摘要:以新鄉(xiāng)中心醫(yī)院為工程背景，簡(jiǎn)要介紹了對(duì)其樓宇自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和系統(tǒng)設(shè)備選型。重點(diǎn)關(guān)注了空調(diào)調(diào)試的特殊工藝和需要引起注意的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞:現(xiàn)場(chǎng)總線 專業(yè)模塊 溫濕度 壓差 送風(fēng)量

By Yu Guodong Xu Tao Gao Zhihong

Abstract:Take the XinXiang hospital as an engineer background, the paper briefly introduced the design and device selection of its building automatic control system, with pay more attention to the special technics and caused problems need to care on the course of air condition testing.

Keywords:fieldbus ,special module ,temperature and humidity ,pressure difference ,discharge air volume

　　新鄉(xiāng)市中心醫(yī)院是豫西北最大的綜合性醫(yī)院，集醫(yī)療、教學(xué)、預(yù)防、科研、康復(fù)等職能為一體。為了更好的服務(wù)于病患人員，新鄉(xiāng)市醫(yī)院不斷完善醫(yī)院硬件設(shè)施的配備和醫(yī)療衛(wèi)生環(huán)境的建設(shè)。外科手術(shù)樓建設(shè)過(guò)程中引進(jìn)TECHCON智能控制系統(tǒng)，旨在對(duì)樓內(nèi)空調(diào)、通風(fēng)、給排水以及動(dòng)力等系統(tǒng)進(jìn)行集中管理和監(jiān)控，以滿足醫(yī)患對(duì)于樓內(nèi)溫度、濕度、通風(fēng)等環(huán)境條件的嚴(yán)格要求，減少患者因空氣不潔（帶菌）而引起感染的幾率，縮短治療周期，提高治愈率。此舉將打造一個(gè)全新的智能化診療空間，全面提升醫(yī)院的服務(wù)水準(zhǔn)，并且在提高醫(yī)院服務(wù)水平的基礎(chǔ)上盡量節(jié)約能源，達(dá)到服務(wù)和能源雙優(yōu)的效果。

　　新鄉(xiāng)中心醫(yī)院樓控系統(tǒng)主要管理19層樓內(nèi)ICU病房、住院部所有病房、醫(yī)院辦公室以及部分手術(shù)室的空氣調(diào)節(jié)。系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)除了潔凈空調(diào)以外還存在大量的新風(fēng)機(jī)組、送排風(fēng)機(jī)、給排水系統(tǒng)和冷熱源以及醫(yī)用氣體系統(tǒng)等機(jī)電設(shè)備，這些設(shè)備既要有獨(dú)立工作的能力又要有與相關(guān)設(shè)備進(jìn)行協(xié)調(diào)，同時(shí)還要將數(shù)據(jù)傳回給上位機(jī)以供分析參考。對(duì)于此項(xiàng)目樓宇控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試環(huán)節(jié)，主要關(guān)注3個(gè)方面。

一、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　針對(duì)醫(yī)院設(shè)備眾多且非常分散的特征，我方采用Techcon 04 控制系統(tǒng)，下圖為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D：
　　

 

　　Techcon 04系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分三層結(jié)構(gòu)，最底層為模塊連接總線，中間層為站點(diǎn)連接總線，最上層為管理網(wǎng)。其中模塊連接總線用來(lái)連接主控模塊和I/O模塊，它的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錇榛贑AN物理層總線結(jié)構(gòu)，通訊速率為57600bps。中間層站點(diǎn)連接總線同樣采用CAN物理層，通訊速率為38400bps。

