摘要:以新鄉(xiāng)中心醫(yī)院為工程背景，簡要介紹了對其樓宇自動化控制系統(tǒng)的設計和系統(tǒng)設備選型。重點關注了空調調試的特殊工藝和需要引起注意的問題。

關鍵詞:現(xiàn)場總線 專業(yè)模塊 溫濕度 壓差 送風量

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、預防、科研、康復等職能為一體。為了更好的服務于病患人員，新鄉(xiāng)市醫(yī)院不斷完善醫(yī)院硬件設施的配備和醫(yī)療衛(wèi)生環(huán)境的建設。外科手術樓建設過程中引進TECHCON智能控制系統(tǒng)，旨在對樓內空調、通風、給排水以及動力等系統(tǒng)進行集中管理和監(jiān)控，以滿足醫(yī)患對于樓內溫度、濕度、通風等環(huán)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(yī)院的服務水準，并且在提高醫(yī)院服務水平的基礎上盡量節(jié)約能源，達到服務和能源雙優(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ICU病房、住院部所有病房、醫(yī)院辦公室以及部分手術室的空氣調節(jié)。系統(tǒng)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(tǒng)和冷熱源以及醫(yī)用氣體系統(tǒng)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(xié)調，同時還要將數(shù)據(jù)傳回給上位機以供分析參考。對于此項目樓宇控制系統(tǒng)的設計和調試環(huán)節(jié)，主要關注3個方面。

一、系統(tǒng)結構

　　針對醫(yī)院設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)結構拓撲圖：
　　

 

　　Techcon 04系統(tǒng)網絡結構分三層結構，最底層為模塊連接總線，中間層為站點連接總線，最上層為管理網。其中模塊連接總線用來連接主控模塊和I/O模塊，它的網絡拓撲為基于CAN物理層總線結構，通訊速率為57600bps。中間層站點連接總線同樣采用CAN物理層，通訊速率為38400bps。

　　站點連接總線在物理層上采用CANBUS標準，鏈路層參照BACnet的定義規(guī)則，可以連接64個主控制器，站點通訊速率為38400bps。這種通訊連接方式，特別適合樓宇控制系統(tǒng)，通常一個建筑的通訊網絡一個網段就可以解決。每個主控制器通過模塊連接總線最多可以管理15個I/O模塊，這些模塊可以通過連接線纜延伸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)的通訊問題，它打破了傳統(tǒng)的“一”字型拓撲結構的限制，可以形成星形、樹形等復雜的拓撲網絡結構。借助CAN集線器，站點連接總線可以實現(xiàn)4層范圍內的網段延伸，每個CAN網段的距離最長可達1.2公里，因此，CAN型站點連接總線可以實現(xiàn)5公里范圍內的數(shù)據(jù)通訊。

　　通過這種網絡拓撲結構，系統(tǒng)在不借助以太網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個網段，一條總線直接管理地下室設備，另一條總線管理地上部分的機電設備。通過這種劃分使得系統(tǒng)布局變得非常清晰，同時還留有一條總線最為冗余，如果有需要可以隨時敷設通訊線纜來減少改造的投資。

二、模塊特點

　　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系列多種點位合理的新型模塊，具體情況如下表：

　　在點表中我們可以看到1個GCA模塊正好可以完整地管理一臺新風機組;1個MCA正好可以控制4臺水泵或送風機并且對相關的反饋進行監(jiān)視;1個MCC模塊除了控制兩臺電機以外還可以管理相應的液位;1個VDA模塊可以控制4個雙DO蝶閥并且無論閥門采用DI反饋還是AI反饋均可以得到很好的監(jiān)視。在項目中針對系統(tǒng)特點采用對應的專業(yè)I/O模塊，很大程度上節(jié)省了投資費用，并且主要設備采用1到2個模塊就可以完成對其設備的控制，并且在布置上有很好的可復制性和參考性。由于系統(tǒng)一個主控模塊可以攜帶15個I/O模塊，那么在配制的時候一般只管理10個I/O模塊，通過這種手段使得系統(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計時遺忘的部分，可以非常輕松的彌補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系統(tǒng)，這種方式對于像新鄉(xiāng)醫(yī)院這種大型醫(yī)院和手術室同時使用率高的場所非常適合。這種方式是將手術部和住院部空調系統(tǒng)劃分為幾個區(qū)，高級別空調系統(tǒng)由于風量大、使用頻率相對較低，采用了單獨設置空調機組;低級別系統(tǒng)則由幾個房間共用同一空氣處理系統(tǒng)，新風集中處理后送到各個系統(tǒng)的空調機組，為了使整個手術部始終處于受控狀態(tài)，工程中設有值班風機，在非工作狀態(tài)僅開值班風機維持手術部的壓力梯度。這種系統(tǒng)形式可以方便的調解各個房間的溫濕度，使得不同壓力級別的調解相互不產生影響，又能夠比較好的實現(xiàn)整個手術部的壓力控制。

