摘要：為促進(jìn)醫(yī)院供配電系統(tǒng)實現(xiàn)節(jié)能增效，基于醫(yī)院供配電系統(tǒng)設(shè)計現(xiàn)狀，分析醫(yī)院供配電系統(tǒng)能效管理工作現(xiàn)存的主要問題，并提出醫(yī)院供配電設(shè)計中的節(jié)能措施與智能化節(jié)能增效策略，以期進(jìn)一步做好醫(yī)院供配電系統(tǒng)的能耗管理工作，促進(jìn)綠色醫(yī)院與智慧化醫(yī)院的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：供配電系統(tǒng)；能效；變壓器；配電線路

醫(yī)院作為社會公共機構(gòu)，在建筑層面具有功能多樣、人潮涌動、耗能設(shè)備多、持續(xù)工作、能耗頗高等顯著的獨特性，因此醫(yī)院的能源消耗高出一般公共機構(gòu)數(shù)倍，如超出辦公樓、學(xué)校、政府機構(gòu)等的能源消耗2～ 3倍。而且在眾多公共建筑能源消耗中，醫(yī)療建筑對電能、水、天然氣等的消耗尤為顯著。其中，電能在醫(yī)療建筑能源消耗中的占比最高，占醫(yī)療建筑總能耗的40%～ 65%。同時，鑒于醫(yī)療建筑在電氣化方面有持續(xù)深化的趨勢，因而有理由預(yù)測醫(yī)院對電能的消耗比重將會持續(xù)增大[1]。因此，面對醫(yī)院規(guī)模日漸擴張、醫(yī)療設(shè)施不斷增設(shè)，以及患者對醫(yī)療環(huán)境與服務(wù)質(zhì)量要求的日益提升等情形，醫(yī)院的高能源消耗問題逐漸浮出水面，成為亟待解決的難題。本文圍繞節(jié)能降耗，聚焦醫(yī)院供配電系統(tǒng)，爭取構(gòu)建一個以“綠色醫(yī)院”為目標(biāo)的發(fā)展藍(lán)圖，期望通過推進(jìn)“智慧醫(yī)院”這一途徑，盡可能地減少醫(yī)院能源消耗。

1 醫(yī)院供配電系統(tǒng)設(shè)計現(xiàn)狀

鑒于醫(yī)院所具備的獨特性功能，其往往涉及多種用電設(shè)備，且每種設(shè)備都有各自相應(yīng)的用途。同時，由于需要為病人提供不間斷的診斷、搶救、治療，因此醫(yī)院供電的安全性、穩(wěn)定性及連續(xù)性至關(guān)重要。在此種情形下，醫(yī)院的供配電系統(tǒng)設(shè)計成為醫(yī)院節(jié)能降耗、保障用電穩(wěn)定安全的關(guān)鍵一環(huán)。

在我國，雖然醫(yī)院按照其規(guī)模與服務(wù)功能的不同被細(xì)分成了多個等級，但各級別醫(yī)院的配電系統(tǒng)基本架構(gòu)都保持了一致性，即均由供電、變電、配電及用電4 個核心環(huán)節(jié)構(gòu)成，且這4 個環(huán)節(jié)需共同確保醫(yī)院電力供應(yīng)的穩(wěn)定與高效，因此在設(shè)計醫(yī)院的電源及備用電源系統(tǒng)時需遵循《醫(yī)療建筑電氣設(shè)計與安裝》（19D706-2）中的準(zhǔn)則。具體而言，二、三級醫(yī)院以雙路10 kV 進(jìn)線供電方式居多，并配備0.4 kV 柴油發(fā)電機充當(dāng)應(yīng)急；一級醫(yī)院以單路10 kV 進(jìn)線供電方式居多，搭配0.4 kV 柴油發(fā)電機充當(dāng)應(yīng)急。但當(dāng)下醫(yī)院常見的供電模式卻為110 kV/10 kV/0.4 kV 與35 kV/10 kV/0.4 kV 等，因此配電變壓器作為供配電系統(tǒng)的核心組件，其在持續(xù)使用中會產(chǎn)生一定的電能損失。另外，配電線路的損耗也頗為顯著。根據(jù)相關(guān)權(quán)威部門發(fā)布的數(shù)據(jù)可知，我國輸配電損耗占總發(fā)電量的6.6% 左右，其中損耗最為嚴(yán)重的是10 kV 與0.4 kV電網(wǎng)，幾乎占據(jù)了整體電網(wǎng)損耗的50%。