　　站點(diǎn)連接總線在物理層上采用CANBUS標(biāo)準(zhǔn)，鏈路層參照BACnet的定義規(guī)則，可以連接64個(gè)主控制器，站點(diǎn)通訊速率為38400bps。這種通訊連接方式，特別適合樓宇控制系統(tǒng)，通常一個(gè)建筑的通訊網(wǎng)絡(luò)一個(gè)網(wǎng)段就可以解決。每個(gè)主控制器通過(guò)模塊連接總線最多可以管理15個(gè)I/O模塊，這些模塊可以通過(guò)連接線纜延伸1200米完成數(shù)據(jù)的交互不用采用任何附加設(shè)備（例如專用底座，專用電源模塊等）。在新鄉(xiāng)醫(yī)院采用了新型的CAN集線器解決大型系統(tǒng)的通訊問(wèn)題，它打破了傳統(tǒng)的“一”字型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的限制，可以形成星形、樹(shù)形等復(fù)雜的拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。借助CAN集線器，站點(diǎn)連接總線可以實(shí)現(xiàn)4層范圍內(nèi)的網(wǎng)段延伸，每個(gè)CAN網(wǎng)段的距離最長(zhǎng)可達(dá)1.2公里，因此，CAN型站點(diǎn)連接總線可以實(shí)現(xiàn)5公里范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)通訊。

　　通過(guò)這種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，系統(tǒng)在不借助以太網(wǎng)的情況下就可以輕松完成幾十平方公里的覆蓋工作。在新鄉(xiāng)醫(yī)院直接采用CAN集線器直接將系統(tǒng)劃分為2個(gè)網(wǎng)段，一條總線直接管理地下室設(shè)備，另一條總線管理地上部分的機(jī)電設(shè)備。通過(guò)這種劃分使得系統(tǒng)布局變得非常清晰，同時(shí)還留有一條總線最為冗余，如果有需要可以隨時(shí)敷設(shè)通訊線纜來(lái)減少改造的投資。

二、模塊特點(diǎn)

　　在現(xiàn)在主流控制系統(tǒng)中都存在各種各樣的I/O模塊，但是綜合性I/O模塊種類卻不是很多，在新鄉(xiāng)中心醫(yī)院，采用了Techcon系列多種點(diǎn)位合理的新型模塊，具體情況如下表：

　　在點(diǎn)表中我們可以看到1個(gè)GCA模塊正好可以完整地管理一臺(tái)新風(fēng)機(jī)組;1個(gè)MCA正好可以控制4臺(tái)水泵或送風(fēng)機(jī)并且對(duì)相關(guān)的反饋進(jìn)行監(jiān)視;1個(gè)MCC模塊除了控制兩臺(tái)電機(jī)以外還可以管理相應(yīng)的液位;1個(gè)VDA模塊可以控制4個(gè)雙DO蝶閥并且無(wú)論閥門采用DI反饋還是AI反饋均可以得到很好的監(jiān)視。在項(xiàng)目中針對(duì)系統(tǒng)特點(diǎn)采用對(duì)應(yīng)的專業(yè)I/O模塊，很大程度上節(jié)省了投資費(fèi)用，并且主要設(shè)備采用1到2個(gè)模塊就可以完成對(duì)其設(shè)備的控制，并且在布置上有很好的可復(fù)制性和參考性。由于系統(tǒng)一個(gè)主控模塊可以攜帶15個(gè)I/O模塊，那么在配制的時(shí)候一般只管理10個(gè)I/O模塊，通過(guò)這種手段使得系統(tǒng)形成真正意義上的冗余，如果甲方提出新的要求或者在設(shè)計(jì)時(shí)遺忘的部分，可以非常輕松的彌補(bǔ)而不需要破壞原有系統(tǒng)格局。

三、特殊的控制工藝

　　新鄉(xiāng)中心醫(yī)院采用的是半集中式空調(diào)系統(tǒng)，這種方式對(duì)于像新鄉(xiāng)醫(yī)院這種大型醫(yī)院和手術(shù)室同時(shí)使用率高的場(chǎng)所非常適合。這種方式是將手術(shù)部和住院部空調(diào)系統(tǒng)劃分為幾個(gè)區(qū)，高級(jí)別空調(diào)系統(tǒng)由于風(fēng)量大、使用頻率相對(duì)較低，采用了單獨(dú)設(shè)置空調(diào)機(jī)組;低級(jí)別系統(tǒng)則由幾個(gè)房間共用同一空氣處理系統(tǒng)，新風(fēng)集中處理后送到各個(gè)系統(tǒng)的空調(diào)機(jī)組，為了使整個(gè)手術(shù)部始終處于受控狀態(tài)，工程中設(shè)有值班風(fēng)機(jī)，在非工作狀態(tài)僅開(kāi)值班風(fēng)機(jī)維持手術(shù)部的壓力梯度。這種系統(tǒng)形式可以方便的調(diào)解各個(gè)房間的溫濕度，使得不同壓力級(jí)別的調(diào)解相互不產(chǎn)生影響，又能夠比較好的實(shí)現(xiàn)整個(gè)手術(shù)部的壓力控制。

