中控.SUPCON楼宇自控产品在医院建筑中的节能应用

【摘要】本文对中控.SUPCON楼宇自控产品在医院建筑中的节能应用进行了分析和介绍,包括PCS-300分布式可编程控制系统对医院建筑机电设备节能监控管理、联网型风机盘管温控器FCU302对风机盘管集中节能管理、LCS-300智能照明控制系统对照明的节能控制。节能控制步入21世纪，我国的医院正经历着前所未有的医疗保险体制、医学模式、知识经济的冲击。一个国家医院建筑水平的发展状况，直接反映了这个国家的经济和医疗技术水平。目前，医院【摘要】本文对中控.SUPCON楼宇自控产品在医院建筑中的节能应用进行了分析和介绍,包括PCS-300分布式可编程控制系统对医院建筑机电设备节能监控管理、联网型风机盘管温控器FCU302对风机盘管集中节能管理、LCS-300智能照明控制系统对照明的节能控制。

节能控制步入21世纪，我国的医院正经历着前所未有的医疗保险体制、医学模式、知识经济的冲击。一个国家医院建筑水平的发展状况，直接反映了这个国家的经济和医疗技术水平。目前，医院建筑已经进入新的建设时期，新建以及改扩建的医院都相继提出了更高的建设目标与建设标准，从客观上反映出新时期医院工程建设有很大进步，但也构成了医院建筑能耗的持续上升。近年来，节能、环保、可持续发展的建设理念已受到普遍重视。在科学发展的宏观政策指导下，各国相继提出了绿色建筑与绿色医院的理念。我国医院建筑实际上已面临很大的能耗压力,因此，医院节能管理越来越重要。在注重医院建筑功能的重要性，满足复杂的医疗活动要求的同时，应最大限度考虑节能措施，使医疗资源、空间与设备达到最佳使用率，使未来的医院既满足使用功能的要求，又是一座低能耗的建筑。

为了响应中国政府发出“建设节约型和谐社会”的号召，根据建设部制定的“节能、节水、节地、节材”战略要求。浙江中控电子技术有限公司自行研发生产的OptiSYS PCS-300分布式可编程控制系统、联网型风机盘管温控器FCU302、OptiLITE LCS-300智能照明控制系统在一些大中型医院建筑中得到了很好的应用，大大地改善了医院建筑机电设备的管理，对各类机电设备进行优化控制，很大程度的节约了机电设备运行所消耗的能源，降低了运营成本，提高了管理效率，减少了不必要的浪费和污染，同时改善了环境质量，达到了节能的目的。

1 OptiSYS PCS-300分布式可编程控制系统对医院建筑中机电设备节能监控管理

OptiSYS系列分布式控制系统主要由电源模块PS、CPU模块、数字量输入模块DI、数字量输出模块DO、模拟量输入模块AI、模拟量输出模块AO组成。

OptiSYS控制系统主要对医院建筑空调通风设备和动力设备进行节能监控管理。

1.1 医院的能源结构分析

医院类建筑的能源使用状况与一般住商建筑不同，需要大量的能源用于诊断、医疗、监视，及其他如食物储存饮食供应、热水供应及洗衣设备等，所以其主要消耗的能源有电能、天然气、燃油、水及医疗气体等。

1.2 医院建筑空调通风设备的特点

医院和医学能持续不断的进步，其中空调品质占有重要的地位，医学证据显示适当的空调能避免且有助于疾病治疗，所以医院空调除具有一般舒适的特性外，更应具有疾病预防及治疗等功能，但相对的需要专业的控制系统确保空调有效工作且节约能源。

    一般医院会依其院方所提供的服务项目来设计空调环境，并符合医疗机构设计标准，如包括操作房间、急诊室、产房、育婴室等。一般医院建筑大致可分为下面七个区域标准：
    （1）急诊及紧急照护区；
    （2）护理区；
    （3）附属支援区域；
    （4）行政区；
    （5）诊断及治疗区；
    （6）消毒及供应区；
    （7）服务区。

