淺談醫院建筑設備管理系統的設計

摘要:首先介紹了醫院建筑設備管理系統的益處、醫院機電系統的組成及特點，然后重點介紹了醫院建筑設備管理系統的設計以及機電系統設備提供的接口要求。

關鍵詞:醫院建筑設備管理系統設計

中圖分類號:TU246文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)03(a)-0195-02

1 引言

現代化醫院建筑的完美性不僅表現在其建筑質量、房間功能和建筑結構上，對醫院建筑本身尤其嚴格，而復雜的機電設備需要高效管理。這些設備的穩定、高效、可靠、長期的運行對醫院的正常工作起到保障作用，特別是強調以病人為中心、體現人性化理念的醫院來說，更關注的是舒適的住院和診療條件及低廉的使用和維護成本，提倡環保節能等方面，因此建筑內部的技術設備和運行效果越來越受到重視。為提高管理水平、環境質量和降低運行成本，有必要對建筑內部的技術設備進行優化控制，可以通過設置建筑設備管理系統來保障醫院內的機電設備高效、安全和可靠地運行，以提供給病人和醫務人員良好、舒適的環境[1]。

本文以中國南方地區的醫院為例進行醫院建筑設備管理系統設計的介紹。

2 建筑設備管理系統為醫院帶來的益處[1]

(1)節省能源。

樓宇設備管理系統通過電腦控制程序對全樓的設備進行監視和控制，對于設備的管理可以根據預先編排的時間程序(如辦公時間、節假日時間、晝夜時間等)對電力、照明、空調等設備進行最優化的節能控制。如根據辦公時間程序來控制照明系統的開啟，根據空調冷負荷量，調整冷凍機及相關水泵的開啟狀況，實現最優化控制等。可以有效節省電能，減少不必要的浪費。

(2)節省人力。

由于樓宇設備管理系統采用集中電腦控制，在投入使用后可以大量減少運行操作人員和設備維護維修人員，并能及時處理設備出現的問題。

(3)延長設備的使用壽命。

在醫院內配置樓宇設備管理系統之后，醫院設備的運行狀態始終處于系統的監視之下，樓字設備管理系統可提供設備運行的完整記錄，同時可以定期打印出維護、保養的通知單，這樣可以保證維護人員不超前、不誤時地進行設備保養，因此可以使設備的運行壽命加長，也就是降低了醫院的運行費用。

(4)保證醫院及人身安全。

醫院本身的安全和人員生命的安全是非常重要的。先進的樓宇設備管理系統可以將保安管理、停車管理融在同一系統中，同時可方便地與消防報警系統聯網，因此可極大地提高醫院的管理水平，減少部門之間的協調。

(5)使醫院環境更加健康舒適。

通過樓宇設備管理系統對醫院大樓設備實施實時控制，實現對控制目標如空調溫度、濕度等的準確調節，最終使醫院環境更加舒適，滿足多種要求，保證醫院工作的員工體驗到環境的舒適性，從而提高工作效率。

3 醫院建筑機電系統的組成及特點

醫院建筑的機電系統主要有:空調系統、通風系統、給排水系統、照明系統、變配電系統、電梯系統。

(1)空調系統。

目前醫院空調系統主要采用兩種形式比較多:中央空調系統和多聯機空調系統，經過SAS風波后，在住院樓很少采用中央空調系統，一般是采用“新風機+風機盤管+排風機”的形式或者是“多聯機空調系統+排風機”的形式。

本文重點講述中央空調系統，通常包括以下設備:冷源系統、空調機組、新風機組、風機盤管。

(2)通風系統。

包括送風機和排風機。一般在地下室設有送風機、排風機，住院樓設有排風機。

(3)給排水系統。

分為給水系統和排水系統。給水系統可分為生活水給水系統和熱水給水系統，熱水給水系統主要設在住院樓;排水系統主要為地下室的排水。

生活水給水系統根據情況有兩種形式，第一種為“生活水箱+生活水泵”，第二種為“生活水池+變頻水泵”。

熱水給水系統主要為“風冷熱泵機組+熱水箱”的形式，一般設在住院樓天面。

(4)照明系統。

照明系統包括工作區域的照明、公共區域的照明、室外泛光和景觀照明。

(5)變配電系統。

變配電系統包括高壓配電柜、低壓配電柜、變壓器、發電機等。

(6)電梯系統。

電梯系統包括客梯、貨梯、自動扶梯等。

4 醫院建筑設備管理系統的設計

特別說明:對于多聯機空調系統，一般由現場最終用戶根據實際情況進行控制，也可以采用分體空調集中監控系統進行管理，該系統一般由空調廠商提供，本文不作描述，重點講述中央空調系統的設計。

