基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的中央空調(diào)管控一體化系統(tǒng)

摘要：通過將中央空調(diào)機房、室外環(huán)境、末端用戶集成在物聯(lián)網(wǎng)上而形成管控一體化中央空調(diào)管理和調(diào)度系統(tǒng)，可以使管理人員能夠通過有線和移動終端來實時監(jiān)測到中央空調(diào)系統(tǒng)的運行狀態(tài)、室外環(huán)境的溫度和濕度、末端用戶的熱濕狀態(tài)，并據(jù)此下達系統(tǒng)優(yōu)化運行的調(diào)度指令，以保證舒適性需求并達到節(jié)能的目的。運行結(jié)果表明，采用這種集成了中央空調(diào)機房、室外環(huán)境、末端用戶的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，能夠在保證環(huán)境舒適的前提下，顯著降低系統(tǒng)的能耗。
關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；中央空調(diào)系統(tǒng)；末端用戶；節(jié)能

0 引言
隨著醫(yī)療技術(shù)的不斷進步和診療設(shè)備的不斷更新，現(xiàn)代醫(yī)院建筑體量逐漸趨于龐大，功能日益復雜。在醫(yī)院建設(shè)標準和建設(shè)費用提高的同時，醫(yī)院的中央空調(diào)系統(tǒng)規(guī)模也在逐年擴大，設(shè)備的管理、維護和運行調(diào)度越來越復雜，而更大的挑戰(zhàn)則是系統(tǒng)的能耗在不斷上升。管理的復雜性和能耗的增加不僅使醫(yī)院日常支出增大，醫(yī)療費用增加，而且使目前衛(wèi)生保健資金投入與產(chǎn)出之間的差距越來越大。根據(jù)對典型
醫(yī)院的能耗統(tǒng)計結(jié)果，大、中型醫(yī)院建筑中，暖通空調(diào)系統(tǒng)用電占醫(yī)院全年用電的50％以上。因此，做好醫(yī)院中央空調(diào)系統(tǒng)的管理和運行調(diào)度，是提高醫(yī)院管理水平、降低醫(yī)療成本的重要手段之一。
中央空調(diào)系統(tǒng)的管理主要包括兩個方面的內(nèi)容：一個是對系統(tǒng)中的設(shè)備的靜態(tài)信息管理，主要是管理設(shè)備資產(chǎn)的基本信息，如型號、規(guī)格、造價、存放地點、責任人等；另一個是對系統(tǒng)中設(shè)備運行的動態(tài)信息管理，例如冷水機組的供回水溫度、水泵、風機和壓縮機的電壓、電流和功率等。系統(tǒng)針對前者建立的是管理信息系統(tǒng)，而針對后者則是建立運行管理系統(tǒng)，這兩個系統(tǒng)之間幾乎沒有關(guān)聯(lián)。但是，隨著系統(tǒng)復雜程度的提高，這種管理模式的弊端就凸現(xiàn)出來。首先是兩個系統(tǒng)存在相互重疊的內(nèi)容，因而有重復建設(shè)的部分，這不但浪費了人力和物力資源，而且要同時維護兩個不同的系統(tǒng)，也提高了管理成本。其次是兩個管理系統(tǒng)的存在信息不同步，甚至是信息偏差的問題，這樣，當系統(tǒng)的規(guī)模越來越大時，管理效率將會越來越低。因此，將靜態(tài)信息管理和動態(tài)信息管理系統(tǒng)有機結(jié)合在一起，是未來中央空調(diào)系統(tǒng)乃至整個院務(wù)保障系統(tǒng)管理的發(fā)展趨勢。近年來，物聯(lián)網(wǎng)概念的出現(xiàn)和相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，為構(gòu)建中央空調(diào)系統(tǒng)一體化管理模式奠定了基礎(chǔ)。
物聯(lián)網(wǎng)的概念最初來源于美國麻省理工學院(MIT)在1999年提出的網(wǎng)絡(luò)無線射頻識別(RFID)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以把所有物品通過射頻識別等信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，實現(xiàn)智能化識別和管理。隨著技術(shù)和應(yīng)用的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵已發(fā)生了較大變化。雖然物聯(lián)網(wǎng)這一概念的嚴格定義還存在分歧，但是，關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)的基本特征是非常明確的。物聯(lián)網(wǎng)就是指通過信息傳感設(shè)備，按照約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)實際上是互聯(lián)網(wǎng)的延伸和擴展。它包含了三個基本的要素，搭載在物品上的傳感器、用于傳輸和存儲信息的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以及安裝了應(yīng)用軟件的終端設(shè)備。傳感器可以是條形碼、RFID卡、電量表、溫度傳感器，也可以是其它能夠用設(shè)備識別的信息載體；而根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的規(guī)模，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以是局域網(wǎng)(LAN)，也可以是廣域網(wǎng)(WAN)，可以是有線網(wǎng)，也可以是無線網(wǎng)或各種總線及其綜合系統(tǒng)；終端設(shè)備可以是PC、PDA，甚至是手機。利用物聯(lián)網(wǎng)的這些特征，可以建立起包括中央空調(diào)機組、空調(diào)用戶及室外環(huán)境的物聯(lián)網(wǎng)，從而實現(xiàn)中央空調(diào)系統(tǒng)的管控一體化，達到高效管理和節(jié)能運行的目的。

