医院楼宇自动化控制

一、前言

现代化医院建筑的完美性不仅表现在其建筑质量、房间功能和建筑结构上，对医院建筑本身尤其严格，而复杂的机电设备需要高效管理。这些设备的稳定、高效、可靠、长期的运行对医院的正常工作起到保障作用，特别是强调以病人为中心、体现人性化理念的医院来说，更关注的是舒适的住院和诊疗条件及低廉的使用和维护成本，提倡环保节能等方面，因此建筑内部的技术设备和运行效果越来越受到重视。为提高管理水平、环境质量和降低运行成本，有必要对建筑内部的技术设备进行优化控制，所以设置楼宇自动控制系统来保障医院内的机电设备高效、安全和可靠的运行，以提供给病人和医务人员良好、舒适的环境。

医院集医疗、教学、预防、科研、康复等职能为一体。为了更好的服务于病患人员，医院不断完善医院硬件设施的配备和医疗卫生环境的建设。外科手术楼建设过程中引进智能控制系统，旨在对楼内空调、通风、给排水以及动力等系统进行集中管理和监控，以满足医患对于楼内温度、湿度、通风等环境条件的严格要求，减少患者因空气不洁(带菌)而引起感染的几率，缩短治疗周期，提高治愈率。此举将打造一个全新的智能化诊疗空间，全面提升医院的服务水准，并且在提高医院服务水平的基础上尽量节约能源，达到服务和能源双优的效果。 

医院楼控系统主要管理楼内ICU病房、住院部所有病房、医院办公室以及部分手术室的空气调节。系统在设计时除了洁净空调以外还存在大量的新风机组、送排风机、给排水系统和冷热源以及医用气体系统等机电设备，这些设备既要有独立工作的能力又要有与相关设备进行协调，同时还要将数据传回给上位机以供分析参考。

二、系统设计原则

1．先进性：采用国际或国内通行的先进技术，适应时代发展需要;
2．成熟性：以实用为原则采用成熟的经过工程验证的先进技术;
3．开放性：采用开放的技术标准，避免系统互联或扩展的障碍;
4．按需集成：根据本项目特点，按照需要分层次实现集成;
5．标准化：采用标准化的设计和标准化的产品;
6．可扩展性：本工程设计应考虑到未来发展，在预埋和线缆布设上留有余量。
7．安全性、可靠性：包括系统自身安全和信息传递的安全，以及运行的可靠性;
8．设计、施工、运营与服务：强调以人为本的设计思想，为医院医院提供安全、舒适、方便、快捷、高效、节约的医疗、工作环境，提高效率;
9．二次深化设计图纸完成后，需经设计院相关专业工程师审核签认，方可进行施工。

三、系统设计依据

    本系统设计是以“中法燕达医院智能化弱电系统招标书”和与业主的沟通，及所附图纸为基础，参照以下标准进行设计：
《民用建筑电气设计规范》(JGJ/T16/92）
《智能建筑设计标准》(GB50314-2000）
《采暖通风与空调设计规范》(GBJ19-87)
《民用建筑照明设计规范》(GBJ133-90）
《电气装置工程施工验收规范》(GBJ232-82)
《电子计算机机房设计规范》(GB0174-93）

 《计算机场地安全要求》(GB9361-88）
《计算机场地技术条件》(GB2887-89）
项目各专业施工图纸及其它技术资料

四 、 楼宇自控系统控制方案

    医院楼宇自控系统现场控制功能设计医院楼宇自控系统通过设在现场的REGIN PIFA 和EXOCOMPACT 系列控制器完成对如下系统的监控：冷/热源系统及辅助设备系统，空调、新风机组及通风系统，给排水系统

