醫院樓宇自動化控制

一、前言

現代化醫院建筑的完美性不僅表現在其建筑質量、房間功能和建筑結構上，對醫院建筑本身尤其嚴格，而復雜的機電設備需要高效管理。這些設備的穩定、高效、可靠、長期的運行對醫院的正常工作起到保障作用，特別是強調以病人為中心、體現人性化理念的醫院來說，更關注的是舒適的住院和診療條件及低廉的使用和維護成本，提倡環保節能等方面，因此建筑內部的技術設備和運行效果越來越受到重視。為提高管理水平、環境質量和降低運行成本，有必要對建筑內部的技術設備進行優化控制，所以設置樓宇自動控制系統來保障醫院內的機電設備高效、安全和可靠的運行，以提供給病人和醫務人員良好、舒適的環境。

醫院集醫療、教學、預防、科研、康復等職能為一體。為了更好的服務于病患人員，醫院不斷完善醫院硬件設施的配備和醫療衛生環境的建設。外科手術樓建設過程中引進智能控制系統，旨在對樓內空調、通風、給排水以及動力等系統進行集中管理和監控，以滿足醫患對于樓內溫度、濕度、通風等環境條件的嚴格要求，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。此舉將打造一個全新的智能化診療空間，全面提升醫院的服務水準，并且在提高醫院服務水平的基礎上盡量節約能源，達到服務和能源雙優的效果。 

醫院樓控系統主要管理樓內ICU病房、住院部所有病房、醫院辦公室以及部分手術室的空氣調節。系統在設計時除了潔凈空調以外還存在大量的新風機組、送排風機、給排水系統和冷熱源以及醫用氣體系統等機電設備，這些設備既要有獨立工作的能力又要有與相關設備進行協調，同時還要將數據傳回給上位機以供分析參考。

二、系統設計原則

1．先進性：采用國際或國內通行的先進技術，適應時代發展需要;
2．成熟性：以實用為原則采用成熟的經過工程驗證的先進技術;
3．開放性：采用開放的技術標準，避免系統互聯或擴展的障礙;
4．按需集成：根據本項目特點，按照需要分層次實現集成;
5．標準化：采用標準化的設計和標準化的產品;
6．可擴展性：本工程設計應考慮到未來發展，在預埋和線纜布設上留有余量。
7．安全性、可靠性：包括系統自身安全和信息傳遞的安全，以及運行的可靠性;
8．設計、施工、運營與服務：強調以人為本的設計思想，為醫院醫院提供安全、舒適、方便、快捷、高效、節約的醫療、工作環境，提高效率;
9．二次深化設計圖紙完成后，需經設計院相關專業工程師審核簽認，方可進行施工。

三、系統設計依據

    本系統設計是以“中法燕達醫院智能化弱電系統招標書”和與業主的溝通，及所附圖紙為基礎，參照以下標準進行設計：
《民用建筑電氣設計規范》(JGJ/T16/92）
《智能建筑設計標準》(GB50314-2000）
《采暖通風與空調設計規范》(GBJ19-87)
《民用建筑照明設計規范》(GBJ133-90）
《電氣裝置工程施工驗收規范》(GBJ232-82)
《電子計算機機房設計規范》(GB0174-93）

 《計算機場地安全要求》(GB9361-88）
《計算機場地技術條件》(GB2887-89）
項目各專業施工圖紙及其它技術資料

四 、 樓宇自控系統控制方案

     醫院樓宇自控系統現場控制功能設計醫院樓宇自控系統通過設在現場的REGIN PIFA 和EXOCOMPACT 系列控制器完成對如下系統的監控：冷/熱源系統及輔助設備系統，空調、新風機組及通風系統，給排水系統

 BAS將對這些系統的眾多分散設備的運行、安全狀況、能源使用情況及節能管理實行集中監視、管理與分散控制。BAS將根據調節參數的實際值與給定值的偏差，用專用的儀表設備(由各種傳感器、執行調節機構和調節器等組成的控制裝置）代替人的手動操作來調節控制各參數的偏差值，使之維持在給定數值的允許范圍內;檢測各設備的狀態與主要運行參數，并提供實時報警給中央監控中心;記錄各設備運行參數與時間，自動均衡各互為備份設備的運行，提供各設備的維護提示等。從而實現提高的大廈舒適性，提高管理效率，節約人力，節約能耗與運行費用，使大廈醫院成為一個真正意義的面向二十一世紀的智能大廈。