　　新鄉(xiāng)中心醫(yī)院每層分布一至兩臺潔凈空調機組，潔凈空調機組與常規(guī)組合式空調機組區(qū)別很大涉及的監(jiān)控設備主要涵蓋：回風溫度、回風濕度、初效過濾器堵塞報警、新風初效過濾器堵塞報警、中效過濾器堵塞報警、高效過濾器堵塞報警、冷盤管水溫調節(jié)、熱盤管水溫調節(jié)、蒸汽加濕器控制、新風門開度控制、回風門開度控制、送風機運行狀態(tài)、送風機手/自動控制狀態(tài)、送風機前后壓差、送風機啟/?？刂?、送風機故障狀態(tài)、送風機故變頻控制信號、手術室溫濕度、手術室微正壓、回風機運行狀態(tài)、回風機故障狀態(tài)、回風機前后壓差、回風機啟/?？刂?、回風機手/自動控制狀態(tài)、防凍開關等設備。

　　對于ICU和手術室以及病房的環(huán)境控制方案，作者在設計時進行了比較充分的考慮，采用的生物潔凈技術該變了過去直接殺滅室內的病源微生物的思路，注重消除或控制危及無菌空間的影響因素，形成一整套技術措施，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

　　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℃和相對濕度30%～60%，作者在設計和調試的時候也是根據(jù)此值進行的調整，但是在試運行期間和運行的服務期間發(fā)現(xiàn)有很多的設定值需要調整，絕不可一概而論。

　　在和院方的交流中了解到合適的空調對于治療和調養(yǎng)有促進作用，甚至在一些場合是重要的治療方法，然而不同的患者對于空調的要求往往差異很大，例如甲亢患者無法忍受高溫和潮濕;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，房間溫度一般調節(jié)至32℃和相對濕度95%;心腦血管患者在涼爽、干燥的房間可以得到很好的治療。

　　由于各種病房對于溫度要求區(qū)別較大，并且病人對環(huán)境的要求也不一樣。在對病房控制的時候，作者根據(jù)實際使用情況對空調進行了分區(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)域內基本需要的病人，對有特殊需要的病人，利用室內的加熱或局部加濕等手段滿足患者的需要。

　　2、 空氣過濾[6]

　　工程中采用了3級空氣過濾，根據(jù)國家標準GB/T14295-93，空氣過濾器一共分為五個級別，在此項目中采用了初效、中效和高效過濾器，但是在實際使用過程中，工程中的高效過濾器的效果基本相當于國標中的高中效過濾器，下表為工程中采用的3效過濾器的性能：

　　由于細菌不能夠獨立存活，必須依附在較大的浮游顆粒上，通過過濾這些栽有微生物的粒子進行過濾后就可以達到除去細菌的目的。過濾器過濾空氣就是除去這些細菌最為經濟和有效的方法。

　　3、 送風量

　　按照國際相關標準規(guī)定的送風量范圍大致為允許回風的手術室送風量為20～25次/h。這一標核準相當于國標GB50333-2002《醫(yī)院潔凈手術不建筑技術規(guī)范》中Ⅲ級潔凈手術室。在現(xiàn)在提出的一般手術室概念，從凈化原理講對于末端過濾器為高中效過濾器的手術室來說，加大送風量無益于改善室內狀況。作者考慮帶全新風設定最小換氣次數(shù)為6次/h，在此項目中，應當根據(jù)室內負荷來確定送風量，但是送風量一般要不得低于6次/h換氣，一般控制在6～8次/h。這個水平相當于國外創(chuàng)傷手術室的送風換氣要求。在對空調進行控制時采用焓值控制來確定所允許的最小送風量，具體計算方法舉例如下：室內狀態(tài)點N，干球溫度tN=25.5℃，相對濕度φ=50%，iN=51.9kJ/kg;室外狀態(tài)點W，干球溫度tW=33℃，濕球溫度tWS=27.9℃，iW=89.7kJ/kg;新風比0.252，送回風在處理前混合至C點，tC=27.1℃，iC=59.5kJ/kg。由夏季熱濕比ε=12000，由N點沿熱濕比線交φ=95%相對濕度于S點露點送風，tS=12.5℃，得N點與S點焓差Δi=iN-iS=51.9-33.4=18.5kJ/kg，而根據(jù)夏季冷負荷和總送風量得需要焓差Δi’=Q/G=18.5kJ/kg，所以預設定的換氣次數(shù)太少。通過反算出G=Q/Δi=896m3/h，換氣次數(shù)在6.7次/小時（新風比0.252）適合露點送風，這樣就可以取得最小的風量。

