摘要:為減少醫(yī)療建筑能耗,優(yōu)化醫(yī)院能源管理,基于智慧醫(yī)院的要求,通過(guò)分析廣州市番禺區(qū) 醫(yī)院的能耗特性,對(duì)醫(yī)院空調(diào)系統(tǒng)、空調(diào)與窗戶聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)、屋頂光伏系統(tǒng)等智能樓宇分系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能建模分析,建議采取醫(yī)院信息化建設(shè)、可再生能源改造、精細(xì)化管理等措施,預(yù)計(jì)實(shí)施后每年可以節(jié)約用電256萬(wàn)kW·h,相當(dāng)于節(jié)省315t標(biāo)準(zhǔn)煤,減少CO2排放量873t,對(duì)于城市既有醫(yī)療建筑的節(jié)能改進(jìn)和能源智慧管理具有較強(qiáng)的示范作用。
關(guān)鍵詞:智慧醫(yī)院;綜合智能樓宇;精細(xì)化管理;節(jié)能減排;光伏發(fā)電
0引言
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,我國(guó)的能源消費(fèi)呈現(xiàn)增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。據(jù)統(tǒng)計(jì)2018年全國(guó)建筑運(yùn)行能耗達(dá)到10億t標(biāo)準(zhǔn)煤,占全國(guó)能源消費(fèi)總量比重為百分之21.7,碳排放21.1億t(以CO2計(jì),下同),占全國(guó)能源碳排放的比重百分之21.9[1]。大型公共建筑是建筑能源消耗的高密度領(lǐng)域,醫(yī)院建筑的能耗是一般公共建筑的3~4倍[2]。2020年度廣東省公立醫(yī)院?jiǎn)挝唤ㄖ娣e能耗17.17kg標(biāo)準(zhǔn)煤/m2,人均綜合能耗達(dá)280.82kg標(biāo)準(zhǔn)煤,遠(yuǎn)高于場(chǎng)館、學(xué)校等公共建筑,是廣東省中小學(xué)建筑能耗的5倍。隨著國(guó)家“雙碳”戰(zhàn)略的推動(dòng),醫(yī)院建筑運(yùn)行節(jié)能工作迫在眉睫[3]。
當(dāng)前醫(yī)院采用的節(jié)能措施主要圍繞設(shè)備改造和更新[4]。林愛(ài)麟[5]摸查了長(zhǎng)沙市醫(yī)院建筑能耗,提出采用提升冷熱源運(yùn)行效率、合理配置空調(diào)及通風(fēng)系統(tǒng)等措施來(lái)降低醫(yī)院能耗;姜海勇等[6]以深圳市孫逸仙心血管醫(yī)院為例,通過(guò)空調(diào)主機(jī)系統(tǒng)等節(jié)能改造達(dá)到降耗效果。沈洪等[7]分析了中山大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院燃油蒸汽鍋爐技改,同時(shí)配合智能群控系統(tǒng)。以上研究主要考慮設(shè)備因素,較少考慮人的用能行為。方婷婷[8]選取廣州地區(qū)6個(gè)典型醫(yī)院建筑,提出落實(shí)能源管理制度等節(jié)能建議,包括運(yùn)用制度對(duì)人員行為進(jìn)行約束,但因?yàn)槿说男袨檩^難預(yù)測(cè),實(shí)施效果難以保證。
智慧醫(yī)院的建設(shè)立足于信息化、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng),通過(guò)對(duì)醫(yī)院資源的合理配置達(dá)到智慧管理的效果[9-10]。其中,運(yùn)用物理信息技術(shù)進(jìn)行精細(xì)化管理的理念為醫(yī)院能源系統(tǒng)管理提供了新的方向。本文以廣州市番禺區(qū) 醫(yī)院為研究對(duì)象,分析醫(yī)院能耗特性和主要耗能因素,提出基于智慧能源管理的節(jié)能措施,并對(duì)節(jié)能措施的影響因素進(jìn)行敏感性分析。
1醫(yī)院能耗特性分析
醫(yī)院建筑的能耗總量因醫(yī)院類型、等級(jí)、地理位置等因素而不同,但具體的醫(yī)院在功能和能源結(jié)構(gòu)確定后,通常有著較穩(wěn)定的能耗[11]。本文以華南地區(qū)某綜合醫(yī)院為例分析醫(yī)院的能源消耗情況。
廣州市番禺區(qū) 醫(yī)院是一所大型綜合公立醫(yī)院,占地14.7萬(wàn)m2,有建筑樓8棟,總建筑面積23.5萬(wàn)m2,實(shí)際開放床位1479張,2020年總診療達(dá)176.8萬(wàn)次。該醫(yī)院能源消耗的類主要為電能消耗和燃料消耗。2020年度用電量達(dá)2489萬(wàn)kW·h,
