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山东省立医院后勤绿色智慧平台改造经验

2019-07-02来源:中国医界网

/吕国晓

    山东省立医院东院区位于济南市经十东路北侧、奥体中心对面,占地面积400余亩,主要建筑包括病房A楼、B楼、C楼、D楼、门诊楼、急救中心、体检中心,建筑面积达13.6万平方米。目前医院使用的能源主要包括电、水、天然气等。电是医院消耗的最主要能源,在医院能源消费成本中占的比例最大,主要用于医院的空调系统、照明系统、医疗设备、电梯等方面;水主要用于各种生活用水、卫生热水、空调冷却塔用水;天然气主要用于空调机房的燃气锅炉及食堂。

    东院区在建院初期应用了大量的新节能环保技术及后勤智能化系统建设,如建筑设备监控系统、智能照明系统、配电监测系统等,门诊大楼外墙采用中空玻璃及智能化遮阳系统。通过以上措施,东院区在近几年的运营管理中取得了较好的节能效果。但随着东院区规模不断扩大,职工和就医人数不断增加,用电量、用水量呈刚性增长趋势。东院区在实践中不断探讨、研究,对原有的后勤智能化系统进行完善和改造,完成了后勤智慧绿色平台的整合搭建。

 

一、改造前东院区已有的智能化平台介绍

(一)基本情况

东院区在建设阶段已逐步设计并实施了建筑设备监控系统、照明控制系统及配电监测系统。改造前东院区已有智能化平台见表1。

1 改造前东院区已有智能化平台


东院区的智能化工程从正规的招标程序到竣工时,功能调整较大,中标单位在中标后进行深化设计时对一些功能进行了删减,实施过程中又有一些变更,因此到交付时,个别重要功能已经被改变或者无法实现。
(二)存在的问题

在运营管理中主要存在以下几个方面的问题:(1)建筑设备监控系统。原有系统基本实现了控制和数据远程传送功能,但由于调试和网络连接不完善,传感器、执行器等设备的维护缺乏,造成部分数据不能上传,部分系统无法实现自动控制。实际管理中对该部分仍然采用人工到现场进行手动操作的方式,造成了资源浪费和人工绩效低下。(2)照明控制系统。原有照明控制系统硬件和网络传输比较齐备,但控制中心系统缺少平台密码控制器,无法进行控制操作,功能得不到发挥。(3)配电监测系统。原有配电监测系统仅实现了配电室电参量的实时监测、故障报警等功能,无法实现医院后勤精细化的管理需求,缺乏数据的分析和分项管理功能,对后期的节能管理和改造没有指导意义。(4)能耗计量系统不完善。原来只对电能耗计量做到了三级计量,其他能源消耗如给排水系统未精确到各楼层,使能源管理工作精细程度不一,没有可靠的数据分析来源。(5)各类系统分散,管理效率不高。已有的后勤智能化系统均分散在各个区间,需要分别安排值班人员进行管理,系统之间的信息未能做到互联互通,整体管理效率低下。

 

二、后勤绿色智慧平台改造思路

后勤绿色智慧平台是基于东院区长期以来在后勤工作中遇到的问题、对现有各智能化系统的功能缺乏和不完善的认识而提出的解决方案。建设后勤绿色智慧平台需要综合考虑东院区已有的软硬件资源,通过修复、打通、整合各类资源,同时增加运营管理中需要的新功能,达到后勤管理智能化、精细化并与医院门户管理相联通的目标。

通过对后勤绿色智慧平台的建设,形成B/S和C/S相结合的平台架构,既支持跨区域的全面管理,也支持区域内部的独立管理。能耗监管工作主站部分使用B/S架构搭建,主要处理系统的历史数据(一般是每5—15分钟一次的数据)和分析性数据,使系统支持多渠道访问和信息发布(如工作站访问、院内局域网浏览器访问、院外远程英特网访问等)。使用C/S架构搭建实时监控工作站,主要处理系统的实时数据(一般是3秒内刷新的数据)和控制操作,保证系统满足现场监测数据、控制指令实时性和准确性的需求。

 

三、后勤绿色智慧平台改造实践

(一)系统整体架构

 

 

图1 医院后勤绿色智慧平台架构示意图

 