醫(yī)院用電設(shè)備較多，不僅有常規(guī)的照明與插座用電，還有X 射線機、磁共振成像機等大型診療設(shè)備，導(dǎo)致醫(yī)院的電能消耗較大。因此，為盡可能地降低醫(yī)院能源消耗，應(yīng)將電源供給到各類用電設(shè)備的運行過程全都納入到能效管理系統(tǒng)的監(jiān)控之中，并依托能效管理系統(tǒng)實時監(jiān)測到的數(shù)據(jù)，進(jìn)行深入探究，挖出能耗痛點，制定針對性舉措，從本質(zhì)上減少醫(yī)院能源消耗。

2 醫(yī)院供配電系統(tǒng)能效管理現(xiàn)狀

醫(yī)院的能效管理，對其日常運作與未來戰(zhàn)略部署具有不容忽視的重要性。在這一背景下，優(yōu)化節(jié)能策略并提升管理效率，成為醫(yī)院降低運營成本、推動綠色和智能化發(fā)展的必由之路。然而，即便當(dāng)前的能效管理系統(tǒng)已助力醫(yī)院節(jié)能降耗且取得了顯著成效，但醫(yī)院的能效管理仍面臨諸多挑戰(zhàn)。

2.1 電力運維管理難度較大

電力運維管理是一項極其不易的工作。由于當(dāng)前大部分醫(yī)院的電力系統(tǒng)還采用傳統(tǒng)的人工操作與管理，因此每隔一段時間管理人員都需要對能效管理系統(tǒng)內(nèi)的電壓、電流等關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行仔細(xì)排查，并在能效管理系統(tǒng)出現(xiàn)問題時，在最短的時間內(nèi)妥善解決所有報警狀況，保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，對電力運維人員的專業(yè)技能和素質(zhì)提出了極高的要求。此外，電力維護(hù)工作的不可預(yù)見性和復(fù)雜性，也為標(biāo)準(zhǔn)化、專業(yè)化的管理和操作帶來了極大的挑戰(zhàn)。

2.2 監(jiān)控設(shè)備維護(hù)較難

能效管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)實時收集相關(guān)數(shù)據(jù)，再經(jīng)由復(fù)雜的總線或網(wǎng)關(guān)技術(shù)，來保證數(shù)據(jù)的順暢傳輸，因此任何監(jiān)控設(shè)備或傳感器的故障、甚至通信的中斷，都可能直接影響能效管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，而導(dǎo)致決策失誤。而且，由于目前市面上的能效管理系統(tǒng)大多都沒有自動修復(fù)能力，一旦出現(xiàn)故障，就必須有專業(yè)的人員對其進(jìn)行故障排查，因此結(jié)合醫(yī)院內(nèi)部各功能區(qū)域的實際需求，故醫(yī)院能效管理系統(tǒng)設(shè)備的日常維護(hù)與故障排除難度較大。

2.3 遠(yuǎn)程自動抄表面臨較大挑戰(zhàn)

與人工抄表模式相比，雖然遠(yuǎn)程自動抄表在便捷性、效率性和準(zhǔn)確性方面更具優(yōu)勢，但其對相關(guān)設(shè)備和通信技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)也更為苛刻。目前，在進(jìn)行能耗計量時，已普遍采用具備遠(yuǎn)程通信能力的電能表，并將統(tǒng)計周期設(shè)定為15 min，但需要指出的是遠(yuǎn)程自動抄表在實際操作中仍面臨一定的挑戰(zhàn)。在當(dāng)前的能效管理系統(tǒng)中，采用的通信總線技術(shù)主要依賴于輪詢機制進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，數(shù)據(jù)采集時間存在顯著差異且數(shù)據(jù)同步性較差，嚴(yán)重干擾了數(shù)據(jù)分析與決策的客觀性。

