在提倡建设绿色医院的今天，智能化的医院应具有足够的先进性、可靠性、安全性及节能性。在医院类的建筑中，需要大量的机电设施协同运转才能为病人及医护人员提供舒适的就医和诊疗环境，因此一个高质量的楼宇智能化系统(BA系统)是现代化医院建筑中心不可少的硬件设施。另外，为实现整个医院建筑设施管理的现代化和最佳的节能需求，楼宇智能化系统还可考虑到全年不间断地运行需求和地区气候特点，以及与已经建成投入运营部分的系统兼容性等问题，可以实现对复杂机电设备的高效管理，并且保持特性稳定、高效、可靠、长期的运行，医院的正常工作奠定扎实的基础。
一、医院实现楼宇设备自动控制的意义
现代化医院的建设为了创造一个良好的就医环境，提高诊疗和工作的质量，都配置了大量的机电设备，最近新建的各类医院多是以建筑群的形式设计，为保证整个建筑群良好舒适的环境和便利的就医空间，必将带来管理人员的增加、能耗费用的巨额支出和管理工作的复杂。因此建设楼宇智能化系统，通过医院建筑智能化系统的建设，可使医院得到以下益处。
1、降低机电设备的能耗投资回报率高
楼宇智能化系统通过计算机控制程序对医院的机电设备进行监视和控制，统一调配所有的设备用电量，可以实现用电负荷的最优控制，有效地节省电能，减少不必要的浪费。
2、能够自动调节舒适的环境
室内舒适度的标准不仅包括室内的温度，同时也要保证适当的湿度，在温湿度共同的调节下，人体才会真正感觉到舒适。像医院这种特殊的场所，更要保证人体的舒适度，可适当增加室内的湿度，帮助病人提高身体恢复速度。所需的温度及湿度均可通过楼宇智能化系统实现自动调节。
3、预防突发事故的发生保护设备的投资
楼宇智能化系统可随时检查设备的实际负载和额定负载，设备过载时立即自动负载，同时向中央控制室发出报警信号。监视设备运行状况，一旦发现其中某台设备运行异常，立即报警通知检修人员前去检查和维修。当一组设备中的某台设备故障时，自动切换到备用设备上。若遇到临时停电的情况，当恢复供电以后系统可自动执行顺序启动程序，保证设备投运顺利，避免启动失败对设备的损害。
4、延长设备使用寿命降低管理及操作成本
在医院建筑内配置楼宇智能化系统之后，设备的运行状态始终处于系统的监视之下，楼宇智能化系统可提供设备运行的完整记录，同时可以定期打印出维护、保养的通知单，这样可以保证维护人员不超前、不误时地对设备进行保养，因此可以加长设备的适用寿命，也就降低了机电设备的运行费用。自动记录设备的累计运行小时数，当累计值达到规定的维修时间时，自动切换到备用设备，同时报告中央控制室，以均衡各台设备运行时间、延长设备使用寿命。
5、整个医院建筑内的所有机电设备统一管理在图形化操作界面上
在统一的界面上完成一切操作，使得楼宇智能化系统能够极大地方便机电设备的操作与维修，减少管理和维护人员数量以及劳动强度，可以基本达到“无人职守”，每年因此节省维护费用约占楼宇智能化系统造价的2％～3％左右。
二、楼字智能化系统的节能分析及应用
在医院建筑中，机电设备每天的能耗是惊人的。如何通过楼宇智能化系统对大楼实现合理的能源管理，节省大楼能源消耗，是系统建设的重点，也是楼宇智能化系统中的主要目标。
1、系统节能的总体思路
BA系统的应用。到底用什么样的系统来管理医院内的建筑设备，这就需要有一个很完善的控制功能，能充分满足系统设备的要求。能耗的定位，就是指能耗需要定到那种状态。例如空调的温度，什么区域什么季节定到多少度，这就是能耗的定位。对送风的控制也是能耗定位的一方面，如上下班时对空调送风的控制。BA系统可以达到舒适、安全、节能有效的功能，在最合理消耗能源的基础上，保持最舒适合理的环境。节能是楼宇智能化系统的重要功能，但节省能源的同时，我们同样不能牺牲楼内环境的舒适性，节能措施是在保证室内舒适性前提下做出的，目标是舒适与节能并存。