    这种区分方式依不同功能环境及性质采取不同控制方式，以达到配合院方规划及医疗设备专家在设计院所需的设计条件。

医院因各区域的使用特性不同，对于空调系统的控制必须考虑以下几点：

（1）控制进入室内的空气流动方向，及各部门间的空气流动方向，以避免疾病的相互感染；

（2）冲淡及消除空气中的臭味、微生物、病毒、有害化学及辐射性物质等，故特别要求其换气量入空气过滤器的监测及控制；

（3）不同的区域皆能满足各自需求的不同温度和湿度，以达到治疗或协助治疗的目的

1.3 OptiSYS控制系统对医院建筑空调通风设备的节能监控和管理

1.3.1 空调区排风扇加装差压控制，以减少外气渗透

根据某医院实测资料，部分病房大楼的二氧化碳（CO2）含量低（标准值1000ppm,实测平均只有724ppm）,且室内温湿度不稳定，经判断是大量外气渗入，原因是室内低负载时，新鲜风补充少，但仍然全量排气,造成负压使外气渗入，因此室外平均CO2含量436ppm浓度计算，则每小时换气次数增加了1.96倍。室内压力不稳定不但易引入大量外气增加室内热负载，还使空调负担加重。

建立各分区差压传感器来控制排风房的风门或配合变频器控制排风量。虽然本例是排风扇抽取过量室内空气所造成能源浪费，但一般排风扇差压控制，最好搭配外气风扇CO2控制，以避免因差压控制而造成能耗。

1.3.2 更改冷却塔控制方式，降低水温，提高主机效率

方型5000RT（CT-1～CT-5）冷却塔进水控制阀,若未建立和冷却风扇电路连锁，将形成不管冷却风扇是否运转,冷却水均会通过，因此根据实测外气湿球温度20.2℃时，冷却水温预达28℃以上，使主机较为耗电（平均每提高水温1℃，大约增加主机1.5%耗电量）。

水塔风扇若没有加装水温控制，在冷却水温太低（主机厂商建议不要低于17℃）或主机负载轻时，风扇仍全量运转，不但对主机不好，也较为浪费能源。

改变进水阀控制方式，由改善前变更为改善后，则可搭配主机及冷却泵的运转台数，来切换冷却水塔台数，若将一般洒水杆改为水盘式，并搭配风机变频，则不需台数控制，将所有冷却水塔并入连转,再由变频器降载，因此相对散热面积更大，散热能力更好，更省风扇能源。

水塔风扇若配合变频器或ON-OFF方式，正常运转时由mw/ma改变一定接近温度以控制出水温度，并控制不要低于17℃，则不但可维持主机正常运转，也可充分降低风扇耗电量。

1.3.3 建立主机台数控制模式，降低主机耗能率

（1）现况说明

冷水主机的台数调配,一般是以人为操控,因为不易判断实际负载,容易形成开机容量不足或是主机容量太大,使得运转效率不佳,如冷水主机耗电率规格0.632KW/RT，会因负载率太低而使实测在0.8KW/RT以上，增加电力能耗。

（2）改善建议

加装中央监控系统，以调整主机运转台数，并作为系统需量控制使用。台数控制以水温变化自动计算最佳台数控制，使主机维持高效运转，依主机厂商提供数据的最佳负载率约在80%～100%之间。

（3）效益

计算经由台数控制后，主机提高负载率后所得到效益，利用主机性能曲线公式，配合有无台数控制的曲线变化计算其能耗率差别，再由全年外气条件计算其空调负载率，由耗能率及负载率计算能耗量差别，因此得到全年节省效益约为总电量的3.3%。

1.3.4 空调负载控制采用二通阀以节省冷水泵的能耗

一般医院现场空调使用的空调箱及风机盘管的负载控制均是三通阀，因此不管空调负载变化如何，区域水泵必须耗用固定的满载电量,若以全年平均负载约50%计，即增加50%用电量，因此区域水泵功率即可增加一倍。

当系统为大型动力中心型式，输送管线长、阻抗大，因此冷冻水系统用三通阀定流量系统，也将明显加大冷冻水泵能耗。建议采用二通阀控制，则由负载端节流反应回路流量变化，可使冷冻水泵作台数控制或配合变频器控制，以节省冷冻水泵运转的耗电。