　　新鄉(xiāng)中心醫(yī)院每層分布一至兩臺(tái)潔凈空調(diào)機(jī)組，潔凈空調(diào)機(jī)組與常規(guī)組合式空調(diào)機(jī)組區(qū)別很大涉及的監(jiān)控設(shè)備主要涵蓋：回風(fēng)溫度、回風(fēng)濕度、初效過(guò)濾器堵塞報(bào)警、新風(fēng)初效過(guò)濾器堵塞報(bào)警、中效過(guò)濾器堵塞報(bào)警、高效過(guò)濾器堵塞報(bào)警、冷盤(pán)管水溫調(diào)節(jié)、熱盤(pán)管水溫調(diào)節(jié)、蒸汽加濕器控制、新風(fēng)門開(kāi)度控制、回風(fēng)門開(kāi)度控制、送風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、送風(fēng)機(jī)手/自動(dòng)控制狀態(tài)、送風(fēng)機(jī)前后壓差、送風(fēng)機(jī)啟/停控制、送風(fēng)機(jī)故障狀態(tài)、送風(fēng)機(jī)故變頻控制信號(hào)、手術(shù)室溫濕度、手術(shù)室微正壓、回風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、回風(fēng)機(jī)故障狀態(tài)、回風(fēng)機(jī)前后壓差、回風(fēng)機(jī)啟/停控制、回風(fēng)機(jī)手/自動(dòng)控制狀態(tài)、防凍開(kāi)關(guān)等設(shè)備。

　　對(duì)于ICU和手術(shù)室以及病房的環(huán)境控制方案，作者在設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行了比較充分的考慮，采用的生物潔凈技術(shù)該變了過(guò)去直接殺滅室內(nèi)的病源微生物的思路，注重消除或控制危及無(wú)菌空間的影響因素，形成一整套技術(shù)措施，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

　　1、 正確的溫濕度控制[3]

　　在多數(shù)規(guī)范中只給出了溫濕度的范圍，溫度22℃～25℃和相對(duì)濕度30%～60%，作者在設(shè)計(jì)和調(diào)試的時(shí)候也是根據(jù)此值進(jìn)行的調(diào)整，但是在試運(yùn)行期間和運(yùn)行的服務(wù)期間發(fā)現(xiàn)有很多的設(shè)定值需要調(diào)整，絕不可一概而論。

　　在和院方的交流中了解到合適的空調(diào)對(duì)于治療和調(diào)養(yǎng)有促進(jìn)作用，甚至在一些場(chǎng)合是重要的治療方法，然而不同的患者對(duì)于空調(diào)的要求往往差異很大，例如甲亢患者無(wú)法忍受高溫和潮濕;慢性肺病患者由于分泌物堆積且黏度增大，需要吸入熱、濕空氣來(lái)有效的防治脫水;燒傷的病人需要有較高的環(huán)境要求，房間溫度一般調(diào)節(jié)至32℃和相對(duì)濕度95%;心腦血管患者在涼爽、干燥的房間可以得到很好的治療。

　　由于各種病房對(duì)于溫度要求區(qū)別較大，并且病人對(duì)環(huán)境的要求也不一樣。在對(duì)病房控制的時(shí)候，作者根據(jù)實(shí)際使用情況對(duì)空調(diào)進(jìn)行了分區(qū)，在使用功能相近的區(qū)域采用閉環(huán)控制算法，滿足區(qū)域內(nèi)基本需要的病人，對(duì)有特殊需要的病人，利用室內(nèi)的加熱或局部加濕等手段滿足患者的需要。