天然氣消費(fèi)量3068m3,汽油消費(fèi)量59656L,柴油消費(fèi)量240L,全院年能源消費(fèi)量折算標(biāo)煤3152t標(biāo)準(zhǔn)煤,電能消費(fèi)占醫(yī)院總能消耗的百分之97.07。醫(yī)院電能消費(fèi)可分為醫(yī)療設(shè)備和后勤服務(wù)設(shè)備,其中后勤服務(wù)設(shè)備包括暖通空調(diào)、照明系統(tǒng)、電梯、安防、
辦公用電等。該醫(yī)院地處南亞熱帶,氣候分區(qū)屬于夏熱冬暖,冬季無(wú)供暖需求,空調(diào)系統(tǒng)主要用于夏季供冷。
醫(yī)院空調(diào)能耗全年平均占比百分之45.83,6、7、8月份占比達(dá)百分之51以上。醫(yī)院空調(diào)能耗逐月分布情況見表1。
根據(jù)使用目的,醫(yī)院空調(diào)可分為舒適性空調(diào)和工藝性空調(diào)[12]。舒適性空調(diào)主要為室內(nèi)人員提供舒適環(huán)境,包括病房、辦公室等公共活動(dòng)區(qū)域。工藝性空調(diào)應(yīng)用在對(duì)空氣質(zhì)量有嚴(yán)格要求的空間,包括手術(shù)室、麻醉科等區(qū)域。醫(yī)院空調(diào)系統(tǒng)耗能量前五的區(qū)域見圖1,
分別是病房(含辦公室區(qū)域)、手術(shù)室和麻醉科、門診、消毒供應(yīng) 、急診。其中病房(含辦公室區(qū)域)占空調(diào)系統(tǒng)用能的百分之35.8,大大高于手術(shù)室等區(qū)域。
此外,醫(yī)院的能源均為外部購(gòu)置,成本居高不下。醫(yī)院的能源供應(yīng)結(jié)構(gòu)較為單一,電能百分之100由市電供應(yīng),不利于醫(yī)院能源系統(tǒng)安全。根據(jù)綠色醫(yī)院建筑的建設(shè)理念,需要符合低碳環(huán)保的要求。
2醫(yī)院節(jié)能措施建模
由醫(yī)院能耗特性分析可知,醫(yī)院能源系統(tǒng)節(jié)能應(yīng)從減少能源消耗和改善能源供應(yīng)結(jié)構(gòu)著手。以電能為主的能源消費(fèi)中,空調(diào)能耗占能耗的大部分。其中,醫(yī)院工藝性空調(diào)需要為診療服務(wù)提供支撐,不適宜進(jìn)行大幅度改造。醫(yī)院舒適性空調(diào)中,病房(含辦公室區(qū)域)應(yīng)作為節(jié)能對(duì)象。在日常實(shí)踐中發(fā)現(xiàn),病房和辦公室區(qū)域,人為不節(jié)能行為會(huì)造成空調(diào)非必要的能耗。例如,在病房區(qū)域,部分病人節(jié)能意識(shí)差,將空調(diào)溫度調(diào)至很低;部分病人擔(dān)
心室內(nèi)空氣流通狀況不佳,在空調(diào)運(yùn)行期間將窗戶打開通風(fēng);辦公區(qū)域,辦公室人員時(shí)常有下班忘記關(guān)空調(diào)等現(xiàn)象。醫(yī)院人員構(gòu)成復(fù)雜,節(jié)能理念難以統(tǒng)一,靠制度約束人的行為不可控因素過(guò)多。因此,考慮基于智慧醫(yī)院管理的智能樓宇建設(shè),構(gòu)建空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)、空調(diào)與窗戶聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)模型,同時(shí)挖掘醫(yī)院可再生能源資源的潛力,構(gòu)建屋頂光伏系統(tǒng)模型。
2.1空調(diào)智慧監(jiān)控系統(tǒng)
結(jié)合國(guó)務(wù)院執(zhí)行公共建筑空調(diào)溫度控制標(biāo)準(zhǔn)的通知和夏季病房?jī)?nèi)病人舒適性要求,空調(diào)系統(tǒng)設(shè)定的溫度取27℃較為適宜[13],而現(xiàn)實(shí)中,用戶多將病房空調(diào)設(shè)定溫度遠(yuǎn)低于27℃。因此,在考慮用戶偏好的前提下,通過(guò)空調(diào)智慧監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)病房?jī)?nèi)空調(diào)溫度范圍進(jìn)行調(diào)控,空調(diào)智慧監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)定如下:
1)實(shí)時(shí)采集室內(nèi)、室外氣溫;
2)規(guī)定空調(diào)設(shè)定溫度值tn;
3)病房?jī)?nèi)用戶輸入自己的偏好溫度ti;
4)當(dāng)外界氣溫高于(ti+3)℃時(shí),病房空調(diào)開啟,且溫度設(shè)定為ti;
5)當(dāng)用戶輸入的偏好溫度ti低于tn時(shí),病房空調(diào)自動(dòng)設(shè)定為tn。
