@EMS全时动态能源管理系统在医疗卫生行业的应用

摘要：

医院属于能源消耗形式多、能耗大的公共建筑，且对用电质量要求高。本文有针对性的提出了建立能源管理系统来实时监测能耗状况及用电质量的解决方案，并在多家医院取得了成功应用，达到了节能、实时监测、提高用电质量的目的。

1 引言

近些年我国的医疗事业发展迅速，引进了相当多的高科技医疗设备，医疗向大型化、集团化发展，医疗技术水平可与欧美等发达国家相媲美，同时带来的则是能源消耗的直线上升，消耗的能源包括电、油、气、水等，能源消耗量大，尤其用电负荷大，占总能源消耗的80%左右，并且用电负荷的起伏变化也很大，因为季节交替、气候变化、昼夜轮回、人流量变化等因素的影响，用能整体具有不恒定的特点，从节能的角度，节能空间也是巨大的。

2 医院能源管理的需求

医院属于公共建筑，首先，整体能耗量大；其次，能源消耗的形式多，耗能设备、种类也多，统计工作量大；再次，部分医疗设备对于工作环境的高可靠性要求；最后，由于医院行业的特殊性，服务的主要人群为体质虚弱者，这就对医院用电的安全性、环境的舒适度和使用的便利性要求较高。因此，对于医院行业的能源管理系统，我们希望达到的目的是在保证一定的安全性、舒适度和便利度的条件下实现在能源的消耗量下降的基础上，同时提高能源使用的品质，在提高品质的过程中，也在一定程度上节省了能源的消耗，提高了能源的使用效率，做到能源消耗过程中从质和量两方面的改善。

3 解决方案

3.1 系统架构

综合上述需求，结合医院这类公共建筑的特点，采用@EMS能源管理系统进行项目设计，整体系统采用分层分布式体系结构，由中央监控主站系统、区域子系统、通讯层、底层能耗与能效监测设备及电能质量改善设备等部分组成。

系统的体系架构如图1所示。

图1：医院能源管理系统架构示意图

系统主站 中央监控系统主站包括系统服务器、操作站、打印机等设备。

区域子系统层 每个子系统在结构上是一个分层分布式的网络结构，实现每个区域子系统所辖区域内能源数据、状态信息的采集和数据的基本处理分析，通过光纤或以太网与上位系统、下位子站链接，实现各区域电能质量状况的改善。  

通讯层  每个子系统下位设置若干个通讯子站，分别位于各变电所和楼层配电间，下位通过STP屏蔽电缆与设备层装置链接，以便实现集中分布的电、水、气、油等的能耗数据、状态参数，实现数据的打包上传 。

设备层 对于一般设备，选用具有远程通讯功能的智能电能监测装置、液体流量计、气体流量计、温湿度传感器、智能照度传感器等装置，实现对现场数据的实时采集、上传。对医院内重要的用电设备，如医疗精密仪器、电梯、手术室灯具等除了进行一般电参数的测量外，还要完成在线的波形测量与记录、电流电压不平衡度及闪变等暂态参数测量记录、电能质量的在线分析等功能，要求具备高精度、高采样率、同步时钟的专业设备。为的是，对重要用电设备进行在线暂态过程监测，避免处于非正常工作状态。

电能质量改善装置 医院产生高次谐波的设备主要有：整理设备、变频器、恒温设备、点焊机、电弧炉、变压器、中频炉、通讯系统基站、电梯、电脑、UPS不间断电源、冷气机、中央空调、荧光灯、节能灯、微波炉、复印机等。医院主要谐波频谱为3次、5次、7次、11次、13次、高次谐波，医院总畸变电流一般在百分之十几以上，高于国家标准：

表1：最大单次（奇次）谐波电流畸变值IL的百分比

注：*1. ISC为PCC点的最大短路电流；

    *2. IL为PCC点的最大负载需求电流（基波分量）。

3.2 系统功能

@EMS能源管理系统采用结合建筑平面的图形化虚拟环境界面，对配电系统、水、柴油发电机应急电源系统等实现全系统实时监测管理，实现具有高度现场感的操作体验；系统带有丰富的控制管理工具和图形、声音等多媒体功能，方便灵活地实现对整个建筑设施的能耗管理。

主要能耗管控功能包括：

自动实时能耗数据报表 提供分区、分类负载能耗的实时能耗报表和曲线分析，可帮助用户直观地了解能耗情况，提供强有力的成本管控工具。

能耗与能效监测管理 自动分析所有能耗设备能耗数据，建立设备标准能耗，并自动监视设备能源利用效率，为用能管理提供自动监视手段，对不正常（超标）用能告警，自动帮助用户及时发现并处理问题。

故障分析与设备维护管理 系统依据带时标的事件记录和波形记录可进行故障和事件的成因分析；另外，系统统计开关等设备的状态参数和累积寿命参数，可据此提出设备维护预告。

多用户能耗费用统计 系统提供的辅助管理工具，帮助进行电能成本分摊，方便站内多用户能耗管理。

负载分类管理 对主要能耗负载进行分析管理，包括：空调、照明、通风等主要负载分类进行实时管理，实现能源消耗与实际运营管理的紧密结合。

能耗指标与节能工作管理 系统将提供建筑总能耗、总用电量、分类能耗量、分项用电量等统计报表，同时对单位建筑面积用电量、单位空调面积用电量、单位建筑面积分类能耗量等能耗指标报表进行定时记录，为节能工作提供依据和工具。

改善电能质量 采用有源滤波器APF、静止无功发生器SVG等设备直接对系统的电能质量状态进行在线治理，可采用母线段集中治理、单设备分散治理、集中治理与分散治理相结合三种方式进行谐波的消除、补偿无功功率，从而提高该区域子系统的电能质量品质和功率因数。

建立能源管理数据库 通过对能源数据的汇总，进行数据的存储和分析处理、与历史数据的比对、事故报警、能耗管理和考核、能效评估、与多系统间的数据共享等功能，并制定能源采购计划，向决策者提供能源成本建议，同时预测未来的能源消耗模式，提供更佳的能源管理服务。

系统部分功能如图2-图6

图2 各能源系统状态及累计量

图3 重点设备电耗分析

图4 分类电耗统计分析

图5 分区电耗统计分析

图6 电耗同比分析日报表

4.系统实施效果

深圳某医院采用@EMS能源管理技术，建立了对整个医院设施能源系统的全面监视管理，通过对负载能耗设备的能耗与能效数据实时采集监视，实现了对能源系统实时能耗的有效监测管理，提供了用户能源管理系统运营管理的有效工具和能耗成本管理工具，为进一步的节能增效措施提供分析手段，预期效果已开始初步显现：

@EMS系统通过全时的全区域分类数据的上传，不仅降低了大面积、大体量设施能耗的管理强度，还提供各种分类的报表，能耗曲线和趋势分析，提高运营管理的效率。

通过对照明、空调、通风等各类负载自动生成细节分项数据，为管理上提供了强有力的成本管理控制工具。

5.结语

通过实践证明，@EMS能源管理系统在医疗卫生行业的应用，带来很直观的节能经济效果，以及良好的社会效益、环境效益，不仅对医疗卫生行业，对于其他大型公共建筑、综合建筑群、工业企业、基础设施、大型园区等都有很好的借鉴意义。

参考文献

[1] GB/T 14549-93，电能质量 公用电网谐波[S].

[2] 周宏鑫，李建民.上海虹桥铁路枢纽站能源管理系统介绍[J].建筑电气，2011,30（2）：31-35