　　2、 空氣過(guò)濾[6]

　　工程中采用了3級(jí)空氣過(guò)濾，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T14295-93，空氣過(guò)濾器一共分為五個(gè)級(jí)別，在此項(xiàng)目中采用了初效、中效和高效過(guò)濾器，但是在實(shí)際使用過(guò)程中，工程中的高效過(guò)濾器的效果基本相當(dāng)于國(guó)標(biāo)中的高中效過(guò)濾器，下表為工程中采用的3效過(guò)濾器的性能：

　　由于細(xì)菌不能夠獨(dú)立存活，必須依附在較大的浮游顆粒上，通過(guò)過(guò)濾這些栽有微生物的粒子進(jìn)行過(guò)濾后就可以達(dá)到除去細(xì)菌的目的。過(guò)濾器過(guò)濾空氣就是除去這些細(xì)菌最為經(jīng)濟(jì)和有效的方法。

　　3、 送風(fēng)量

　　按照國(guó)際相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的送風(fēng)量范圍大致為允許回風(fēng)的手術(shù)室送風(fēng)量為20～25次/h。這一標(biāo)核準(zhǔn)相當(dāng)于國(guó)標(biāo)GB50333-2002《醫(yī)院潔凈手術(shù)不建筑技術(shù)規(guī)范》中Ⅲ級(jí)潔凈手術(shù)室。在現(xiàn)在提出的一般手術(shù)室概念，從凈化原理講對(duì)于末端過(guò)濾器為高中效過(guò)濾器的手術(shù)室來(lái)說(shuō)，加大送風(fēng)量無(wú)益于改善室內(nèi)狀況。作者考慮帶全新風(fēng)設(shè)定最小換氣次數(shù)為6次/h，在此項(xiàng)目中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)室內(nèi)負(fù)荷來(lái)確定送風(fēng)量，但是送風(fēng)量一般要不得低于6次/h換氣，一般控制在6～8次/h。這個(gè)水平相當(dāng)于國(guó)外創(chuàng)傷手術(shù)室的送風(fēng)換氣要求。在對(duì)空調(diào)進(jìn)行控制時(shí)采用焓值控制來(lái)確定所允許的最小送風(fēng)量，具體計(jì)算方法舉例如下：室內(nèi)狀態(tài)點(diǎn)N，干球溫度tN=25.5℃，相對(duì)濕度φ=50%，iN=51.9kJ/kg;室外狀態(tài)點(diǎn)W，干球溫度tW=33℃，濕球溫度tWS=27.9℃，iW=89.7kJ/kg;新風(fēng)比0.252，送回風(fēng)在處理前混合至C點(diǎn)，tC=27.1℃，iC=59.5kJ/kg。由夏季熱濕比ε=12000，由N點(diǎn)沿?zé)釢癖染€交φ=95%相對(duì)濕度于S點(diǎn)露點(diǎn)送風(fēng)，tS=12.5℃，得N點(diǎn)與S點(diǎn)焓差Δi=iN-iS=51.9-33.4=18.5kJ/kg，而根據(jù)夏季冷負(fù)荷和總送風(fēng)量得需要焓差Δi’=Q/G=18.5kJ/kg，所以預(yù)設(shè)定的換氣次數(shù)太少。通過(guò)反算出G=Q/Δi=896m3/h，換氣次數(shù)在6.7次/小時(shí)（新風(fēng)比0.252）適合露點(diǎn)送風(fēng)，這樣就可以取得最小的風(fēng)量。