BAS将对这些系统的众多分散设备的运行、安全状况、能源使用情况及节能管理实行集中监视、管理与分散控制。BAS将根据调节参数的实际值与给定值的偏差，用专用的仪表设备(由各种传感器、执行调节机构和调节器等组成的控制装置）代替人的手动操作来调节控制各参数的偏差值，使之维持在给定数值的允许范围内;检测各设备的状态与主要运行参数，并提供实时报警给中央监控中心;记录各设备运行参数与时间，自动均衡各互为备份设备的运行，提供各设备的维护提示等。从而实现提高的大厦舒适性，提高管理效率，节约人力，节约能耗与运行费用，使大厦医院成为一个真正意义的面向二十一世纪的智能大厦。

现对各子系统分别说明如下：

冷/热源系统及辅助设备系统

1、冷、热源方式

采用集中供冷、供热方式，冷热源均引自一期管网，冬季供、回水温度为60°C、50°C，夏季供、回水温度为7°C、12°C

监控功能说明：

• 对管网的温度，压力和能量进行采集。

• 采集管网压力，对变频器进行控制，实现定压供水

• 原设计采用在每个环路供水主管上设有自力式压差控制器，通过调节主阀以保持供回水压差的恒定

• 建议： 对每个环路的供回水进行压力检测(或供回水压差检测），实时监测管网压力变化，并实现压差异常报警，同时又可以通过调节供水管电动调节阀 保持供回水压差。

空调及通风系统

BA系统一旦接到消防报警信号，即按消防规范要求关闭空调机和新风机组的新风门和回风门，强制关闭空调风机。并对防火阀状态进行监视。

室内环境质量监测

新风机组

本系统的监控将主要通过REGIN瑞晶公司全面采用LonWorks技术的直接数字控制器REGIN实现。REGIN EXO将对厂区的新风机组进行集中控制。

监  测：系统监控新风机运行状态，送风温度，故障状态，手自动转换开关的位置，过滤网阻塞状态，新风温度和湿度测量。

报  警： 设备故障报警。

压差报警：空气过滤网的透气度通过空气压差开关来检测，当过滤网两侧的压差超过设定值时控制器发出阻塞报警。

风机控制：风机由系统按每天预先编排的时间程序及临时需要来控制风机的启停并记录运行时间累积。同时系统还将在早上室外温度较低时，自动开启新风机组的风机，使大厦内充满新鲜的低温空气，一方面有利于提高当天大厦的空气质量，另一方面也可以减少空调负荷以节约能源。

温度控制：系统将在适宜的楼层设置室外温度检测点，系统将根据测量的室外温湿度、送风温度与设定值进行比较计算，经比例积分微分(PID）规律控制冷水调节阀，使送风温度维持在设定的范围内。

联锁控制：冷水阀与风机联锁控制，当风机停止后，冷水阀关闭，新风门关闭或根据需要调节送风量大小。

中央监控显示与打印：参数，状态，报警，动态流程图(设定值、测量值、状态显示等）。

空调机组

本系统的监控将主要通过REGIN公司全面采用LonWorks技术的直接数字控制器REGIN实现。REGIN EXO将对新风机组进行集中控制。

监  测：系统监控空调机组风机运行状态，送回风温度，风机故障状态，手自动转换开关的位置，过滤网阻塞状态，回风温度测量。

报  警： 设备故障报警。

压差报警：空气过滤网的透气度通过空气压差开关来检测，当过滤网两侧的压差超过设定值时控制器发出阻塞报警。

风机控制：风机由TA Vista系统按每天预先编排的时间程序及室内空气一氧化碳或空气质量指标来控制风机的启停并记录运行时间累积。同时系统还将在早上室外温度较低时，自动开启风机组的风机，使大厦内充满新鲜的低温空气，一方面有利于提高当天大厦的空气质量，另一方面也可以减少空调负荷以节约能源。

温度控制：系统将在适宜的楼层设置室外温度检测点，系统将根据测量的室外温度、送风温度与设定值进行比较计算，经比例积分微分(PID）规律控制冷水调节阀，使送风温度维持在设定的范围内。

新风回风混合比例控制：用优化模型(根据室内外温差建模）控制新风阀和回风阀的开度，得到不同状态下的最佳新回风比例，在保证空气质量指标的情况下，尽量多使用回风，以达到节能的目的。