1 中央空調(diào)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計
1．1 工作范圍定義
由于物聯(lián)網(wǎng)目前還是一個寬泛的概念，因此，在不同的應(yīng)用領(lǐng)域，其外延還需要具體的定義。針對中央空調(diào)系統(tǒng)的特點，本文采用以下術(shù)語來規(guī)定工作范圍。
(1)中央空調(diào)系統(tǒng)：由中央空調(diào)機房設(shè)備、末端用戶和室外環(huán)境組成。根據(jù)室外環(huán)境的條件，管理人員可以通過物聯(lián)網(wǎng)的人機界面調(diào)度中央空調(diào)機房設(shè)備，使末端用戶的熱濕狀態(tài)滿足用戶的要求。
(2)物聯(lián)網(wǎng)(IOT)：由感知實物身份和屙陛的傳感器，傳輸、存儲和處理信息的網(wǎng)絡(luò)和人與網(wǎng)絡(luò)之間的接口組成；對于中央空調(diào)系統(tǒng)，物聯(lián)網(wǎng)中的“物”指中央空調(diào)設(shè)備、末端用戶建筑和室外環(huán)境；感知屬性的傳感器則指壓力、溫度、濕度、電流、電壓及功率傳感器等。與以往的物聯(lián)網(wǎng)相比，這里在物聯(lián)網(wǎng)具備感知能力的基礎(chǔ)上，擴充了通過人機界面對物的狀態(tài)進行干預(yù)的功能。圖1所示是中央空調(diào)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。事實上，人機界面設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備探測中央空調(diào)設(shè)備、末端用戶建筑和室外環(huán)境狀態(tài)的傳感器均屬于中央空調(diào)機組的物聯(lián)網(wǎng)范圍。

(3)實體(Entity)：指物聯(lián)網(wǎng)中的具體實物，例如中央空調(diào)系統(tǒng)中的壓縮機、水泵、冷卻塔等。
(4)身份(ID)：物聯(lián)網(wǎng)中實體的唯一標識碼，是物聯(lián)網(wǎng)中最重要的標識信息。
(5)屬性(Attribute)：屬性是描述實體的狀態(tài)信息，其中包括靜態(tài)(Static)屬性和動態(tài)(Dynamic)屬性。靜態(tài)屬性不隨時間變化，例如一臺水泵的尺寸、重量等；而動態(tài)屬性則包括其排量、壓頭及功耗等隨時間變化的屬性。
(6)歷史(History of Dynamic Attribute)：某時段不同時刻動態(tài)屬性的集合，例如一天內(nèi)空調(diào)機組出水溫度的變化過程就是該動態(tài)屬性的歷史。
(7)傳感器(Sensor)：主要是感知實體屬性的設(shè)備，例如RFID識別器，溫度、濕度傳感器和變送設(shè)備等。
(8)網(wǎng)絡(luò)(Net Work)：包括傳感器數(shù)據(jù)采集、存儲、傳輸與處理的介質(zhì)和設(shè)備構(gòu)成的系統(tǒng)。典型網(wǎng)絡(luò)中，包括光纖、雙絞線總線、數(shù)據(jù)集抄器、數(shù)據(jù)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)交換機等。
(9)人機界面(HMI)：人與物聯(lián)網(wǎng)接口的硬件設(shè)備和軟件。硬件設(shè)備可以是PC、PDA，甚至是手機，軟件則是根據(jù)接口要求所開發(fā)的各類軟件，例如WEB頁面、工控組態(tài)軟件等。