孫 靖

[施耐德電氣(中國)有限公司, 上海 200062]

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醫(yī)療建筑綜合能效管理平臺

孫 靖

[施耐德電氣(中國)有限公司, 上海 200062]

介紹了醫(yī)療建筑綜合能效管理平臺的硬件架構(gòu)、軟件界面架構(gòu),分析了綜合能效管理平臺的設(shè)計與工程實(shí)施流程。提出醫(yī)療建筑綜合能效管理平臺是與醫(yī)療流程相結(jié)合的跨系統(tǒng)平臺,需在架構(gòu)和設(shè)計上打通醫(yī)療流程、能源供給、能源計量、主要能耗設(shè)備監(jiān)控以及關(guān)鍵區(qū)域控制等多個系統(tǒng),以保障能源使用的效果和效率。

醫(yī)療建筑; 綜合能效管理平臺; 硬件架構(gòu); 軟件界面架構(gòu)

孫 靖(1977—),男,博士,從事綠色建筑能效解決方案方面的工作。

0 引 言

醫(yī)療建筑每天不間斷運(yùn)行,存在大量高能耗的醫(yī)學(xué)、影像設(shè)備,同時需要滿足各種潔凈度、壓差、消毒等需求,因此其能耗及可靠性要求遠(yuǎn)高于普通商業(yè)或公共建筑。

GB 50314—2015《智能建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》[1]醫(yī)療建筑部分中,明確在原有GB 50314—2006“建筑設(shè)備管理系統(tǒng)”中單獨(dú)加入“建筑能效監(jiān)管系統(tǒng)”,與“建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)”并列,表明政府在醫(yī)療建筑領(lǐng)域?qū)τ诮ㄖO(shè)備運(yùn)行精細(xì)化管理的重視,并且向著以能源和設(shè)備管理相結(jié)合的方向引導(dǎo)。然而,目前在實(shí)際操作過程中,建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)和建筑能效監(jiān)管系統(tǒng)往往仍單獨(dú)建設(shè),導(dǎo)致這兩個系統(tǒng)數(shù)據(jù)不通,衡量指標(biāo)不一致,建筑能效監(jiān)管平臺仍停留在能源分項(xiàng)計量加部分統(tǒng)計信息面板層面,難以指導(dǎo)設(shè)備運(yùn)行和管理[2-3]。

醫(yī)療建筑綜合能效管理平臺是與醫(yī)療流程相結(jié)合的跨系統(tǒng)平臺,需要在架構(gòu)和設(shè)計上打通醫(yī)療流程、能源供給、能源計量、主要能耗設(shè)備監(jiān)控以及關(guān)鍵區(qū)域控制等多個系統(tǒng),從而使能源、設(shè)備高效地服務(wù)于醫(yī)療流程。

1 醫(yī)療建筑綜合能效管理平臺架構(gòu)設(shè)計

搭建醫(yī)療建筑綜合能效管理平臺需要打通多個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和流程。為避免多個系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)相互整合的復(fù)雜性,從總體架構(gòu)角度考慮,建議將各子系統(tǒng)整合到能源管理(能源供應(yīng)側(cè)管理)、設(shè)備管理(能源需求側(cè)管理)以及醫(yī)療流程管理(行業(yè)應(yīng)用)三大系統(tǒng),然后再集成這三大系統(tǒng),形成統(tǒng)一、供需雙向、與行業(yè)應(yīng)用結(jié)合的綜合能效管理平臺[4-5]。

(1) 能源管理系統(tǒng)。以電力管理系統(tǒng)為基礎(chǔ)(鑒于電力是絕大多數(shù)醫(yī)療建筑的主要能源),整合能源計量及其他能源管理系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)能源的供給可靠性、能源管理以及能源網(wǎng)絡(luò)設(shè)備資產(chǎn)管理等功能 。醫(yī)療建筑能源管理系統(tǒng)功能如表1所示。

表1 醫(yī)療建筑能源管理系統(tǒng)功能

(2) 設(shè)備管理系統(tǒng)。以建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)為基礎(chǔ)(建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控暖通等高能耗系統(tǒng),具有很強(qiáng)的集成和定制化能力),集成照明控制、病房控制以及潔凈區(qū)域控制等高能耗設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)設(shè)備實(shí)時監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)控以及必要的系統(tǒng)集成等功能。醫(yī)療建筑設(shè)備管理系統(tǒng)功能如表2所示。

