INDAGINE SUI CONSUMI
ENERGETICI DELLE GRANDI
APPARECCHIATURE
OSPEDALIERE
CONVEGNO NAZIONALE
Maria Margherita Obertino
Progetto di Ricerca: IGEEOP
Iniziative per la Gestione Energetica Efficiente degli Ospedali del Piemonte
1
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.
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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
RM Signa HDx
1.5T (GE)
CTO di Torino
1 campionamento/2min
per 6 giorni
Macchinario
PET/CT Discovery
LS (GE)
S. Croce e
Carle di
Cuneo
1 campionamento/min
per 4 giorni
Macchinario e sala
comandi
Tutte le apparecchiature studiate sono di ultima generazione
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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
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4
LA TOMOGRAFIA
COMPUTERIZZATA - CT
(Ospedale CTO - TO)
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CT – descrizione e requisiti
CT Bright Speed (GE)
Gantry con tubo radiogeno e rivelatori
montati su un anello rotante
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.
Letto porta-paziente scorrevole e posizionabile con precisione all’interno del gantry
dalla consolle di comando.
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
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L’area CT: requisiti ambientali
AREA CT ~62 m2
Temperatura tra 15°C e 24°C
(massima variazione 3°C/h)
SALA
REFERTAZIONE
SALA COMANDI
SALA D’ATTESA
SCAN ROOM (~40 m2)
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.
Misurati in contemporanea i consumi dello strumento e dell’area CT
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Potenza assorbita durante un esame CT
Potenza massima: 50-60 kW durante produzione dei raggi X
(15% del tempo di un esame)
Scansione elicoidale
60
50
Scansione
assiale
Scansione assiale
[kW]
PotenzaP (kW)
40
30
20
Riposizionamento del
paziente
Iniezione del mezzo
di contrasto e rilocalizzazione
Scansione di
localizzazione
Fine esame
10
0
20/07/2009 17.08
20/07/2009 17.11
20/07/2009 17.13
20/07/2009 17.16
20/07/2009 17.19
20/07/2009 17.22
t
Misure ogni secondo
Tempo (s)
CHTOT kW(P-Fndmax)(kW)
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Distorsione armonica – CT ON
400
100
80
300
60
100
20
0
800,00
805,00
810,00
815,00
820,00
825,00
830,00
835,00
840,00
845,00
0
850,00
-20
I [A]
V [V]
40
Corrente (A)
Tensione (V)
200
-100
-40
-200
-60
-300
-80
-400
-100
Tempo (ms)
t [ms]
CHA Volts(Volts)
CHB Volts(Volts)
CHC Volts(Volts)
CHA Amps(Amps)
CHB Amps(Amps)
CHC Amps(Amps)
• 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
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Potenza “reattiva” durante un esame CT
8
7
6
40
5
30
4
3
20
2
1
10
0
0
17.08.10
• La potenza reattiva ricalca
l’andamento della potenza
attiva
-1
17.11.02
17.13.55
17.16.48
17.19.41
17.22.34
Tempo (s)
CHTOT kVAR(QFndmax)(kVAR)
( cos(f) < 0.9 solo durante
l’emissione dei raggi X )
1,2
50
1
40
0,8
30
Cos(F)
Potenza reattiva
0,6
20
0,4
10
0,2
0
17.08.10
Fattore di potenza
• Rifasamenti non necessari
P [kW]
CHTOT kW(P-Fndmax)(kW)
Potenza reattiva (kVAR)
t
60
cos(f )
50
Q[kVAR]
P [kW]
9
Potenza attiva
Potenza reattiva
Potenza reattiva (kVAR)
Potenza attiva (kW)
60
0
17.11.02
17.13.55
17.16.48
Tempo (s)
17.19.41
17.22.34
t
CHTOT kW(P-Fndmax)(kW)
CHTOT PF(arit)max()
CHTOT PF(vec)max()
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CT: consumi
Consumi giornalieri medi (giorni
lavorativi)
AREA CT: 93.5±0.6 kWh
CT:
53±1 kWh
La variabilità giornaliera è legata
al diverso numero e alla diversa
tipologia di esami effettuati.
Consumi giornalieri medi (giorni festivi)
AREA CT: 75±2 kWh
CT:
44.5±1.5 kWh
(CT usata dal Pronto Soccorso)
Il 57% circa dei consumi totali e’ dovuto al macchinario
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LA PET/CT
(Ospedale S. Croce e Carle - CN)
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PET/CT: descrizione e requisiti
REQUISITI MACCHINARIO:
PET/CT Discovery (GE)
Gantry con
rivelatori per
fotoni e TC
• requisiti CT
• rivelatori PET sempre accesi
REQUISITI AMBIENTALI:
• Temperatura tra 15°C e 24°C
(massima variazione 3°C/h)
• Umidità relativa tra 30% e 60%
(massimo gradiente 5%/h)
SALA COMANDI:
• 1 workstation di comando con 2 monitor e
2 PC (dedicati a PET e CT)
• 1 workstation utilizzata per esaminare e
• Sistema di ventilazione:
5 ricambi/h  10.5 m3/min
Misurati in contemporanea i consumi
dello strumento e della sala comandi
fondere le immagini PET e CT.
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PET/CT: potenze assorbite
(giornata tipica)
Riscaldamento tubo radiogeno e
calibrazione rapida
Scansioni CT
(esame tipico)
Scansione PET: potenza massima,
minima e media coincidono e sono
molto stabili perché le condizioni di
lavoro del tomografo PET non variano
durante l’esame diagnostico.
Potenza massima < 60 kW (durante produzione dei raggi X)
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PET/CT: consumi
(durante l’orario di esecuzione degli esami diagnostici)
Consumi di consolle di comando e computer: ~ 9% dei consumi del macchinario nella
fase di “system on”
[*]
[*] Utilizzo attuale: 8h x 5 gg
Utilizzo intensivo: 12h x 6 gg
Costo energia: 0.108€/kWh +IVA (20%).
TOT: 6813 Euro
[*]
TOT: 6970 Euro
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LA RM
(Ospedale CTO - TO)
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RM: requisiti
Gantry con:
• il magnete principale
RM Signa HDX 1.5T(GE)
(1.5T - superconduttore)
• le bobine a radiofrequenza
• le bobine di gradiente e
ausiliarie
Magnete principale e circuiti
connessi sempre accesi
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
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RM: potenze assorbite e consumi
Potenza massima < 40 kW
(giornata tipica)
Picchi dovuti alle radiofrequenze e
alla generazione dei gradienti di
campo
Utilizzo RM: 12h x 5 gg
Costo energia: 0.108€/kWh +IVA (20%).
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Conclusioni: potenza assorbita
Potenza attiva media in 3 ore di attività
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
30
24
[kW]
18
12
6
0
10
10.5
11
11.5
12
12.5
13
[h]
TC
RM
PET-TC
Le apparecchiature introducono distorsioni e sfasamenti sulle linee a cui
sono collegate; le potenze reattive sono tuttavia contenute e non sono
necessari rifasamenti.
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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
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