4.1 冷源系統的監控設計

冷源系統一般包括冷水機組、冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔、膨脹水箱等設備。

(1)系統監控內容。

冷水機組:冷卻水、冷凍水出水水流檢測;蝶閥開關狀態監測、蝶閥開關控制;機組應留有通迅接口。

冷卻水泵和冷凍水泵:水泵啟停控制、運行狀態、故障狀態、手/自動狀態、出水水流狀態。

冷卻塔:風機啟停控制、運行狀態、故障狀態、手/自動狀態;蝶閥開關控制、狀態檢測;水池液位檢測。

冷卻、冷凍水總管:冷凍水供/回水溫度檢測、壓力檢測;冷凍水回水流量檢測;冷凍水總管旁通閥控制;冷卻水供/回水溫度檢測。

膨脹水箱:高、低液位檢測。

(2)系統實現功能。

根據負荷自動啟/停冷凍機組，并具有重新設定和修改控制參數的功能。根據測量及計算冷量負荷，實現對冷凍機組啟停臺數的控制，實現群控。根據預先編排的時間表，按“遲開機早關機”的原則控制冷凍機組的啟停，以達到節能的目的。

完成電動蝶閥、冷卻塔風機、冷卻水泵、冷凍水泵、冷凍機組的順序聯鎖啟動，以及冷凍機組、冷凍水泵、冷卻水泵、電動蝶閥、冷卻塔風機的順序聯鎖停機。各聯動設備的啟停程序包含一個可調整的延遲時間功能，以配合冷凍系統內各裝置的特性。

當一臺冷凍水泵/冷卻水泵發生故障時，備用泵自動投入運行。并互為備用水泵實現輪換工作。

當旁通流量達到一臺泵流量時，關停一臺水泵，當總供回水壓差低于設定值開啟水泵，以達到變量控制，實現空調系統綜合節能的目的。

測量冷凍水系統供/回水總管的壓差，控制其旁通閥的開度，以維持其要求的壓差，并監測閥的開度。

取各水泵水流開關信號作為泵的運行狀態及水流狀態反饋信號。

通過測量冷卻水回水溫度，控制冷卻塔風機的啟停和運行臺數，維持冷卻水供水溫度，使冷水機組能再更高的效率下運行。

監測冷凍水總供水回水溫度。

監測冷凍水總供/回水壓力差，調節旁通閥的開度，保證末端水流控制能在壓差穩定情況下正常運行。在冷凍機組停機時，旁通閥全關。

監測各水泵、冷水機組、冷卻塔風機的運行狀態、故障報警，手/自動轉換狀態，并記錄運行時間。

4.2 空調機組的監控設計

(1)空調機組的監控內容。

風機啟停控制、運行狀態、故障狀態、手動/自動狀態、前后壓差;新風閥/回風閥控制;過濾網狀態;冷水電動閥調節控制;送風/回風溫度檢測。

(2)系統實現的功能。

回風溫度自動控制:夏季根據傳感器實測的回風溫度值自動對冷水閥開度進行PID運算控制。通過調節水閥的開度，使回風溫度達到用戶的設定值;在過渡季節則根據室外送入新風的溫濕度自動計算焓值，并與室內回風的焓值進行PID運算，其結果將自動控制新風閥、回風閥的開度，以達到自動調節混風比的作用。