表2 醫(yī)療建筑設(shè)備管理系統(tǒng)功能

(3) 醫(yī)療流程管理。醫(yī)療系統(tǒng)中大量的軟件對醫(yī)療流程進(jìn)行管理,鑒于應(yīng)用于能效的信息、流程主要與門診量、病床占用量以及手術(shù)室排班流程等相關(guān),建議統(tǒng)一以醫(yī)療信息系統(tǒng)為接口,傳輸相關(guān)信息。

綜合能效管理平臺以建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)為基礎(chǔ),整合能源管理系統(tǒng)和醫(yī)療流程信息。醫(yī)療建筑綜合能效管理平臺架構(gòu)如圖1所示。

圖1 醫(yī)療建筑綜合能效管理平臺架構(gòu)

2 監(jiān)控軟件界面功能架構(gòu)設(shè)計

醫(yī)療建筑綜合能效管理平臺集成眾多子系統(tǒng),需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行重新組合和再加工,滿足不同使用者的需求。

按角色分類,醫(yī)院中日常使用綜合能效管理平臺的人員主要包括后勤主管及以上的管理人員、負(fù)責(zé)各區(qū)域的巡回管理護(hù)士或護(hù)士長、各區(qū)域內(nèi)工作的醫(yī)護(hù)人員等。各專業(yè)的相關(guān)物業(yè)保障人員、專業(yè)工程師一般不會直接使用綜合能效管理平臺,利用各子系統(tǒng)的監(jiān)控平臺,已能完成各自系統(tǒng)的常規(guī)運(yùn)維任務(wù),只需對綜合能效管理平臺中定義的各項(xiàng)可靠性、控制效果以及系統(tǒng)/設(shè)備效率負(fù)責(zé),出現(xiàn)異常時及時解決問題。

監(jiān)控軟件界面功能架構(gòu)如圖2所示。

圖2 監(jiān)控軟件界面功能架構(gòu)

以下僅給出綜合能效管理平臺部分界面,在具體項(xiàng)目中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況和需求進(jìn)行選擇。

后勤主管以上的管理人員一般無需關(guān)注每個子系統(tǒng)的細(xì)節(jié),關(guān)注重點(diǎn)是整合后的信息反映能源、設(shè)備以及空間的總體效率,當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常或不合理后,再關(guān)注設(shè)備細(xì)節(jié)或要求相關(guān)物業(yè)運(yùn)維人員采取相關(guān)行動,從而優(yōu)化后勤運(yùn)營。

能源、設(shè)備以及空間效率管理的一些界面如下:

(1) 能耗效率總覽,包括總體財務(wù)目標(biāo)及能耗密度管理,電、水、汽系統(tǒng)綜合評價,能源需量管理。能源效率界面如圖3所示。

(2) 設(shè)備效率總覽,包括區(qū)域設(shè)備狀態(tài)概覽、設(shè)備報警管理、設(shè)備綜合效率管理。設(shè)備效率界面如圖4所示。

(3) 空間效率概覽,包括醫(yī)療運(yùn)營數(shù)據(jù)集成及空間利用效率分析、單位醫(yī)療指標(biāo)能耗分析?？臻g效率界面如圖5所示。

圖3 能源效率界面

圖4 設(shè)備效率界面

圖5 空間效率界面

負(fù)責(zé)各區(qū)域的巡回管理護(hù)士或護(hù)士長,以及具體在各區(qū)域內(nèi)工作的醫(yī)護(hù)人員對于平臺交互界面的需求因區(qū)域而有所不同。本文結(jié)合手術(shù)室展現(xiàn)部分界面。

手術(shù)室集成監(jiān)控界面如圖6所示,包括潔凈環(huán)境綜合監(jiān)控及節(jié)能控制(換氣率狀態(tài)切換等)、電力系統(tǒng)監(jiān)控及報警(IT供電、絕緣監(jiān)測、UPS等)、其他信息集成(如醫(yī)用氣體狀態(tài)燈等)。