3 醫(yī)院供配電系統(tǒng)設(shè)計節(jié)能措施

3.1 電源進(jìn)線節(jié)能設(shè)計

20 世紀(jì)70 年代，我國決定將中壓配電電壓統(tǒng)一設(shè)定為10 kV，但當(dāng)將經(jīng)濟(jì)性和節(jié)電性作為考量標(biāo)準(zhǔn)時，卻發(fā)現(xiàn)20 kV 電壓等級的節(jié)能效益更高，因此權(quán)威參考資料《工業(yè)與民用供配電設(shè)計手冊》中將20 kV 作為電源進(jìn)線選擇，被明確認(rèn)定為是一個可行的方案[2]。對此，我國在2014 年正式實施了《20 kV 及以下變電所設(shè)計規(guī)范》（GB 50053-2013），不僅大幅度地擴展了供電的輻射半徑、極大地提高了供電的能力，而且顯著提升了節(jié)能減排效果。具體而言，就是當(dāng)傳輸功率一致時，采用20 kV 電壓等級可以將供電半徑擴大為原來的1.5 倍，使得供電能力翻番，但電力輸損耗卻能減少75%。

盡管有著標(biāo)準(zhǔn)和理論的支撐，但在醫(yī)院變電站的實際設(shè)計中，仍能經(jīng)常見到10 kV 電壓等級的身影。值得欣慰的是，已有部分新建醫(yī)院開始研究并嘗試采用20 kV 電源。希望隨著技術(shù)的不斷完善，20 kV 電源可以最大限度地發(fā)揮其卓越之處，降低醫(yī)院的能源消耗，推動我國醫(yī)療行業(yè)的供電效率和節(jié)能減排工作更上一層樓。

3.2 變壓器節(jié)能設(shè)計

在電力配送的環(huán)節(jié)中，變壓器扮演著舉足輕重的角色，因此在變壓器的設(shè)計考量中應(yīng)多采納節(jié)能型配電變壓器。從能效角度考量，相較于二、三級變壓器，能效一級的變壓器在年度綜合能耗及運行成本上，展現(xiàn)出的突出之處無可比擬。通常情況下，當(dāng)型號與容量一致時，變壓器的負(fù)荷率與其年度綜合損耗及運行成本成正比。這意味著，當(dāng)變壓器的負(fù)荷率上升時，其能耗和成本也會相應(yīng)增加，但采用更大容量的變壓器，卻可以顯著減少整體損耗。因此，在實際應(yīng)用中，需根據(jù)醫(yī)院的具體場景與需求合理選擇變壓器的容量。如，經(jīng)過綜合考慮，非晶合金鐵芯變壓器被大多醫(yī)院采用，原因在于相較于其他同等容量的變壓器，其在年綜合損耗和年運行費用等方面具有顯著優(yōu)勢。

3.3 配電線路節(jié)能策略制定

在推進(jìn)輸變電節(jié)能的道路上，降低線損無疑是至關(guān)重要的，因此醫(yī)院可從3 個維度著手制定配電線路的節(jié)能策略。一是精心策劃變電站與配電房的設(shè)置位置，選取距離負(fù)荷中心較近的地方安置降壓變壓器，減少下級電壓線路所需覆蓋的地理距離，進(jìn)而降低線路中的能量損耗。二是在財務(wù)狀況允許的前提下，優(yōu)先選用電導(dǎo)率較高的銅導(dǎo)體材料。三是注重導(dǎo)體截面積的選擇，在確保導(dǎo)體能夠承載相應(yīng)的電流并維持線路電壓穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，盡可能地增大導(dǎo)體的截面積，降低線損。

3.4 用電設(shè)備節(jié)能策略推進(jìn)

