医院建筑配电能效平台设计

摘要:随着中国经济的发展，人们的收入也不断增加，甚至希望能够具有更高标准的生活，近年来，医院加大了硬件的投资，努力通过提高环境的舒适性，来使更多的患者就医，据报告，一般医疗建筑的能耗指标是商业大楼的1.6至2.0倍，主要消耗来源是医疗设备、照明设施、空调和其他设备，为了减少电能的消耗，要提高医院的能耗的节能途径，本文研究了医院建筑电气设计中的节能问题，并提出了一些基本的方案。

安科瑞薛瑶瑶

关键词：医院建筑；电气设计；节能；问题；研究

1、引言

某附属医院位于四川省泸州市，服务于川滇黔渝四省市结合区域3800万群众。2016年门诊人次146万，住院人次11万，社会人员流动性密集，能源消耗相对很高。医院的建设是所有的公共建筑工程中复杂和特殊的结构，医院建筑电气设计应既低碳环保，又节约能源，降低运行成本，也要加强医院的建设，促进医院的安全成本，降低运行成本，尤其是加强低碳节能设计，电气设计，医院建筑和一般建筑的节能设计有较大的差异，医院的建设需要具有更复杂的功能，也要保证病人的安全，舒适，促进电气设备安全和方便的使用。根据医院的类型，采用不同的方法，以节约能源。

2、医院建筑电气设计

医院建筑的用电能耗分为几个部分：空调照明，需要专用电源，空调需要冷暖空气终端和基站电源；电梯、电风扇需要电插座等；日常照明用电，包括走廊，室外电力照明中心的照明用电等；在建筑电气中需要常规电力电气设备的电源，例如医疗设备，清洁的电力，电力要小，需要不同的能源类型，需要各种节能途径，为了减少能源消耗，提出了以下几点建议：

2.1合理设计供配电

根据医院的功能布局及主要功能特点，建设一个变电站，合理定位，深入负荷，减少变电站的电缆长度，增加变压器的数量和容量，特别是要结合与医院医疗楼建筑时间，减少变压器的负载。医院电气系统负责分配电能，降低能耗，除了要选择节能变压器，还要进行日常的管理，同时还要提高变压器负载的电力负荷的优化措施，并且实际变压器负荷率保持在75%～85%上，使运行时间长，提高节能效果。

2.2照明节能设计

医院建筑需要更好的照明，因此，在进行照明节能设计时，电气设计专业人员应根据地形合理利用自然建筑利用自然光和人工照明，节省电能的消耗，在不降低照明标准的前提下，尽量减少照明用电的电能消耗，按照建筑设计标准的照明功率值可以满足规范要求的前提下，加强单位面积的灯控制，例如，办公室，车站等场所的应该选择荧光灯或紧凑型荧光灯，使用LED户外照明光源，而不是使用高性能建筑的泛光灯，在电力装置中减少光源的功耗，例如加强电子触发器、电子镇流器等方法的改进等，控制不同类型的能源需求，加强照明控制和管理，对于相应的开关节点，要增加更多的灵活性，在公共区域，如大堂，户外照明，使用LED灯或者走廊灯，使用总线控制技术，根据不同的管理要求设置不同的灯具，控制电力的消耗。

2.3空调用电的节能设计

夏季空调的耗电量占医院电力消耗的很大一部分，目前医院普遍采用大型中央空调与分体式空调器，小医院空调系统的控制和管理相对比较方便，使用BAS空调能源管理程序可以保持空调预定的标准温度，并通过调整PID的铝水阀调节空气的温度，使空气温度在预定的温度范围内，用户可以使用自然温度，并尽可能避免浪费能源的倾向，建立该系统的设计成本和建设成本比较低，在设计系统时，要加强沟通，提前报告，以确保能够批准建设，在当前形势下，大多数医院还使用分体式空调器，用遥控器打开和关闭，在正常情况下是在一个插座下安装空调，这样才能实现高水平的日常运作，只是用遥控器关机不是很方便，可以通过切断电源，避免空调能耗过高，可以安装专门的插座或者独立开关控制，为方便远程工作人员在关闭空调时除了可以切断空调开关，还可以切断电源，这导致了成本降低，从长远来看，可以节省大量能源，减少运行成本。

