DSA及層流病房?jī)艋照{(diào)自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

竇甜華 / 張 強(qiáng) / 李 朋

(山東同圓設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司， 山東 濟(jì)南 250101)

0 引言

醫(yī)院作為特殊的公共場(chǎng)所，存在各種病菌，為降低感染率，提高療效，保持室內(nèi)空氣凈化狀態(tài)，醫(yī)院空調(diào)凈化工程是一項(xiàng)值得重視的工作。本文介紹某醫(yī)院保健綜合樓DSA和血液病房?jī)艋こ?。該工程DSA凈化區(qū)域共設(shè)Ⅲ類DSA一間，另設(shè)無菌室、準(zhǔn)備間、操作間(十萬級(jí))等相關(guān)輔房。血液病房共設(shè)Ⅰ類病房10間，另設(shè)潔凈走道、潔凈輔房(萬級(jí))、男女衛(wèi)生通道(十萬級(jí))、探視走道(非凈化)等相關(guān)輔房。根據(jù)潔凈級(jí)別設(shè)計(jì)凈化空調(diào)系統(tǒng)，每套凈化空調(diào)系統(tǒng)各由一個(gè)控制柜控制，對(duì)各房間潔凈空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)控制和系統(tǒng)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)空調(diào)機(jī)組間聯(lián)鎖運(yùn)行和溫濕度的全自動(dòng)控制[1]。

1 DSA及層流病房自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)

在滿足空調(diào)系統(tǒng)、新風(fēng)系統(tǒng)在各系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行的基礎(chǔ)上，為實(shí)現(xiàn)節(jié)能優(yōu)化與科學(xué)管理而集成一個(gè)具有開放性與可擴(kuò)展性的自動(dòng)控制系統(tǒng)。在控制中心，可以對(duì)所用設(shè)備進(jìn)行集中監(jiān)測(cè)、控制和自動(dòng)化管理，最終提供一個(gè)完全滿足DSA及層流病房有關(guān)安全、舒適、節(jié)能、方便、管理高效要求的理想環(huán)境。

2 空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)原理[2]

本系統(tǒng)由溫度傳感器(TE)、濕度傳感器(HE)、壓差開關(guān)(PdA)、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)(TV)、直接數(shù)字控制器(DDC)和傳輸線路組成，對(duì)空調(diào)機(jī)組進(jìn)行自動(dòng)控制。在自動(dòng)狀態(tài)下，通過DDC可實(shí)現(xiàn)空調(diào)機(jī)組的自動(dòng)啟停，并利用溫濕度傳感器測(cè)量回風(fēng)溫度及濕度信號(hào)，與終端操作面板的設(shè)定值進(jìn)行比較，經(jīng)過PI、PID等運(yùn)算輸出控制信號(hào)自動(dòng)調(diào)節(jié)水閥以及加濕器的開啟，從而實(shí)現(xiàn)室內(nèi)對(duì)溫、濕度的要求。

在中、高效過濾器兩端安裝壓差開關(guān)，監(jiān)測(cè)兩端壓差，超過壓差設(shè)定值即輸出信號(hào)，分別通過空調(diào)配電箱(中效)以及控制面板(高效)提示用戶進(jìn)行更換。在送風(fēng)機(jī)兩端亦設(shè)有壓差開關(guān)，監(jiān)測(cè)兩端壓差。風(fēng)機(jī)發(fā)生故障時(shí)，輸出報(bào)警信號(hào)至DDC，DDC發(fā)出命令停止機(jī)組運(yùn)行，以免風(fēng)機(jī)空轉(zhuǎn)損壞，同時(shí)將報(bào)警信號(hào)發(fā)送至控制面板。

DDC控制器集中布置在設(shè)備層，終端操作面板設(shè)于病房?jī)?nèi)或手術(shù)室內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)空調(diào)的統(tǒng)一控制。操作面板內(nèi)有風(fēng)機(jī)啟停按鈕、狀態(tài)顯示、當(dāng)前溫濕度顯示及調(diào)節(jié)和高效過濾器報(bào)警信號(hào)，報(bào)警信號(hào)用于通知維修人員及時(shí)故障排除、維修。空調(diào)系統(tǒng)設(shè)置上位機(jī)，所有現(xiàn)場(chǎng)控制器連接至上位機(jī)，便于集中管理及監(jiān)測(cè)機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)。原理圖如圖1所示，DDC外部線路表如表1所示。

注：聯(lián)鎖控制，風(fēng)機(jī)停止后，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、電磁閥自動(dòng)關(guān)閉；電加熱、加濕不得啟動(dòng)。圖1 空調(diào)自控原理圖