在醫(yī)院的用電設(shè)備中暖通空調(diào)的電力消耗占比超過醫(yī)院總電能消耗的50%，因而亟需采取一系列節(jié)能策略減少暖通空調(diào)的電耗。如，在供暖與空調(diào)系統(tǒng)中采納前沿的節(jié)能產(chǎn)品，以及采用相較于傳統(tǒng)空調(diào)能耗可顯著降低至25%～50% 的地源熱泵技術(shù)，降低能耗，提升效率；構(gòu)建區(qū)域性的集中供冷與供熱網(wǎng)絡(luò)，在醫(yī)院的中心區(qū)域建立冷熱供應(yīng)站點，大幅度減少冷熱供應(yīng)對電能的依賴。

照明方面，在保障照明品質(zhì)的前提下，積極推行照明節(jié)能措施。如，推廣使用壽命較長、啟動性能優(yōu)異、可調(diào)光性靈活的LED 燈具，同時引入智能照明控制系統(tǒng)，對照明用電進(jìn)行合理控制，從而大幅節(jié)省電能。

4 醫(yī)院供配電系統(tǒng)的智能化節(jié)能增效

4.1 打造智能化節(jié)能增效平臺

在構(gòu)建醫(yī)院供配電系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計及其應(yīng)用時，可借助泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，以及通過運用移動互聯(lián)、人工智能等先進(jìn)技術(shù)，實現(xiàn)供配電系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的互聯(lián)互通與高效人機交互，進(jìn)而打造出新一代智能化節(jié)能增效平臺。這不僅是智慧醫(yī)院建設(shè)的核心之一，還是其堅實地基石。

智能化節(jié)能增效平臺（簡稱“平臺”），是專為醫(yī)療建筑供配電系統(tǒng)設(shè)計的，其主要目的是全方位監(jiān)控并優(yōu)化醫(yī)院的能效管理系統(tǒng)，實現(xiàn)節(jié)能管理。平臺可集成多種功能，包括但不限于供配電系統(tǒng)的實時監(jiān)控、用電量的動態(tài)追蹤、電能質(zhì)量的詳細(xì)監(jiān)測、電氣消防安全監(jiān)控及新能源管理等，旨在為醫(yī)院提供更加高效、節(jié)能的供配電系統(tǒng)解決方案。

在數(shù)據(jù)監(jiān)控方面，憑借先進(jìn)的智能設(shè)備，平臺能夠?qū)┡潆娤到y(tǒng)的每個環(huán)節(jié)進(jìn)行精確的電力數(shù)據(jù)追蹤，確保數(shù)據(jù)的即時性與可靠性。

在數(shù)據(jù)管理方面，平臺的數(shù)據(jù)管理功能可在構(gòu)建高效存儲機制的同時，確保所有監(jiān)測數(shù)據(jù)都能夠被精準(zhǔn)無誤地錄入數(shù)據(jù)庫，當(dāng)數(shù)據(jù)丟失或異常情形發(fā)生時，會立即報警，讓運維人員在最短時間內(nèi)介入并消除故障，確保供配電系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性。

在數(shù)據(jù)分析方面，平臺提供了多元化的處理手段?？筛鶕?jù)醫(yī)院的建筑職能，如醫(yī)技樓、門診樓、住院樓等，進(jìn)行分類處理，同時通過對比職能建筑單位面積的能效數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)評估節(jié)能效果。此外，還會對照明、插座、暖通空調(diào)、動力及特殊用電等不同的用電項目進(jìn)行分項計量，并提供更詳細(xì)、更有針對性的用電信息。