2.4电梯电能节约设计

在医院的电梯中消耗了很多的能量，我们可以通过以下方法减少电梯的能源消耗。

（1）可由BAS系统控制电梯，对电梯负荷和使用频率进行调整，提高了电梯控制系统的开发，部署和科学的管理，从而节约能源。

（2）采用成熟的变频电机，提高电梯电机的效率，从而提高电梯的效率，加快电梯的运转，以延长机械的使用寿命，电力要使用交流电，鼓励节约能源。

2.5使用新能源节约用电

医院建筑，公共场所，如地下车库，公共场所的楼梯，使用电能的频率高于其他地方，在这个地方可以用太阳能光伏发电系统实现节能，这是值得尝试的方法。

2.6根据发动机负荷选择发动机

对旧设备发动机要进行必要的测试和计算，结合发动机工作条件根据发动机负荷选择适当的发动机，以提升效率和功率，通常，发动机的负荷可以经过计算确定。

2.7电动机轻载降压操作

通常在轻负载的马达上使用三角连接装置，改为连接电动机，这样才能能达到节能的效果，根据发动机负荷进行补偿。

电源之间的距离较远，应使用大电机进行电机的功率补偿，在发动机长线路功率因数低的状态下，使得线路发生损耗，对提高变压器的负载平衡有明显的影响，数据显示，每年可节省150kwh，建议单电机补偿容量不能太大，防止过电压，确保发动机对电容器的放电电流不超过额定电流的铭牌。

3、AcrelEMS-MED医院能源管理平台

3.1平台概述

AcrelEMS-MED医院能源管理平台充分结合《医疗建筑电气设计规范》《绿色医院建筑评价标准》、《医院建筑能耗监管系统建设技术导则》等行业规范、根据医院用户需求以及能源管理部门要求，采集分析能源、能耗、能效数据，监测以电能质量、智慧用电相关指标以及其他用能指标，并与国家能源政策与用能模式改革结合。能够辅助医院后勤管理人员进行能源供应系统及设备的运行管理工作，帮助医院管理层实时掌握医院的能耗情况，为医院能源信息化建设和节能管理提供了良好的技术平台。

3.2平台组成

安科瑞医院能源管理系统建立基于云平台的“监、控、维”一体化的能源管理系统，从数据采集、设备控制、数据分析、异常预警、运维派单、系统架构和综合数据服务等方面的设计，帮助医院后勤管理部门了解医院能源运行情况，关注消防和电气安全，及时预警异常情况，提高运维效率。它集成了10KV/O.4KV变电站电力监控系统、变电所运维云平台，配电房综合监控系统，能耗管理系统，智能照明控制系统，智慧消防平台，电气火灾监控系统，消防设备电源监控系统，防火门监控系统，消防应急照明和疏散指示系统，充电桩管理系统，电能质量治理解决方案，医疗隔离电源解决方案，

3.3平台拓扑图

3.4平台子系统

（1）医院电力监控解决方案

电力监控系统实现对变压器、柴油发电机、断路器以及其它重要设备进行监视、测量、记录、报警等功能，并与保护设备和远方控制及其他设备通信，实时掌握供电系统运行状况和可能存在的隐患，快速排除故障，提高医院供电可靠性。

电力监控系统主要针对开闭所和10/0.4kV变电所，对高压回路配置微机保护装置及多功能仪表进行保护和监控，对0.4kV出线配置多功能计量仪表，用于测控出线回路电气参数和用能情况。同时对医院重要设备如柴油发电机、无功补偿装置、有源滤波装置、UPS、隔离电源系统状态进行监测。

（2）医院变电所运维云平台解决方案

AcrelCloud-1000电力运维云平台采用多功能电力传感器、无线通信、边缘计算网关及大数据分析技术，通过智能网关采集现场数据并存储在本地，再定时向云平台推送数据。平台采集的数据包括变电所回路电气参数和变压器温度、环境温湿度、浸水、烟雾、视频、门禁等信息，有异常发生10S内通过短信和APP发出告警信号。平台通过手机APP下发运维任务到管理人员手机上，并通过GPS跟踪运维执行过程进行闭环，提高运维效率，即时发现运行缺陷并做消缺处理。

（3）医院配电房综合监控系统解决方案

Acrel-2000E配电室综合监控系统，可实现开关柜运行监控、高压开关柜带电显示、母线及电缆测温监测、环境温湿度监测、有害气体监测、安防监控，可对灯光、风机、除湿机、空调控制等设备进行联动控制。实现动力环境各数据的检测与设备控制，优化动力环境，避免运行环境的失控导致配电设备运行故障，保证维护人员安全，延长设备使用寿命，实现配电动力环境的分布式远程管理。