模型假設(shè)用戶用能行為與監(jiān)控系統(tǒng)邏輯一致,傾向于在外界氣溫高于用戶的偏好溫度3℃時(shí)開啟空調(diào)。南方地區(qū)除夏季持續(xù)高溫外,過(guò)渡季節(jié)氣溫較多處于25~30℃間,因此該系統(tǒng)能有效監(jiān)控病房?jī)?nèi)空調(diào)開啟次數(shù)和設(shè)定溫度。根據(jù)Meteonorm軟件導(dǎo)出的廣州市2020年全年8785h氣象數(shù)據(jù),廣州市全年有1444h≥30℃,3122h≥27℃,4185h≥25℃。若用戶偏好溫度為22℃,則與設(shè)定溫度值27℃相比,全年空調(diào)開啟時(shí)長(zhǎng)相差巨大。用戶偏好溫度較低,令室內(nèi)外溫差加大,從而增加空調(diào)運(yùn)行能耗。計(jì)算能耗改變比例時(shí),可以假設(shè)外界環(huán)境除氣溫以外的因素不變,將空調(diào)系統(tǒng)能耗簡(jiǎn)化為室內(nèi)外空氣焓差。在改善空調(diào)開啟時(shí)長(zhǎng)和空氣焓差共同作用下,節(jié)約的能耗計(jì)算如下:
式中:ηt為每年因空調(diào)溫度控制而節(jié)約的空調(diào)能耗比例, ;η0為病房空調(diào)能耗占醫(yī)院總體空調(diào)能耗比例, ;Q為未實(shí)施節(jié)能措施前每年病房空調(diào)系統(tǒng)能耗,kW·h;Qrt為實(shí)施節(jié)能措施后每年病房空調(diào)系統(tǒng)能耗,kW·h;ko為每年室外氣溫≥(ti+3)℃的時(shí)間,h;ki為每年室外氣溫≥(tn+3)℃的時(shí)間,h;hw為室外空氣逐時(shí)比焓,kJ/kg;hn為室內(nèi)空氣時(shí)比焓,kJ/kg;Pt為在(t1,t2)溫度區(qū)間空調(diào)溫度設(shè)定的取值概率。
2.2空調(diào)與窗戶聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)
當(dāng)開啟空調(diào)房間的窗戶打開時(shí),在熱壓和風(fēng)壓的作用下,室內(nèi)冷空氣逸出,室外熱空氣進(jìn)入,使房間的冷負(fù)荷增加。結(jié)合醫(yī)院“智慧管理”的精細(xì)化管理,加強(qiáng)醫(yī)院設(shè)備在線管理,可建設(shè)空調(diào)系統(tǒng)與窗戶聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng),監(jiān)控窗戶啟閉狀態(tài),當(dāng)空調(diào)運(yùn)行和窗戶開啟2個(gè)條件同時(shí)滿足時(shí),通過(guò)能源管理系統(tǒng)關(guān)閉房間空調(diào),由此調(diào)節(jié)病房?jī)?nèi)空調(diào)用能行為。為簡(jiǎn)化計(jì)算,忽略冷熱空氣焓差,假設(shè)從窗戶進(jìn)入的是與室內(nèi)新風(fēng)溫度相同的冷空氣,通過(guò)實(shí)施該系統(tǒng)前后的系統(tǒng)風(fēng)量變化計(jì)算節(jié)約的空調(diào)能耗比例。新風(fēng)量能耗只占空調(diào)能耗的一部分,但在外界
條件不變的情況下,新風(fēng)量的有限改變不會(huì)大幅影響新風(fēng)量負(fù)荷占空調(diào)冷負(fù)荷的比例。且真實(shí)的熱空氣進(jìn)入房間后會(huì)額外增加空調(diào)能耗,因此,該簡(jiǎn)化不影響措施的能耗節(jié)約比例計(jì)算。節(jié)約的能耗計(jì)算如下:
ηw=ηnew(1-Grw/G)×100 (4)
G=Go×T×N×Kw+Gr×D×N(5)
Grw=Gr×D×N(6)
式中:ηw為每年因控制開窗行為而節(jié)約的空調(diào)能耗比例, ;ηnew為新風(fēng)量部分占空調(diào)冷負(fù)荷的比例, ;Grw為實(shí)施空調(diào)與窗戶聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)后每年病房空調(diào)系統(tǒng)總新風(fēng)量,m3;Go為通過(guò)開窗戶流通的空氣量,m3/s;T為開空調(diào)時(shí)開窗時(shí)長(zhǎng),h;N為房間數(shù),個(gè);Gr為一個(gè)房間的新風(fēng)換氣量,m3/s;D為開空調(diào)時(shí)長(zhǎng),s;Kw為有開窗現(xiàn)象的病房比例, 。
為便于研究窗戶流通的空氣量,將一個(gè)開窗的房間簡(jiǎn)化為單側(cè)開口箱體。通過(guò)窗戶的單側(cè)通風(fēng)量為熱壓和風(fēng)壓作用下的流通量。熱壓是指因室內(nèi)外溫度不同造成室內(nèi)外空氣密度差而產(chǎn)生的壓差。風(fēng)壓是指室內(nèi)外風(fēng)速作用下產(chǎn)生的壓差,假設(shè)窗戶為單開口自然通風(fēng),且為穩(wěn)態(tài)流動(dòng)。單側(cè)通風(fēng)量計(jì)算公式[14]為:
式中:Gh為熱壓作用下的自然通風(fēng)量,m3/s;Cd為系數(shù),取0.61;A為窗戶開啟面積,m2;H為開口高度,m;ΔT為室內(nèi)外空氣溫度差,K;T為室內(nèi)外空氣平均熱力學(xué)溫度,K;Gw為風(fēng)壓作用下的自然通風(fēng)量,m3/s;Aeff為有效開口面積,m2;U為開口處的風(fēng)速,m/s。
2.3綜合發(fā)電和樓頂遮陽(yáng)的屋頂光伏系統(tǒng)
太陽(yáng)能光伏板是常見的分布式可再生能源。通過(guò)增加發(fā)電途徑,可以改善能源供應(yīng),降低能源成本。通常該技術(shù)措施的節(jié)能效果是根據(jù)光伏發(fā)電量估算,而光伏板對(duì)于建筑的影響則被忽略。根據(jù)對(duì)設(shè)備設(shè)施的智慧管理與規(guī)劃,設(shè)計(jì)屋頂太陽(yáng)能光伏板鋪設(shè)方案,可以達(dá)到發(fā)電和樓頂遮陽(yáng)的雙重效果。
在屋頂,光伏板對(duì)太陽(yáng)輻射進(jìn)行直接遮擋,相當(dāng)于增加了熱阻,減少到達(dá)室內(nèi)的熱流量。光伏板架空通風(fēng)層中空氣對(duì)流運(yùn)動(dòng)也能帶走部分熱量,減少到達(dá)屋頂?shù)臒崃髁?,為?jiǎn)化計(jì)算,忽略不計(jì)。因遮陽(yáng)減少的能耗比例計(jì)算公式為:
式中:q1為采取遮陽(yáng)措施前單位面積因太陽(yáng)輻射產(chǎn)生從室外到室內(nèi)的熱流量,W/m2;q2為采取遮陽(yáng)措施后單位面積因太陽(yáng)輻射產(chǎn)生從室外到室內(nèi)的熱流量,W/m2;Ro為屋面總熱阻,m2·K/W;ΔR為光伏板附加的熱阻,m2·K/W;A為屋頂房間數(shù)量占全部房間的比例, 。
通過(guò)光伏板發(fā)電產(chǎn)生的電量計(jì)算公式為:
ηpv,p=Ppv/Q=Ipv×S×p×T(13)
式中:Ppv為光伏板年發(fā)電量,kW·h;Ipv為單位光伏板的額定發(fā)電功率,kW/m2;S為屋頂可鋪設(shè)光伏板面積,m2;p為光伏板發(fā)電效率, ;T為年太陽(yáng)能可利用小時(shí)數(shù),h。
由式(10)~式(13),則該項(xiàng)措施每年可節(jié)省空調(diào)能耗比例為:
ηpv=ηpv,r+ηpv,p(14)
綜合以上節(jié)能措施,共節(jié)約能耗比例為:
ηc=ηt+ηw+ηpv(15)
3節(jié)能效果與敏感性分析
廣州地區(qū)夏季室外空氣逐時(shí)計(jì)算焓值可根據(jù)GB50019—2015《工業(yè)建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》查得。醫(yī)院空調(diào)系統(tǒng)設(shè)定的特定溫度tn取27℃,室內(nèi)相對(duì)濕度取60 。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì),廣州地區(qū)典型的家庭情景里開機(jī)時(shí)臥室和客廳開啟空調(diào)的平均溫23.35℃[15]。假設(shè)用戶設(shè)定空調(diào)溫度ti遵循正態(tài)分布,取N(23,22),取值區(qū)間為(15℃,35℃)。
開窗行為是個(gè)體不確定行為,在空調(diào)房間的開窗行為是一種特定情景的開窗行為[16]。夏熱冬冷地區(qū)夏季空調(diào)開啟時(shí)窗戶開啟率有11.1 [17],可認(rèn)為此行為規(guī)律在夏熱冬暖地區(qū)適用。取開窗時(shí)長(zhǎng)為開空調(diào)時(shí)長(zhǎng)的一半。單間病房新風(fēng)量Gr取0.0556m3/s。窗戶開啟面積A取1.2m×0.6m,開口的高度H取1.2m,有效開口面積Aeff取窗口面積A的一半。室內(nèi)外空氣溫度差ΔT取5K,室內(nèi)外空氣平均溫度T取302.5K,開口處的風(fēng)速U取2m/s。
根據(jù)夏熱冬暖地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),屋頂熱阻Ro取0.91m·2K/W,ΔR取0.3m·2K/W。A取14 ,COP取3.5。單位光伏板的額定發(fā)電功率Ipv取1kW/m2,屋頂可鋪設(shè)光伏板面積S取2000m2,光伏板發(fā)電效率p取15.4 ,年太陽(yáng)能可利用小時(shí)數(shù)T取2200h。
經(jīng)計(jì)算,采取以上節(jié)能措施后,全年預(yù)計(jì)可減少用電256萬(wàn)kW·h,折合節(jié)省標(biāo)煤315t,減少CO2排放量873t,說(shuō)明節(jié)能措施具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。