代號(hào)用途狀態(tài)導(dǎo)線規(guī)格A初效報(bào)警信號(hào)DIRVV 2×(0.75～1.5)B冷水電動(dòng)閥控制信號(hào)AORVVP 2×(0.75～1.5)+RVV2×(0.75～1.5)C熱水電動(dòng)閥控制信號(hào)AORVVP 2×(0.75～1.5)+RVV2×(0.75～1.5)D蒸汽加濕控制信號(hào)AORVVP 2×(0.75～1.5)E風(fēng)機(jī)壓差檢測(cè)態(tài)信號(hào)DIRVV 2×(0.75～1.5)F中效報(bào)警信號(hào)DIRVV 2×(0.75～1.5)G風(fēng)機(jī)啟停控制信號(hào)DORVV 2×(0.75～1.5)H風(fēng)機(jī)工作狀態(tài)信號(hào)DIRVV 2×(0.75～1.5)J風(fēng)機(jī)故障信號(hào)DIRVV 2×(0.75～1.5)K手/自動(dòng)信號(hào)DIRVV 2×(0.75～1.5)L變頻器控制信號(hào)AORVVP 2×(0.75～1.5)M面板啟?？刂菩盘?hào)DIRVV 2×(0.75～1.5)N室內(nèi)溫度設(shè)定信號(hào)AIRVVP 2×(0.75～1.5)P室內(nèi)濕度設(shè)定信號(hào)AIRVVP 2×(0.75～1.5)R回風(fēng)溫度信號(hào)AIRVVP 2×(0.75～1.5)T回風(fēng)濕度信號(hào)AIRVVP 2×(0.75～1.5)+RVV2×(0.75～1.0)U風(fēng)速檢測(cè)信號(hào)AIRVVP 2×(0.75～1.5)+RVV2×(0.75～1.0)

3 DSA及層流病房自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 壓差控制

在DSA及層流病房設(shè)計(jì)中，潔凈區(qū)與非潔凈區(qū)之間應(yīng)維持一定的靜壓差?！稘崈羰以O(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：潔凈室室內(nèi)壓力保持高于外部壓力，則是正壓潔凈室，反之則稱為負(fù)壓潔凈室。正壓潔凈室在運(yùn)行過程中，是通過室外新風(fēng)補(bǔ)充壓差風(fēng)量來維持潔凈室的正壓差，使?jié)崈羰覂?nèi)壓力高于非潔凈區(qū)壓力，即送風(fēng)量大于回風(fēng)量、排風(fēng)量及漏風(fēng)量之和，通過控制新風(fēng)機(jī)(電機(jī))轉(zhuǎn)數(shù)變頻來實(shí)現(xiàn)，不僅大幅度的節(jié)電，且比單純調(diào)節(jié)風(fēng)門開度實(shí)現(xiàn)的控制效果好。潔凈室壓差控制原則之一是送風(fēng)、回風(fēng)及排風(fēng)系統(tǒng)的啟閉應(yīng)連鎖控制，正壓潔凈室的聯(lián)鎖控制程序?yàn)橄人惋L(fēng)，然后回風(fēng)、排風(fēng)；關(guān)閉時(shí)的聯(lián)鎖控制程序與之相反。負(fù)壓潔凈室的聯(lián)鎖控制程序則與正壓潔凈室相反，排風(fēng)量大于送風(fēng)量，保持潔凈區(qū)為負(fù)壓。在實(shí)際運(yùn)行中，潔凈室內(nèi)原有壓差會(huì)受到門窗開啟、人員活動(dòng)等因素影響，通過設(shè)置壓差傳感器來檢測(cè)房間的負(fù)壓，可以采用間歇式的測(cè)量或是連續(xù)式的壓力監(jiān)測(cè)。當(dāng)室內(nèi)壓力值偏低時(shí)，連續(xù)式的壓力監(jiān)測(cè)可即時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警，并調(diào)整通風(fēng)控制系統(tǒng)來維持室內(nèi)壓差。

3.2 空氣凈化

潔凈空調(diào)自控系統(tǒng)中，空氣潔凈技術(shù)一般采用的是多級(jí)空氣過濾系統(tǒng)，最大限度地清潔潔凈區(qū)的病菌及懸浮顆粒。根據(jù)能夠過濾微粒的微徑大小及過濾效率，可分為初效、中效、亞高效、高效過濾器。一般，經(jīng)過初、中效過濾器過濾后，可達(dá)到10 000級(jí)的空氣潔凈度，經(jīng)過亞高效空氣過濾器后，可達(dá)到1 000級(jí)的空氣潔凈度。對(duì)于潔凈度要求達(dá)到100級(jí)甚至更高的超凈要求的潔凈室，則需要安裝高效過濾器。