后勤绿色智慧平台的建设基于东院区的智能化网络。首先将分散的子系统之间进行网络联通,搭建平台主控中心,作为平台的集中管控中心。系统通过远端数据采集,实现对重点能耗单位及公共设施的水、电等能源的监测、分析、管理,为能源利用提供详细的数据分析和完善的辅助决策;梳理建筑设备监控系统,根据设置条件对建筑内设备进行控制;对办公室内环境增加传感器,实现用电设备(照明、空调等)的智能控制。

后勤绿色智慧平台由能耗计量装置、智能传感器设备、智能控制器、数据网关(数据采集器)、数据传输网络、数据服务器、管理工作站、管理软件组成,并将上述设备分主站层、通讯层、设备层三层部署。设计时充分考虑系统的可扩展性,保证系统支持各类设备灵活接入,系统运行之后医院可根据实际管理需要扩大监控范围、增加设备,从而不影响系统正常运行。

(二)建筑设备监控系统

建筑设备监控系统主要实现东院区中央空调系统的监测与控制。医院作为特殊的公共场所,中央空调系统担负着为医护工作者及患者提供最优的工作环境和就医环境的重任,因此,空调系统安全、高效运行对医院具有重要意义。空调系统中的任何设备损坏都可能影响系统正常运行。但中央空调系统是东院区能源消耗中最大的一个部分,占据了整个能源消耗的50%以上,利用控制系统设定中央空调的最优控制策略,可以真正达到节能增效的目标。

已有的建筑设备监控系统运行管理设置不合理,空调冷热站、新风机组、排水泵三个子系统出现了部分数据不能上传、控制命令下达无法执行的情况。经统计,三个子系统共有800多个监测控制点需要一一排查和检修,数量多、资料不全是制定解决方案时遇到的难点。综合考虑实施环境因素,采取逐一检查子系统并对每个系统分步执行的解决方案。

具体措施:1)检修:第一步,通讯线路检修。包括信号端接检查、屏蔽端接检查、屏蔽接地检查、压降测试、线路整理等。第二步,弱电供电线路检修。包括电源端接检查、极性检查、空开检查、保险丝检查、压降测试、线路整理等。第三步,控制器检修。包括控制器电源检查、控制模块接触检查、控制箱内接线检查、控制器I/O点硬件功能测试等。第四步,传感器检修。包括器件缺损检查、外观及内外环境检查、电源供应及信号端连接状态检查、功能测试检测等。第五步,执行器检修。包括器件缺损检查、外观及内外环境检查、电源供应及信号端连接状态检查、手动运转状态检查、动作线性度检查等。第六步,水泵检修。包括水泵调节器铜套与油套检查、离心泵导轴承检查、温度计、仪表、继电保护装置等检查、检验、制动部分检查、紧固件检查、油冷却器外观检查及通水试验、机封及零部件磨损检查等。(2)处理:检修后对电源线、通讯线等的断线、错接进行修复处理;对锈蚀卡死的执行器等进行添加润滑油、更换部分零件处理;对已完全损坏的设备、传感器进行更换,恢复远程控制功能。(3)调整:恢复远程监测、控制功能后对不合理的控制逻辑进行修改和调试,完善控制功能,并将控制主站调整至智慧平台主控中心,在原有控制室设置监测子站。

(三)建筑能耗监测系统

能耗监测系统建设的意义:没有测量就没有验证,没有数据则精细化管理无从谈起。数据是财富,数据可以成为信息,它将为医院的高端能源管理提供现实的可能性。在满足医院总体运营目标的前提下实现成本最优化是后勤部门的长久课题之一,医院能耗即是后勤管理中众多支出成本的重要一项。建设良好的能源管理体系是解决这一问题的关键,而建筑能耗监测系统是整个能源管理体系中的重要环节,是实现能源管控的中心。系统通过对整体设施负载能耗进行连续、实时监测、记录,以便分析和发现无效能耗,并分析出所有可控无效能耗,实现对无效能耗的节省。

东院区已有的配电监测系统已实现对所有变电所的电能耗的数据采集,但系统缺乏主动分析工具和分析模型,无法实现各科室的能耗精细化计量,缺乏对东院区其他能源的监测。

为完善能耗监测计量系统,需对原有系统进行细化处理,主要分为以下几个环节完成:(1)改善配电监测系统。利用配电监测系统的网络和计量仪表,通过集中的采集设备将数据统一纳入医院后勤绿色智慧平台。采集量除电度外,对影响安全和数据分析的电流、电压、开关状态、报警状态等信息也将统一采集,并在实施完成后形成完整的图纸等竣工资料,为今后的管理和故障查找提供便利。(2)精细化计量科室电能消耗。变电所的电能监测能够实现电能的分项计量,但无法实现能源的科室计量分摊、定额管理及能源公示目标。设计中针对重点建筑,增加楼层供电支路的智能仪表安装和数据采集。(3)进行排水系统的能耗计量。通过对能耗数据进行分析,东院区的各类能源中,除电能外,水能耗也是能源费用中的大头,实现水能耗的计量不仅能完善建筑能耗监管系统对能源监测的全面覆盖,还对给排水系统“跑冒滴漏”故障的定位和查询具有重要意义。