联锁控制：冷水阀与风机联锁控制，当风机停止后，冷水阀，新风门，回风门同时关闭。

中央监控显示与打印：参数，状态，报警，动态流程图(设定值、测量值、状态显示等）。

其他通风设备

A、送排风机

监  测：平时用或消防平时两用送排风机的手自动状态、运行状态、故障状态。(建议对重要部位送排风机和消防风机加设风流状态检测。在实际运行中，经常会出现由于种种原因导致风门关闭后未被打开，导致送排风机或消防风机不能实现设计功能，导致事故或灾害的发生。)

风机控制：REGIN EXO系统按每天预先编排的时间程序及临时需要来控制风机的启停并记录运行时间累积。

联动控制：在空所质量较差或空气中的一氧化碳超标时启动送排风机，排出室内空气，送入新鲜空气。

报  警： 风机故障报警。

中央监控显示与打印：参数，状态，报警，动态流程图(设定值、测量值、状态等）。

水池、水箱等系统监视(可扩展）

医用气体远传报警系统
通常医用气体包含以下几个系统：
负压吸引系统
医用制氧系统
医用二氧化碳系统

 医用氮气系统
医用压缩空气系统
   采集管道专业竖井内稳压箱中氧气等气体压力信号到控制中心，将信号远传至室外各分站房进行报警。竖井内线缆敷设在线槽内，病房楼侧的管道专业竖井内N层有测点，门急诊楼侧的竖井内N层有测点，每个手术内均有测点。

手术部的环境监测

国际上衡量一个医院技术水平的重要标准是医院手术病人的感染控制率的高低。本医院设有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ共4个级别的手术室。手术室的空调系统为完全独立的洁净空调系统。因所涉及的科室较多，在手术室进行的手术种类也比较多，为了避免因进行不同手术而有可能引起的交叉感染，每间手术室宜采用单独的空气净化系统，级别较低的接近手术室如果进行的是同一类手术，可以采用同一个洁净空调系统。该系统的设计有专业公司设计及施工。

洁净手术室是一项综合性工程，包括水、电、供气、自动控制等专业较多，需要多工种之间的配合。

在洁净手术部内，洁净技术以控制空气中的尘埃粒子尺寸及其浓度和微生物的数量为自己的任务。当然，空气洁净技术除了提供符合要求的洁净空气外，还要提供适宜的温湿度和合理的压力梯度分布。 手术室的相关环境参数的设置和控制的好坏，将对控制手术室污染产生极大的影响。我们主要控制的参数有：温度、湿度、洁净度、新风量、自净时间和压力分布。

温度控制

 在复杂的手术过程中，医护人员的精力高度集中，人的新陈代谢加快。此时，如果温度设置过高，将使医护人员感到不舒适，不利于医护人员的操作。同时也将增加医护人员的生理排泄，使手术室的空气污染度增加，增加感染的可能性。温度设置过低，会使病人产生低温机能性障碍。有研究表明，室温在21.1℃－23.9℃时，有1/3的病人会发生低温机能性障碍。当温度低于21.1℃时，几乎所有的患者都会发生低温机能性障碍。

目前，国家有关标准规定的温度范围为22℃－25℃，有些辅助房间可到27℃。通过在每个手术室内墙面上安装有房间温湿度显示及设定装置来实现根据手术复杂情况的不同，医护人员的自身感觉、季节和地域的不同来设定室内温度。例如：手术室温湿度可根据手术内容和不同病人对象可调，比如做器官移植室温20℃，心血管手术要在30分钟内从25℃降到19℃，儿童手术室温要高些。
湿度控制
    国家标准中，对湿度的规定为：Ⅰ、Ⅱ级手术室　40%－60%　，Ⅲ、Ⅳ级手术室　35%－60%，其它辅助用房为30%－60%，甚至要求更低，仅要求不高于60%，显然，这是一个相对而言比较容易实现的参数指标。尽管如此，我们在湿度的控制过程中，还是应当考虑到：

