董安：BAS监控系统在医院中的应用与分析
发布时间：2022-03-24 13:43:36 来源于：中国医疗聚焦
摘要：复旦大学附属华山医院北院机电设备众多，分散在建筑物的各个区域，且医院电能消耗逐年增加。为了能够对医院的用能设备进行统一监控和管理，设计建设了华山北院的BAS系统，该系统主要包含中央空调系统监控、配电系统监控、空调通风系统监控、公共照明和泛光照明监控、给排水系统监控，并且分析了BAS系统的空调系统节能措施和能源管理手段，帮助医院实现能源管理节能。通过对医院近三年的能耗分析，BAS系统建立后医院年能耗下降5%左右。
人物名片
董安
全国卫生产业企业管理协会医院后勤管理发展分会副秘书长
复旦大学附属华山医院后勤保障部副主任
复旦大学附属华山医院北院理事会理事
复旦大学附属华山医院北院后勤保障部执行主任
上海医院协会医院建筑后勤管理专委会委员
法学博士
曾获“2017-2018全国医院后勤优秀管理者”“复旦大学十佳卫生管理工作者”
以第一作者的身份与高洪飞、宋恩喜合力完成《 BAS监控系统在医院中的应用与分析》
一、系统应用背景
上海本地人口众多密度大，加上医疗水平高附近省市患者的大流量流入，导致医院的人流量很大，且医院的特殊性，针对医院各类机电设备的高效、节能、稳定运行提出了新的高度。要管理好医院内的机电设备，首先必须要知晓它们的运行情况、所处系统中担任的角色以及设备的特性等，这就需要一套行之有效的监控系统。
随着智能建筑的不断兴建，楼宇自控就顺势而生。楼宇自控系统不断被应用到各种智能建筑中，医院就是其中的一个。楼宇自控系统能够保障医院机电设备的安全运行，降低医院运行的能耗成本，最大限度有效延长设备寿命。实现“为医院提供安全、节能的增值服务”的理念，服务于医院的管理和功能需求，实现高效、节能、稳定的目标。
二、医院概况
复旦大学附属华山医院北院（简称华山北院）作为上海市政府“5+3+1”工程的重点项目于2012年底开业运行，是一家集医疗、教育、科研于一体的三级甲等综合性医院。院址位于上海市宝山区镜泊湖路518号，占地面积占地176亩，建筑面积7.2万m²，核定床位600张，开放内科、外科、妇科、儿科、中西医结合科等38个科室。
三、医院能耗分析
能源结构分析
华山北院主要使用的能源种类有电、水、天然气等三种。电能为最大消耗能源，主要消耗在中央空调系统设备、空调末端设备、动力系统设备、照明系统设备、医疗设备及其它设备。天然气消耗量次之，主要消耗在燃气锅炉、供应室设备、厨房设备。水耗量最小，主要用于生活用水、厨房用水、绿化用水等。
由图二可以看出，华山北院这一年能耗费用中，电费最高占比为67%，其次是天然气能耗费用占比为27%，水费占比6%。
电能消耗趋势
根据现在医疗健康事业的发展，医院考虑对环境要求的舒适性，增加设备投入、提前开启空调等满足环境的要求，从而导致华山北院电能消耗逐年增加。从图三可以看出，华山北院2018年上半年逐月电耗费用同比2017年逐步上升。
主要耗电系统分析
电能是华山北院的主要消耗能源，华山北院供电系统设有2个高低压配电站，分别为A站和B站，A站设置2台变压器容量均为1600KVA，B站4台变压器，其中2台容量均为1250KVA，另外2台容量均为1000KVA。医院供电系统输出容量较大，中央空调系统又是建筑用电当中的最大部分，从图四可以看出，中央空调用电占据总电耗的60%左右。医院中央空调系统主要采用4台开利的冷水机组、4台法罗力燃气锅炉以及水泵、冷却塔等辅助设备。