各項(xiàng)節(jié)能措施從設(shè)備的智慧管理、人的行為控制和可再生能源利用等方面進(jìn)行節(jié)能,節(jié)能效果各有不同。采取節(jié)能措施后,醫(yī)院能耗比例見圖2。由圖可看出,節(jié)能措施共節(jié)約醫(yī)院能耗22.47 。其中,空調(diào)溫度控制占12 ,光伏板綜合節(jié)能占7 ,開窗行為控制占3 ,說(shuō)明空調(diào)溫度控制起了重要作用??照{(diào)溫度控制和光伏板綜合節(jié)能措施可在已建成醫(yī)院進(jìn)行局部改造,開窗行為控制需要加強(qiáng)醫(yī)院運(yùn)行管理。
在對(duì)節(jié)能措施的效果分析中,為減少不確定因素,作了一定程度的簡(jiǎn)化和估計(jì)?,F(xiàn)對(duì)部分?jǐn)?shù)據(jù)作敏感性分析:
對(duì)用戶降低空調(diào)設(shè)定溫度或提前開啟空調(diào)的行為進(jìn)行分析時(shí),取空調(diào)設(shè)定溫度為正態(tài)分布N(23,22)。當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)差和均值分別變化時(shí),室內(nèi)設(shè)定溫度概率分布見圖3。
當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)差變化為1、2、2.5時(shí),計(jì)算得到節(jié)約空調(diào)能耗比例分別為11.5 、12.1 、12.6 ,差別不大。當(dāng)均值變化為23、24、25時(shí),計(jì)算得到節(jié)約空調(diào)能耗比例分別為12.1 、10.6 、9.1 ,均值的變化對(duì)結(jié)果影響較標(biāo)準(zhǔn)差變化帶來(lái)的影響較大。根據(jù)日常經(jīng)驗(yàn),僅有20 的人將空調(diào)調(diào)至25℃是較為保守的估計(jì),此時(shí)節(jié)約空調(diào)能耗比例仍然較高。
2)對(duì)空調(diào)開啟時(shí)開啟窗戶的行為進(jìn)行分析時(shí),開窗的病房比例、通風(fēng)面積、室內(nèi)外溫差均取值一定。當(dāng)開窗病房比例為11 、通風(fēng)面積取0.64m2、室內(nèi)外溫差取5℃時(shí),節(jié)約空調(diào)能耗比例為3.34 ,此數(shù)據(jù)為綜合各種開窗情況的平均情況。當(dāng)開窗的病房比例從8 變化到10 時(shí),節(jié)約空調(diào)能耗比例從2.41 變化到3.01 。當(dāng)通風(fēng)面積從50 變化到80 時(shí),節(jié)約空調(diào)能耗比例從2.36 變化到2.68 。當(dāng)室內(nèi)外溫差為3℃時(shí),節(jié)約空調(diào)能耗比例為2.97 ??芍_窗的病房比例和通風(fēng)面積對(duì)能耗比例有一定影響,室內(nèi)外溫差影響較小。
4安科瑞醫(yī)院EMS能效管理系統(tǒng)
4.1平臺(tái)拓?fù)鋱D
4.2醫(yī)院能耗管理系統(tǒng)解決方案
對(duì)建筑各類耗能設(shè)備能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量,對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。能夠合理的確定各科室建筑能耗經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及績(jī)效考核指標(biāo),發(fā)現(xiàn)能源使用規(guī)律和能源浪費(fèi)情況,提高人員主動(dòng)節(jié)能的意識(shí)。
① 搭建醫(yī)院智慧能源管理系統(tǒng)的基本框架,對(duì)各個(gè)用能環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè);
② 排碳數(shù)據(jù)化:通過(guò)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)建筑單位內(nèi)人均能耗分析(包括水、電、能量),實(shí)現(xiàn)低碳辦公數(shù)據(jù)化;
③ 區(qū)域能效比:實(shí)現(xiàn)建筑單位內(nèi)區(qū)域能耗對(duì)比,方便能耗考核;
④ 同期能效比:實(shí)現(xiàn)同年、同期、同一區(qū)域能耗對(duì)比,方便節(jié)能數(shù)據(jù)分析;
⑤ 能耗評(píng)估管理:按照能源消耗定額標(biāo)準(zhǔn)約束值、標(biāo)準(zhǔn)值、引導(dǎo)值進(jìn)行分析單位面積能耗和人均能耗指標(biāo);
⑥ 能耗競(jìng)爭(zhēng)排名:各個(gè)科室能耗對(duì)比,實(shí)現(xiàn)能耗排名,增強(qiáng)全院工作人員的節(jié)能意識(shí);