1.3.5 可变水量系统节能

每1kg的水每1℃温差为4.19千焦，一般冷冻水送回水温差为5℃。若能将温差提升至10℃，如利用储冰系统的冷能，就能减少送水量，减少泵的耗能，即低温送水系统。

另外一种节能方法为变流量系统（VWV），依空调需求改变送水量。变流量系统将热源（主机）与负载的送水系统分开控制，其控制介面作为一个共同管。主回路为空调主机机房内的水循环系统，各主机有一个泵负责定量送水，其总循环量为开启主机的总和。主机的开启依负载而定，负载小时减少主机的开启数。热源侧的送水距离短，且送水量随主机的开启数变化耗能较小。负载侧方面（二次回路）因送水距离长，为送水系统的主要耗能之处。可应空调需求改变送水量，即VWV系统节能之处。VWV系统的控制原理如下：

（1）可用水压（或温度）控制二次侧的送水量,如负载低时减少开启泵的数量，或配合变频器调节送水量，节约搬运耗能。

（2）负载处（如风机盘管）以二通阀控制流量，不需旁通管路，二通阀的开启依盘管的出水温度而定，当阀关小时水流阻力加大，经控制系统使二次泵减少送水量，如此达到最佳的节能效果。

（3）当二次侧的冷冻水需求量减少时，多余的冷冻水经共同管流回主机。当经共同管旁通的水量多时，流回主机的水温降低，将使主机依需求减少开启数，同时减少一次侧的水循环量。

（4）当二次侧水量过大时,二次侧就会有一部分回水经共同管反向流到供水侧，如此会提高供应冷冻水的温度，会启动多台主机，补充冷气能力的不足。

1.3.6 可变风量系统节能

搬运的耗功率（压差X体积流量）成正比，送风的体积流量比送水的大很多，故送风系统的压损须比送水系统小，风管也远比水管大。一个较大型百货公司，空调送风机的电力装置373KW以上。风机所需的功率，在同一风管中，与送风量的三次方成正比，如能减少送风量则可节约大量送风耗能。管路太长，风管尺寸太小，会使所需的风压大而耗能。再者，如设计不当购置过大的风机，就需调整风管中的挡板平衡风压，造成不需要的浪费。

1.4 PCS-300自控产品功能介绍

PCS-300系列分布式可编程控制系统主要面向以分散型数据采集与控制为主的公用工程自动化项目，能够实现逻辑控制、顺序控制、过程控制、数据采集等功能，可广泛应用于楼宇自动化等领域。

PCS-300系列分布式可编程控制系统具有可靠的性能、强大的功能、良好的开放性、简便的结构形式和灵活的安装方式，是实现各种设施的自动化、智能化、信息化的最佳选择。

PCS-300系列分布式控制系统主要由电源模块PS、CPU模块、数字量输入模块DI、数字量输出模块DO、模拟量输入模块AI、模拟量输出模块AO组成。医院内部大量的机电设备均可通过PCS-300系统实现自动化运行，达到节能目的。

1.4 PCS-300自控产品功能介绍

2 联网型风机盘管温控器FCU302对风机盘管集中管理的应用

医院建筑中门诊、医技楼的空调系统末端通常采用风机盘管的控制模式，现在普遍采用的控制模式为由医院工程管理人员统一进行主机的启/停控制，末端用户只能通过独立式风机盘管温度控制器调整房间中的温度设定值、风速高中低的调整、开关控制。而联网型风机盘管的群控功能可以帮助管理者更好的满足客户需求和节约能源。

近年来，夏季供电高峰与能源短缺成为大中城市的通病，而空调能耗又是医院的主要耗能元件。如何降低空调的能耗,节约有限能源是全体社会成员的共同责任。风机盘管是医院建筑中门诊、医技楼空调系统的重要组成部分，风机盘管的合理有效控制可以最大限度的节约能源。应用联网型温度控制器可以通过中央监控主机进行群控或单分区/统一控制，也可以根据管理者和用户的需求单独选择控制模式，达到方便控制，节约能源的效果。联网型风机盘管温控器在实际应用中受到客户的广泛喜爱，联网型温度控制器将成为风机盘管控制器的主导产品与流行趋势。

