、母排和線纜連接處溫度，提前發(fā)現(xiàn)溫度異常；配置APM520系列多功能儀表，提供全電力參數(shù)測(cè)量、復(fù)費(fèi)率計(jì)量、電能質(zhì)量分析等功能。

針對(duì)柴油發(fā)電機(jī)、直流屏、UPS等應(yīng)急電源，系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)運(yùn)行狀態(tài)、電壓電流、油壓油位、電池電壓等關(guān)鍵參數(shù)，確保醫(yī)院不間斷供電。

b. 電能質(zhì)量治理

醫(yī)院數(shù)量眾多的UPS和醫(yī)療設(shè)備均會(huì)產(chǎn)生諧波，諧波污染會(huì)對(duì)配電系統(tǒng)運(yùn)行造成干擾，影響精密設(shè)備正常運(yùn)行。系統(tǒng)配置ANAPF有源電力濾波器和ANSVG靜止無功發(fā)生器，實(shí)現(xiàn)諧波治理、無功補(bǔ)償和三相不平衡調(diào)節(jié)，響應(yīng)時(shí)間≤5ms，保障醫(yī)療設(shè)備供電電能質(zhì)量。

c. 新能源策略

AcrelEMS醫(yī)院管理系統(tǒng)可接入醫(yī)院分布式光伏、儲(chǔ)能系統(tǒng)，并配置新能源使用策略，實(shí)現(xiàn)新能源消納、削峰填谷、防逆流、柔性擴(kuò)容、需量控制等目標(biāo)，幫助醫(yī)院的新能源合理合規(guī)并網(wǎng)并充分利用，提高醫(yī)院供電可靠性。

d. 能耗分析

系統(tǒng)采集醫(yī)院用電、用水、冷熱量消耗等分類分項(xiàng)用能數(shù)據(jù)，提供碳排放統(tǒng)計(jì)、同環(huán)比分析比較、非工作時(shí)段用能統(tǒng)計(jì)等功能。通過能源流向圖直觀展示各部門能耗分配，生成整點(diǎn)能耗報(bào)表和能耗排名分析，幫助醫(yī)院發(fā)現(xiàn)能耗異常，為節(jié)能管理提供數(shù)據(jù)支持。

e. 電氣安全

電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)在變電所0.4kV饋線側(cè)采集漏電電流和線纜溫度，異常時(shí)實(shí)時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)視消防設(shè)備工作電源狀態(tài)，保障火災(zāi)時(shí)消防設(shè)備正常使用。消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)根據(jù)預(yù)設(shè)應(yīng)急預(yù)案快速啟動(dòng)疏散方案，引導(dǎo)人員安全疏散。

f. 防雷在線監(jiān)測(cè)

防雷智能在線監(jiān)測(cè)由浪涌保護(hù)器SPD 、專用后備保護(hù)器SCB和SPD檢測(cè)單元組成，將防雷裝置（SPD）通過前端智能組網(wǎng)，提供圖形模塊化監(jiān)控界面，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)防雷裝置（SPD）運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)整區(qū)域防雷裝置（SPD）進(jìn)行集中管控，精確定位各區(qū)各點(diǎn)防雷裝置位置，實(shí)現(xiàn)雷電防護(hù)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、SPD上下級(jí)運(yùn)行配置、遙信信號(hào)數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ堋?/span>

ü 供電系統(tǒng)各級(jí)配電箱進(jìn)行浪涌保護(hù)和監(jiān)測(cè)。

ü 對(duì)電話系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行浪涌保護(hù)和監(jiān)測(cè)

ü 對(duì)建筑物的接地系統(tǒng)的接地電阻進(jìn)行監(jiān)測(cè)

g. 智能照明控制

智能照明控制系統(tǒng)支持單控、區(qū)域控制、自動(dòng)控制、感應(yīng)控制、定時(shí)控制、場(chǎng)景控制、調(diào)光控制等多種方式。開關(guān)驅(qū)動(dòng)器具備邊緣計(jì)算能力，可脫網(wǎng)獨(dú)立工作；人體感應(yīng)和光照度傳感器實(shí)現(xiàn)有人自動(dòng)亮燈、人離自動(dòng)熄燈，有效降低照明能耗。