過濾網堵塞報警:空氣過濾器兩端壓差過大時報警，并在圖形操作站上顯示及打印報警，并指出報警時間。

空調機組啟停控制:根據事先設定的工作時間表及節假日休息時間表，定時啟停空調機組，自動統計空調機組的運行時間，提示定時對空調機組進行維護保養。

聯鎖保護控制:風機停止后，新回排風風門、電動調節閥自動關閉;風機啟動后，其前后壓差過低時故障報警，并聯鎖停機。

4.3 新風機組的監控設計

(1)新風機組監控內容。

風機啟停控制、運行狀態、故障狀態、手動/自動狀態、前后壓差;新風閥的開關控制;過濾網狀態;冷水電動閥調節控制;送風溫度測量。

(2)系統實現的功能。

送風溫度自動控制:夏季根據送風溫度的實測值自動對冷水閥開度進行PID運算控制。通過調節水閥的開度，使送風溫度達到用戶的設定值。

過濾網堵塞報警:空氣過濾器兩端壓差過大時報警，并在圖形操作站上顯示及打印報警，并指出報警時間。

新風機啟停控制:根據事先設定的工作時間表及節假日休息時間表，定時啟停新風機，自動統計新風機運行時間，提示定時對新風機進行維護保養。

聯鎖保護控制:風機停止后，新風閥、電動調節閥自動關閉;風機啟動后，其前后壓差過低時故障報警，并聯鎖停機。

4.4 通風系統的監控設計

(1)監控內容。

風機開/關控制、運行狀態、故障狀態、手動/自動狀態;空氣質量檢測。

(2)系統實現的功能。

時間程序自動啟/停送排風機，具有任意周期的實時時間控制功能。

監測送排風機的運行狀態和故障信號，并累計運行時間。

排煙風機與消防信號連鎖，火災信號確認后，將開啟排煙風機。

根據空氣傳感器檢測到的空氣指標，啟/停送排風機。

中央站彩色圖形顯示，記錄各種參數，包括狀態、啟停時間、累計運行時間及其歷史數據等。

4.5 給排水系統的監控設計

(1)生活水給水系統。

生活會給水系統包括生活水箱、生活水泵，或者是生活水池、變頻生活水泵。

1)生活水給水系統監控內容。

生活水泵開/關控制、運行狀態、手動/自動狀態、故障報警;水箱/生活水池高/低水位報警、啟/停泵水位監測。

如果是變頻泵還需監控:生活水泵頻率控制、泵頻率反饋、管道末端壓力檢測。

2)系統實現的功能。

監測水泵的運行狀態、故障報警、手/自動轉換狀態，并記錄運行時間。

水泵啟停控制。生活水箱低液位時，啟動水泵;生活水箱高液位時，停止給水泵。

工作泵發生故障時，備用泵自動投入運行。并互為備用水泵實現輪換工作。

在圖形操作站上具有水流狀態顯示。

水箱高低液位顯示及報警。水池水位顯示及高、低液位、超高溢流報警等。

根據管道末端壓力，自動調節變頻水泵轉速，從而調節水流量，滿足用戶需求。

(2)熱水給水系統。

一般包括風冷熱泵機組、熱水循環泵、加熱水箱、儲水箱。

1)熱水給水系統監控內容。

風冷熱泵機組:熱水出水水流檢測;蝶閥開關狀態監測、開關控制;機組應留有通迅接口。

熱水循環泵:水泵啟停控制、運行狀態、故障狀態、手/自動狀態;水泵出水水流狀態。

加熱水箱、儲水箱:加熱水箱高低液位;儲水箱實時液位;電動三通閥控制、狀態。

熱水總管:熱水系統回水溫度檢測;風冷熱泵機組供水、回水溫度檢測。

2)系統實現的功能。

根據負荷自動啟/停風冷熱泵機組，并具有重新設定和修改控制參數的功能。根據水溫及儲水箱液位變化速度，實現對風冷熱泵機組啟停臺數的控制，實現群控。

完成電動蝶閥、熱水循環泵、風冷熱泵機組的順序聯鎖啟動，以及風冷熱泵機組、熱水循環泵、電動蝶閥的順序聯鎖停機。各聯動設備的啟停程序包含一個可調整的延遲時間功能，以配合熱水系統內各裝置的特性。

取各水泵水流開關信號作為泵的運行狀態及水流狀態反饋信號。

根據系統回水溫度，控制回水入儲水箱電動三通閥的工作狀態。

根據風冷熱泵機組供水總管溫度，控制送給儲水箱的動三通閥的工作狀態。

監測各水泵、風冷熱泵機組的運行狀態、故障報警、手/自動轉換狀態，并記錄運行時間。

(3)排水系統。

主要是針對地下室的集水井和排污泵進行監控，每個集水井排污泵一般為兩臺，一備一用。

1)排水系統的監控內容。

排污泵開/關控制、運行狀態、手動/自動狀態、故障報警;集水井停泵液位、啟泵液位、報警高液位。

2)系統實現的功能。

集水井液位超過啟泵液位時，排污泵啟動開始排水;集水井液位低于停泵液位時，排污泵停止;