2、医院建筑运行能耗的构成
医院建筑运行能耗的构成见表1、表2。
由表1、表2可以看出，在建筑运行过程中，其能源消耗的途径是建筑内的各类机电设备，而其中大部分又是空调部分和照明部分的能耗。因此，建筑节能需要针对建筑物使用过程中的供暖、通风、空调、照明的能耗进行控制，特别是其中的暖通空调和建筑照明的节能潜力最大。
3、各系统节能控制方式
(1)冷水系统：冷水系统通过对冷水机组、冷冻泵、冷却泵及冷却塔等内部参数的监测，计算出空调系统在该区域的冷负荷，系统将根据冷冻水温度及冷负荷惯性／反映时间，来自动调节冷水机组、水泵、冷却塔的启／停时间。此系统可通过最优设备组合来自动为每台冷水机分配负荷，在保持冷冻水的供／回水设定值状态的同时，也将重新设定每台冷水机的冷冻水出口温度，以优化机组的负荷分配。各联动设备的启停程序也将包括一个可调整的延迟时间功能，以便配合冷冻系统内各装置的特性，以便达至最佳的节能状态。中央空调系统是建筑物内机电设备中能源耗费的大户，约占总能量的40％～60％。通过BAS的控制，所有的空调机组、新风机组甚至风机盘管的系统都可以在合理的湿度和温度范围内运行，避免夏季过冷和冬季过热的浪费现象的发生。
(2)热交换系统：热交换系统中主要通过对二次侧回水温度的监测，自动调节每台换热器一次水供水侧阀门的开度，以保证二次水供水温度满足使用要求。楼宇智能化系统能够把握热负荷的实态，结合实际的需求量，具有针对性的调整，减少了能源的浪费。在整个供冷／热系统的供回水部分中，可根据供回水的压力，自动调节二次水供、回水间的旁通阀的开度，以保证整个系统的压力平衡。
(3)空调系统：空调系统的节能表现在多个方面，主要的监控内容包括：监测送风机运行状态，故障状态及手／自动转换状态，确认空调机组风机现是否处于楼宇智能化系统控制之下。监测初、中效过滤器，根据测得过滤网两端的压差值与设定值对比，可得出过滤网阻塞情况，提醒运行管理人员及时清洗过滤器。监测冷热水盘管表面温度，当温度低于设定值时触发报警并联动一系列的防冻保护动作，如关闭新风阀并打开水阀等。根据送风／回风湿度与设定的湿度比较调节加湿阀开关，以满足湿度要求。通过对冷热水盘管回水侧电动调节阀的自动调整，实现对回风温度的控制，保证空调机组供冷／热量，减少能源浪费。
(4)给排水系统：给排水系统中，通常会监测水箱或水池的液位，包括超高液位和超低液位、高液位、低液位。能够通过液位的监测，自动控制水泵的开启或停止，对于超限液位进行报警，提示物业人员尽快对事故进行处理。楼宇自控的加入避免了水资源的浪费并保证了设备能够在安全稳定的状态下运行。
(5)照明系统：在医院照明系统中，通常大厅、病房、走道都采用40W×3型或20W×4型高功率日光灯具。大厅天花板及底层商店区走道、工务区、机房、停车场则采用40W×1～40W×4、20W×1～20WX4等各型式日光灯具。屋外广场、庭院及建筑景观灯采用高瓦特数的水银灯或钠气灯。医院大量灯具的使用势必会产生惊人的电能消耗，故楼宇智能化系统对照明的控制也是整个能源节约的重点。不同的功能区域需要的不同的照明控制，需要对其进行按时按需自动化启停控制，防止能源的浪费。有特殊需要的区域，只需要一个电话或者是通过拨号上网进入到楼控系统网络，提出申请，即可获得所需的照明服务。