現對各子系統分別說明如下：

冷/熱源系統及輔助設備系統

1、冷、熱源方式

采用集中供冷、供熱方式，冷熱源均引自一期管網，冬季供、回水溫度為60°C、50°C，夏季供、回水溫度為7°C、12°C

監控功能說明：

? 對管網的溫度，壓力和能量進行采集。

? 采集管網壓力，對變頻器進行控制，實現定壓供水

? 原設計采用在每個環路供水主管上設有自力式壓差控制器，通過調節主閥以保持供回水壓差的恒定

? 建議： 對每個環路的供回水進行壓力檢測(或供回水壓差檢測），實時監測管網壓力變化，并實現壓差異常報警，同時又可以通過調節供水管電動調節閥 保持供回水壓差。

空調及通風系統

 BA系統一旦接到消防報警信號，即按消防規范要求關閉空調機和新風機組的新風門和回風門，強制關閉空調風機。并對防火閥狀態進行監視。

室內環境質量監測

新風機組

本系統的監控將主要通過REGIN瑞晶公司全面采用LonWorks技術的直接數字控制器REGIN實現。REGIN EXO將對廠區的新風機組進行集中控制。

監  測：系統監控新風機運行狀態，送風溫度，故障狀態，手自動轉換開關的位置，過濾網阻塞狀態，新風溫度和濕度測量。

報  警： 設備故障報警。

壓差報警：空氣過濾網的透氣度通過空氣壓差開關來檢測，當過濾網兩側的壓差超過設定值時控制器發出阻塞報警。

風機控制：風機由系統按每天預先編排的時間程序及臨時需要來控制風機的啟停并記錄運行時間累積。同時系統還將在早上室外溫度較低時，自動開啟新風機組的風機，使大廈內充滿新鮮的低溫空氣，一方面有利于提高當天大廈的空氣質量，另一方面也可以減少空調負荷以節約能源。

溫度控制：系統將在適宜的樓層設置室外溫度檢測點，系統將根據測量的室外溫濕度、送風溫度與設定值進行比較計算，經比例積分微分(PID）規律控制冷水調節閥，使送風溫度維持在設定的范圍內。

聯鎖控制：冷水閥與風機聯鎖控制，當風機停止后，冷水閥關閉，新風門關閉或根據需要調節送風量大小。

中央監控顯示與打印：參數，狀態，報警，動態流程圖(設定值、測量值、狀態顯示等）。

空調機組

本系統的監控將主要通過REGIN公司全面采用LonWorks技術的直接數字控制器REGIN實現。REGIN EXO將對新風機組進行集中控制。

監  測：系統監控空調機組風機運行狀態，送回風溫度，風機故障狀態，手自動轉換開關的位置，過濾網阻塞狀態，回風溫度測量。

報  警： 設備故障報警。

壓差報警：空氣過濾網的透氣度通過空氣壓差開關來檢測，當過濾網兩側的壓差超過設定值時控制器發出阻塞報警。

風機控制：風機由TA Vista系統按每天預先編排的時間程序及室內空氣一氧化碳或空氣質量指標來控制風機的啟停并記錄運行時間累積。同時系統還將在早上室外溫度較低時，自動開啟風機組的風機，使大廈內充滿新鮮的低溫空氣，一方面有利于提高當天大廈的空氣質量，另一方面也可以減少空調負荷以節約能源。

溫度控制：系統將在適宜的樓層設置室外溫度檢測點，系統將根據測量的室外溫度、送風溫度與設定值進行比較計算，經比例積分微分(PID）規律控制冷水調節閥，使送風溫度維持在設定的范圍內。

新風回風混合比例控制：用優化模型(根據室內外溫差建模）控制新風閥和回風閥的開度，得到不同狀態下的最佳新回風比例，在保證空氣質量指標的情況下，盡量多使用回風，以達到節能的目的。

