Post on 26-Jan-2021
1 Progetto di Ricerca: IGEEOP Iniziative per la Gestione Energetica Efficiente degli Ospedali del Piemonte
INDAGINE SUI CONSUMI ENERGETICI DELLE GRANDI
APPARECCHIATURE OSPEDALIERE
CONVEGNO NAZIONALE
Maria Margherita Obertino Università del Piemonte Orientale
2 Progetto di Ricerca: IGEEOP Iniziative per la Gestione Energetica Efficiente degli Ospedali del Piemonte
Obiettivi dello studio Analizzare il consumo energetico relativo ad alcune delle grandi apparecchiature utilizzate per la diagnostica in strutture ospedaliere piemontesi, allo scopo di individuare eventuali margini di risparmio.
3 Progetto di Ricerca: IGEEOP Iniziative per la Gestione Energetica Efficiente degli Ospedali del Piemonte
Misure effettuate
Macchinario Ospedale Caratteristiche delle misure
Oggetto delle misure
CT BrightSpeed (GE)
CTO di Torino
1 campionamento/5min per 1 settimana
Macchinario e area TC
CT BrightSpeed (GE)
CTO di Torino
1 campionamento/2min per 1 settimana
Macchinario e area TC
CT BrightSpeed (GE)
CTO di Torino
1 campionamento/sec per alcune ore
Studio dettagliato delle potenze in gioco
durante un esame TC
PET/CT Discovery LS
(GE)
S. Croce e Carle di Cuneo
1 campionamento/min per 4 giorni
Macchinario e sala comandi
RM Signa HDx 1.5T (GE)
CTO di Torino
1 campionamento/2min per 6 giorni
Macchinario
Tutte le apparecchiature studiate sono di ultima generazione
4 Progetto di Ricerca: IGEEOP Iniziative per la Gestione Energetica Efficiente degli Ospedali del Piemonte
Strumenti di misura
Le misure in questione sono state effettuate per mezzo di dispositivi multifunzione per l’analisi di impianti elettrici che misurano tensioni e correnti sulle tre fasi della linea sulla quale vengono collegati e, a partire da tali grandezze, calcolano potenze attive e reattive e consumi energetici corrispondenti.
SCHEMA DI INSERZIONE DEGLI STRUMENTI DI MISURA
Misure non facili: difficile accesso ai quadri elettrici; necessità di non interferire con il funzionamento normale dei reparti
5 Progetto di Ricerca: IGEEOP Iniziative per la Gestione Energetica Efficiente degli Ospedali del Piemonte
LA TOMOGRAFIA COMPUTERIZZATA - CT
(Ospedale CTO - TO)
6 Progetto di Ricerca: IGEEOP Iniziative per la Gestione Energetica Efficiente degli Ospedali del Piemonte
CT – funzionamento
Il tubo radiogeno produce un fascio collimato di raggi X che attraversa una sezione del corpo del paziente attraverso il quale viene attenuato. Un sistema di rivelatori misura l’attenuazione dei raggi X nei tessuti per differenti posizioni angolari.
La tomografia computerizzata è una tecnica radiografica in cui le immagini a raggi X di sezioni del corpo sono ricostruite, da software opportuni, a partire da numerose curve di attenuazione ottenute e diversi angoli.
7 Progetto di Ricerca: IGEEOP Iniziative per la Gestione Energetica Efficiente degli Ospedali del Piemonte
CT – descrizione e requisiti Gantry con tubo radiogeno e rivelatori montati su un anello rotante
Letto porta-paziente scorrevole e posizionabile con precisione all’interno del gantry dalla consolle di comando.
Workstation principale composta dalla • consolle di comando • computer per l'acquisizione e visualizzazione delle immagini • memoria per archiviazione dati
Workstation per post-elaborazione dei dati.
CT Bright Speed (GE)
Per ottenere una qualità dell’immagine omogenea occorre: • mantenere accesi i rivelatori anche nei periodi di non utilizzo • riscaldare il tubo radiogeno almeno una volta al giorno • eseguire una volta al giorno la “calibrazione rapida” del tubo radiogeno
8 Progetto di Ricerca: IGEEOP Iniziative per la Gestione Energetica Efficiente degli Ospedali del Piemonte
L’area CT: requisiti ambientali
Misurati in contemporanea i consumi dello strumento e dell’area CT
AREA CT ~62 m2
SCAN ROOM (~40 m2)
SALA D’ATTESA
SALA REFERTAZIONE
SA
LA C
OM
AN
DI
Temperatura tra 15°C e 24°C (massima variazione 3°C/h)
Umidità relativa tra 30% e 60% (massimo gradiente 5%/h)
Ambienti dotati di un sistema di termoregolazione con controllo dell’umidità integrato con condizionatori di emergenza.
