新鄉(xiāng)市某醫(yī)院的樓控系統(tǒng)設(shè)計案例

新鄉(xiāng)市XX醫(yī)院的樓控系統(tǒng)設(shè)計工程概況新鄉(xiāng)市XX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XX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)過程中引進TECHCON智能控制系統(tǒng)，旨在對樓內(nèi)空調(diào)、通風(fēng)、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(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)XX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)計時除了潔凈空調(diào)以外還存在大量的新風(fēng)機組、送排風(fēng)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(shè)備，這些設(shè)備既要有獨立工作的能力又要有與相關(guān)設(shè)備進行協(xié)調(diào)，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(shè)計和調(diào)試環(huán)節(jié)，主要關(guān)注3個方面。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)針對醫(yī)院設(shè)備眾多且非常分散的特征，我方采用Techcon04控制系統(tǒng)，下圖為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D：Techcon04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，中間層為站點連接總線，最上層為管理網(wǎng)。其中模塊連接總線用來連接主控模塊和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(biāo)準(zhǔn)，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(wǎng)絡(luò)一個網(wǎng)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(shè)備（例如專用底座，專用電源模塊等）。在新鄉(xiāng)XX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?fù)浣Y(jié)構(gòu)的限制，可以形成星形、樹形等復(fù)雜的拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。借助CAN集線器，站點連接總線可以實現(xiàn)4層范圍內(nèi)的網(wǎng)段延伸，每個CAN網(wǎng)段的距離最長可達(dá)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(nèi)的數(shù)據(jù)通訊。通過這種網(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)XX醫(yī)院直接采用CAN集線器直接將系統(tǒng)劃分為2個網(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電設(shè)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(shè)通訊線纜來減少改造的投資。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)XX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(fēng)機組；1個MCA正好可以控制4臺水泵或送風(fēng)機并且對相關(guān)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(yīng)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(yīng)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(shè)備采用1到2個模塊就可以完成對其設(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(shè)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。特殊的控制工藝新鄉(xiāng)XX醫(yī)院采用的是半集中式空調(diào)系統(tǒng)，這種方式對于像新鄉(xiāng)XX醫(yī)院這種大型醫(yī)院和手術(shù)室同時使用率高的場所非常適合。這種方式是將手術(shù)部和住院部空調(diào)系統(tǒng)劃分為幾個區(qū)，高級別空調(diào)系統(tǒng)由于風(fēng)量大、使用頻率相對較低，采用了單獨設(shè)置空調(diào)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(fēng)集中處理后送到各個系統(tǒng)的空調(diào)機組，為了使整個手術(shù)部始終處于受控狀態(tài)，工程中設(shè)有值班風(fēng)機，在非工作狀態(tài)僅開值班風(fēng)機維持手術(shù)部的壓力梯度。這種系統(tǒng)形式可以方便的調(diào)解各個房間的溫濕度，使得不同壓力級別的調(diào)解相互不產(chǎn)生影響，又能夠比較好的實現(xiàn)整個手術(shù)部的壓力控制。新鄉(xiāng)XX醫(yī)院每層分布一至兩臺潔凈空調(diào)機組，潔凈空調(diào)機組與常規(guī)組合式空調(diào)機組區(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、初效過濾器堵塞報警、新風(fēng)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(diào)節(jié)、熱盤管水溫調(diào)節(jié)、蒸汽加濕器控制、新風(fēng)門開度控制、回風(fēng)門開度控制、送風(fēng)機運行狀態(tài)、送風(fēng)機手/自動控制狀態(tài)、送風(fēng)機前后壓差、送風(fēng)機啟/停控制、送風(fēng)機故障狀態(tài)、送風(fēng)機故變頻控制信號、手術(shù)室溫濕度、手術(shù)室微正壓、回風(fēng)機運行狀態(tài)、回風(fēng)機故障狀態(tài)、回風(fēng)機前后壓差、回風(fēng)機啟/?？刂啤⒒仫L(fēng)機手/自動控制狀態(tài)、防凍開關(guān)等設(shè)備。對于ICU和手術(shù)室以及病房的環(huán)境控制方案，作者在設(shè)計時進行了比較充分的考慮，采用的生物潔凈技術(shù)改變了過去直接殺滅室內(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)在以下幾個方面：正確的溫濕度控制在多數(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(shè)計和調(diào)試的時候也是根據(jù)此值進行的調(diào)整，但是在試運行期間和運行的服務(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)對于治療和調(diào)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(diào)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(diào)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(diào)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(nèi)基本需要的病人，對有特殊需要的病人，利用室內(nèi)的加熱或局部加濕等手段滿足患者的需要?？諝膺^濾工程中采用了3級空氣過濾，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)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(dāng)于國標(biāo)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(xì)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(dá)到除去細(xì)菌的目的。過濾器過濾空氣就是除去這些細(xì)菌最為經(jīng)濟和有效的方法。送風(fēng)量

按照國際相關(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)于國標(biāo)GB50333-2002《醫(yī)院潔凈手術(shù)不建筑技術(shù)規(guī)范》中Ⅲ級潔凈手術(shù)室。在現(xiàn)在提出的一般手術(shù)室概念，從凈化原理講對于末端過濾器為高中效過濾器的手術(shù)室來說，加大送風(fēng)量無益于改善室內(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，在此項目中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)室內(nèi)負(fù)荷來確定送風(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。這個水平相當(dāng)于國外創(chuàng)傷手術(shù)室的送風(fēng)換氣要求。在對空調(diào)進行控制時采用焓值控制來確定所允許的最小送風(fēng)量，具體計算方法舉例如下：室內(nèi)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(fēng)比0.252，送回風(fēng)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?zé)釢癖染€交φ=95%相對濕度于S點露點送風(fēng)，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(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。通過反算出G=Q/Δi=896m3/h，換氣次數(shù)在6.7次/小時（新風(fēng)比0.252）適合露點送風(fēng)，這樣就可以取得最小的風(fēng)量。正壓在新鄉(xiāng)XX醫(yī)院手術(shù)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(shù)室內(nèi)的微正壓傳感器來影響房間正壓控制，甚至要維持手術(shù)室內(nèi)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(nèi)，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(shè)計工況或在非正常運行的工況下），都能夠維持潔凈手術(shù)部內(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。美國CDC(CentersforDiseaseControlandPrevention)和HICPAC(theHealthcareInfectionControlPracticesAdvisoryCommittee)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2.5Pa(0.01inH2O到目前為止，關(guān)于負(fù)壓隔離病房的負(fù)壓值,我國相關(guān)設(shè)計規(guī)范中尚無明確規(guī)定，國標(biāo)《傳染病醫(yī)院建筑設(shè)計規(guī)范》（討論稿）也沒有明確標(biāo)出具體的負(fù)壓值。在調(diào)試過程中，正壓具體作用體現(xiàn)在三個方面：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(nèi)合理、有序的氣流流向與流量。在新鄉(xiāng)XX醫(yī)院中，作者在試運行和運行中，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，同時也得到了院方的認(rèn)可。工程設(shè)計、調(diào)試體會由新鄉(xiāng)XX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?fù)渫瓿上到y(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(nèi)環(huán)境對病人的康復(fù)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(fēng)量大于排風(fēng)量