圖6 手術(shù)集成監(jiān)控界面

手術(shù)室綜合管理界面如圖7所示,包括手術(shù)室狀態(tài)及主要運(yùn)行參數(shù)管理;手術(shù)數(shù)量及時長輔助管理;手術(shù)室能效水平管理。

圖7 手術(shù)室綜合管理界面

手術(shù)室信息面板界面如圖8所示,包括手術(shù)室環(huán)境監(jiān)控及設(shè)定、手術(shù)室供電及供氣故障報警、手術(shù)計時及相關(guān)報告。

圖8 手術(shù)室信息面板界面

3 綜合能效管理平臺設(shè)計及工程實(shí)施流程整合

綜合能效管理平臺架構(gòu)解決了數(shù)據(jù)互聯(lián)互通,界面結(jié)構(gòu)解決了數(shù)據(jù)整理,還需考慮各子系統(tǒng)在醫(yī)療建筑中的特殊應(yīng)用。只有在設(shè)計及工程實(shí)施流程上進(jìn)行流程整合,才能在實(shí)際使用過程中實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)統(tǒng)一。

傳統(tǒng)的設(shè)計及工程實(shí)施通常分系統(tǒng)獨(dú)立進(jìn)行,由于各專業(yè)的理解差異,形成的數(shù)據(jù)分類不一致,系統(tǒng)與系統(tǒng)之間耦合度差,甚至根本無法進(jìn)行數(shù)據(jù)交叉對比、分析和優(yōu)化。

如能源計量,部分國家及地方分項(xiàng)計量系統(tǒng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)對總能耗、分項(xiàng)能耗、一級能耗節(jié)點(diǎn)、二級能耗節(jié)點(diǎn),以及末端能耗大于多少時宜單獨(dú)計量進(jìn)行了定義。然而在實(shí)際實(shí)施過程中存在以下問題:

(1) 資金和投入產(chǎn)出關(guān)系,往往只能做到一級能耗節(jié)點(diǎn)覆蓋,二級能耗節(jié)點(diǎn)需要進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。從配電回路和設(shè)備類型上考慮,往往無法達(dá)到最優(yōu)。如根據(jù)設(shè)備功率,原設(shè)計中對大量消防動力設(shè)備進(jìn)行了計量,計量點(diǎn)數(shù)占13.6%。實(shí)際上,消防動力使用頻次極低,一般不會納入能效考核指標(biāo),僅在變電所節(jié)點(diǎn)設(shè)置分類能耗統(tǒng)計,其他計量節(jié)點(diǎn)最多考慮就地非聯(lián)網(wǎng)計量。同一項(xiàng)目中,原設(shè)計并未對空調(diào)末端進(jìn)行二級能耗計量,然而空調(diào)末端使用狀況往往是暖通空調(diào)效率的考核重點(diǎn)。根據(jù)統(tǒng)計分析,除風(fēng)機(jī)盤管外(風(fēng)機(jī)盤管由于數(shù)量眾多,一般無法實(shí)現(xiàn)精確計量,可根據(jù)運(yùn)行時間和風(fēng)機(jī)檔速進(jìn)行估算考核),新風(fēng)機(jī)組和空調(diào)機(jī)組中47%風(fēng)機(jī)功率大于5 kW(根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況分析后,計量點(diǎn)分界劃分在5 kW,而非部分標(biāo)準(zhǔn)推薦的10 kW),這些設(shè)備占到所有新風(fēng)機(jī)組和空調(diào)機(jī)組總能耗的78.7%,即在總計量點(diǎn)數(shù)中增加6.5%的投資,就可以實(shí)現(xiàn)空調(diào)末端設(shè)備78.7%的二級計量,為優(yōu)化控制提供依據(jù)。

(2) 進(jìn)一步細(xì)化,還可以分辨這些新風(fēng)機(jī)組及空調(diào)機(jī)組的服務(wù)區(qū)域。對于服務(wù)區(qū)域負(fù)荷變化較大的設(shè)備,建議進(jìn)行變頻控制和重點(diǎn)計量。計量范圍不僅包括風(fēng)機(jī)電量計量,同時還包括熱計量,從而可以用單元能源消耗量、空調(diào)末端能效比等能效指標(biāo)衡量空調(diào)末端控制和管理的優(yōu)劣,實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵指標(biāo)導(dǎo)向型的精細(xì)化閉環(huán)管理。