工程新風(fēng)送風(fēng)空調(diào)凈化機(jī)組，設(shè)置初效過濾段、中效過濾段、風(fēng)機(jī)段、表冷(加熱)段，由送風(fēng)管道送入各凈化區(qū)?？照{(diào)器回風(fēng)口設(shè)置除菌過濾器，過濾來自循環(huán)風(fēng)中的微粒。排風(fēng)機(jī)組設(shè)置中效過濾段、亞高效過濾段、風(fēng)機(jī)段、紫外線燈滅菌段，帶調(diào)節(jié)閥。排風(fēng)亞高效過濾器處安裝自控儀表，自動(dòng)檢測(cè)過濾器的氣流阻力變化，監(jiān)測(cè)兩端壓差，并將此差壓信號(hào)進(jìn)行顯示，超過設(shè)定值則報(bào)警，當(dāng)氣流阻力值達(dá)到初阻力值的2倍時(shí)，輸出信號(hào)至空調(diào)配電箱及控制面板，提示用戶更換過濾器[3]。

3.3 溫、濕度控制

1)預(yù)冷卻是用于對(duì)室外新風(fēng)的冷卻，可以提高冷卻精度，分散熱負(fù)荷負(fù)擔(dān)，多用于較精密的空調(diào)自控系統(tǒng)。二次冷卻是為達(dá)到室內(nèi)所需的溫度，對(duì)預(yù)冷卻后的空氣進(jìn)行進(jìn)一步的制冷處理。二次冷卻與預(yù)冷卻的控制原理相同，一般都是通過調(diào)節(jié)表冷器冷凍水調(diào)節(jié)閥的開度，實(shí)現(xiàn)其流量控制，即采用精確的比例積分控制，以達(dá)到精確調(diào)節(jié)溫度的目的。

2)加濕操作一般在空氣干燥的季節(jié)(冬季或過渡季節(jié))進(jìn)行。一般通過電加濕器和蒸汽加濕器的功率調(diào)節(jié)或者開關(guān)控制來進(jìn)行空氣加濕。本工程根據(jù)濕度控制要求，由濕度傳感器發(fā)出信號(hào)，DDC控制干蒸汽加濕器的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥開度，來保證室內(nèi)濕度要求[4]。

4 安全節(jié)能

對(duì)DSA及層流病房而言，凈化空調(diào)自控系統(tǒng)除注意上述設(shè)計(jì)要點(diǎn)外，還需要滿足安全、節(jié)能等要求，主要有以下幾方面：

1)風(fēng)機(jī)故障報(bào)警

在送風(fēng)機(jī)兩端設(shè)有壓差開關(guān)，通過監(jiān)測(cè)兩端壓差狀態(tài)判斷風(fēng)機(jī)是否正常工作。若因電機(jī)燒毀或皮帶松動(dòng)等原因?qū)е嘛L(fēng)機(jī)停轉(zhuǎn)，則輸出報(bào)警信號(hào)至DDC，同時(shí)將報(bào)警信號(hào)發(fā)送至控制面板。

2)風(fēng)機(jī)變頻控制

為維持潔凈區(qū)與非潔凈區(qū)之間一定的靜壓差，對(duì)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)進(jìn)行變頻控制，以穩(wěn)定新風(fēng)、回風(fēng)比，變頻控制不僅可以大幅度節(jié)約電能，且比單純的調(diào)節(jié)風(fēng)門開度實(shí)現(xiàn)的控制效果好。

3)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

充分利用計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大運(yùn)算及記憶等功能，編寫程序?qū)崿F(xiàn)被控參數(shù)的控制及管理，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、實(shí)施決策及實(shí)時(shí)控制不斷重復(fù)進(jìn)行，使整個(gè)系統(tǒng)按規(guī)律進(jìn)行控制、調(diào)節(jié)，其精確性、實(shí)時(shí)性及可靠性等方面都要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于模擬控制。且可根據(jù)其具體情況編制節(jié)能程序，以達(dá)到最佳的節(jié)能效果。

5 結(jié)束語

本文通過對(duì)某醫(yī)院DSA及層流病房?jī)艋照{(diào)自控系統(tǒng)進(jìn)行的細(xì)化設(shè)計(jì)。研究總結(jié)了醫(yī)院DSA及層流病房?jī)艋照{(diào)自控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，以達(dá)到潔凈區(qū)域要求的凈化等級(jí)，解決和預(yù)防醫(yī)院內(nèi)的交叉感染問題。

[1] 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.醫(yī)院潔凈手術(shù)部建筑技術(shù)規(guī)范(GB 50333-2013)[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社,2013.

[2] 許鐘麟.空氣潔凈技術(shù)原理[M].北京：科學(xué)出版社，2003,6.

[3] 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范(GB 50073-2013)[S], 北京：中國(guó)計(jì)劃出版社,2013.

[4] 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.潔凈室施工及驗(yàn)收規(guī)范(JGJ 71-2010)[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2010.