本文以某醫(yī)院的樓控設(shè)計方案為例，針對醫(yī)院建筑的特點，闡述了其樓宇自控系統(tǒng)的方案設(shè)計、系統(tǒng)配置、系統(tǒng)功能及運行的經(jīng)濟及節(jié)能分析。
1、概述
某醫(yī)院門、急診及病房樓由地下一層、地上十三層構(gòu)成，建筑物總高度為49.45m，總建筑面積為42868.3m2，其中地上建筑面積39745.5m2，地下建筑面積3122.8m2。整個建筑按樓層和東西部劃分功能區(qū)域，其中地上1~5層為門、急診各科室，手術(shù)室，ICU病房及醫(yī)院辦公區(qū)域，6~13層為普通及干部病房。
醫(yī)院建筑的使用特點與一般的大樓有很多不同之處，本項目的使用特點為時間性強、人員流動率高，因此應(yīng)根據(jù)人員流量，門、急診時間及診室分布等情況來調(diào)節(jié)相應(yīng)機電設(shè)備的啟停。
醫(yī)院大樓內(nèi)根據(jù)功能不同分為公共區(qū)、手術(shù)區(qū)、病房區(qū)、潔凈區(qū)等，不同區(qū)域的空氣流向應(yīng)分開，以防止交叉感染，因此應(yīng)對空調(diào)、通風系統(tǒng)分區(qū)域設(shè)計;樓宇自控系統(tǒng)也應(yīng)分區(qū)控制以滿足醫(yī)患對樓內(nèi)溫度、濕度、通風等環(huán)境條件的要求，降低患者因空氣不潔而被感染的幾率，縮短治療周期，提高*。
此外，樓宇自控系統(tǒng)平臺還可實現(xiàn)與消防報警系統(tǒng)、智能照明系統(tǒng)、安防系統(tǒng)、停車場管理系統(tǒng)等的接口的連接和聯(lián)動。
2、設(shè)計思路
本項目的樓宇自控系統(tǒng)設(shè)計主要遵循舒適、節(jié)能、安全可靠、開放、的設(shè)計原則：
◆ 根據(jù)季節(jié)、人員和空氣流動情況的變化，對空調(diào)通風系統(tǒng)進行高精度的控制和調(diào)節(jié)，從而提供舒適的溫度、濕度，滿足使用需求;
◆ 在滿足舒適性的前提下，通過合理組織設(shè)備運行，自動地控制設(shè)備能耗，能夠降低運行成本和設(shè)備管理成本，提高管理效率;
◆ 通過對機電設(shè)備的實時檢測、異常報警和及時處理，使大樓具備預(yù)防機電設(shè)備突發(fā)故障的有效方法，以確保設(shè)備和財產(chǎn)安全;
◆ 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是開放式的，支持BACnet、LonWorks和RS485等總線方式，便于今后接入其他系統(tǒng);
◆ 通過對設(shè)備運行狀況的監(jiān)測、診斷和記錄，及早發(fā)現(xiàn)和排除故障，及時發(fā)出維護和保養(yǎng)通知，保證設(shè)備始終以良好的狀態(tài)工作，可靠運行。
3、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
在本工程中，樓宇自控系統(tǒng)可實現(xiàn)對冷熱源系統(tǒng)、空調(diào)及送排風系統(tǒng)、變配電設(shè)備，以及照明、給排水、醫(yī)療氣體監(jiān)視和電梯等系統(tǒng)的自動監(jiān)測或控制，并同時收集、記錄、保存及管理有關(guān)系統(tǒng)的重要信息及數(shù)據(jù)。
（1）管理網(wǎng)（MLN）
系統(tǒng)的圖形工作站可以進入以太網(wǎng)進行數(shù)據(jù)管理，實現(xiàn)區(qū)域性數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)，提高管理水平。
。2）自控網(wǎng)（ALN）
每臺現(xiàn)場控制器DDC可以通過PeertoPeer網(wǎng)絡(luò)（同層總線共享無主從方式）連接多達100臺ALN控制器，速率可達到115.2kbps。
。3）樓層網(wǎng)（FLN）
每臺模塊化可編程控制器的LAN網(wǎng)可連接多達216個獨立式或非獨立式單元控制模塊（PXM、TX-IO等），為系統(tǒng)擴展及組建大型集散系統(tǒng)提供方便。
4、系統(tǒng)監(jiān)控內(nèi)容