⑦ 對(duì)能耗的使用數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合的分析、統(tǒng)計(jì)、打印和查詢等功能,并根據(jù)能耗監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)的需要可選擇不同樣式報(bào)表的打印。為能耗運(yùn)營(yíng)管理部門提供可靠的依據(jù);
⑧ 能耗數(shù)據(jù)采集,隨時(shí)查詢,并根據(jù)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,監(jiān)測(cè)異常能源用量,對(duì)能源智能儀表故障進(jìn)行報(bào)警,提高系統(tǒng)信息化、自動(dòng)化水平。
能耗管控系統(tǒng)硬件配置方案
應(yīng)用場(chǎng)景 | 型號(hào) | 圖 片 | 保護(hù)功能 |
能耗管理云平臺(tái) | AcrelCloud-5000 | 采用泛在物聯(lián)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)通訊、智能傳感等技術(shù)手段可為用戶提供能源數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計(jì)分析、能效分析、用能預(yù)警、設(shè)備管理等服務(wù),平臺(tái)可以廣泛應(yīng)用于多種領(lǐng)域。 | |
智能網(wǎng)關(guān) | Anet系列網(wǎng)管 | 采用嵌入式硬件計(jì)算機(jī)平臺(tái),具有多個(gè)下行通信接口及一個(gè)或者多個(gè)上行網(wǎng)絡(luò)接口,作為信息采集系統(tǒng)中采集終端與平臺(tái)系統(tǒng)間的橋梁,能夠根據(jù)不同的采集規(guī)約進(jìn)行水表、氣表、電表、微機(jī)保護(hù)等設(shè)備終端的數(shù)據(jù)采集匯總,并使用相應(yīng)的規(guī)約轉(zhuǎn)發(fā)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)給平臺(tái)系統(tǒng)。 | |
高壓重要回路或低壓進(jìn)線柜 | APM810 | 具有全電量測(cè)量,電能統(tǒng)計(jì),電能質(zhì)量分析及網(wǎng)絡(luò)通訊等功能,主要用于對(duì)電網(wǎng)供電質(zhì)量的綜合監(jiān)控診斷及電能管理。該系列儀表采用了模塊化設(shè)計(jì),當(dāng)客戶需要增加開關(guān)量輸入輸出,模擬量輸入輸出,SD卡記錄,以太網(wǎng)通訊時(shí),只需在背部插入對(duì)應(yīng)模塊即可。 | |
APM520 | 三相全電量測(cè)量,2-63次諧波,不平衡度,需量,支持付費(fèi)率,越限報(bào)警,SOE,4-20mA輸出。 | ||
低壓聯(lián)絡(luò)柜、 | AEM96 | 三相多功能電能表,均集成三相電力參數(shù)測(cè)量及電能計(jì)量及考核管理,提供上24時(shí)、上31日以及上12月的電能數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。具有63次分次諧波與總諧波含量檢測(cè),帶有開關(guān)量輸入和繼電器輸出可實(shí)現(xiàn)“遙信”和“遙控”功能,并具備報(bào)警輸出,可廣泛應(yīng)用于多種控制系統(tǒng),SCADA系統(tǒng)和能源管理系統(tǒng)中。 | |
動(dòng)力柜 | ACR120EL | 測(cè)量所有的常用電力參數(shù),如三相電流、電壓,有功、無(wú)功功率,電度,諧波等,并具備完善的通信聯(lián)網(wǎng)功能,非常適合于實(shí)時(shí)電力監(jiān)控系統(tǒng)。 | |
DTSD1352 | DIN35mm導(dǎo)軌式安裝結(jié)構(gòu),體積小巧,能測(cè)量電能及其他電參量,可進(jìn)行時(shí)鐘、費(fèi)率時(shí)段等參數(shù)設(shè)置,精度高、可靠性好、性能指標(biāo)符合國(guó)標(biāo)GB/T17215-2002、GB/T17883-1999和電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T614-2007對(duì)電能表的各項(xiàng)技術(shù)要求,并且具有電能脈沖輸出功能;可用RS485通訊接口與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。 | ||
AEW100 | 三相全電量測(cè)量,剩余電流、2-63次諧波,支持付費(fèi)率,量值、電纜溫度,可選2G/4G通訊。 |
