淺談大型醫療建筑不同空調系統供配電分析
繆陽揚
江蘇安科瑞微電網研究院有限公司江蘇江陰214432
摘要：近年來醫療事業改革正在大力推進，供電系統作為醫療建筑中非常重要的一部分，對保證整個醫療系統的順利運行具有非常重要的影響。因此，本文以大型醫療建筑的不同空調系統供配電分析為例展開了詳細分析，對供配電運行的安全性、有效性等進行了合理地分析，以保證可以滿足不同空調系統在用電方面的需求。
關鍵詞：大型醫療建筑；空調系統；供配電
0引言
對于大型醫療建筑來說，空調系統不僅僅是為了維持醫院室內的溫度，還需要滿足手術室以及監護室等在溫度和濕度等方面的要求，相對于其他建筑而言醫療建筑的空調系統設計更加嚴格，難度也更高。空調在整個建筑供電系統中耗電量高，是主要的支出內容之一。因此，對大型醫療建筑不同空調系統的供配電進行分析，對醫療建筑的冷熱源需求以及空調的運行以及使用性質等進行分析，有利于供配電系統的合理設計，節約成本，降低支出。
1大型醫療建筑空調系統的基本要求
醫院分為各個科室，每一個科室都具有特殊性，對于空調的要求溫度和濕度也都是不同的。一般性區域夏季孔度溫度要求在25度上下，冬季則為24度上下，手術室和監護室的溫度則常年為24度。在空氣的潔凈程度方面，一般性的區域是普通環境，也可以設置不同凈化級別。在濕度方面，一般性區域相對濕度的控制范圍在不超過30%，不高于65%，特殊區域的濕度控制范圍不超過45%，不高于55%。除上述幾點外，還需要提供熱源以及冷源，夏季利用空氣的冷凝除濕，冬季則對空氣進行再加熱，維持室內的溫度。因此，根據我國2013年關于醫療建筑電氣設計規范中關于負荷的規定，對于二級和三級醫院空氣凈化機組應該采取二級負荷，利用雙回路供電方式，所以在設計時必須要對熱源以及冷源進行充分地了解，對凈化空調的工作原理進行了解。而這三種不同空調的冷熱源系統形式存在差異，以下進行具體分析。
2不同空調系統的供配電分析
一，冷水機組加鍋爐。此系統形式簡單，冷水機組在整個醫院當中為空調系統提供冷源，鍋爐則提供熱源。運作的原理是兩者在夏季時要同時開啟，所以在負荷計算書的編制過程中，不要將兩者的組合簡單地看作是季節性負荷，避免在計算時取其大者計入變壓器負荷，這樣會影響精準性。在具體的設計過程中，冷水機組可以根據機組本身的容量以及當地的供電情況和經濟條件等，經過業主與專業設計人員協商之后，確定合理的機組額定電壓，如果情況允許爭取采取10kv或者6kv的冷水機組，這樣更能夠達到節約能耗的目的。在具體的運作過程中，如果單臺的額定輸入功率超過了1200kw，供電方式應該選擇高壓。如
果超過900kw，不超過1200kw適宜選用高壓輸電方式。如果超過650kw，不超過900kw則可以選擇高壓輸電方式。
二，冷水機組加鍋爐加風冷熱泵。此系統主要是在夏季炎熱，冬季寒冷和夏秋溫度比較適宜的地區，一般在夏季溫度達到22℃以上冷水機組就會全部打開進行冷源的供應，鍋爐開啟之后為手術室和監護室提供熱源，風冷熱泵則是為了夏季空氣凈化所提供的備用型設備。如果冷水機組出現檢修或者停止使用時則采取風冷熱泵。春秋溫度適宜的季節，醫院內的一般區域內是不需要使用空調系統的，但是特殊的凈化區域除外，此時冷水機組不開啟，風冷熱泵則主要為手術室和監護室提供服務，鍋爐則需要開始熱源供應。在冬季鍋爐要開啟全部熱源供應，但是部分冷水機組在溫度達到15℃以下之后無法正常使用，所以還需要利用風冷熱泵為凈化區域提供冷源。從上述對該空調系統的分析可以看出，夏季時冷水機組和鍋爐是同時運行的，所以在計算負荷時需要同時計入，但是冷水機組和風冷熱泵不同時使用，所以在計算負荷時只需要取大電量者即可。在空調系統配電時好從冷水機組到風冷熱泵，并利用同一個變壓器低壓側引出，根據不同使用特性的特點，對整個變壓器的配置容量進行降低。在二級和三級醫院空氣凈化機組都是二級負荷，所以風冷熱泵提供的是冷源，采取的雙回路供電方式，可以確保供電的穩定性，保證手術室、監護室等醫療區域內的空氣環境。
