互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能醫(yī)療建筑能源管理中的應(yīng)用研究

劉楊　劉佳霓　周麗

摘要：文章首先探討了醫(yī)療建筑中通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)對(duì)于維持建筑中的空氣品質(zhì)，避免疾病的傳播的重要性。接著，以醫(yī)療建筑中的手術(shù)室為例，研究了在醫(yī)療建筑中的節(jié)能降耗的突破點(diǎn)，并研究了通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)降低手術(shù)室能耗的可行性。最后研究了現(xiàn)階段可用于智能建筑節(jié)能領(lǐng)域的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，并對(duì)他們作了較為詳細(xì)的對(duì)比。通過本課題的研究可知，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠與智能建筑有機(jī)的結(jié)合，并可成為智能建筑的節(jié)能提供有力的工具與手段。

關(guān)鍵詞：互聯(lián)網(wǎng)；智能建筑；能源管理

1.概述

醫(yī)療建筑的主要作用是給病人提供治療和康復(fù)服務(wù)。常用于醫(yī)療建筑的空氣品質(zhì)的控制方法有通風(fēng)、過濾、負(fù)壓、紫外線照射等。其中通風(fēng)、過濾、負(fù)壓是絕大多數(shù)醫(yī)療建筑中均會(huì)采用的控制空氣品質(zhì)的方法。而無論采用上述何種方法，均需要通風(fēng)機(jī)來驅(qū)動(dòng)空氣的運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到設(shè)定的要求。風(fēng)機(jī)風(fēng)量越大，能源消耗就越多。本文以醫(yī)療建筑中常見的手術(shù)室為例，研究互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在醫(yī)療建筑的節(jié)能降耗中所能發(fā)揮的作用。

2.典型的手術(shù)室空氣品質(zhì)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

典型的手術(shù)室內(nèi)的空氣流動(dòng)采用的是單向分層流動(dòng)。如圖1所示，室外送風(fēng)經(jīng)過高效過濾器的過濾，達(dá)到了送風(fēng)條件，通過風(fēng)管從送風(fēng)口從上往下送風(fēng)。為了保證氣流的穩(wěn)定性送風(fēng)的風(fēng)速控制在一定范圍內(nèi)，防止速度過高將房間內(nèi)旁邊的空氣引射到手術(shù)臺(tái)上。經(jīng)過手術(shù)臺(tái)的空氣從房間的下部空調(diào)出風(fēng)口排出，經(jīng)過手術(shù)臺(tái)被污染的空氣會(huì)被迅速帶走，以免在房間內(nèi)停留。為了保證手術(shù)房間的空氣不會(huì)為手術(shù)室外界的環(huán)境空氣所干擾，手術(shù)室內(nèi)通常要保持一定的正壓，即送風(fēng)量要稍比排風(fēng)量大，使外界污濁的空氣不會(huì)通過門縫、窗縫滲透進(jìn)手術(shù)室。經(jīng)過手術(shù)室的空氣是單向進(jìn)，單向出。

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

從圖2中可以看出，手術(shù)室的最小通風(fēng)量為20ac/h，最小室外新風(fēng)量為4ac/h。當(dāng)然，對(duì)于室內(nèi)環(huán)境來說，通風(fēng)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(jù)ANSI/ASHRAE/ASHEStandard 62.1的要求，室內(nèi)的通風(fēng)換氣量要根據(jù)污染物的釋-放的濃度和房間內(nèi)的人員共同決定，室內(nèi)人數(shù)越多，通風(fēng)換氣量就要越大。

3.互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在醫(yī)院手術(shù)室節(jié)能中的應(yīng)用

室內(nèi)的通風(fēng)換氣量要根據(jù)污染物的釋放的濃度和房間內(nèi)的人員共同決定，室內(nèi)人數(shù)越多，通風(fēng)換氣量就要越大。而實(shí)際當(dāng)中，進(jìn)入手術(shù)室的人員越多，手術(shù)室的通風(fēng)換氣量就需要越大。為了保證手術(shù)室內(nèi)潔凈的環(huán)境，防止病菌污染，即使是在手術(shù)室中沒有病人的情況下也應(yīng)將通風(fēng)系統(tǒng)打開，并保持較低的通風(fēng)換氣量，以預(yù)備緊急手術(shù)的情況發(fā)生。但是絕大醫(yī)療建筑一般均將手術(shù)室的通風(fēng)量設(shè)定為恒定值，且這個(gè)值一般遠(yuǎn)高于最小通風(fēng)量，或者干脆在沒有手術(shù)的時(shí)候?qū)⒎块g的通風(fēng)系統(tǒng)關(guān)閉。顯然，這些方式是不節(jié)能且不安全的運(yùn)行方式。