2.1 FCU302产品功能介绍

◆ 产品特点

联网型风机盘管温控器FCU302适用于大型高档办公、商业、文化、媒体、体育、医院、学校、交通、住宅等建筑风机盘管集中控制场合的应用。

◆ 工作原理

联网型风机盘管温控器FCU302可通过RS485通信与OptiSYS PCS300建筑设备管理系统联网集中监测各FCU302温控器的启停状态、制冷/制热状态、电磁阀开关状态、温度设定值、风速状态，控制FCU302温控器的启停、风速调节、温度设定等。
FCU302温控器具有阀开阀关两个工作位置，可装设于其温度需加以控制的场所内，温控器打开、关闭电动阀,使室内温度保持在所需的范围（温控范围：5℃～35℃）。

FCU302温控器的拨动开关是用以对风机及系统进行切换的手动开关。设定为制冷工况时，当设定温度超过室内温度１℃时，自动进入通风状态；设定为制热工况时，当设定温度低于室内温度１℃时，自动进入通风状态。

FCU302温控器开关机可手动实现，也可通过定时功能实现；关机时，显示当前室内温度；开机时，显示设定温度，室内温度，运行模式，风速控制状态等；系统首次加电处于关机状态。

FCU302温控器关机状态下，按“定时”键一次，进入定时开机设定状态；开机状态下按“定时”键一次，进入定时关机设定状态；开机状态下按“温度”键一次，进入定时关机设定状态。

2.2 FCU302温控器系统介绍

方案一：当联网型风机盘管温控器直接连至监控中心时，监控计算机配上32路串口卡，则最多32条RS485总线，每条RS485总线可连接32台温控器（每条总线最长距离1200m）, 即单台计算机配上32路串口卡:32路RS485总线×32台温控器=1024台温控器，超过1024台温控器时，可增加串口卡，每台温控器均有独立地址，方便分楼层、分区域控制。

方案二：当联网型风机盘管温控器连至OptiSYS系统时,每个DDC控制器（含CPU模块的）可连接32台温控器（即每个CPU模块的RS485口可以接16台温控器，CPU模块的RS232口经RS232/485转换后可以接16台温控器），每台温控器均有独立地址，方便分楼层、分区域控制。此方案DDC控制器中CPU模块对其带的I/O模块不受影响。在目前国内普遍采用的新风机组加风机盘管的空调系统中很适用。

2.3 基于联网型风机盘管温控器的空调计费系统

联网型风机盘管温控器FCU302对于高级病房楼的空调计费管理,可以根据病房的需要进行空调计量。通过联网型风机盘管温控器FCU302，直接对每个风机盘管进行监控，不仅方便了分域统一管理，还可以实现对中央空调的计量收费功能。

联网功能的风机盘管温控器，对每个区域的风机盘管分别进行有效运行时间的累计，即对每个风机盘管分别累计三个档位的运行时间，然后把三速开关有效时间按照各风机盘管高、中、低三档不同风量比例进行归一，再累加，形成单个风机盘管运行归一时间，再累计各层所有风机盘管的归一运行时间，形成各层总的盘管归一运行时间，通过与商铺区域总的空调能耗比较，按照比例去计算分摊每台风机盘管的空调费用，这样就实现了对每个计费区域进行空调计量的目的。

风机盘管信号的采集和处理是通过在每个计费区域安装可联网的风机盘管温控器，对风机盘管的运行时间和档位进行采集，并实时送到监控中心，进行数据的分析和累积，并可以增加远程控制功能。对风机盘管的启停进行远程控制，对拖欠空调使用费的用户实施停用空调的强制措施。采用联网型风机盘管产品，可以直接监控到每个风机盘管，优点在于当大楼在租售过程中格局发生变更时，只要对软件的业主设置和计费设置作相应的变更即可，运用方便、灵活，由于风机盘管温控器本来就是大楼暖通系统必备的设备，采用联网型风机盘管温控器，在少量增加投资成本的情况下，实现中央空调的计量收费功能，不失为一个价廉物美的空调计量解决方案。

3 基于CAN总线的模块化智能照明控制系统OptiLITE LCS-300系列产品的应用

医院的照明是体现医院现代化的重要体现，在设计中既要考虑医院各种治疗的照明要求，也要考虑病人对照明环境的反应，避免因照明布置或照度选择不当引起病人的不适和反感，尽可能营造一个和谐舒适的就医休养场所。由于医院部门很多,照度要求差别较大，一般照明、局部照明、特殊场所指示照明等也因功能不同而要求不同，需要全面考虑。

