楼宇自控系统在医疗建筑中的应用

摘要：楼宇自控系统在现代智能建筑节能及管理中应用日益广泛，技术及功能逐渐发展。文章通过楼控系统在某大型综合医院中的应用实例，介绍了医疗建筑楼控系统的设置原则、功能配置及系统实现，以及PID控制技术在空调系统及新风机系统监控中的应用。

关键词：楼宇自控系统 医疗建筑 PID 建筑节能

Abstract:Through the application of the building control system in a large general hospital,this paper describes the setting principles, functional configuration and system implementation of medical building automation system,and the application of PID control technology in controling air-conditioning system and new fan system.

Key words: Building control system Medical building PID Building energy saving

楼宇自控系统是利用计算机、通信、现代控制技术组成的高度自动化的综合管理系统。通过对分散于建筑物各处的机电设备进行分散控制、统一管理，实现对各设备的实时控制、逻辑控制、状态显示、数据统计等，以确保建筑物内舒适、安全的办公环境，同时实现高效节能及便利的物业管理等要求。

楼宇自控系统由中央管理站、各种DDC控制器及各种传感器、执行机构组成，能够完成多种控制及管理功能。系统实现对空调机组、新风机组、冷源系统、送排风系统、变配电系统、照明系统、电梯系统、给排水系统、热交换系统等的检测和控制，同时可以对建筑内的各种用电设备进行节能控制及能量计量。

本文将对楼宇自控系统设计在某大型综合医院中的应用进行分析和探讨。

一、楼控系统设置原则

该医院建筑位于山东省，是一所现代化的三甲医院。院区主建筑是面积约160000m2的新建门诊病房综合楼，配备若干后勤保障楼组成医疗建筑群。在楼控系统的设计中，主要遵循了以下设计原则――

（一）舒适

医疗建筑功能对室内环境舒适度有一定要求，楼宇设备管理系统可以对医院空调通风系统进行高精度地控制和调节，从而提供最舒适的温度、湿度，满足使用需要。楼宇自控系统根据季节、人员和空气流动情况的变化，将各区域的室内温度控制在设计要求值上，同时参考国际上的通用标准，如ASHRAE舒适标准、ISO7730的热舒适指标PMV、国标GB5701-85中的舒适温度指标等，使楼内环境达到最适宜的程度。

（二）节能

医院对设备的运行成本、管理成本和管理效率十分重视。楼宇设备管理系统自动高效地控制设备能耗，完全能够降低运行成本和设备管理成本，提高管理效率。在满足舒适性的前提下，系统通过合理组织设备运行，使综合楼的运行费用降至最低，即以能耗值最低为控制目标，优化系统控制。楼宇自控系统软件设有节能程序，可以控制设备合理运行。如根据办公及门诊时间来控制照明系统的开启，根据空调冷负荷量，调整冷冻机及相关水泵的开启状况，以实现最优化控制。

医院通过各种管理软件、优化控制软件和节能软件达到自动控制，以达到降低能耗，配合自控系统的节能式操作，减少不必要的能源浪费，并在硬件上提供防范性保养，对可能发生的设备问题做出事先维修。

（三）安全、可靠

如果楼内的机电设备突然发生故障而停机，楼宇自控系统可以从以下几个方面控制局面：随时检查设备的实际负载和额定负载，一旦发现设备过载，立即自动卸载，同时向中央控制室发出报警信号，以防损坏贵重设备；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，以防引起更大范围的设备故障；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，自动报告中央控制室，及时提醒进行设备检修；当一组设备中的某台设备出现故障不能继续运转时，自动切换到备用设备；对于临时停电的情况，当恢复供电后，系统自动执行启动程序，可保证设备投运顺利，避免启动失败对设备的损害。

通过这些检测、报警和处理方式，使大楼对机电设备突发故障具备有效的预防手段，以确保设备和财产安全。

（四）开放

系统结构必须是开放式的，系统支持BACnet、LonWorks和RS485等总线方式，方便今后接入其他系统。

（五）高效

通过对设备运行状况的监测、诊断和记录，早期发现和排除故障，及时发出维护和保养的通知，保证设备始终处于良好的工作状态和大楼的正常运营。

楼宇自控系统对设备的有效监控，可使设备的故障率大大降低，同时也使维修工人可以更有效地工作，及时解决设备出现的问题，因此可以减少维修人员的数量；一体化管理方式，使操作、值班和管理人员减少。

（六）经济

在满足用户对功能、质量、性能、价格和服务等各方面要求的前提下，追求最优化的系统设备配置，以尽量降低系统造价，提高经济效益。

二、楼控系统功能及配置

系统的监控内容包括：冷源系统、热交换系统、空调机组、送/排风系统、新风机组、供配电系统、给排水系统、电梯系统，并提供其他系统的集成接口，如智能照明等。

楼宇设备自控系统BAS设备总控中心设于首层消防控制室，与安防系统、消防系统合用控制中心。楼宇设备自控系统BAS的总控中心可显示或打印各子系统设备的运行参数及运行状态，进行远距离控制、程序控制和节能控制。

在自控上可实现最优化启停控制、设备台数控制、动态图形显示、报警及打印、能耗统计。采用集散型计算机监控管理系统，可实现危险分散，分站和子站的工作与中央站无关，即使中央站停止工作，所有设备均由分站和子站独立控制正常工作，并且所有受控设备均可手动单独启停，中央站能显示手动工作设置状态。