h. 隔離電源

針對(duì)手術(shù)室、重癥監(jiān)護(hù)室、透析室等2類醫(yī)療場(chǎng)所，系統(tǒng)提供醫(yī)用隔離電源解決方案，配置醫(yī)用隔離變壓器和AIM系列絕緣監(jiān)測(cè)儀，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)隔離電源系統(tǒng)的絕緣性能、負(fù)載率和變壓器溫度，并配置故障定位功能，數(shù)據(jù)可上傳平臺(tái)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)預(yù)警，保障手術(shù)室和ICU等關(guān)鍵場(chǎng)所的供電可靠。

i. 運(yùn)維管理

運(yùn)維管理功能涵蓋任務(wù)管理、巡檢記錄、缺陷記錄、消警記錄、搶修記錄和通知工單六部分，實(shí)現(xiàn)運(yùn)維全流程閉環(huán)管理。故障報(bào)警分為一般、重要和事故三級(jí)。系統(tǒng)定期生成能耗分析報(bào)告，包含總用量同環(huán)比分析、復(fù)費(fèi)率量費(fèi)分析、能耗排名等內(nèi)容。

5.效益評(píng)估與分析

a. 安全效益：系統(tǒng)通過全維度電氣狀態(tài)監(jiān)測(cè)與預(yù)警，可在斷路器、配電線路等設(shè)備發(fā)生故障前發(fā)出預(yù)警信息，為醫(yī)院管理團(tuán)隊(duì)提供充足的檢查與維護(hù)時(shí)間，有效規(guī)避重大故障。

b. 管理效益：智能告警、專家診斷建議、移動(dòng)運(yùn)維及遠(yuǎn)程管理等功能，幫助運(yùn)維人員及時(shí)準(zhǔn)確獲取系統(tǒng)信息、快速處置故障，減輕后勤運(yùn)維團(tuán)隊(duì)工作負(fù)擔(dān)。通過系統(tǒng)監(jiān)測(cè)與分析功能，醫(yī)院可對(duì)供配電設(shè)備實(shí)施預(yù)防性維護(hù)，提前發(fā)現(xiàn)并處理潛在隱患，避免設(shè)備突發(fā)故障影響醫(yī)療工作，運(yùn)維全流程數(shù)字化管理大幅提升了管理效率。

c. 經(jīng)濟(jì)效益：系統(tǒng)具有精細(xì)化能耗管理能力，可對(duì)醫(yī)院各科室、醫(yī)療及機(jī)電設(shè)備用電狀況分項(xiàng)計(jì)量分析，準(zhǔn)確識(shí)別能源浪費(fèi)并制定節(jié)能策略。智能照明控制系統(tǒng)可根據(jù)人員活動(dòng)和光照度自動(dòng)調(diào)節(jié)照明，有效降低照明能耗。通過能耗數(shù)據(jù)可視化展示與分析，醫(yī)院可優(yōu)化用能策略，實(shí)現(xiàn)變電所無人值守，顯著降低運(yùn)營(yíng)成本。

d. 社會(huì)效益：系統(tǒng)顯著提升了醫(yī)院供電的可靠性和能源利用效率，為醫(yī)療安全提供了直接保障。其在節(jié)能降耗領(lǐng)域所取得的成果，對(duì)達(dá)成碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)具有積極的推動(dòng)作用，助力醫(yī)院向綠色低碳方向發(fā)展。

6.結(jié)語(yǔ)與展望

AcrelEMS醫(yī)院能源管理系統(tǒng)通過"監(jiān)、控、維"一體化的設(shè)計(jì)理念，為醫(yī)院構(gòu)建了能源管理數(shù)字化平臺(tái)，應(yīng)用數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)建院區(qū)能源模型，基于大數(shù)據(jù)分析提高負(fù)荷預(yù)測(cè)與故障診斷精度。推動(dòng)"源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)"一體化綜合能源系統(tǒng)建設(shè)，結(jié)合屋頂光伏、儲(chǔ)能系統(tǒng)、充電樁等，實(shí)現(xiàn)新能源安全并網(wǎng)、優(yōu)化消納，助力醫(yī)院達(dá)成低碳、零碳目標(biāo)，提高醫(yī)院供配電運(yùn)行安全可靠性。