解決上述問題的方法之一，便是將手術(shù)室內(nèi)的人員信息實(shí)時(shí)地傳遞給建筑的通風(fēng)空調(diào)控制系統(tǒng)，并實(shí)時(shí)地調(diào)整房間的送風(fēng)量，以節(jié)省能耗。將互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用在醫(yī)療建筑的通風(fēng)空調(diào)控制系統(tǒng)將有效地解決上述問題。將帶有可識(shí)別標(biāo)志的電子芯片（電子標(biāo)簽）植入醫(yī)護(hù)人員的手術(shù)服中，并在手術(shù)室內(nèi)設(shè)置接受電子標(biāo)簽信息的接收器。當(dāng)有醫(yī)護(hù)人員進(jìn)入手術(shù)室內(nèi)后，接收器接收到信號(hào)，并通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)時(shí)的將信息傳遞給智能建筑的通風(fēng)空調(diào)控制系統(tǒng)，從而實(shí)時(shí)地調(diào)整通風(fēng)換氣量。互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的使用，有助于醫(yī)療建筑更高效節(jié)能、更安全地運(yùn)行。

4.典型的可用于建筑能耗控制的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

4.1無線射頻識(shí)別技術(shù)

無線射頻識(shí)別技術(shù)（Radio Frequency Identification，RFID）是一種自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它利用射頻信號(hào)通過空間耦合（交變磁場(chǎng)或電磁場(chǎng)）實(shí)現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達(dá)到識(shí)別目的的技術(shù)。

RFID射頻識(shí)別是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，無需識(shí)別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或者光學(xué)接觸，它通過射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識(shí)別工作無須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽，操作快捷方便。

4.2ZigBee通信技術(shù)

ZigBee是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗局域網(wǎng)協(xié)議。根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，ZigBee技術(shù)是一種短距離、低功耗的無線通信技術(shù)。其特點(diǎn)是近距離、低復(fù)雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率。主要適合用于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備。簡而言之，ZigBee就是一種便宜的、低功耗的近距離無線組網(wǎng)通信技術(shù)。ZigBee是一種低速短距離傳輸?shù)臒o線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。

4.3藍(lán)牙技術(shù)

藍(lán)牙技術(shù)是一種適用于近距離的無線通信技術(shù)，它的特點(diǎn)是傳輸距離近，傳輸數(shù)據(jù)的容量較大。但對(duì)工業(yè)遙測(cè)遙控領(lǐng)域而言，藍(lán)牙技術(shù)有較多的缺點(diǎn)。藍(lán)牙技術(shù)的缺點(diǎn)是過于復(fù)雜、功耗大、距離近、組網(wǎng)規(guī)模太小，其最大組網(wǎng)規(guī)模為8個(gè)等。而且藍(lán)牙的售價(jià)一直居高不下，嚴(yán)重影響了藍(lán)牙技術(shù)在智能建筑內(nèi)的推廣與使用。

4.4智能建筑中不同網(wǎng)絡(luò)技術(shù)之間的對(duì)比

在智能建筑中能夠被推廣使用的主要的無線通信技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)在表1中展示出來。其中，在智能建筑能耗管理領(lǐng)域，目前較常用的為ZigBee技術(shù)和RFID技術(shù)，它們都符合能耗低、維護(hù)周期長、傳輸距離遠(yuǎn)、安全可靠的優(yōu)點(diǎn)。但無論采用何種無線通信技術(shù)，無線通信使建筑能耗管理更便捷、高效，故互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能建筑能耗管理中的應(yīng)用值得研究與推廣。

5.結(jié)語

本文首先探討了醫(yī)療建筑中通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)對(duì)于維持建筑中的空氣品質(zhì)，避免疾病傳播的重要性。接著，以醫(yī)療建筑中的手術(shù)室為例，研究了在醫(yī)療建筑中節(jié)能降耗的突破點(diǎn)，并研究了通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)降低手術(shù)室能耗的可行性。最后研究了現(xiàn)階段可用于智能建筑節(jié)能領(lǐng)域的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，并對(duì)他們做了較為詳細(xì)的對(duì)比。通過本課題的研究，可以得到的結(jié)論是：互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠與智能建筑有機(jī)的結(jié)合，并可成為智能建筑的節(jié)能提供有力的工具與手段。