湿度过高时容易产生器械锈蚀和霉菌

湿度过低时创面过于干燥会影响日后切口的愈合

所以，我们要根据具体情况，采用一定的控制手段，控制加湿或除湿，确保湿度满足特定季节及特定环境的要求。
洁净度控制

洁净手术室作为一种洁净环境，洁净度是一个需要严格控制的重要指标。有研究表明，空气中的病毒和细菌都附着在空气中的悬浮颗粒上，附着后的颗粒直径都大于0.5μ，我们可以通过严格要求洁净度来控制手术室的尘埃数量，从而控制菌数。在洁净手术室中，营造洁净环境是控制菌浓度的一个必要手段，所以对洁净手术室我们即要求洁净度也要求控制菌数。

空气过滤系统：

目前，为达到满足要求的洁净度，国家标准规定应采用三级空气过滤系统，第一级空气过滤系统设在新风口，第二级设置在系统的正压段，第三级设置在系统末端。只有在Ⅳ级洁净手术室才能采用亚高效过滤器，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级洁净手术室必须采用高效过滤器。在三级空气过滤系统的设置中，每一级过滤器的匹配必须引起高度重视。很多人往往只注重末端过滤器的过滤效率，其实是不正确的。在三级过滤器效率的匹配上，欧洲有专家研究指出，参照欧洲过滤器标准(CEN EN G ~F ~H~U分级办法 见附件），每级过滤器只应相差3－4级，否则，将影响末端过滤器的使用寿命。而末端过滤器是最昂贵并最关键的，所以这样往往得不偿失。
对每台机组的初、中、高效过滤进行监视。
若排风管上设有初、中、高效过滤器，系统也进行监视。
 新风量控制

洁净手术室是一个密封的环境，人员在里面活动必须保持足够的新风。同时，新风量是维持洁净室之间压差的必要手段。目前，关于新风量的选择是取以下三方面的最大值：
● 洁净室最小新风量
● 满足洁净室正压要求的最小新风量
●手术室中每个人所需的最小新风量之和
   其实，由于手术的复杂程度不同，每个人的紧张情况不同，人对新风量的需求不同，所以我们可以通过自动控制手段，适时的调整新风量，来满足手术室的新风需求，但不要低于上面3条的最大值。
自净时间控制
    手术室从污染状态到满足特定要求的时间为自净时间，由于达到洁净度所需的时间都要远远长于其它参数达到的时间，所以我们以达到洁净度所需的时间为准。自净时间的长短我们可以通过调节送风速度和送风面积来调整。时间的长短一般参考手术所需的准备时间的长短，不得大于手术室所有手术中的最短准备时间。

压力分布控制

洁净手术室的压力分布应遵循随着洁净级别的由高到低从大到小的原则。洁净区对与之相通的非洁净区应有不低于10Pa的正压，洁净区对室外应有不低于15Pa的正压，但是所有的压差累计不得超过30Pa，洁净手术室对相邻的低级别的洁净手术室的压差不得低于5Pa。控制洁净室的正压主要有三个方面的作用：

保证洁净区的气流从高级别区域流向低级别区域，并有合理有序的流向和流量。

在手术室的门开启时，能有效抵挡干扰气流。

防止洁净区外的污染通过洁净手术室可能存在的缝隙渗透进入洁净室洁净

手术室保持足够正压，是防止洁净区外的污染进入洁净区的有效手段。如果是专用的传染病手术室或有毒实验室，则应保持相对周围环境的负压，以防止室内的空气渗透到室外，引发不必要的交叉感染或中毒。压力的控制是通过室内安装的房间微压差监视及控制器，通过检测的压力状况来控制室内风阀的开度，风机的启停或变频来实现的。若在每间手术室的新风管上设有双位定风量阀，系统在手术室做手术时自动将风阀开高档，不做手术时，自动开低档，保证手术室内的正压。