(3) 電能質(zhì)量監(jiān)控和電力計量可以通過同一套采集平臺實(shí)現(xiàn)。因此,在表具的選擇上還應(yīng)區(qū)分進(jìn)線、饋線、普通計量、特殊區(qū)域(如影像區(qū)域、手術(shù)室)等,針對不同區(qū)域?qū)Ρ砭咛岢霾煌挠嬃?、收費(fèi)、電能質(zhì)量追蹤、故障分析及精度需求。

因此,要設(shè)計計量及電能質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng),需要綜合考慮計量、電能質(zhì)量、建筑設(shè)備、樓宇自控、環(huán)境監(jiān)測以及醫(yī)療區(qū)域或流程等需求。

醫(yī)療建筑綜合能效管理平臺設(shè)計及工程實(shí)施流程整合的關(guān)鍵是在項(xiàng)目全生命周期中(從項(xiàng)目定位到驗(yàn)收認(rèn)證)整體把控整個平臺架構(gòu)、功能、接口規(guī)范以及系統(tǒng)邏輯關(guān)系的解決方案架構(gòu)師,從區(qū)域、不同使用者角色的角度考慮,將項(xiàng)目咨詢顧問的綠色/行業(yè)目標(biāo)以及各子系統(tǒng)的具體設(shè)計/執(zhí)行聯(lián)系起來。

醫(yī)療建筑綜合能效管理平臺的設(shè)計及工程實(shí)施流程整合如圖9所示。

圖9 醫(yī)療建筑綜合能效管理平臺的設(shè)計及工程實(shí)施流程整合

4 結(jié) 語

醫(yī)療建筑綜合能效管理平臺可以有效地實(shí)現(xiàn)能源供應(yīng)與需求雙向管理,結(jié)合醫(yī)療流程,保障醫(yī)療建筑能源使用的效果和效率。本文提出的總體平臺架構(gòu)和界面架構(gòu)是根據(jù)國內(nèi)外多個實(shí)際項(xiàng)目的需求、實(shí)踐及經(jīng)驗(yàn)總結(jié)歸納而成的,在實(shí)際項(xiàng)目中由于各項(xiàng)目的具體情況不同要進(jìn)行適當(dāng)功能增減或調(diào)整。在整個項(xiàng)目過程中設(shè)計、執(zhí)行流程的整合至關(guān)重要,其中把控整個平臺架構(gòu)、功能、接口規(guī)范以及系統(tǒng)之間邏輯關(guān)系的解決方案架構(gòu)師對項(xiàng)目成功起到了很大作用。

[1] 智能建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn):GB 50314—2015[S].

[2] Chris Robots.綠色醫(yī)院電氣設(shè)計指南[M].北京:中國電力出版社,2014.

[3] 綜合醫(yī)院建筑設(shè)計規(guī)范:GB 51039—2014[S].

[4] 國家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑用電分項(xiàng)計量系統(tǒng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn):DB 33/1090—2013[S].

[5] 空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行:GB/T 17981—2007[S].

Comprehensive Energy Efficiency Management Platform in Hospital Building

SUN Jing

[Schneider Electric(China) Co., Ltd., Shanghai 200062, China]

This paper introduced the hardware architecture and software interface architecture of comprehensive energy efficiency management platform in hospital building.The design and project implementation process of comprhensive energy efficiency management platform were analyzed.It is pointed out that the comprehensive energy efficiency management platform is a multi-operation system platform which combines with the medical processes.Considering on the architecture and design of comprhensive energy efficiency management platform,it is necessary to get through many systems including medical process,source supply,soure metering,main energy consumption devices monitoring,and critical regions controlling,in order to ensure the effect and efficiency of energy use.

hospital building; comprehensive energy efficiency management platform; hardware arhitecture; software interface architecture

TU 201.5

B

1674-8417(2016)09-0033-05

10.16618/j.cnki.1674-8417.2016.09.008

2016-06-29