（4）医院能耗管理系统解决方案

对建筑各类耗能设备能耗数据进行实时测量，对采集数据进行统计和分析。能够合理的确定各科室建筑能耗经济指标及绩效考核指标，发现能源使用规律和能源浪费情况，提高人员主动节能的意识。

①　搭建医院智慧能源管理系统的基本框架，对各个用能环节进行实时监测；

②　排碳数据化：通过系统可实现建筑单位内人均能耗分析（包括水、电、能量），实现低碳办公数据化；

③　区域能效比：实现建筑单位内区域能耗对比，方便能耗考核；

④　同期能效比：实现同年、同期、同一区域能耗对比，方便节能数据分析；

⑤　能耗评估管理：按照能源消耗定额标准约束值、标准值、引导值进行分析单位面积能耗和人均能耗指标；

⑥　能耗竞争排名：各个科室能耗对比，实现能耗排名，增强全院工作人员的节能意识；

⑦　对能耗的使用数据进行综合的分析、统计、打印和查询等功能，并根据能耗监测管理系统的需要可选择不同样式报表的打印。为能耗运营管理部门提供可靠的依据；

⑧　能耗数据采集，随时查询，并根据采集数据进行统计分析，监测异常能源用量，对能源智能仪表故障进行报警，提高系统信息化、自动化水平。

（5）医院智能照明控制系统解决方案

医院人流比较密集，科室较多，照明用电在医院电能消耗中约占到15%左右。所以合理使用照明控制系统，在提升医生和患者的体验情况下大程度使用自然光照明，通过感应控制做到人来灯亮，人走灯灭或保持地强度照明，尽量解决照明用电。

ASL1000智能照明控制系统可以实现场景控制、时间控制、区域控制、光照度感应控制以及红外感应控制等多种控制方式，能有效避免公共区域的照明浪费，还可以帮助医院管理照明。

系统在配电箱内的模块主要有总线电源、开关驱动器、IP网关、耦合器、干接点输入模块等。这些模块使用35mm标准导轨安装。

安装在控制现场的模块主要有光照度传感器、红外传感器和智能面板。有人经过可以设定红外感应控制亮灯，人离开后在设定的时间内熄灯，智能面板等手动控制设备，可实现自动控制、现场控制和值班室远程控制相结合。

（6）医院智慧消防平台解决方案

智慧消防云平台基于物联网、大数据、云计算等现代信息技术，将分散的火灾自动报警设备、电气火灾监控设备、智慧烟感探测器、智慧消防用水等设备连接形成网络，并对这些设备的状态进行智能化感知、识别、定位，实时动态采集消防信息，通过云平台进行数据分析、挖掘和趋势分析，帮助实现科学预警火灾、网格化管理、落实多元责任监管等目标。实现了无人化值守智慧消防，实现智慧消防“自动化”、“智能化”、“系统化”需求。从火灾预防，到火情报警，再到控制联动，在统一的系统大平台内运行，用户、安保人员、监管单位都能够通过平台直观地看到每一栋建筑物中各类消防设备和传感器的运行状况，并能够在出现细节隐患、发生火情等紧急和非紧急情况下，在几秒时间内，相关报警和事件信息通过手机短信、语音电话、邮件提醒和APP推送等手段，就迅速能够迅速通知到达相关人员。

（7）医院电气火灾监控系统解决方案

电气火灾监控系统作为火灾自动报警系统的预警子系统，由电气火灾监控主机、电气火灾监控单元、剩余电流式电气火灾探测器以及测温式电气火灾探测器组成，通过现场总线构成一套完整的预防电气火灾的监控系统，数据可集成至企业消控室监控系统。

医院电气火灾监控系统以建筑为单位设置，采集数据后上传至值班室监控主机，实现对建筑电气安全预警。现场设置的传感器监测配电系统回路的漏电电流和线缆温度，异常时实时发出报警信号，关注门诊楼、住院楼、医技楼等区域漏电或者电缆发热等问题。

（8）医院消防设备电源监控系统解决方案

医院消防安全非常重要，消防设备比较多，消防设备电源监控系统主要功能就是用于监测消防设备的工作电源是否正常，保障在发生火灾时消防设备可以正常投入使用。

消防设备电源监控监控系统采用消防二总线，以建筑为单位设置区域分机采集消防设备电源状态，区域分机通过二总线接收多台传感器的电压、电流信息和开关状态信息，以此实现对消防设备电源工作状态的实时监视。