本項目樓宇自控系統(tǒng)的監(jiān)控對象包括：冷源系統(tǒng)、熱交換系統(tǒng)、空調(diào)機組、新風機組、送排風系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、醫(yī)療氣體監(jiān)視系統(tǒng)、風機盤管、照明系統(tǒng)。通過集成方式實現(xiàn)監(jiān)控的系統(tǒng)包括：冷水機組、電梯系統(tǒng)、變配電系統(tǒng)、柴油發(fā)電系統(tǒng)、智能照明系統(tǒng)、安防系統(tǒng)（監(jiān)控、報警及出入口控制系統(tǒng)）、停車場管理系統(tǒng)。
5、系統(tǒng)軟件功能
（1）控制軟件
網(wǎng)絡(luò)控制器及直接數(shù)字式控制器能實現(xiàn)的標準及完備的控制模式包括：兩態(tài)控制、比例控制、比例加積分控制、比例加微積分控制、控制回路的自動調(diào)節(jié)。
（2）節(jié)能軟件
可在系統(tǒng)內(nèi)自動運作而不需要操作人員介入的軟件程序包括：每日/每年的預(yù)定時間表、假期的安排表、臨時操控安排表、*啟/？刂、夜間設(shè)定點自動調(diào)節(jié)控制、焓值切換、用電量高峰期的限制、溫度設(shè)定點的重置、制冷機的組合及次序控制。
。3）報警管理
報警的管理包括監(jiān)察、緩沖、儲存及將報警顯示在操作站上。所有的報警均應(yīng)顯示相關(guān)報警監(jiān)控點的詳細資料，包括報警發(fā)生的時間及日期。報警應(yīng)根據(jù)嚴重性分級，以便更有效及快速地處理嚴重的報警。用戶可以自行設(shè)定不同的報警嚴重性級別。
。4）監(jiān)控點歷史紀錄及動態(tài)趨勢記錄
、俦O(jiān)控點歷史記錄
樓宇自控系統(tǒng)內(nèi)所有監(jiān)控點的歷史都自動存放在相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)控制器內(nèi)。模擬量輸入監(jiān)控點應(yīng)該每半小時取樣本一次，過去24小時的記錄應(yīng)隨時可以被用戶提出來分析研究。
②動態(tài)趨勢記錄
用戶可根據(jù)需要將動向趨勢軟件應(yīng)用在系統(tǒng)內(nèi)任何的監(jiān)控點，并可自行選擇抽取樣本的時間（一分鐘一次至兩小時一次可選）。每個網(wǎng)絡(luò)控制器zui少可以儲存5000個樣本資料。
。5）累積記錄
每個網(wǎng)絡(luò)控制器均可進行下列累積記錄：
◆運行累積記錄，如水泵的運行累積時間記錄;
◆模擬量及脈沖累積記錄，如用電量記錄;
◆發(fā)生事項的累積記錄，如水泵、風機啟/停累積次數(shù)記錄。
若累積值超過用戶所定下的限額，系統(tǒng)將自動把用戶的警告信息發(fā)放出來。
6、系統(tǒng)采取的節(jié)能措施及效果
本項目選用的樓宇自控系統(tǒng)具有良好的節(jié)能管理功能，系統(tǒng)正常運行后帶來了顯著的節(jié)能效益：能源得到了充分合理的使用，不必要能源消耗得到削減，能源費以的方式開支，實現(xiàn)了15%~20%的能源節(jié)約。
本項目主要通過以下三個方面實現(xiàn)節(jié)能：
◆操作和管理成本的有效控制;
◆能源的獲取和使用的管理，即根據(jù)本地區(qū)電力部門所采用的峰值和非峰值不同計費方式的政策，在用電期內(nèi)對機電設(shè)備的耗電情況進行判斷，適時完成對超額用電設(shè)備的卸載，以避免在用電峰值階段承擔高額的電費;
◆其他一系列降低能源消耗的措施和方法。
。1）照明系統(tǒng)的節(jié)能控制
照明系統(tǒng)能耗很大，在本項目中照明系統(tǒng)的耗電量約占總用電量的30%，僅次于冷凍站及空調(diào)系統(tǒng)的耗電量（40%）。樓宇自控系統(tǒng)通過事先在操作站的日歷上確定程序，并配以相應(yīng)的傳感器，區(qū)分“工作”與“非工作”、“有人”與“無人”時間，用程序設(shè)定相應(yīng)回路的開/關(guān)燈時間。
本項目對所有公共區(qū)域的照明進行控制。經(jīng)過3個月的試運行，醫(yī)院管理方提供的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，照明系統(tǒng)的用電量比未采用BAS時減少了30%以上，取得了非？捎^的經(jīng)濟效益。