聯鎖控制：冷水閥與風機聯鎖控制，當風機停止后，冷水閥，新風門，回風門同時關閉。

中央監控顯示與打印：參數，狀態，報警，動態流程圖(設定值、測量值、狀態顯示等）。

其他通風設備

A、送排風機

監  測：平時用或消防平時兩用送排風機的手自動狀態、運行狀態、故障狀態。(建議對重要部位送排風機和消防風機加設風流狀態檢測。在實際運行中，經常會出現由于種種原因導致風門關閉后未被打開，導致送排風機或消防風機不能實現設計功能，導致事故或災害的發生。)

風機控制：REGIN EXO系統按每天預先編排的時間程序及臨時需要來控制風機的啟停并記錄運行時間累積。

聯動控制：在空所質量較差或空氣中的一氧化碳超標時啟動送排風機，排出室內空氣，送入新鮮空氣。

報  警： 風機故障報警。

中央監控顯示與打印：參數，狀態，報警，動態流程圖(設定值、測量值、狀態等）。

水池、水箱等系統監視(可擴展）

醫用氣體遠傳報警系統
通常醫用氣體包含以下幾個系統：
負壓吸引系統
醫用制氧系統
醫用二氧化碳系統

 醫用氮氣系統
醫用壓縮空氣系統
    采集管道專業豎井內穩壓箱中氧氣等氣體壓力信號到控制中心，將信號遠傳至室外各分站房進行報警。豎井內線纜敷設在線槽內，病房樓側的管道專業豎井內N層有測點，門急診樓側的豎井內N層有測點，每個手術內均有測點。

手術部的環境監測

國際上衡量一個醫院技術水平的重要標準是醫院手術病人的感染控制率的高低。本醫院設有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ共4個級別的手術室。手術室的空調系統為完全獨立的潔凈空調系統。因所涉及的科室較多，在手術室進行的手術種類也比較多，為了避免因進行不同手術而有可能引起的交叉感染，每間手術室宜采用單獨的空氣凈化系統，級別較低的接近手術室如果進行的是同一類手術，可以采用同一個潔凈空調系統。該系統的設計有專業公司設計及施工。

潔凈手術室是一項綜合性工程，包括水、電、供氣、自動控制等專業較多，需要多工種之間的配合。

在潔凈手術部內，潔凈技術以控制空氣中的塵埃粒子尺寸及其濃度和微生物的數量為自己的任務。當然，空氣潔凈技術除了提供符合要求的潔凈空氣外，還要提供適宜的溫濕度和合理的壓力梯度分布。 手術室的相關環境參數的設置和控制的好壞，將對控制手術室污染產生極大的影響。我們主要控制的參數有：溫度、濕度、潔凈度、新風量、自凈時間和壓力分布。

溫度控制

  在復雜的手術過程中，醫護人員的精力高度集中，人的新陳代謝加快。此時，如果溫度設置過高，將使醫護人員感到不舒適，不利于醫護人員的操作。同時也將增加醫護人員的生理排泄，使手術室的空氣污染度增加，增加感染的可能性。溫度設置過低，會使病人產生低溫機能性障礙。有研究表明，室溫在21.1℃－23.9℃時，有1/3的病人會發生低溫機能性障礙。當溫度低于21.1℃時，幾乎所有的患者都會發生低溫機能性障礙。

目前，國家有關標準規定的溫度范圍為22℃－25℃，有些輔助房間可到27℃。通過在每個手術室內墻面上安裝有房間溫濕度顯示及設定裝置來實現根據手術復雜情況的不同，醫護人員的自身感覺、季節和地域的不同來設定室內溫度。例如：手術室溫濕度可根據手術內容和不同病人對象可調，比如做器官移植室溫20℃，心血管手術要在30分鐘內從25℃降到19℃，兒童手術室溫要高些。
濕度控制
     國家標準中，對濕度的規定為：Ⅰ、Ⅱ級手術室　40%－60%　，Ⅲ、Ⅳ級手術室　35%－60%，其它輔助用房為30%－60%，甚至要求更低，僅要求不高于60%，顯然，這是一個相對而言比較容易實現的參數指標。盡管如此，我們在濕度的控制過程中，還是應當考慮到：

