互聯網技術在智能醫療建筑能源管理中的應用研究

劉楊　劉佳霓　周麗

摘要：文章首先探討了醫療建筑中通風空調系統對于維持建筑中的空氣品質，避免疾病的傳播的重要性。接著，以醫療建筑中的手術室為例，研究了在醫療建筑中的節能降耗的突破點，并研究了通過互聯網技術降低手術室能耗的可行性。最后研究了現階段可用于智能建筑節能領域的互聯網技術，并對他們作了較為詳細的對比。通過本課題的研究可知，互聯網技術能夠與智能建筑有機的結合，并可成為智能建筑的節能提供有力的工具與手段。

關鍵詞：互聯網；智能建筑；能源管理

1.概述

醫療建筑的主要作用是給病人提供治療和康復服務。常用于醫療建筑的空氣品質的控制方法有通風、過濾、負壓、紫外線照射等。其中通風、過濾、負壓是絕大多數醫療建筑中均會采用的控制空氣品質的方法。而無論采用上述何種方法，均需要通風機來驅動空氣的運動，從而達到設定的要求。風機風量越大，能源消耗就越多。本文以醫療建筑中常見的手術室為例，研究互聯網技術在醫療建筑的節能降耗中所能發揮的作用。

2.典型的手術室空氣品質控制系統的結構

典型的手術室內的空氣流動采用的是單向分層流動。如圖1所示，室外送風經過高效過濾器的過濾，達到了送風條件，通過風管從送風口從上往下送風。為了保證氣流的穩定性送風的風速控制在一定范圍內，防止速度過高將房間內旁邊的空氣引射到手術臺上。經過手術臺的空氣從房間的下部空調出風口排出，經過手術臺被污染的空氣會被迅速帶走，以免在房間內停留。為了保證手術房間的空氣不會為手術室外界的環境空氣所干擾，手術室內通常要保持一定的正壓，即送風量要稍比排風量大，使外界污濁的空氣不會通過門縫、窗縫滲透進手術室。經過手術室的空氣是單向進，單向出。

單向流動的空氣能夠較好地解決手術室中空氣流動的問題，但送風的風速究竟為多少才是合適的風速，才能避免病菌在手術室中的傳播還需探討。美國暖通工程師協會（ASHRAE）針對醫療建筑中不同使用目的的房間給出了一個適宜的參考送風量，如圖2所示。

從圖2中可以看出，手術室的最小通風量為20ac/h，最小室外新風量為4ac/h。當然，對于室內環境來說，通風換氣量越大，空氣中的污染物排出的效率就越高，病毒傳播的概率就越低，但能耗就越高。根據ANSI/ASHRAE/ASHEStandard 62.1的要求，室內的通風換氣量要根據污染物的釋-放的濃度和房間內的人員共同決定，室內人數越多，通風換氣量就要越大。

3.互聯網技術在醫院手術室節能中的應用

室內的通風換氣量要根據污染物的釋放的濃度和房間內的人員共同決定，室內人數越多，通風換氣量就要越大。而實際當中，進入手術室的人員越多，手術室的通風換氣量就需要越大。為了保證手術室內潔凈的環境，防止病菌污染，即使是在手術室中沒有病人的情況下也應將通風系統打開，并保持較低的通風換氣量，以預備緊急手術的情況發生。但是絕大醫療建筑一般均將手術室的通風量設定為恒定值，且這個值一般遠高于最小通風量，或者干脆在沒有手術的時候將房間的通風系統關閉。顯然，這些方式是不節能且不安全的運行方式。

解決上述問題的方法之一，便是將手術室內的人員信息實時地傳遞給建筑的通風空調控制系統，并實時地調整房間的送風量，以節省能耗。將互聯網技術應用在醫療建筑的通風空調控制系統將有效地解決上述問題。將帶有可識別標志的電子芯片（電子標簽）植入醫護人員的手術服中，并在手術室內設置接受電子標簽信息的接收器。當有醫護人員進入手術室內后，接收器接收到信號，并通過互聯網技術實時的將信息傳遞給智能建筑的通風空調控制系統，從而實時地調整通風換氣量。互聯網技術的使用，有助于醫療建筑更高效節能、更安全地運行。

4.典型的可用于建筑能耗控制的互聯網技術

4.1無線射頻識別技術

無線射頻識別技術（Radio Frequency Identification，RFID）是一種自動識別技術，它利用射頻信號通過空間耦合（交變磁場或電磁場）實現無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達到識別目的的技術。

RFID射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術，無需識別系統與特定目標之間建立機械或者光學接觸，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據，識別工作無須人工干預，可工作于各種惡劣環境。RFID技術可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽，操作快捷方便。

4.2ZigBee通信技術

ZigBee是基于IEEE802.15.4標準的低功耗局域網協議。根據國際標準規定，ZigBee技術是一種短距離、低功耗的無線通信技術。其特點是近距離、低復雜度、自組織、低功耗、低數據速率。主要適合用于自動控制和遠程控制領域，可以嵌入各種設備。簡而言之，ZigBee就是一種便宜的、低功耗的近距離無線組網通信技術。ZigBee是一種低速短距離傳輸的無線網絡協議。

4.3藍牙技術

藍牙技術是一種適用于近距離的無線通信技術，它的特點是傳輸距離近，傳輸數據的容量較大。但對工業遙測遙控領域而言，藍牙技術有較多的缺點。藍牙技術的缺點是過于復雜、功耗大、距離近、組網規模太小，其最大組網規模為8個等。而且藍牙的售價一直居高不下，嚴重影響了藍牙技術在智能建筑內的推廣與使用。

4.4智能建筑中不同網絡技術之間的對比

在智能建筑中能夠被推廣使用的主要的無線通信技術的優缺點在表1中展示出來。其中，在智能建筑能耗管理領域，目前較常用的為ZigBee技術和RFID技術，它們都符合能耗低、維護周期長、傳輸距離遠、安全可靠的優點。但無論采用何種無線通信技術，無線通信使建筑能耗管理更便捷、高效，故互聯網技術在智能建筑能耗管理中的應用值得研究與推廣。

5.結語

本文首先探討了醫療建筑中通風空調系統對于維持建筑中的空氣品質，避免疾病傳播的重要性。接著，以醫療建筑中的手術室為例，研究了在醫療建筑中節能降耗的突破點，并研究了通過互聯網技術降低手術室能耗的可行性。最后研究了現階段可用于智能建筑節能領域的互聯網技術，并對他們做了較為詳細的對比。通過本課題的研究，可以得到的結論是：互聯網技術能夠與智能建筑有機的結合，并可成為智能建筑的節能提供有力的工具與手段。