三，冷水機組加鍋爐加一體式風冷熱泵。此系統是針對醫院中凈化區域和非凈化區域的冷熱源供應進行獨立設置的，冷水機組加鍋爐是為醫院非凈化區域提供冷熱源供應的，一體化風冷熱泵則是為凈化區域提供冷源除濕和熱源供應。這樣做是為了確保凈化區域內的熱源有保障，所以將非凈化區域內的熱源設計到了另一個支路上。如果一體化風冷熱泵需要檢修，冷水機組和鍋爐就會作為備用機組為凈化區域提供冷源和熱源，在具體的運行過程中由于兩者是獨立運行的，所以負荷需要同時計入。一體化風冷熱泵采取雙回路供電方式，可以給空調系統提供很好的供電效果。
3安科瑞醫院EMS能效管理系統
3.1平臺拓撲圖
3.2醫院電力監控解決方案
電力監控系統實現對變壓器、柴油發電機、斷路器以及其它重要設備進行監視、測量、記錄、報警等功能，并與保護設備和遠方控制及其他設備通信，實時掌握供電系統運行狀況和可能存在的隱患，快速排除故障，提高醫院供電可靠性。
電力監控系統主要針對開閉所和10/0.4kV變電所，對高壓回路配置微機保護裝置及多功能儀表進行保護和監控，對0.4kV出線配置多功能計量儀表，用于測控出線回路電氣參數和用能情況。同時對醫院重要設備如柴油發電機、無功補償裝置、有源濾波裝置、UPS、隔離電源系統狀態進行監測。
電力監控系統硬件配置
應用場合 | 名稱 | 系列型號 | 圖片 | 功能 |
系統后臺 | 電力監控軟件 | Acrel-2000/Z |
| 數據的實時采集、數字通信、遠程操作與程序拉制、權限管理、車件記錄與告營、故障分析、各類報表 |
通訊層 | 智能網關 | Anet系列 |
| 8個RS485串口2kV隔離，2個以太網接口，支持ModbusRTU、IEC-60870-5-101/103/104、CJ/T188、DL/T645等通訊協議設備的接入，支持ModbusRTU、ModbusTCP、IEC-60870-5-104等上傳協議、支持多不同數據服務要求，支持斷點續傳，裝置電源:220VAC/DC。 |
35KV、10KV | 微機保護裝置 | AM6-x |
| 相間電流速斷保護，相間電流速斷保護（可帶低壓閉鎖），相間過電流保護（可帶低壓閉鎖），兩段式零序過流保護，反時限相間過流保護（可帶低壓閉鎖），零序反時限過流保護，過負荷保護，控制回路異常告警。 |
35KV\10KV進線側 | 電能質量在線監測裝置 | APView500 |
| 相電壓電流＋零序電壓零序電流，電壓電流不平衡度，有功無功功率及電能、事件告警及故障錄波，諧波（電壓/電流63次諧波、63組間諧波、諧波相角、諧波含有率、諧波功率、諧波畸變率、K因子）、波動/閃變、電壓暫升、電壓暫降、電壓瞬態、電壓中斷、1024點波形采樣、觸發及定時錄波，波形實時顯示及故障波形查看，PQDIF格式文件存儲，內存32G，16D0＋22D1，通訊2RS485＋1RS232＋1GPS，3以太網接口（＋1維護網口）＋1USB接口支持U盤讀取數據，支持61850協議。 |
35KV/10KV測量 | 多功能網絡電力儀表 | APM-520 |
| 具有三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ）、電能統計、電能質 |
35KV\10KV帶電顯示裝置 | 智能操控裝置 | ASD500 |
| 5寸大液晶彩屏動態顯示一次模擬圖及彈簧儲能指示、高壓帶電顯示及閉鎖、驗電、核相、3路溫溫度控制及顯示、遠方/就地、分合閘、儲能旋鈕預分預合閃光指示、分合閘完好指示、分合閘回路電壓測量、人體感應、柜內照明控制、1路以太網、2路RS485、1路USB接口、GPS對時、高壓柜內電氣接點無線測溫、全電參量測溫、脈沖輸出、4～20mA輸出； |
35KV\10KV弧光保護 | 弧光保護裝置 | ARB5-x |
| 主控單元，可接20路弧光信號或4個擴展單元，配置弧光保護（8組）、失靈保護（4組）、TA斷線監測（4組）、11個跳閘出口； |
35KV\10KV配電柜 | 無線測溫 | ATE400（PT柜選用ATE200） |
| 監測母線、線纜接頭、斷路器觸臂、觸頭溫度，可通過無線傳輸至ASD320就地顯示，也可以上傳至監控系統。電源分為內置電池式和感應取電式，固定方式有螺栓固定，表帶式捆綁，測溫范圍-50℃-125℃，精度±1℃ |
0.4KV進線 | 多功能網絡電力儀表 | APM-520(96外型) |