9 Progetto di Ricerca: IGEEOP Iniziative per la Gestione Energetica Efficiente degli Ospedali del Piemonte
Scansione di localizzazione
Fine esame
Scansione elicoidale
Riposizionamento del paziente
Scansione assiale Scansione assiale
Iniezione del mezzo di contrasto e ri-localizzazione
Potenza assorbita durante un esame CT
Misure ogni secondo
Pot
enza
(kW
)
Tempo (s)
Potenza massima: 50-60 kW durante produzione dei raggi X (15% del tempo di un esame)
10 Progetto di Ricerca: IGEEOP Iniziative per la Gestione Energetica Efficiente degli Ospedali del Piemonte
Distorsione armonica – CT ON
• Sono presenti carichi capacitivi/induttivi che sfasano la corrente in anticipo/ritardo; questo dà luogo a una componente “reattiva” della potenza che si deve limitare • I carichi provocano forti distorsioni
Tempo (ms)
Tens
ione
(V) Corrente (A
)
11 Progetto di Ricerca: IGEEOP Iniziative per la Gestione Energetica Efficiente degli Ospedali del Piemonte
Pot
enza
atti
va (k
W)
Potenza “reattiva” durante un esame CT
Potenza reattiva (kVA
R)
Potenza attiva Potenza reattiva
Tempo (s)
• La potenza reattiva ricalca l’andamento della potenza attiva
• Rifasamenti non necessari ( cos(φ) < 0.9 solo durante l’emissione dei raggi X )
Pot
enza
reat
tiva
(kVA
R) Fattore di potenza
Tempo (s)
Potenza reattiva Cos(Φ)
12 Progetto di Ricerca: IGEEOP Iniziative per la Gestione Energetica Efficiente degli Ospedali del Piemonte
CT: consumi
Consumi giornalieri medi
La variabilità giornaliera è legata al diverso numero e alla diversa tipologia di esami effettuati.
Il 57% circa dei consumi totali e’ dovuto al macchinario (da vagliare possibilità di ottimizzazione del consumo dei sistemi di
termoregolazione)
AREA CT: 93.5±0.6 kWh CT: 53±1 kWh
13 Progetto di Ricerca: IGEEOP Iniziative per la Gestione Energetica Efficiente degli Ospedali del Piemonte
LA PET/CT (Ospedale S. Croce e Carle - CN)
14 Progetto di Ricerca: IGEEOP Iniziative per la Gestione Energetica Efficiente degli Ospedali del Piemonte
PET/CT: funzionamento La PET è un tecnica diagnostica basata sul conteggio dei positroni emessi da un radiofarmaco somministrato al paziente e captato dall’organo sotto osservazione.
La rivelazione di più linee di emissione e l’elaborazione con software dedicati consente di ricostruire le immagini della distribuzione del radionuclide all’interno dell’organo e di trarre quindi informazioni sull’attività dello stesso.
15 Progetto di Ricerca: IGEEOP Iniziative per la Gestione Energetica Efficiente degli Ospedali del Piemonte
PET/CT: descrizione e requisiti
SALA COMANDI: • 1 workstation di comando con 2 monitor e 2 PC (dedicati a PET e CT) • 1 workstation utilizzata per esaminare e fondere le immagini PET e CT.
Gantry con rivelatori per fotoni e TC
Misurati in contemporanea i consumi dello strumento e della sala comandi
REQUISITI AMBIENTALI:
• Temperatura tra 15°C e 24°C (massima variazione 3°C/h)
• Umidità relativa tra 30% e 60% (massimo gradiente 5%/h) • Sistema di ventilazione: 5 ricambi/h 10.5 m3/min
REQUISITI MACCHINARIO: • requisiti CT • rivelatori PET sempre accesi
PET/CT Discovery (GE)
16 Progetto di Ricerca: IGEEOP Iniziative per la Gestione Energetica Efficiente degli Ospedali del Piemonte
PET/CT: potenze assorbite
Riscaldamento tubo radiogeno e calibrazione rapida
Scansioni CT
(giornata tipica)
Le condizioni di lavoro del tomografo PET non variano sensibilmente durante l’esame diagnostico.