针对医院照明控制系统性能的要求较高的特点，浙江中控电子技术有限公司推出的基于CAN总线的模块化智能照明OptiLITE LCS-300控制系统能很好地满足这些要求，该系统可以作为建筑设备管理系统（BMS）控制系统（如通信、供水、供暖和空调等）的一部分加以集成。采用OptiLITE LCS-300建筑智能照明控制系统，可使建筑物的照明节能效果达30%，并可以利用手持电脑实现照明效果控制。照明效果可以实现计算机编程、遥控（如利用WLAN、红外遥控等）等控制效果。无疑，利用控制信息流来控制能量流，从而取代利用机械开关控制方式来控制能量流，是一个很看好的发展方向，具有控制灵活、方便，易于实现智能控制和便于大范围监控的优点。

3.1 OptiLITE LCS-300系统对医院建筑照明的节能控制

OptiLITE LCS-300建筑智能照明控制系统通过各种不同的“预设置”控制方式，对不同时间不同环境的光照度进行精确设置和合理管理，根据不同场合、不同的人流量，进行时间段、工作模式的细分，关掉不必要的照明，在需要时自动开启，实现节能。这种自动调节照度的方式，充分利用室外的自然光，只有当必需时才把灯点亮或点到要求的亮度，利用最少的能源保证所要求的照度水平。

系统通过对不同工作场合的多种照明工作模式，在保证必要照明的同时，有效减少了灯具的工作时间，节省了不必要的能源开支，也延长了灯具的寿命，节电效果十分明显，一般可达30%以上。

典型医院场所的照明控制：

（1）门、急诊楼照明

门、急诊楼的大厅应处理好自然光与人工照明的平稳转换,避免引起视觉不适，由于大厅四周通常设有“挂号”、”付款”、”划价”等窗口，为便于病人准确看清划价付款的数量等要求，这些窗口内外的照度应在300Lx左右，宜以荧光灯为主，当然还应兼顾美观。所以采用室内光照度监测来调光节能，利用最少的电能满足照度要求。

（2）病房照明

病房的照明一般要求光线柔和，防止对病人产生刺激，避免灯光对卧床病人产生眩光，一般照度为100Lx。医生检查时可使用床头灯（安装在床头综合线槽上）做局部照明。为了便于护士夜间巡视，病房门下侧应设置脚灯，此灯应为双面，以使病房和走道都能照顾到，脚灯最好由护士站控制，也可在走廊控制。病房区走廊照明不同于门诊区走廊，照度一般在75Lx左右，夜间采取关掉部分灯盯或通过调光降低照度控制。

（3）对庭院景观照明

对庭院景观照明采用“预设置”控制方式，平时、一般节日、重大节日开灯控制。

3.2 OptiLITE LCS-300系统产品介绍

（1）系统功能特点如下：
    ◆ 建筑照明系统节能降耗与中央控制管理的重要途径；
    ◆ 有线技术与无线技术完美结合；
    ◆ 回路控制、白炽灯调光控制、荧光灯调光控制均可；
    ◆ 简化建筑照明布线，降低系统造价；
    ◆ 系统安装快捷方便；
    ◆ 符合传统使用习惯，使用安全方便，无需培训；
    ◆ 各照明控制部件具备标准接口与通信协议，即可单独构成系统，也可完美溶入中控楼宇自动化系统；
    ◆ 通过楼宇自动化系统控制器或上位监控计算机进行灵活编程控制；
    ◆ 实现建筑照明的节能、降耗；
    ◆ 回路控制电控箱内安装，无线接收吊顶上安装，无线控制墙壁安装；
    ◆ 回路开关控制，荧光灯调光控制；
    ◆ 基于CAN现场总线，CANopen协议标准。

3.3 OptiLITE LCS-300系统结构

OptiLITE LCS-300系统结构

（1）系统组件－电源及主控制器
    ① PS320/336电源模块
    ◆ DC24V系统电源模块。
    ② LC313/316可编程主控制器
    ◆ 高性能32位RISC处理器，嵌入式实时操作系统；
    ◆ 大容量程序空间，内容实时时钟；
    ◆ 符合IEC61131-3国际标准的编程工具；
    ◆ 1个10/100M通信接口，2个CAN总线接口；
    ◆ 1个RS232，1个RS485通信接口。