　　4、 正壓

　　在新鄉(xiāng)醫(yī)院手術(shù)室控制中為了維持其無(wú)菌狀態(tài)考慮了正壓?jiǎn)栴}。通過(guò)安裝在手術(shù)室內(nèi)的微正壓傳感器來(lái)影響房間正壓控制，甚至要維持手術(shù)室內(nèi)潔凈級(jí)別不同的區(qū)域之間維持合理的氣流流向和有序的壓力分布，以避免室外對(duì)室內(nèi)，低級(jí)別對(duì)高級(jí)別環(huán)境的影響。只有保證在任何情況下（特別是在非設(shè)計(jì)工況或在非正常運(yùn)行的工況下），都能夠維持潔凈手術(shù)部?jī)?nèi)這種有序的梯度壓力分布不變，才能真正有效的減少手術(shù)區(qū)交叉感染的風(fēng)險(xiǎn)。美國(guó)CDC （Centers forDisease Control and Prevention）和HICPAC（theHealthcare Infection Control Practices AdvisoryCommittee）于2003年發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)建議將負(fù)壓隔離病房的負(fù)壓值設(shè)定為2.5 Pa（0.01 in H2O）[7],

　　到目前為止，關(guān)于負(fù)壓隔離病房的負(fù)壓值,我國(guó)相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范中尚無(wú)明確規(guī)定，國(guó)標(biāo)《傳染病醫(yī)院建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》（討論稿）也沒(méi)有明確標(biāo)出具體的負(fù)壓值。

　　在調(diào)試過(guò)程中，正壓具體作用體現(xiàn)在三個(gè)方面：首先在門窗關(guān)閉的情況下，防止?jié)崈羰彝獾奈廴居煽p隙滲入潔凈室內(nèi);其次在門開(kāi)啟的瞬間保證有足夠的氣流向外流動(dòng)，減少門開(kāi)啟或人進(jìn)入的瞬間帶來(lái)的干擾氣流，但不保證在門長(zhǎng)時(shí)間開(kāi)啟的狀態(tài)下的正壓;最后保證潔凈區(qū)域內(nèi)合理、有序的氣流流向與流量。在新鄉(xiāng)醫(yī)院中，作者在試運(yùn)行和運(yùn)行中，將負(fù)壓隔離病房病室與緩沖間的最小靜壓差設(shè)定為8Pa，病室與衛(wèi)生間的最小靜壓差設(shè)定為4Pa，緩沖間與醫(yī)務(wù)人員工作走廊及半污染區(qū)與清潔區(qū)之間的最小靜壓差設(shè)定為4Pa達(dá)到了比較好的效果，同時(shí)也得到了院方的認(rèn)可。

工程設(shè)計(jì)、調(diào)試體會(huì)

　　由新鄉(xiāng)中心醫(yī)院引申到醫(yī)院類樓控系統(tǒng)首先顧及的還是通訊問(wèn)題。在利用良好的總線拓?fù)渫瓿上到y(tǒng)搭建后，整個(gè)工程的重點(diǎn)就是醫(yī)院所面臨的特殊需求，室內(nèi)環(huán)境對(duì)病人的康復(fù)有良好的輔助作用，同時(shí)能有效的回避交叉感染。在國(guó)家規(guī)范中，只規(guī)定了清潔區(qū)送風(fēng)量大于排風(fēng)量，清潔區(qū)為正壓，污染區(qū)排風(fēng)量大于送風(fēng)量，為負(fù)壓，并要求負(fù)壓房間排風(fēng)量最小應(yīng)比送風(fēng)量大10%（風(fēng)量差應(yīng)不小于85 m3/h）。規(guī)范中并沒(méi)有規(guī)定各區(qū)域需保持正負(fù)壓的值，而且也沒(méi)有對(duì)建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)、門窗的密封程度做出具體要求。在具體的設(shè)計(jì)和調(diào)試方案確立時(shí)，沒(méi)有微壓差設(shè)定值依據(jù)，，只能在實(shí)踐調(diào)試和試運(yùn)行中進(jìn)行調(diào)整，對(duì)于實(shí)際的調(diào)試效果也很難得到檢驗(yàn)，只能通過(guò)理論推算。同時(shí)在施工和運(yùn)行過(guò)程中只靠送排風(fēng)風(fēng)量差而不對(duì)房間的氣密性做出具體要求時(shí)，很難保證壓力梯度的實(shí)現(xiàn)。

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