4、节能分析
(1)提高室内温湿度控制精度：室内温湿度的变化与建筑节能有着紧密的相关性。将室内温湿度控制在设定值精度范围内是空调节能的有效措施。在没有采用楼宇智能化系统的医院里，空调设备制冷或制热时，往往造成夏季室温过冷(低于标准设定值)或冬季室温过热(高于标准设定值)现象，对病人身体健康的恢复及舒适性来讲都是不适宜的，同时也浪费了能源。采用了楼宇智能化系统的建筑，不仅可以按照设定自动调节室内温湿度外，还可以根据室外温湿度的和季节变化的情况，改变室内温度的设定，使之更加满足病人及医护人员的需要，充分发挥空调设备的功能。
(2)新风量控制：根据中国国家标准GB／T18883—2002确定每人每小时新风量(从室外引入的新鲜空气)不应小于30m3，这是根据人体生理需求量设定的。如要保证二氧化碳(CO2)的浓度不超过国家标准的0．1％，则必须保证新风量30m3／h。但新风量取得过多，将增加新风耗能量。应在满足室内卫生要求的前提下，减少新风量，有显著的节能效果。新风量应该根据室内的CO2浓度来确定，但采取固定新风量的方式是不够精确的，因为随着季节和时间的变化以及空气的污染情况，室外空气中CO2浓度是变化的，同时室内人员的变化自然对新鲜空气的需求也发生变化，所以最为合理的方式是根据室内或回风中的CO2：浓度，自动调节新风量，以保证室内空气的新鲜度，控制功能较完善的楼字自控系统可以满足这些控制要求最优启停管理。
在冬季和夏季时，由于室外温度与室内温度偏差较大，为了节省能源，我们采取多用室内回风，少用室外新风的原则，一般情况下只需保证室内需要的最小新风量，以节省能源。当热水阀已全关时，如果室温仍超过设定值下限，则说明系统已不需要外界热源，室温由控制热水阀改为控制新回风比，通过调节新风、回风和排风电动阀的开度来实现，这一季节即是冬季过渡季的控制方式。新风阀全开后，如果室温仍超过设定值上限，则说明只靠新风冷源已不能承担室内全部冷负荷，因此必须对空调机组供冷水。在这时有两种情况将决定新回风比的控制：
①通过测量新／回风温湿度，计算出室内外空气焓值，当室内空气焓值大于室外空气焓值时，很显然机组处理全新风的耗冷量小于利用回风时的耗冷量，因此这时应采用全新风。新风及排风电动阀全开，回风电动阀全关，同时室温控制冷水阀。这种情况即是夏季过渡季的控制方式。
②如果这时室内空气焓值小于室外空气焓值，则说明利用回风是更节能的方式。这时应采用最小新回风比，室温仍然控制冷水阀，自控系统由此进入夏季工况的控制。夏季状态向冬季状态过渡时的转换过程与上述正好相反。为了防止系统振荡，在工况转换过程中，各转换边界条件留有适当的不灵敏区。
(3)风量平衡：在医院的空调系统中，维持风量平衡和楼内正压是保证空调调节效果的必要条件，是控制排风机转速的基本依据，特别是传染病房和手术室等特殊服务区域。如果因新风量减少或排风量增加过多，打破了风量平衡，会造成外界热空气渗入楼内、回风温度升高，也提高了病菌的传染几率，同时冷冻水盘管阀门开度不断增大，使得能耗持续增加。如回风温度过高，超出系统调控范围，会使系统各部件在极限状态工作，失去控制作用。在系统设计时，注意温度测量点的选取，提高温度采样的可信度。