| 具有三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ）、電能統計、電能質 |
電能質量在線監測裝置 | APView500 |
| 相電壓電流＋零序電壓零序電流，電壓電流不平衡度，有功無功功率及電能、事件告警及故障錄波，諧波（電壓/電流63次諧波、63組間諧波、諧波相角、諧波含有率、諧波功率、諧波畸變率、K因子）、波動/閃變、電壓暫升、電壓暫降、電壓瞬態、電壓中斷、1024點波形采樣、觸發及定時錄波，波形實時顯示及故障波形查看，PQDIF格式文件存儲，內存32G，16D0＋22D1，通訊2RS485＋1RS232＋1GPS，3以太網接口（＋1維護網口）＋1USB接口支持U盤讀取數據，支持61850協議。 | |
測溫監控裝置 | ARTM-Pn-E |
| 無線測溫采集可接入60個無線測溫傳感器；U、I、P、Q等全電參量測量；2路告警輸出；1路RS485通訊； | |
無線測溫傳感器 | ATE400 |
| 監測母線、線纜接頭、斷路器觸臂、觸頭溫度，可通過無線傳輸至ASD320就地顯示，也可以上傳至監控系統。電源分為內置電池式和感應取電式，固定方式有螺栓固定，表帶式捆綁，測溫范圍-50℃-125℃，精度±1℃ | |
0.4KV濾波柜 | 有源諧波治理系統 | AnSin-xxx |
| 有源電力濾波器井聯在含諧波負載的低壓配電系統中，能夠對動態變化的諧波電流進行快速實時的跟蹤和補償， |
0.4KV補償柜 | 有源無功補償系統 | AnCos-xxx |
| 低壓無功功率補償裝置并聯在整個供電系統中，能根據電網中負載功率因數的變化通過控制器控制電力電容器投切進行補償,無功功率補償裝置采用散件組成方案，主要以電容電抗、投切開關、控制器等組成。 |
0.4KV饋線 | 多功能網絡電力儀表 | APM-510(72外型) |
| 具有三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ）、電能統計、電能質 |
電氣火災監測模塊 | ARCM200系列 |
| 三相(I、U、kW、Kvar、kWh、Kvarh、Hz、cos中)，視在電能、四象限電能計量，單回路剩余電流監測，4路溫度監測，2路繼電器輸出，4路開關量輸入，事件記錄，內置時鐘，點陣式LCD顯示，2路獨立RS485/Modbus通訊 | |
測溫監控裝置 | ARTM-Pn-E |
| 無線測溫采集可接入60個無線測溫傳感器；U、I、P、Q等全電參量測量；2路告警輸出；1路RS485通訊； | |
無線測溫傳感器 | ATE400 |
| 合金片固定，CT感應取電，啟動電流大于5安培，測溫范圍-50-125C，測量精度±1℃；無線傳輸距離空曠150米； | |
低壓回路 | 電流互感器 | AKH-0.66系列 |
| 測量型互感器，采集交流電流信號 |
4結語
總之，大型醫療建筑作為應對公共衛生事件的重要場所，確定醫療設備和醫療物資的完整性，可以在很大程度上滿足醫療需求服務，也能夠快速地獲取周圍醫療機構的支持。由于醫院建筑具有很大的特殊性，設計與施工中相對復雜，對于技術要求也比較高，而空調系統作為其中為繁雜且耗電量大的電氣設備，電氣設計以及施工要求相對更高，需要設計人員不斷地鉆研和學習。此外，由于醫院醫療服務的特殊性，空調設計上需要滿足不同區域的要求，不同空調系統應運而生，所產生的供配電也有所不同，這就需要設計人員針對不同空調系統的運行特點，原理等進行充分分析，在確保用電穩定與安全的基礎上，科學地規劃線路，精準地計算用電指標，以保證整個醫院供配電系統的穩定。
參考文獻：
[1]大型醫療建筑不同空調系統供配電分析從靜
[2]盧巖飛,賈祥欽.平戰結合的人防醫療工程空調系統的設計要點分析[J].節能,2018,37(02):24-26.
[3]安科瑞企業微電網設計與應用手冊2020.06版．
[4]安科瑞用戶變電站變配電監控解決方案2021.10
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