（2）系统组件－输出模块
    ① LO306照明控制模块
    ◆ CAN总线，PCS-300架构；
    ◆ 电控箱内导轨安装；
    ◆ 6路继电器输出，最大AC220V，10A；
    ② LA304荧光灯模拟调光控制模块
    ◆ CAN总线，PCS-300架构；
    ◆ 电控箱内导轨安装；
    ◆ 4路继电器输出，最大AC220V，10A；
    ◆ 4路调光输出，DC1～10V，200mA。

（3）系统组件－DALI部分
    ① DALI是荧光灯调光的国际标准
    ② DL304
    ◆ CAN总线，PCS-300架构；
    ◆ 电控箱内导轨安装；
    ◆ 可分4组控制64个荧光灯。

（4）系统组件－输入模块
    ① XI308外部信号输入模块
    ◆ CAN总线，PCS-300架构；
    ◆ 电控箱内导轨安装；
    ◆ 4路数字量输入；
    ◆ 可用于连接接近开关、红外感应开关等；
    ◆ 4路模拟量输入；
    ◆ 可用于连接亮度、温湿度传感器。（5）系统组件－无线控制部件
    ① RF301无线接收模块
    ◆ 天花板上安装；
    ◆ RF信号接收；
    ◆ CAN现场总线系统接口。
    ② RMP02/04/06控制面板
    ◆ 2/4/6键，每键对应功能自由定义；
    ◆ 电池供电（可选DC9～12V供电）；
    ◆ 墙壁粘贴安装或86盒固定安装；
    ◆ 纯平亚克力面板，色彩丰富；
    ◆ 可定制色彩、图案及标识，满足个性化需求。

3.4 OptiLITE LCS-300系统特点

（1）开放性和互连性

智能化建筑是一项涉及多种技术设备行业的综合性工程，随着微电子、计算机和信息技术的发展和广泛应用建筑物内的各种控制设备都已具有数控技术，系统集成已被人们重视，它的集成从技术、经济管理上都具有广泛性和全局性，照明控制系统作为建筑物的自动化系统中是一个子系统，应与保安、火警、配电照明等等各个子系统纳入智能建筑的大楼自动控制或管理系统的范畴。这就意味着照明控制系统应有统一标准的接口，使不同厂商的产品可以互连，而具有互操作性。

（2）实用性

照明控制系统根据需要确定其控制功能，选择切实可行的要求，节省设备投资。这些功能包括：控制器能根据需要调光不同类型的光源灯，而且有良好的性能；有满足现场操作控制的各种控制界面；有与其他设备进行互连的各种输入/输出接口；方便直观的调试/监测软件。

（3）经济性

照明控制系统的经济性反映在系统的初始投资和系统运行后的节省电能，降低维护运行费。照明控制系统便于现场安装和控制，通过控制器有不同输出容量和不同输出回路的模块，使设备配置具有灵活性，从而控制系统的投资费用。由于照明控制器的控制性能特点改善了照明灯的运行工作条件，从而延长了灯的使用寿命，减少换灯量，降低维护费用，另一方面通过对照明灯的工作状态科学的管理和控制可节省电能。

现今智能照明控制系统被广泛应用于各种场所和领域。如：在剧场、会议室、俱乐部、夜总会等场所，利用智能照明控制系统的调光功能，可以方便的转换多种灯光场景,实现多点控制。并可通过照明智能控制系统控制空调、电扇、电动门窗、闪灯、喇叭等其他设备。在写字楼、学校、医院、工厂等场所，利用智能照明控制系统的时间控制功能，可以使灯光自动控制,利用亮度传感器使光照度自动调节，节约能源。在体育馆、广场、公园、街道等室外公共场所，利用控制系统的群组控制功能可控制整个区域的灯光，无需考虑开关容量问题。在小区内，利用系统可实现对小区内路灯、景观灯的远控、多点、定时控制等。

4 结束语

浙江中控电子技术有限公司是中控科技集团的重要组成部分之一，凭借多年来在智能楼宇系统集成领域丰富的设计、施工、研发经验，依托中控集团雄厚的自动化技术、信息技术积累，推出涵盖楼宇自控与照明控制的节能解决方案，为医院等公用建筑提供具有国际竞争力的节能技术和产品。