4.3醫(yī)院智能照明控制系統(tǒng)解決方案
醫(yī)院人流比較密集,科室較多,照明用電在醫(yī)院電能消耗中約占到15 左右。所以合理使用照明控制系統(tǒng),在提升醫(yī)生和患者的體驗(yàn)情況下大程度使用自然光照明,通過(guò)感應(yīng)控制做到人來(lái)燈亮,人走燈滅或保持地強(qiáng)度照明,盡量解決照明用電。
ASL1000智能照明控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景控制、時(shí)間控制、區(qū)域控制、光照度感應(yīng)控制以及紅外感應(yīng)控制等多種控制方式,能有效避免公共區(qū)域的照明浪費(fèi),還可以幫助醫(yī)院管理照明。
系統(tǒng)在配電箱內(nèi)的模塊主要有總線電源、開關(guān)驅(qū)動(dòng)器、IP網(wǎng)關(guān)、耦合器、干接點(diǎn)輸入模塊等。這些模塊使用35mm標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌安裝。
安裝在控制現(xiàn)場(chǎng)的模塊主要有光照度傳感器、紅外傳感器和智能面板。有人經(jīng)過(guò)可以設(shè)定紅外感應(yīng)控制亮燈,人離開后在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)熄燈,智能面板等手動(dòng)控制設(shè)備,可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、現(xiàn)場(chǎng)控制和值班室遠(yuǎn)程控制相結(jié)合。
智能照明控制系統(tǒng)硬件配置方案
應(yīng)用場(chǎng)合(配電室) | 產(chǎn)品 | 型號(hào) | 功能 | |
普通照明 | 配電箱 | ASL220-S 系列 | 1、ALIBUS總線擴(kuò)展模塊,通信鏈路供電。 2、功耗:≤5VA 3、4路16A磁保持繼電器輸出,輸出可通過(guò)按鈕手動(dòng)控制,輸出狀態(tài)液晶屏顯示。 4、2路開關(guān)量輸入,可接入開關(guān)、報(bào)警、人體紅外感應(yīng)器等信號(hào)。
144mm(W)*90mm(H)*70mm(D)。 6、35mm標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌式安裝 | |
按鍵面板 | ASL220-F1/2 | 1聯(lián)兩鍵 1、ALIBUS總線場(chǎng)景面板,通信鏈路供電; 2、1聯(lián)2鍵輕觸按鍵,多彩背光指示,金、黑、灰可選; 3、每個(gè)按鍵支持長(zhǎng)按、短按功能,均可實(shí)現(xiàn)開關(guān)、調(diào)光、場(chǎng)景控制; 4、外形尺寸: 86mm(W)*86mm(H)*24mm(D); 5、86底盒安裝 | ||
探測(cè)器 | ASL220-PM/T | PIR+照度傳感器 1、ALIBUS總線傳感器,通信鏈路供電,功耗:20mA@24V; 2、特殊運(yùn)算電路,可通過(guò)紅外感應(yīng)探測(cè)到人體動(dòng)作; 4、安裝方式:嵌入式; 5、外形尺寸:ф80mm*33mm;產(chǎn)品外露尺寸:ф80mm*2.5mm | ||
備用照明 | 雙切箱 | ASL210-S 系列 | 1、ALIBUS總線擴(kuò)展模塊,通信鏈路供電。 2、功耗:≤3VA 3、4路16A磁保持繼電器輸出。 4、1路開關(guān)量輸入,可接入開關(guān)、報(bào)警、人體紅外感應(yīng)器等信號(hào),1路485通訊。 5、外形尺寸:108mm(W)*90mm(H)*70mm(D)。 6、消防聯(lián)動(dòng)啟動(dòng)一般照明(備用照明)。 7、35mm標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌式安裝 | |
應(yīng)用場(chǎng)合(艙室) | 產(chǎn)品 | 型號(hào) | 功能 | |
普通照明 | 配電箱 | ASL220-S 系列 | 1、ALIBUS總線擴(kuò)展模塊,通信鏈路供電。 2、功耗:≤5VA 3、4路16A磁保持繼電器輸出,輸出可通過(guò)按鈕手動(dòng)控制,輸出狀態(tài)液晶屏顯示。 4、2路開關(guān)量輸入,可接入開關(guān)、報(bào)警、人體紅外感應(yīng)器等信號(hào)。 5、外形尺寸:144mm(W)*90mm(H)*70mm(D)。 6、35mm標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌式安裝 | |