（9）医院防火门监控系统解决方案

医院防火门数量比较多，由于部分区域经常有人走动，常开常闭防火门数量都不少，防火门监控系统的作用就是监测防火门开闭状态，在发生火灾后自动关闭常开防火门，防止烟雾扩散。防火门监控系统采用消防二总线将具有通信功能的监控模块相互连接起来，用于监测和控制防火门状态，当防火门发生异常位置信号时，防火门监控器能发出故障报警信号，指示故障报警部位并保存故障报警信息。发生火灾时，关闭事故区域所有常开防火门，防止烟雾向安全区域扩散。

（10）医院消防应急照明和疏散指示系统解决方案

医院人员流动性强，密度大，消防比较复杂，一旦发生火灾，疏散指示系统非常重要。消防应急照明和指示系统可以和火灾报警系统联动，提供应急照明和疏散路径指示，指引人群快速找到疏散出口，并可以一键选择疏散应急预案，提升人员逃生概率。

（11）医院有源谐波治理系统解决方案

都是谐波源，比如X光机、CT机等都会产生大量谐波，谐波使电能的生产、传输和利用的效率降低，使电气设备过热、产生振动和噪声，并使绝缘老化，使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁。谐波可引起电力系统局部并联谐振或串联谐振，使谐波含量放大，造成电容器等设备烧毁。谐波还会引起继电保护和自动装置误动作，使电能计量出现混乱。对于医院的化验设备可能会产生干扰。

为了消除配电系统谐波对医院设备的影响，方案配置AnSinI有源滤波器，滤除电网2~31次谐波干扰。

AnSinI系列有源电力滤波装置，以并联方式接入电网，通过实时检测负载的谐波和无功分量，采用PWM变流技术，从变流器中产生一个和当前谐波分量和无功分量对应的反向分量并实时注入电力系统，从而实现谐波治理和无功补偿。

（12）医院充电桩系统解决方案

医院停车场有电动汽车和电动自行车，均需要提供充电桩。充电桩管理系统通过物联网技术对接入系统的充电桩站点和各个充电桩进行不间断地数据采集和监控，解决物业、用电管理部门的充电桩使用、监控问题。电动自行车充电可采用投币、扫码充电方式，电动汽车支持IC卡和扫码充电方式。远程充电桩系统可实时远程完成启动充电、强制停止、单价设置等控制指令，用户可通过APP、微信、支付宝小程序扫描二维码，进行支付后，系统发起充电请求，控制二维码对应的充电桩完成电动汽车的充电过程。同时对各类故障如充电机过温保护、充电机输入输出过压、欠压、绝缘检测故障等一系列故障进行预警；能够远程控制，提供财务报表和数据分析等功能。

（13）医院医疗隔离电源解决方案

《民用建筑电气设计规范》14.7.6.3条明确规定：在电源突然中断后，重大医疗危险的场所，应采用电力系统不接地（IT系统）的供电方式。同时《医院洁净手术部建筑技术规范》GB50333-2002中规定：2类医疗场所在维持患者生命，外科手术和其他位于患者周围的电气装置均应采用医用IT系统。如：抢救室（门诊手术室）、手术室、心脏监控治疗室、导管介入室、血管照影检查室等。

安科瑞电气股份有限公司的医疗隔离电源解决方案是针对医疗Ⅱ类场所的供电需求而开发设计的，能够很好的满足各类手术室和重症监护室对电源安全性和可靠性的要求，并符合国家相关标准。

4、相关平台部署硬件选型清单

4.1电力监控系统硬件配置

 

 

 

4.2变电所运维云平台硬件配置

 

 

4.3电房综合监控系统硬件配置方案

 

4.4能耗管理系统硬件配置方案

4.5智能照明控制系统硬件配置方案

 

 

 

4.6智慧消防平台硬件配置方案

 

4.7电气火灾监控系统硬件配置方案

4.8消防设备电源监控系统硬件配置方案

4.9防火门监控系统硬件配置方案

4.10消防应急照明和疏散指示系统硬件配置方案

 

4.11有源谐波治理系统硬件配置方案

4.12充电桩运营收费平台硬件配置方案

 

4.13医疗隔离电源解决方案硬件配置方案

 

 

5、结语

随着中国人民生活水平的提高，对医疗水平有了越来越高的要求，为了加强我国医院的发展，就要加强医院建筑电力的建设标准，但是，电力水平相对落后，尤其是医院的电力设计，连接，虽然国内电力工业没有一个明确的定位，但是在目前的情况下，医院的建设可以选择的节能技术有很多种，有些是成熟的技术，由于存在经济问题和利益问题，如何在医院建筑中应用*新技术，还需要一个很长的路要走。

审核编辑 黄宇