互联网技术在智能医疗建筑能源管理中的应用研究

    刘杨　刘佳霓　周丽

    

    

    

    摘要：文章首先探讨了医疗建筑中通风空调系统对于维持建筑中的空气品质，避免疾病的传播的重要性。接着，以医疗建筑中的手术室为例，研究了在医疗建筑中的节能降耗的突破点，并研究了通过互联网技术降低手术室能耗的可行性。最后研究了现阶段可用于智能建筑节能领域的互联网技术，并对他们作了较为详细的对比。通过本课题的研究可知，互联网技术能够与智能建筑有机的结合，并可成为智能建筑的节能提供有力的工具与手段。

    关键词：互联网；智能建筑；能源管理

    1.概述

    医疗建筑的主要作用是给病人提供治疗和康复服务。常用于医疗建筑的空气品质的控制方法有通风、过滤、负压、紫外线照射等。其中通风、过滤、负压是绝大多数医疗建筑中均会采用的控制空气品质的方法。而无论采用上述何种方法，均需要通风机来驱动空气的运动，从而达到设定的要求。风机风量越大，能源消耗就越多。本文以医疗建筑中常见的手术室为例，研究互联网技术在医疗建筑的节能降耗中所能发挥的作用。

    2.典型的手术室空气品质控制系统的结构

    典型的手术室内的空气流动采用的是单向分层流动。如图1所示，室外送风经过高效过滤器的过滤，达到了送风条件，通过风管从送风口从上往下送风。为了保证气流的稳定性送风的风速控制在一定范围内，防止速度过高将房间内旁边的空气引射到手术台上。经过手术台的空气从房间的下部空调出风口排出，经过手术台被污染的空气会被迅速带走，以免在房间内停留。为了保证手术房间的空气不会为手术室外界的环境空气所干扰，手术室内通常要保持一定的正压，即送风量要稍比排风量大，使外界污浊的空气不会通过门缝、窗缝渗透进手术室。经过手术室的空气是单向进，单向出。

    单向流动的空气能够较好地解决手术室中空气流动的问题，但送风的风速究竟为多少才是合适的风速，才能避免病菌在手术室中的传播还需探讨。美国暖通工程师协会（ASHRAE）针对医疗建筑中不同使用目的的房间给出了一个适宜的参考送风量，如图2所示。

    从图2中可以看出，手术室的最小通风量为20ac/h，最小室外新风量为4ac/h。当然，对于室内环境来说，通风换气量越大，空气中的污染物排出的效率就越高，病毒传播的概率就越低，但能耗就越高。根据ANSI/ASHRAE/ASHEStandard 62.1的要求，室内的通风换气量要根据污染物的释-放的浓度和房间内的人员共同决定，室内人数越多，通风换气量就要越大。

    3.互联网技术在医院手术室节能中的应用

    室内的通风换气量要根据污染物的释放的浓度和房间内的人员共同决定，室内人数越多，通风换气量就要越大。而实际当中，进入手术室的人员越多，手术室的通风换气量就需要越大。为了保证手术室内洁净的环境，防止病菌污染，即使是在手术室中没有病人的情况下也应将通风系统打开，并保持较低的通風换气量，以预备紧急手术的情况发生。但是绝大医疗建筑一般均将手术室的通风量设定为恒定值，且这个值一般远高于最小通风量，或者干脆在没有手术的时候将房间的通风系统关闭。显然，这些方式是不节能且不安全的运行方式。

    解决上述问题的方法之一，便是将手术室内的人员信息实时地传递给建筑的通风空调控制系统，并实时地调整房间的送风量，以节省能耗。将互联网技术应用在医疗建筑的通风空调控制系统将有效地解决上述问题。将带有可识别标志的电子芯片（电子标签）植入医护人员的手术服中，并在手术室内设置接受电子标签信息的接收器。当有医护人员进入手术室内后，接收器接收到信号，并通过互联网技术实时的将信息传递给智能建筑的通风空调控制系统，从而实时地调整通风换气量。互联网技术的使用，有助于医疗建筑更高效节能、更安全地运行。

    4.典型的可用于建筑能耗控制的互联网技术

    4.1无线射频识别技术

    无线射频识别技术（Radio Frequency Identification，RFID）是一种自动识别技术，它利用射频信号通过空间耦合（交变磁场或电磁场）实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。

    RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，无需识别系统与特定目标之间建立机械或者光学接触，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。

    4.2ZigBee通信技术

    ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议。根据国际标准规定，ZigBee技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。简而言之，ZigBee就是一种便宜的、低功耗的近距离无线组网通信技术。ZigBee是一种低速短距离传输的无线网络协议。

    4.3蓝牙技术

    蓝牙技术是一种适用于近距离的无线通信技术，它的特点是传输距离近，传输数据的容量较大。但对工业遥测遥控领域而言，蓝牙技术有较多的缺点。蓝牙技术的缺点是过于复杂、功耗大、距离近、组网规模太小，其最大组网规模为8个等。而且蓝牙的售价一直居高不下，严重影响了蓝牙技术在智能建筑内的推广与使用。

    4.4智能建筑中不同网络技术之间的对比

    在智能建筑中能够被推广使用的主要的无线通信技术的优缺点在表1中展示出来。其中，在智能建筑能耗管理领域，目前较常用的为ZigBee技术和RFID技术，它们都符合能耗低、维护周期长、传输距离远、安全可靠的优点。但无论采用何种无线通信技术，无线通信使建筑能耗管理更便捷、高效，故互联网技术在智能建筑能耗管理中的应用值得研究与推广。

    5.结语

    本文首先探讨了医疗建筑中通风空调系统对于维持建筑中的空气品质，避免疾病传播的重要性。接着，以医疗建筑中的手术室为例，研究了在医疗建筑中节能降耗的突破点，并研究了通过互联网技术降低手术室能耗的可行性。最后研究了现阶段可用于智能建筑节能领域的互联网技术，并对他们做了较为详细的对比。通过本课题的研究，可以得到的结论是：互联网技术能够与智能建筑有机的结合，并可成为智能建筑的节能提供有力的工具与手段。