按鍵面板 | ASL220-F1/2 | 1聯(lián)兩鍵 1、ALIBUS總線場(chǎng)景面板,通信鏈路供電; 2、1聯(lián)2鍵輕觸按鍵,多彩背光指示,金、黑、灰可選; 3、每個(gè)按鍵支持長(zhǎng)按、短按功能,均可實(shí)現(xiàn)開關(guān)、調(diào)光、場(chǎng)景控制; 4、外形尺寸:86mm(W)*86mm(H)*24mm(D); 5、86底盒安裝 | ||
探測(cè)器 | ASL220-PM/T | PIR+照度傳感器 1、ALIBUS總線傳感器,通信鏈路供電,功耗:20mA@24V; 2、特殊運(yùn)算電路,可通過(guò)紅外感應(yīng)探測(cè)到人體動(dòng)作; 4、安裝方式:嵌入式; 5、外形尺寸:ф80mm*33mm;產(chǎn)品外露尺寸:ф80mm*2.5mm | ||
備用照明 | 雙切箱 | ASL210-S 系列 | 1、ALIBUS總線擴(kuò)展模塊,通信鏈路供電。 2、功耗:≤3VA 3、4路16A磁保持繼電器輸出。 4、1路開關(guān)量輸入,可接入開關(guān)、報(bào)警、人體紅外感應(yīng)器等信號(hào),1路485通訊。 5、外形尺寸:108mm(W)*90mm(H)*70mm(D)。 6、消防聯(lián)動(dòng)啟動(dòng)一般照明(備用照明)。 7、35mm標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌式安裝 | |
IP網(wǎng)關(guān) | ASL200-485-IP | IP協(xié)議轉(zhuǎn)換器(ALIBUS<-->TCP/IP) 1、1路ALIBUS通信總線接口。 2、1路RS485 3、1路以太網(wǎng)接口,以太網(wǎng)通訊 4、串口速率1200~115200bps可配置。串口支持標(biāo)準(zhǔn)MODBUS-RTU協(xié)議。 5、外形尺: 96.6mm(W)*70mm(H)*18mm(D)。 6、35mm標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌式安裝 7、IP地址設(shè)置連接、ALIBUS系統(tǒng)組網(wǎng)擴(kuò)容、ALIBUS通訊軟件連接 | ||
IP輔助電源 | ASL200-P20 | 輔助電源 1、輸入電壓范圍:176-264VAC 2、輸出電壓及功率:24VDC/20W 3、電壓調(diào)整范圍:21.6~29V 4、工作溫度:-40~+70℃ 5、外形尺寸:96.6mm(W)*70mm(H)*18mm(D) 6、35mm標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌式安裝 |
4結(jié)論
1)醫(yī)院能源消費(fèi)以電能為主的能源消費(fèi)中,空調(diào)能耗占能耗的大部分,其中病房(含辦公室區(qū)域)占空調(diào)系統(tǒng)用能的35.8 ,具有較大的節(jié)能潛力。
2)空調(diào)智慧監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)管理病房?jī)?nèi)溫度,使之維持在特定的溫度區(qū)間,可以降低醫(yī)院能耗12 ;空調(diào)與窗戶聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)通過(guò)控制和減少人的開窗行為,可以降低醫(yī)院能耗3 ;屋頂光伏系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)綜合發(fā)電和樓頂遮陽(yáng),從而降低醫(yī)院能耗7 。
3)通過(guò)建設(shè)智慧能源管理系統(tǒng),預(yù)計(jì)實(shí)施后每年可以減少用電256萬(wàn)kW·h,相當(dāng)于節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)煤315t,減少CO2排放量873t,節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益顯著。
4)室內(nèi)設(shè)定溫度對(duì)能耗的影響顯著,空調(diào)溫度設(shè)為25℃時(shí)節(jié)約空調(diào)能耗比例達(dá)到9.1 ;開窗的病房比例和通風(fēng)面積對(duì)能耗比例有一定影響,室內(nèi)外溫差的影響則較小。
本文基于智慧醫(yī)院的建設(shè)要求,主要探索了醫(yī)院智慧管理在能源系統(tǒng)中的應(yīng)用,分析的節(jié)能措施主要集中在智能樓宇與用戶的互動(dòng)。在接下來(lái)的研究中,需要進(jìn)一步研究智能設(shè)備管理和智慧醫(yī)療在能源系統(tǒng)中的應(yīng)用。
參考文獻(xiàn):
基于智慧能源管理的醫(yī)院節(jié)能措施分析
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[4]安科瑞用戶變電站變配電監(jiān)控解決方案2021.10