（2）空調(diào)與冷熱源系統(tǒng)的節(jié)能控制
空調(diào)與冷熱源的能耗在本項目能耗中占比zui大，針對其采取的具體節(jié)能措施如下：
◆縮短冷凍機等冷熱源設(shè)備的運行時間，減少、降低運行臺數(shù)與輸出功率，避免出現(xiàn)設(shè)備無功運行的情況，使冷熱源系統(tǒng)處于*節(jié)能運行狀態(tài);
◆在空氣處理過程中，避免冷熱量相互抵消;采用變新回風的方法，zui大限度利用新風;
◆利用變風量與變水量等控制技術(shù)，實現(xiàn)水泵與風機的*狀態(tài)點控制和*啟停時間控制，降低能耗;
◆對非連續(xù)工作的空調(diào)對象，通過工作與非工作時間的設(shè)定值和控制目標值的自動調(diào)整實現(xiàn)節(jié)能控制;
◆利用采用自適應(yīng)控制與模糊控制等原理的控制軟件實現(xiàn)室內(nèi)溫濕度設(shè)定值的自動調(diào)整，提高控制精度，以達到節(jié)能的目的。
（3）室內(nèi)溫度浮動（新風補償）控制
采用室外新風溫度補償調(diào)節(jié)策略，隨著室外空氣溫度的變化，適當提高夏季室內(nèi)空氣溫度和降低冬季的室內(nèi)空氣溫度，為室內(nèi)提供健康、舒適的動態(tài)熱環(huán)境，同時為空調(diào)制冷系統(tǒng)帶來顯著的節(jié)能效果。室外新風溫度補償調(diào)節(jié)方式的節(jié)能效果如表1所示。
表1室外新風溫度補償調(diào)節(jié)方式節(jié)能效果表
。4）空調(diào)系統(tǒng)與冷凍站聯(lián)機節(jié)能優(yōu)化控制
本項目空調(diào)制冷設(shè)備的容量配置是按zui大負荷需求選擇的。然而設(shè)備一年中處于zui大負荷狀態(tài)下的時間是很少的，當空調(diào)負荷變小時，冷水機組應(yīng)隨之進行調(diào)節(jié)，才能既滿足空調(diào)需求又降低運行能耗。
將空調(diào)機組與冷凍站結(jié)合起來考慮其聯(lián)機運行節(jié)能方案，為冷凍站提供量調(diào)節(jié)和質(zhì)調(diào)節(jié)綜合節(jié)能控制方案。
7、針對醫(yī)院特殊需求的控制措施
（1）不同區(qū)域的分區(qū)控制
本項目的公共區(qū)、手術(shù)區(qū)、病房區(qū)、潔凈區(qū)，以及同一樓層的南、北區(qū)對空調(diào)系統(tǒng)的需求各不相同，本項目的空調(diào)系統(tǒng)采用了按樓層分南區(qū)、北區(qū)控制的模式，不但滿足了各區(qū)域?qū)照{(diào)的要求，還實現(xiàn)了節(jié)能。
本項目共有8個手術(shù)室，各手術(shù)室對溫濕度及空氣潔凈度有嚴格的要求，且使用率高，因此采取了單獨設(shè)置手術(shù)室潔凈空調(diào)系統(tǒng)，即手術(shù)室潔凈空調(diào)系統(tǒng)與公共區(qū)、病房區(qū)的空調(diào)系統(tǒng)分開設(shè)置的模式。
為了使各手術(shù)室始終處于受控狀態(tài)，本項目設(shè)置了值班風機，對處于非工作狀態(tài)的手術(shù)室僅開啟值班風機以維持手術(shù)室的壓力梯度。在這種形式的系統(tǒng)下可以方便地調(diào)節(jié)各個房間的溫濕度，且不同壓力級別的設(shè)置相互間不會產(chǎn)生影響，可以很好地實現(xiàn)對各手術(shù)室的壓力控制。
潔凈空調(diào)系統(tǒng)除了監(jiān)測常規(guī)空調(diào)機組的相關(guān)狀態(tài)和對空調(diào)機組進行控制外，還應(yīng)對新風初效過濾器堵塞報警、中效過濾器堵塞報警、過濾器堵塞報警、手術(shù)室溫濕度、手術(shù)室微正壓情況進行實時監(jiān)測，并在出現(xiàn)報警時及時處理。
。2）病房區(qū)特殊溫濕度要求及相應(yīng)解決方案
項目調(diào)試過程中，筆者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。