Potenza media: 5-7 kW Potenza massima < 60 kW (durante produzione dei raggi X)
17 Progetto di Ricerca: IGEEOP Iniziative per la Gestione Energetica Efficiente degli Ospedali del Piemonte
PET/CT: consumi
(durante l’orario di esecuzione degli esami diagnostici)
TOT: 6820 Euro TOT: 6970 Euro [*] Utilizzo attuale: 8h x 5 gg Utilizzo intensivo: 12h x 6 gg Costo energia: 0.108€/kWh +IVA (20%).
Consumi di consolle di comando e computer: ~ 10% dei consumi del macchinario nella fase di “system on”
Consumi giornalieri medi (kWh)
Costi annuali attuali (Euro)
Costi annuali attuali (Euro)
Giorni lavorativi Giorni festivi
146±2 140±2
4930 1890
6030 940
[*] [*]
Uso intensivo consigliato
18 Progetto di Ricerca: IGEEOP Iniziative per la Gestione Energetica Efficiente degli Ospedali del Piemonte
LA RM (Ospedale CTO - TO)
19 Progetto di Ricerca: IGEEOP Iniziative per la Gestione Energetica Efficiente degli Ospedali del Piemonte
Una bobina genera un campo magnetico oscillante con frequenza ωL che interagisce col nucleo che a sua volta genera un campo oscillante.
RM: funzionamento
B=0 B≠0
La Risonanza Magnetica (RM) è una tecnica diagnostica che utilizza il fenomeno della risonanza magnetica nucleare per ottenere immagini dettagliate di qualsiasi sezione del corpo umano. Le immagini sono costruite sfruttando le proprietà magnetiche dei protoni delle molecole d’acqua presenti nei tessuti.
B
In presenza di un campo magnetico esterno B i momenti magnetici dei protoni si orientano nella direzione del campo stesso.
ωL
Il segnale emesso dai nuclei sotto forma di onde radio è rivelato da un opportuno ricevitore.
RICEVITORE
Cambiando i valori di B e/o ωL, è possibile ricostruire la “mappa”, anche tridimensionale, della distribuzione dei protoni nei tessuti, e quindi negli organi.
20 Progetto di Ricerca: IGEEOP Iniziative per la Gestione Energetica Efficiente degli Ospedali del Piemonte
RM: requisiti RM Signa HDX 1.5T(GE)
CONDIZIONI AMBIENTALI:
• Temperatura tra 20°C e 22°C (massima variazione 3°C/h) • Umidità relativa tra 40% e 50% (massimo gradiente 10%/h) • Sistema di ventilazione: 6-10 ricambi/h • Impianto di spegnimento del campo magnetico in caso di emergenza • Impianto di rilevamento del livello di ossigeno (>19%) • Impianto di evacuazione rapida dei gas criogenici
Gantry con: • il magnete principale (1.5T - superconduttore) • le bobine a radiofrequenza • le bobine di gradiente e ausiliarie
Magnete principale e circuiti connessi sempre accesi
21 Progetto di Ricerca: IGEEOP Iniziative per la Gestione Energetica Efficiente degli Ospedali del Piemonte
RM: potenze assorbite e consumi
Picchi dovuti alle radiofrequenze e alla generazione dei gradienti di campo
Potenza massima < 40 kW (giornata tipica)
Utilizzo RM: 12h x 5 gg Costo energia: 0.108€/kWh +IVA (20%).
22 Progetto di Ricerca: IGEEOP Iniziative per la Gestione Energetica Efficiente degli Ospedali del Piemonte
Conclusioni: potenza assorbita
Le potenze medie richieste dalle grandi apparecchiature utilizzate per la diagnostica sono in genere inferiori a 30 kW ma presentano picchi di potenza istantanea superiori a 60 kW
Le apparecchiature introducono distorsioni e sfasamenti sulle linee a cui sono collegate; le potenze reattive sono tuttavia contenute e non sono necessari rifasamenti.
23 Progetto di Ricerca: IGEEOP Iniziative per la Gestione Energetica Efficiente degli Ospedali del Piemonte
Conclusioni: consumi
Consumi delle apparecchiature limitati rispetto ai consumi ospedalieri totali
Non variano molto tra giorni lavorativi e festivi (alcune parti delle apparecchiature vanno alimentate anche in fase di non utilizzo delle stesse). E’ auspicabile un uso più intensivo di questi macchinari (ammortamento!).