在數(shù)據(jù)展示方面，平臺支持報表、曲線圖、餅圖等多樣化的展示方式，能夠使運維人員直觀地開展數(shù)據(jù)對比與分析。此外，平臺還擁有數(shù)據(jù)預(yù)測功能，結(jié)合往年數(shù)據(jù)，預(yù)測各設(shè)備當(dāng)年能耗，可為節(jié)能管理提供有力地支持。同時，經(jīng)對數(shù)據(jù)的詳盡分析比對，平臺可憑借人工智能技術(shù)與大數(shù)據(jù)模型，精心鍛造出一份詳盡的專業(yè)報告。管理人員基于專業(yè)報告，不僅可策劃節(jié)能降耗策略并加以落實，還能全面了解實施節(jié)能降耗策略后的實際運行狀態(tài)，以及用實際數(shù)據(jù)驗證實施節(jié)能降耗策略所帶來的成效。

4.2 依循專家報告落地節(jié)能智能控制策略

在能耗智能控制領(lǐng)域，專家報告堪稱理論基石，可引領(lǐng)一系列高效、切實可行的節(jié)能智能控制策略的生成。而且經(jīng)過專家團(tuán)隊的嚴(yán)謹(jǐn)評估、精心選擇與確認(rèn)，這些節(jié)能智能控制策略都得以成功落地，融入現(xiàn)實生活的各個方面。如，在節(jié)能智慧管理方面，依循專家的深入研究報告，制定全面的節(jié)能規(guī)章制度；致力于數(shù)據(jù)透明化，公開能耗數(shù)據(jù)，供所有人了解和監(jiān)督；激發(fā)醫(yī)院各部門的節(jié)能積極性，采取基于單位面積能效比的評比方式，對節(jié)能成果突出的部門進(jìn)行表彰和獎勵，并樹立節(jié)能標(biāo)桿，提升醫(yī)院能效，實現(xiàn)醫(yī)院節(jié)能降耗的目標(biāo)。

5 結(jié)束語

伴隨時代發(fā)展洪流的奔騰不息，節(jié)能、環(huán)保及低碳理念在當(dāng)今社會中愈發(fā)光彩奪目，因而對于能源消耗較高的醫(yī)院來說其內(nèi)在的節(jié)能潛力猶如未開墾的沃土。目前，綠色化建設(shè)正引領(lǐng)著醫(yī)療行業(yè)的革新潮流，預(yù)示著醫(yī)院未來的宏偉藍(lán)圖。在醫(yī)院的供配電系統(tǒng)中，節(jié)能設(shè)計與節(jié)能增效平臺的構(gòu)建，雖是實現(xiàn)醫(yī)院節(jié)能降耗目標(biāo)的重要基石，但醫(yī)院的節(jié)能步伐并不能只駐足于電力領(lǐng)域，還應(yīng)進(jìn)一步延伸至水、煤、燃?xì)?、熱能、冷能及石油等多維度的能源體系。

未來，供配電智能化節(jié)能增效平臺在穩(wěn)定運行的同時，還應(yīng)智能且全面地監(jiān)測各類能源數(shù)據(jù)。但對各類能源的監(jiān)測不能都在一個設(shè)備或系統(tǒng)之上，需構(gòu)筑在不同能源各自獨立的子系統(tǒng)之上，確保數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測各自獨立，避免某個設(shè)備出現(xiàn)問題而引發(fā)平臺整體震蕩的現(xiàn)象。此外，供配電智能化節(jié)能增效平臺還要在具備將各種能源消耗轉(zhuǎn)化為電力消費量進(jìn)行比較功能的同時，借助節(jié)能增效系統(tǒng)精確地計算出CO2 的減排量，使醫(yī)院內(nèi)部各區(qū)域之間的橫向比較更加直觀和便利，助力醫(yī)院制定并實施行之有效的節(jié)能增效策略，為打造現(xiàn)代化綠色醫(yī)院與智慧醫(yī)院奠定堅實的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1] 程杰. 醫(yī)院配電系統(tǒng)諧波分析及治理研究[J].中國設(shè)備工程，2022（1）：214-216.

[2] 劉屏周.工業(yè)與民用供配電設(shè)計手冊（第四版）[M].北京：中國電力出版社，2016.

作者簡介

張杰（1985—），男，漢族，山東莒縣人，副研究員，學(xué)士，研究方向為醫(yī)院后勤管理。

加工編輯：馮為為

收稿日期：2024-06-29