濕度過高時容易產生器械銹蝕和霉菌

濕度過低時創面過于干燥會影響日后切口的愈合

所以，我們要根據具體情況，采用一定的控制手段，控制加濕或除濕，確保濕度滿足特定季節及特定環境的要求。
潔凈度控制

潔凈手術室作為一種潔凈環境，潔凈度是一個需要嚴格控制的重要指標。有研究表明，空氣中的病毒和細菌都附著在空氣中的懸浮顆粒上，附著后的顆粒直徑都大于0.5μ，我們可以通過嚴格要求潔凈度來控制手術室的塵埃數量，從而控制菌數。在潔凈手術室中，營造潔凈環境是控制菌濃度的一個必要手段，所以對潔凈手術室我們即要求潔凈度也要求控制菌數。

空氣過濾系統：

目前，為達到滿足要求的潔凈度，國家標準規定應采用三級空氣過濾系統，第一級空氣過濾系統設在新風口，第二級設置在系統的正壓段，第三級設置在系統末端。只有在Ⅳ級潔凈手術室才能采用亞高效過濾器，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級潔凈手術室必須采用高效過濾器。在三級空氣過濾系統的設置中，每一級過濾器的匹配必須引起高度重視。很多人往往只注重末端過濾器的過濾效率，其實是不正確的。在三級過濾器效率的匹配上，歐洲有專家研究指出，參照歐洲過濾器標準(CEN EN G ~F ~H~U分級辦法 見附件），每級過濾器只應相差3－4級，否則，將影響末端過濾器的使用壽命。而末端過濾器是最昂貴并最關鍵的，所以這樣往往得不償失。
對每臺機組的初、中、高效過濾進行監視。
若排風管上設有初、中、高效過濾器，系統也進行監視。
 新風量控制

潔凈手術室是一個密封的環境，人員在里面活動必須保持足夠的新風。同時，新風量是維持潔凈室之間壓差的必要手段。目前，關于新風量的選擇是取以下三方面的最大值：
● 潔凈室最小新風量
● 滿足潔凈室正壓要求的最小新風量
●手術室中每個人所需的最小新風量之和
   其實，由于手術的復雜程度不同，每個人的緊張情況不同，人對新風量的需求不同，所以我們可以通過自動控制手段，適時的調整新風量，來滿足手術室的新風需求，但不要低于上面3條的最大值。
自凈時間控制
     手術室從污染狀態到滿足特定要求的時間為自凈時間，由于達到潔凈度所需的時間都要遠遠長于其它參數達到的時間，所以我們以達到潔凈度所需的時間為準。自凈時間的長短我們可以通過調節送風速度和送風面積來調整。時間的長短一般參考手術所需的準備時間的長短，不得大于手術室所有手術中的最短準備時間。

壓力分布控制

潔凈手術室的壓力分布應遵循隨著潔凈級別的由高到低從大到小的原則。潔凈區對與之相通的非潔凈區應有不低于10Pa的正壓，潔凈區對室外應有不低于15Pa的正壓，但是所有的壓差累計不得超過30Pa，潔凈手術室對相鄰的低級別的潔凈手術室的壓差不得低于5Pa。控制潔凈室的正壓主要有三個方面的作用：

保證潔凈區的氣流從高級別區域流向低級別區域，并有合理有序的流向和流量。

在手術室的門開啟時，能有效抵擋干擾氣流。

防止潔凈區外的污染通過潔凈手術室可能存在的縫隙滲透進入潔凈室潔凈

手術室保持足夠正壓，是防止潔凈區外的污染進入潔凈區的有效手段。如果是專用的傳染病手術室或有毒實驗室，則應保持相對周圍環境的負壓，以防止室內的空氣滲透到室外，引發不必要的交叉感染或中毒。壓力的控制是通過室內安裝的房間微壓差監視及控制器，通過檢測的壓力狀況來控制室內風閥的開度，風機的啟停或變頻來實現的。若在每間手術室的新風管上設有雙位定風量閥，系統在手術室做手術時自動將風閥開高檔，不做手術時，自動開低檔，保證手術室內的正壓。