东院区的建筑给排水系统采用立管设计,因此在设计计量点时需要考虑尽量减少对现有供水管网的改造,以更新和增补计量水表为主要工程,避免影响东院区正常运营,且立管设计的供水系统每块水表所带用水点数量(按洗手盆折算)不宜少于5—8个。

水监测方面,本次设计在市政总入水口安装计量总表,对总用水进行计量;在各建筑总入水口进行建筑用水总计量;对冷水、热水、中水进行分别计量;按建筑内供水高、中、低区分别计量;按不同用途,如生活用水、太阳能用水、空调冷却塔补水、锅炉房用水、供应室用水、洗衣房用水进行分别计量。

(四)建筑能耗监测系统

整个系统在应用中分为5层:数据采集、数据仓库、数据中间件、功能应用、数据展示。建筑能耗监测系统软件架构见图2。

 

图2 建筑能耗监测系统软件架构

 

各层功能如下:(1)数据采集。数据采集是能耗监测系统的基础层,采集的来源主要分为三类,第一类是通过智能电力仪表、智能水表、燃气表、超声波能量表等末端采集装置采集各种能耗数据;第二类是通过第三方系统获取,包括利用WebService或OPC等标准接口;第三类是对于无法自动采集的数据利用人工录入的方式获取,例如用能人数、医院业务量数据、天然气用量等。(2)数据仓库。系统建立对应不同视角的数据模型,并生成相应的数据仓库,供系统进行数据分析和评估。(3)数据中间件。提供数据抽取及校验、数据报表定时生成、数据权限分配管理、系统配置、计量仪表管理等各种基础服务。(4)功能应用。提供不同的业务功能模块,并对能耗数据进行统计、分析处理,包括能源统计、能源指标、能耗评估、能源监测、科室能源计费、能源足迹、能源流向、能耗报表及告警等功能应用。(5)数据展示。系统的B/S架构使数据展现方式多种多样,包括工作站电脑、手机、平板等,同时针对操作人员、管理人员、领导等不同级别用户的需求及权限显示相应的功能界面。

(五)办公室综合节能控制

东院区办公室内电能的消耗存在诸多浪费的情况,如空调经常出现“疯狂温度”“人走忘关空调”、“开着门窗使用空调”等现象也时有发生,照明及其他用电设备更容易出现“人走忘关”的情况,这些情况会造成15%—20%的能源浪费。为了在提高办公室工作环境舒适性的同时满足建筑节能减排的要求,设计一套办公室节能改造系统非常必要。可以对办公室内的空调、照明及用电办公设备重新合理规划,实现集中、统一、自动、智能调节,并对运行情况实时监控和管理,及时发现带故障运行的设备,确保高效稳定运行,减少不必要的浪费。

改造措施:(1)空调方面,鉴于东院区已有建筑设备监控系统,改造时利用原有的DDC控制器实现VRV多联机空调的自动控制,根据室内的温度信息自动控制室内的空调系统,实现夏季限温、冬季限温、无人关机等功能,使空调真正实现按需使用。(2)照明方面,增加一套智能照明控制器并配合传感器实现自动控制,根据室内的人员和光照度信息对室内照明进行控制,当室内光照度满足要求时,室内灯光照明将自动关闭。当自然采光无法满足照明需要时,灯光照明满足开启条件,如果此时室内有人需要照明,则灯光开启,如果无人,灯光不开启。(3)其他用电设备方面,可以实现无人时使饮水机、打印机、复印机等一些设备自动断电,减少无人设备空开的现象。(4)智能照明及其他用电设备的控制通过协议开发定制,并入建筑设备监控系统统一管理。对于办公室的用电量及使用自动控制系统后的节电量统计,利用增加计量智能仪表的方式纳入平台进行分析。

 

(作者单位:山东省立医院)