La sala comandi e i computer per l’elaborazione delle immagini contribuiscono ~10% al consumo del macchinario spegnere quanto possibile nelle ore di non utilizzazione
Consumo dei sistemi di termoregolazione e controllo dell’aria confrontabile con quelli dei macchinari vagliare possibilità di ottimizzazione di tali sistemi
24 Progetto di Ricerca: IGEEOP Iniziative per la Gestione Energetica Efficiente degli Ospedali del Piemonte
Backup
25 Progetto di Ricerca: IGEEOP Iniziative per la Gestione Energetica Efficiente degli Ospedali del Piemonte
Scansione elicoidale
??
3 livelli di potenza corrispondenti a 3 impostazioni del tubo a raggi X
Potenza assorbita - dettaglio
26 Progetto di Ricerca: IGEEOP Iniziative per la Gestione Energetica Efficiente degli Ospedali del Piemonte
Il fattore di potenza o cosφ è il coseno dell'angolo φ di sfasamento tra corrente e tensione in un sistema elettrico in corrente alternata.
• In un sistema puramente resistivo lo sfasamento è nullo, per cui cosφ = 1.
• In un sistema di tipo induttivo reale, ovvero con componente resistiva non nulla (ad esempio un motore elettrico), lo sfasamento è compreso tra 0 e π/2 (sfasamento in ritardo).
• In un sistema con componente capacitiva lo sfasamento è compreso tra 0 e −π/2 (sfasamento in anticipo).
Il cosφ è definito fattore di potenza in quanto equivale al rapporto tra la potenza attiva (P) e la potenza apparente (S).
Un cosφ di valore unitario significa che la potenza apparente corrisponde alla potenza attiva e la potenza reattiva (Q) è nulla. La potenza reattiva è sempre indesiderata: un valore di cosφ è tanto più indesiderato quanto più si discosta da uno.
Fattore di potenza
27 Progetto di Ricerca: IGEEOP Iniziative per la Gestione Energetica Efficiente degli Ospedali del Piemonte
Durante il funzionamento la potenza reattiva ricalca l’andamento della potenza attiva
Potenza reattiva (TAC) – on
28 Progetto di Ricerca: IGEEOP Iniziative per la Gestione Energetica Efficiente degli Ospedali del Piemonte
Nel passaggio da standby a funzionamento la potenza reattiva diminuisce accensione alimentazione fototubo
Potenza reattiva TAC - standby
29 Progetto di Ricerca: IGEEOP Iniziative per la Gestione Energetica Efficiente degli Ospedali del Piemonte
Fattore di potenza (TAC)
30 Progetto di Ricerca: IGEEOP Iniziative per la Gestione Energetica Efficiente degli Ospedali del Piemonte
Fattore di potenza (TAC) - on
31 Progetto di Ricerca: IGEEOP Iniziative per la Gestione Energetica Efficiente degli Ospedali del Piemonte
La grande differenza fra i due fattori di potenza, aritmetico e vettoriale, sono dovuti alla forte distorsione armonica.
Fattore di potenza (TAC) - standby
32 Progetto di Ricerca: IGEEOP Iniziative per la Gestione Energetica Efficiente degli Ospedali del Piemonte
Carico capacitivo sulla fase C
STANDBY
TAC ON
Squilibrio correnti (TAC)
Carico capacitivo sulla fase C è compensato da carico induttivo trifase
33 Progetto di Ricerca: IGEEOP Iniziative per la Gestione Energetica Efficiente degli Ospedali del Piemonte
TUBO RADIOGENO Tubo entro il quale viene fatto il vuoto contenente: - Catodo (C) - Anodo (A) Tra C ed A viene creata una elevata differenza di potenziale (ΔV ~ 10-1000 kV)
Anodo: piastra di metallo ad alto Z (di solito tungsteno)
Catodo : filamento metallico collegato ad un generatore di bassa tensione ed alta corrente. La corrente rende il filo incandescente (effetto Joule)
Gli elettroni vengono emessi dal metallo per effetto termoionico.
Gli elettroni emessi vengono accelerati da ΔV ed acquistano un’energia e·ΔV (10-1000 keV).