设备故障时，备用设备可自动投入，并在中央站显示故障报警。设备均有累计运行的时间记录。系统工作程序编制、修改，可以在现场分站DDC控制器上进行，也可在中央站进行。中央站能完成所有监控设备的控制和显示，对故障报警及日常运作都能全面管理。系统还预留了一定余量。

采用现场总线LonWorks技术，减少布线投资。产品有LonMark标记，实现互操互换，降低建筑设备管理自动化系统的寿命周期成本。系统能实现与火灾报警系统、安保系统、电梯系统和照明系统等相关系统间的无缝集成，同时提供给IBMS的标准接口。系统网络采用标准网络协议，符合远程通信管理和计算机技术发展趋势的要求。系统软件全面实现系统集成目标，并按模块化的方法设计，便于系统规模及应用功能的扩展。

在医院新风机系统及空调系统的监控中，应用经典控制理论中比例微积分控制(PID)技术，使新风及空调系统达到了更加良好的运行参数。

三、PID技术及新风机系统监控

新风机系统实现了送风温度自动控制。冬季时，根据传感器实测的温度值自动对热水阀开度进行PID运算控制，保证新风机送风温度达到设定温度的要求；反之，夏季根据传感器实测的温度值自动对冷水阀开度进行PID运算控制。通过调节水阀的开度，使送风温度达到用户的设定值（见图1）。

空气过滤器两端压差过大时过滤网堵塞报警，并在图形操作站上显示并打印报警，指出报警时间。

根据事先设定的工作时间表及节假日休息时间表，定时启停新风机，自动统计新风机运行时间，提示定时对新风机进行维护保养。

风机停止后，新风风门、电动调节阀、电磁阀自动关闭；风机启动后，其前后压差过低时故障报警，并连锁停机；当温度过低时，进行防冻保护，开启热水阀，关闭风门，停风机。实现了新风机系统各器件间的连锁保护。

四、PID技术及空调系统监控

控制系统的现场元件由送风温湿度传感器、回风温湿度传感器、防冻开关、压差开关、压力传感器、风阀执行器、电动调节阀、电动加湿调节阀组成。由于该医院地处沿海，无须考虑加湿。

空调系统的回风温度自动控制。冬季时，根据传感器实测的回风温度值自动对热水阀开度进行PID运算控制，保证空调机组回风温度达到设定温度的要求；反之，夏季根据传感器实测的回风温度值自动对冷水阀开度进行PID运算控制。通过调节水阀的开度，使回风温度达到用户的设定值；在过渡季节则根据室外送入新风的温湿度自动计算焓值，并与室内回风的焓值进行PID运算，并根据结果自动控制新风阀、回风阀、排风阀的开度，以达到自动调节混风比的作用。

在重要场所设置二氧化碳测量点，根据测量值的浓度自动调节新风比，实现空气质量调节。

根据事先设定的工作时间表及节假日休息时间表，定时启停空调机组，自动统计空调机组的运行时间，提示定时对空调机组进行维护保养。

空调系统的节能运行,包括以下几个方面：

间歇运行――使设备合理间歇启停,但不影响环境舒适程度；

最佳启动――根据建筑物人员使用情况,预先开启空调设备,晚间之后,不启动空调设备；

最佳关机――根据建筑物人员下班情况 ,提前停止空调设备；

调整设定值――根据室外空气温度对设定值进行调整,减少空调设备能量消耗；

夜间风――在凉爽季节,用夜间新风充满建筑物,以节约空调能量。

五、医院楼宇自控系统组成

系统网络结构模式为分布式控制的方式，由管理层网络和监控层网络组成。

管理层网络采用TCP/IP的网络传输。这层网络中的设备包括系统服务器/操作站、网络编程工作站、网络控制器、以太网交换机等相关BMS专用局域网网络设备等。设备安装在病房楼一层的中控室内。

管理层网络的主要功能是将医院的机电设备进行集中管理并监控其运行。在最短的时间内传输大量的数据到网络服务器，及时完成数据采集、分析处理及WEB显示任务，从而使网络服务器能够根据数据统计计算出合适的控制参数，保证可靠的通讯联接以及快速的响应速度。

控制层网络以使用LonWorks技术的DDC为主，包括网络控制器、通用设备现场控制器和其他可能集成的第三方LonWorks设备。

系统软件的框架平台在自动化控制系统中第一个通过软件技术把LonWorks、BACnet和多种Internet标准集成到通用对象模型的应用程序环境并嵌入到控制器层级，支持标准的Web浏览界面。该软件平台能集成各种设备，支持多种标准或非标准协议（Lonwork、Modbus等），提供API接口，根据其它设备的协议开发相应驱动基于Internet及分布的网络管理，通过Internet实现实时监控与企业系统共享监控信息。

六、结束语

信息技术和计算机网络技术的高速发展，对现代建筑的结构、系统、服务及管理的最优化组合要求越来越高，目的是提供一个合理、高效、节能、舒适的工作环境。节能是一项基本国策，也是智能建筑电气设计全面技术经济分析的重要组成部分。楼宇自动化系统正顺应这一潮流，对于智能建筑机电设备的正常运行并达到最佳状态，以及大厦的防火与保安都提供了有力的保证，达到提高系统管理水平并节省运行能耗的目的。

参考文献

1.张新房.图说建筑智能化系统[M].北京：中国电力出版社，2009

2.GB/T 50314.智能建筑设计标准 [S] . 北京:中国计划出版社,2006

3.JGJ16-2008.民用建筑电气设计规范 [S] .北京: 中国电力出版社，2008