(4)通风管理：通风管理是控制通风系统每小时送排风量的大小从而达到节能的控制。系统往往根据室内空气质量与焓值(如CO2、温度、湿度等)来控制送风量。在夏季，由于黎明前室外空气比室内空气温度低，空气品质也较好，能源管理系统自动适时地控制引入较为凉爽的室外新风，最大限度利用自然能量和清洁的大气来置换建筑物内污浊的空气。夏天白天温度可能在28℃～35℃，晚上可能在18℃～22℃。在半夜时，很可能室内温度高于室外温度，这个时候如果只有周程序控制，新风夜间是不工作的，室内温度偏高，外面的温度很低，系统可以在这个时候自动引入新风是很节能的。可能周程序中像食堂是早上8点到下午6点空调就结束工作了，但是在半夜的时候只要检测到室外的温度低于室内温度，系统就可以把新风引进来，为建筑节能，同时更换室内空气。冬季时中午室外温度高，室内负荷变化相对稳定，室内空气质量一般较差，可采取多用中午新风来清洁室内空气，增加新风量，保证室内舒适度。
(5)风机控制：现在多数建筑都采用的变频器对风机进行控制，属于减少空气动力的节电方法，它和一般常用的调节风门控制风量的方法比较，具有明显的节电效果。由于风机功率变化是转速变化的3次方关系，即：p∝n3，可知在低频段，每上升1Hz的频率，消耗的电功率较少；在高频段，每上升1Hz的频率，消耗的电功率将很大。降低频率提高变频效率，可以大大节能。但是，必须以增加冷冻水制冷量为代价。综合两方面．频率最小原则还是最佳选择。频率最小原则，不是频率越小越好，而是取一个最优点，根据变频器功率曲线，选择曲线平坦和陡峭之间的近似交界点(如37Hz处)，那么风机一般固定在此临界频率运行，ΔP／Δn较小，风机变频效率较好，而冷冻水需求量在非满负荷下最小。
(6)精确的控制：为医院建筑安装BA系统直接动因就是能实现医院建筑能源消耗大幅度降低以达到节省大楼营运成本的目的。这就要求BA系统整个控制过程尽可能精确。为保证系统前端信号的准确性，需要合理配置前端传感器数量，并安装于正确的位置。系统控制环节少、能提供丰富的控制计算软件。通常使用DDC(直接数字控制器)，采用计算机数字输出信号去直接控制电动水阀阀门的开度，无需中间调节器。另外，DDC内含有丰富的计算控制程序，有比例(P)算法、比例积分(PI)算法、比例积分微分(PID)算法。只有做到BA系统的稳定的、精确的控制，才能做到BA系统的有效的节能。
(7)特定区域的节能控制策略：门诊大厅、门诊室、护士药物准备区等，是人员流动较为频繁的区域，全年都需要空调。但是空调的负荷是不同的，因为门诊大厅的人流分布比较有规律，正常上班时间人流量较大，呈现有规律的尖峰时刻，夜间人流量则相对较少，这样造成大厅的热负荷呈现有规律的波动。楼宇自控系统根据这种负荷曲线提前调整控制状态，及时保证室内的温度舒适性，减少控制动态波动的能源耗费，根据不同时间段调整空调机组和冷水机组的运行功率和频率，以实现节能控制。
(8)相互配合的节能管理：医院大楼节能是在不断提高医护人员及病人的舒适度的前提下，最大限度地节约能源消耗。影响大楼能耗的因素很多，通常包括如下内容：建筑物的节能规划与设计、建筑物围护结构绝热设计、建材节能与合理选用规划、采暖空调节能设计、照明与动力优化设计等。所以，能源耗费不是片面的一个方面、一个部门或一个工种的问题，也不是一个专业和管理部门能够完全解决的事情，而是需要从设计、应用、管理、维护一系列过程的相互呼应和配合，才能真正达到预期的效果，为医院的运营节省资金与能源。
随着人类科学的不断进步，建筑行业的迅速发展，智能建筑的建设将逐步形成一个完整、科学和使用的智能化信息网，这对促进医院更快更好的发展具有重要的推动作用。
来源：中医药管理杂志，有改动
作者：阮磊波，山东莱州市人民医院
筑医台资讯编辑出品
>