华山北院建筑中，机电设备众多，且分散在建筑物的各个区域。加上后勤管理人员数量有限，不可能对分散在医院各科室的机电设备做到及时、有效、正确的操作，同时，管理人员还要兼顾医院能源的节能减排。这给医院后勤的管理人员带来了很大的压力，也是一项很能完成的工作。因此，需要一套能对建筑物内的各类机电设备的运行、安全状况、能源使用和管理等实行实时的自动监测、控制和管理的系统[1]。系统能够及时提供设备运行状态、设备档案、运行历史、数据报表、记录图表等材料，以便进行集中分析，作为设备管理决策的依据，实现最佳的能源控制方案，节省能源消耗并实现能源管理自动化和减轻劳动强度，实现设备维护工作的自动化和科学化。
四、BAS 系统
为了能够对华山北院的用能设备进行统一监控和管理，为医院的管理营造节能、舒适、安全、高效的环境，设计建设了华山北院的BAS系统[2]。
BAS系统是建立在机电系统的基础上，利用自控技术、计算机软件技术、计算机网络通信技术，将建筑中的不同机电系统设备产生的信息汇集起来，实现各类设备之间的数据、信息交换，并对各种不同类型的信息进行综合处理。系统采用楼宇自控系统的国际标准TCP/IP协议，在无需任何网关和协议转换设备的情况下能够自由地与各类设备进行通讯，同时兼容其他系统，是一个完全开放性的系统。华山北院BAS系统主要提供对医院内暖通设备、配电系统、照明设备、给排水设备等进行统一监控和管理。
中央空调系统监控
中央空调系统监控主要对医院冷冻机系统、传染楼热泵系统、门诊医技楼热泵系统等进行监测和管理。冷热源设备由厂家自主控制，通过网关开放给BAS系统，系统根据冷水机组的通讯协议转换可将所有机组信息读取出来。
BAS系统通过网关能够得到机组的内部运行状态、过热报警、防冻报警、机组的内部温度、接收BAS给出的冷冻水供水温度再设定值、接受BAS发出的启停控制命令以及其它一切有用的工艺参数。中央空调系统是医院冷热源供给的核心部分，同时也是医院的能耗大户，中央空调系统的有效监控不仅可以保障医院冷热源的供给还可以节约能源。
配电系统监控
BAS系统不仅可以对医院高、低压开关柜、变压器等配电系统进行监测，还可以对医院的用电线路进行能耗计量，重点计量医院大耗能设备及医疗设备。
BAS系统对配电系统的主要监视内容包括安全监测、电能质量监测、电能消耗监测。安全监测包括开关柜的开关状态及故障报警、变压器高温报警及故障报警。电能质量监测包括谐波测量、电压扰动等[4]。电能消耗监测包括电流、电压、电功率、电度数的计量。
变配电系统是医院供电系统的心脏部位，它的安全运行是医院供电保障的重中之重，医院的手术室、抢救室、CT室等等都是重点用电场所，不能让变配电系统的安全监测处于裸跑状态，BAS监测系统的安装刚好可以解决医院这个问题。同时，还具备能源成本分摊、账单验证、能耗分析（相关性分析、线性回归模型等）、能源报告、能效分析以及能效指标考核等功能。
空调通风系统监控
空调通风系统监控主要对医院空调机组、新风机、排风机等进行监测和管理[3]。空调机组、新风机、排风机分散在医院的各个角落，系统采用集中管理、分散控制的集散式系统的设计思想，DDC控制器在本地对被控设备进行监控，这种集中管理、分散控制的模式既实现了对大型建筑机电设备的有效管理，又将控制功能分配给本地DDC控制器，避免了过去集中控制方式的弊端。
BAS系统可以有效监控空调通风系统的风机启停控制、风机故障报警、风机运行状态、风机手/自动状态、新风阀门调节、新风温度、新风湿度、送风温度、送风湿度、过滤器报警、盘管水阀控制、盘管水阀开关度回馈、加湿控制等。
公共照明和泛光照明监控
BAS系统对公共区照明、泛光照明结合时间表进行开关监控。根据预先设置的时间表，对公共通道实现分区、分时控制；自动控制环境照明的开启和关闭。
五、节能措施及效果分析
空调系统节能措施
BAS系统在不影响舒适性的前提下，通过对冷冻水温度的最佳设定值及实际冷负荷计算，对空调系统进行优化启停控制，以缩短设备的运行时间，从而达到节能目的，具体节能措施如下：