　　4、 正壓

　　在新鄉(xiāng)醫(yī)院手術室控制中為了維持其無菌狀態(tài)考慮了正壓問題。通過安裝在手術室內的微正壓傳感器來影響房間正壓控制，甚至要維持手術室內潔凈級別不同的區(qū)域之間維持合理的氣流流向和有序的壓力分布，以避免室外對室內，低級別對高級別環(huán)境的影響。只有保證在任何情況下（特別是在非設計工況或在非正常運行的工況下），都能夠維持潔凈手術部內這種有序的梯度壓力分布不變，才能真正有效的減少手術區(qū)交叉感染的風險。美國CDC （Centers forDisease Control and Prevention）和HICPAC（theHealthcare Infection Control Practices AdvisoryCommittee）于2003年發(fā)布的標準建議將負壓隔離病房的負壓值設定為2.5 Pa（0.01 in H2O）[7],

　　到目前為止，關于負壓隔離病房的負壓值,我國相關設計規(guī)范中尚無明確規(guī)定，國標《傳染病醫(yī)院建筑設計規(guī)范》（討論稿）也沒有明確標出具體的負壓值。

　　在調試過程中，正壓具體作用體現(xiàn)在三個方面：首先在門窗關閉的情況下，防止?jié)崈羰彝獾奈廴居煽p隙滲入潔凈室內;其次在門開啟的瞬間保證有足夠的氣流向外流動，減少門開啟或人進入的瞬間帶來的干擾氣流，但不保證在門長時間開啟的狀態(tài)下的正壓;最后保證潔凈區(qū)域內合理、有序的氣流流向與流量。在新鄉(xiāng)醫(yī)院中，作者在試運行和運行中，將負壓隔離病房病室與緩沖間的最小靜壓差設定為8Pa，病室與衛(wèi)生間的最小靜壓差設定為4Pa，緩沖間與醫(yī)務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定為4Pa達到了比較好的效果，同時也得到了院方的認可。

工程設計、調試體會

　　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題。在利用良好的總線拓撲完成系統(tǒng)搭建后，整個工程的重點就是醫(yī)院所面臨的特殊需求，室內環(huán)境對病人的康復有良好的輔助作用，同時能有效的回避交叉感染。在國家規(guī)范中，只規(guī)定了清潔區(qū)送風量大于排風量，清潔區(qū)為正壓，污染區(qū)排風量大于送風量，為負壓，并要求負壓房間排風量最小應比送風量大10%（風量差應不小于85 m3/h）。規(guī)范中并沒有規(guī)定各區(qū)域需保持正負壓的值，而且也沒有對建筑的圍護結構、門窗的密封程度做出具體要求。在具體的設計和調試方案確立時，沒有微壓差設定值依據(jù)，，只能在實踐調試和試運行中進行調整，對于實際的調試效果也很難得到檢驗，只能通過理論推算。同時在施工和運行過程中只靠送排風風量差而不對房間的氣密性做出具體要求時，很難保證壓力梯度的實現(xiàn)。

參考文獻

　　[1] Techcon System User Guide

　　[2] Techcon 409 IO module User Guide

　　[3] ASHRAE handbook, HVAC Application Chapter 7 healthcare facilities, 1999

　　[4] 陳尹，手術室凈化空調工程設計探討，空調暖通技術，2001（1）.1-4

　　[5] Brian Wisemen，P.E. room pressure for critical environment ASHRAE Journal February 2003 vol.109,34-39

　　[6] 邱濟夫. 抗菌過濾器評價方法的研究：[碩士學位論文]. 上海：同濟大學，2005

　　[7] CDC. Guidelines for preventing the transmission ofmycobacterium tuberculosis in health care facilities[R]. Morbidity and Mortality Weekly Report, 1994,43, No RR-1