集水井液位超過報警高液位時，產生報警信號;

工作泵發生故障時，備用泵自動投入運行。并互為備用水泵實現輪換工作。

4.6 照明系統的監控設計

主要是對公共區域的照明、室外泛光和景觀照明進行監控。

(1)監控內容。

照明回路開/關控制、運行狀態;照明電源箱手動/自動狀態;人員檢測。

(2)系統實現的功能。

按照物業管理部門要求，程序時間控制各種照明設備的開關，達到最佳管理及最佳節能的效果。

統計各照明回路的工作情況，動力設備運行時間并打印成報表，以供物業管理部門利用。

夜間有工作人員加班時，人員所到之處公共區域的燈光會自動開啟，人離去后延時一段時間會自動關閉。

4.7 變配電系統的監控設計

該系統只監不控，現在一般變配電系統都配有變配電智能管理系統，建筑設備監控系統通過通訊接口和變配電系統的連接，實現對變配電系統的各種參數的監測。

4.8 電梯系統的監控設計

該系統只監不控，監測各電梯的運行狀態(DI)、故障狀態(DI)。

5 建筑設備管理系統與機電設備的接口

(1)機電設備的控制箱預留硬件連接接口

各種受控設備的控制箱要預留接口給建筑設備管理系統，具體如下。

1)受監控的冷凍水泵、冷卻水泵、生活水泵、熱水循環泵、排水泵等各種水泵都必須提供泵的啟停控制、運行狀態、故障報警、手/自動狀態給建筑設備管理系統接駁，其中運行狀態、故障報警、手/自動為無源干接點，如果是變頻水泵必須提供水泵的頻率反饋和頻率控制點信號為4～20mA或者0～10VDC。

2)受監控的新風機組、空調機組、送風機、排風機、冷卻塔風機的控制箱內必須提供機組/風機的啟/停控制、運行狀態、故障報警、手/自動狀態給建筑設備管理系統接駁，其中運行狀態、故障報警、手/自動為無源干接點。

3)冷水機組承包單位必須安裝電動碟閥用于建筑設備管理系統對冷凍站做群控使用，電動蝶閥需在現場設置控制箱，每臺控制箱提供蝶閥開關控制、開到位、關到位信號、手動/自動狀態給建筑設備管理系統接駁，該信號要求無源干接點信號。

空調機組、新風機組承包單位必須提供電動調節閥，用于建筑設備管理系統對冷凍水流量的調節，要求信號格式為為4～20mA或者0～10VDC。

4)照明系統需設置二次控制回路，并控制箱內提供每個照明回路的開/關控制、運行狀態、手/自動狀態給建筑設備管理系統接駁，其中運行狀態、手/自動為無源干接點。

(2)機電系統預留通訊網關接口

空調冷水機組、風冷熱泵機組必須預留提供集中監控的通訊接口給建筑設備管理系統做遠程集中監控，接口形式可以為BACNET、MODBUS-RTU或OPC。

(3)機電系統預留數據庫接口

高/低壓配電系統必須目前一般都配有智能集中管理系統，該系統需向建筑設備管理系統提供軟件通訊接口，接口形式可以為OPC、TCP/IP、RS-232/422/485串行通信、ModBus、Lonworks、BACnet、ODBC、DDE、API、ActiveX。

6 結語

需要說明的是，不同醫院的機電系統設計單位不同，造成機電設備和控制工藝有區別，醫院建筑設備管理系統的設計也要做相對應的調整。

隨著建筑機電技術的發展，醫院建筑將會出現新的機電設備、新的控制工藝，建筑設備管理系統的設計將是一個不斷完善的過程。

參考文獻

[1]張志斌，彭望清，李躍進，劉仲斌，麥志文.淺談樓宇自控系統在醫院建筑中的應用[J].中國醫療前沿，2009，8，4(16):133～134.