1、冷冻水温度设定，系统节能程序根据不同季节及每天室外温度的变化情况，自动调节冷冻水的出水温度，对系统进行动态控制。
2、空调场所温度设定，在医院大厅、走道等公共区域，适当提高设定温度可减少能耗。医院办公和诊室区温度设定在25℃左右，在室内外过渡的前厅，若同样设于25℃左右，则与室外温差过大，人一进门会感觉不适，可设定在28℃~30℃，比室外低（4~5）℃；走道可设定在27℃~28℃；这样逐渐过渡到办公和诊室区域，不但人体感觉舒适，还可有效地减少不必要的能耗。
3、克服设备容量冗余，传统的空调设计，由于季节变化和人员、设备发热量等变数太多，难以精确的计算出空调系统的负荷需求，因此设计中会有一定的设备容量冗余，用人工简单的启停制势必造成能源的浪费。运用BAS系统的节能控制算法和群控模式，根据末端实际所需冷负荷，动态调整设备运行时间和投入台数，保证冷量供求平衡，让冷源设备运行在最高效率特性上，避免大马拉小车，有效克服由于设备容量冗余而造成的能源浪费。
4、提高室内温湿度控制精度，建筑内温湿度的变化与建筑节能有着紧密的关系，根据美国国家统计资料，如果在夏季将温度设定值下调10℃，将增加9%的能耗，因此将建筑内温湿度控制在设定值精度范围内是建筑空调节能的又一个有效措施。
能源管理节能措施
BAS系统提供了最佳的能源管理手段，实现空调机/新风机组夜间换气功能、优化设备启停时间、循环启停功能、最佳运行功能、零能区/负荷再设定控制功能和最优化功能、电力设备不同时段运行功能、节假日节能运行模式功能等，以实现合理的能源审计、分析、跟踪和管理。另外，软件基于设备以往的模式模拟设备的用电需求，从而可以对设备的异常情况进行预测和报告。这些记录在进行能源管理分析时是非常有用的，它可以提高用户的能源意识，并可以有效地减少能源消耗。
效果分析
华山北院BAS系统项目实施后效果是帮助院方在用电设备安全方面进行了监管，找出安全隐患；重要医疗器械电能质量进行监控，提高了设备运行效率；重要用电回路用量计量，提高了能源使用效率；对空调和照明系统进行集中管理，分散控制目的，节省人力和能耗的费用；提高了18%管理效率，医院年能耗下降5%左右。
六、结论
对华山北院的各类用能系统和设备进行了介绍，对医院的能源结构和能耗进行了分析，总体来说华山北院的设备种类和数量较多，位置比较分散，难管理，效率低，设备的安全运行得不到保障，而且能耗也在逐年增加。
根据这一特点设计建设了针对医院的BAS控制系统，系统包括中央空调系统监控、配电系统监控、空调通风系统监控、公共照明和泛光照明监控、给排水系统监控、能源管理系统等六大块内容，全院一共设置了2470个监控点。系统对医院的机电设备进行了全面深入的监控，极大地提高了医院用电设备的可靠性及安全性。
BAS控制系统的应用实现了华山北院建筑设备的有效控制与管理，保证建筑设施的节能、高效、可靠、安全运行，满足了医院后勤管理的需求，为医院后勤管理现代化提供了支持。
参考文献：
[1]任远扬.智能化建筑及相关软件技术研究———移动分布式网络中的中间件研究[D].西北工业大学.2003.
[2]李中, 林木青, 谭宏业. 环境监控系统(BAS)在地铁中的应用[J]. 轨道交通, 2008, 000(008):69-71.
[3]杨明月.酒店空调系统方案设计及优化[J].山西建筑,2013,18:105-106.
[4]王高安.综合性医院消防电气设计浅析[J].中国医用工程与装备，2013,9:53-54.
（责任编辑：董安）
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