由于各種病房對溫度要求的區(qū)別較大，并且病人對環(huán)境的要求也不一樣;筆者在對病房空調(diào)控制進行設(shè)計的時候，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)普通病人的需要，而對有特殊需要的病人，則利用室內(nèi)的加熱或局部加濕等手段滿足其需要。
（3）空氣過濾措施
本項目采用了3級空氣過濾，即初效、中效和過濾。
由于細菌不能夠獨立存活，必須依附在較大的浮游顆粒上，因此對這些載有微生物的粒子進行過濾就可以達到除去細菌的目的。使用過濾器過濾空氣就是除去這些細菌zui為經(jīng)濟和有效的方法。
。4）手術(shù)室的正壓控制措施
在本項目中，為了維持手術(shù)室的無菌狀態(tài)，需要在手術(shù)室控制設(shè)計中考慮正壓問題。在本項目的調(diào)試過程中，正壓的作用體現(xiàn)在以下三個方面：
◆ 在門窗關(guān)閉的情況下，防止?jié)崈羰彝獾奈廴居煽p隙滲入到潔凈室內(nèi);
◆ 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瞬間的干擾氣流;
◆ 保證潔凈區(qū)域內(nèi)氣流流向的合理、有序與氣流流量的充足。
本項目在調(diào)試和試運行過程中，將緩沖間與負壓隔離病房的zui小靜壓差設(shè)定為8Pa，病室與衛(wèi)生間的zui小靜壓差設(shè)定為4Pa，醫(yī)務(wù)人員工作走廊與緩沖間及清潔區(qū)與半污染區(qū)之間的zui小靜壓差設(shè)定為4Pa，得到了比較好的效果，同時也得到了院方的認可。
8、結(jié)束語
本項目樓宇自控系統(tǒng)對樓內(nèi)的機電設(shè)備及醫(yī)用氣體監(jiān)測系統(tǒng)等進行分散控制和集中監(jiān)視、管理，實現(xiàn)了控制、監(jiān)測和管理的一體化，從而提供了一個舒適、安全的生活和工作環(huán)境;通過優(yōu)化控制提高了管理水平，達到了節(jié)約能源和人工成本的目的，并方便地實現(xiàn)了物業(yè)管理自動化。樓宇自控系統(tǒng)經(jīng)過3個月的試運行，達到了滿足醫(yī)院特殊需求、實現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能、實現(xiàn)物業(yè)管理現(xiàn)代化的目標。
。1）滿足了醫(yī)院的特殊需求
本項目的樓宇自控系統(tǒng)滿足了醫(yī)院的特殊需求，保證了樓內(nèi)環(huán)境滿足各種功能分區(qū)的要求。系統(tǒng)通過對樓內(nèi)冷熱源、空調(diào)系統(tǒng)的分區(qū)控制，溫、濕度的自動調(diào)節(jié)，對新風量的控制，以及對供排水、照明等的合理設(shè)計，保證樓中各個區(qū)域的環(huán)境和功能滿足要求;根據(jù)治療、康復(fù)等要求設(shè)定環(huán)境參數(shù)，根據(jù)醫(yī)院醫(yī)療活動的日程安排自動設(shè)定設(shè)備控制策略，使設(shè)備運行數(shù)量與環(huán)境控制要求相匹配。
。2）實現(xiàn)了系統(tǒng)節(jié)能
根據(jù)為本項目設(shè)計的*能源供應(yīng)方案，系統(tǒng)采取了優(yōu)化運行方式，實現(xiàn)了節(jié)能運營，從而降低了運行費用。
。3）實現(xiàn)了物業(yè)管理現(xiàn)代化
樓宇自控系統(tǒng)實現(xiàn)了現(xiàn)代化的物業(yè)管理，包括管理功能、顯示功能、設(shè)備操作功能、實時控制功能、統(tǒng)計分析功能及故障診斷功能等，降低了人工管理成本，延長了設(shè)備的使用壽命。
參考文獻
1、《智能建筑設(shè)計標準》（GB/T50314-2006）
2、胡崇岳.智能建筑自動化技術(shù).機械工業(yè)出版社，1999
3、董春橋.智能建筑自控網(wǎng)絡(luò).清華大學出版社，2008
4、杜明芳.智能建筑系統(tǒng)集成.中國建筑工業(yè)出版社，2009
5、陸偉良.實用樓宇管理自動化控制工程.東南大學出版社，2008
6、趙哲身.智能建筑控制與節(jié)能.中國電力出版社，2007
7、西門子樓宇科技有限公司.APOGEE系統(tǒng)設(shè)計手冊.2009
8、西門子樓宇科技有限公司.暖通空調(diào)控制產(chǎn)品簡明應(yīng)用手冊.2009
