基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的中央空調管控一體化系統

摘要：通過(guò)將中央空調機房、室外環(huán)境、末端用戶(hù)集成在物聯(lián)網(wǎng)上而形成管控一體化中央空調管理和調度系統，可以使管理人員能夠通過(guò)有線(xiàn)和移動(dòng)終端來(lái)實(shí)時(shí)監測到中央空調系統的運行狀態(tài)、室外環(huán)境的溫度和濕度、末端用戶(hù)的熱濕狀態(tài)，并據此下達系統優(yōu)化運行的調度指令，以保證舒適性需求并達到節能的目的。運行結果表明，采用這種集成了中央空調機房、室外環(huán)境、末端用戶(hù)的物聯(lián)網(wǎng)系統，能夠在保證環(huán)境舒適的前提下，顯著(zhù)降低系統的能耗。
關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；中央空調系統；末端用戶(hù)；節能

0 引言
隨著(zhù)醫療技術(shù)的不斷進(jìn)步和診療設備的不斷更新，現代醫院建筑體量逐漸趨于龐大，功能日益復雜。在醫院建設標準和建設費用提高的同時(shí)，醫院的中央空調系統規模也在逐年擴大，設備的管理、維護和運行調度越來(lái)越復雜，而更大的挑戰則是系統的能耗在不斷上升。管理的復雜性和能耗的增加不僅使醫院日常支出增大，醫療費用增加，而且使目前衛生保健資金投入與產(chǎn)出之間的差距越來(lái)越大。根據對典型
醫院的能耗統計結果，大、中型醫院建筑中，暖通空調系統用電占醫院全年用電的50％以上。因此，做好醫院中央空調系統的管理和運行調度，是提高醫院管理水平、降低醫療成本的重要手段之一。
中央空調系統的管理主要包括兩個(gè)方面的內容：一個(gè)是對系統中的設備的靜態(tài)信息管理，主要是管理設備資產(chǎn)的基本信息，如型號、規格、造價(jià)、存放地點(diǎn)、責任人等；另一個(gè)是對系統中設備運行的動(dòng)態(tài)信息管理，例如冷水機組的供回水溫度、水泵、風(fēng)機和壓縮機的電壓、電流和功率等。系統針對前者建立的是管理信息系統，而針對后者則是建立運行管理系統，這兩個(gè)系統之間幾乎沒(méi)有關(guān)聯(lián)。但是，隨著(zhù)系統復雜程度的提高，這種管理模式的弊端就凸現出來(lái)。首先是兩個(gè)系統存在相互重疊的內容，因而有重復建設的部分，這不但浪費了人力和物力資源，而且要同時(shí)維護兩個(gè)不同的系統，也提高了管理成本。其次是兩個(gè)管理系統的存在信息不同步，甚至是信息偏差的問(wèn)題，這樣，當系統的規模越來(lái)越大時(shí)，管理效率將會(huì )越來(lái)越低。因此，將靜態(tài)信息管理和動(dòng)態(tài)信息管理系統有機結合在一起，是未來(lái)中央空調系統乃至整個(gè)院務(wù)保障系統管理的發(fā)展趨勢。近年來(lái)，物聯(lián)網(wǎng)概念的出現和相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，為構建中央空調系統一體化管理模式奠定了基礎。
物聯(lián)網(wǎng)的概念最初來(lái)源于美國麻省理工學(xué)院(MIT)在1999年提出的網(wǎng)絡(luò )無(wú)線(xiàn)射頻識別(RFID)系統，該系統可以把所有物品通過(guò)射頻識別等信息傳感設備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，實(shí)現智能化識別和管理。隨著(zhù)技術(shù)和應用的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)的內涵已發(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(guò)信息傳感設備，按照約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網(wǎng)絡(luò )。物聯(lián)網(wǎng)實(shí)際上是互聯(lián)網(wǎng)的延伸和擴展。它包含了三個(gè)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 )系統以及安裝了應用軟件的終端設備。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備識別的信息載體；而根據應用系統的規模，網(wǎng)絡(luò )系統可以是局域網(wǎng)(LAN)，也可以是廣域網(wǎng)(WAN)，可以是有線(xiàn)網(wǎng)，也可以是無(wú)線(xiàn)網(wǎng)或各種總線(xiàn)及其綜合系統；終端設備可以是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機組、空調用戶(hù)及室外環(huán)境的物聯(lián)網(wǎng)，從而實(shí)現中央空調系統的管控一體化，達到高效管理和節能運行的目的。

1 中央空調物聯(lián)網(wǎng)系統的設計
1．1 工作范圍定義
由于物聯(lián)網(wǎng)目前還是一個(gè)寬泛的概念，因此，在不同的應用領(lǐng)域，其外延還需要具體的定義。針對中央空調系統的特點(diǎn)，本文采用以下術(shù)語(yǔ)來(lái)規定工作范圍。
(1)中央空調系統：由中央空調機房設備、末端用戶(hù)和室外環(huán)境組成。根據室外環(huán)境的條件，管理人員可以通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)的人機界面調度中央空調機房設備，使末端用戶(hù)的熱濕狀態(tài)滿(mǎn)足用戶(hù)的要求。
(2)物聯(lián)網(wǎng)(IOT)：由感知實(shí)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；對于中央空調系統，物聯(lián)網(wǎng)中的“物”指中央空調設備、末端用戶(hù)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上，擴充了通過(guò)人機界面對物的狀態(tài)進(jìn)行干預的功能。圖1所示是中央空調物聯(lián)網(wǎng)系統的結構示意圖。事實(shí)上，人機界面設備、網(wǎng)絡(luò )設備探測中央空調設備、末端用戶(hù)建筑和室外環(huán)境狀態(tài)的傳感器均屬于中央空調機組的物聯(lián)網(wǎng)范圍。

(3)實(shí)體(Entity)：指物聯(lián)網(wǎng)中的具體實(shí)物，例如中央空調系統中的壓縮機、水泵、冷卻塔等。
(4)身份(ID)：物聯(lián)網(wǎng)中實(shí)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(shí)體的狀態(tài)信息，其中包括靜態(tài)(Static)屬性和動(dòng)態(tài)(Dynamic)屬性。靜態(tài)屬性不隨時(shí)間變化，例如一臺水泵的尺寸、重量等；而動(dòng)態(tài)屬性則包括其排量、壓頭及功耗等隨時(shí)間變化的屬性。
(6)歷史(History of Dynamic Attribute)：某時(shí)段不同時(shí)刻動(dòng)態(tài)屬性的集合，例如一天內空調機組出水溫度的變化過(guò)程就是該動(dòng)態(tài)屬性的歷史。
(7)傳感器(Sensor)：主要是感知實(shí)體屬性的設備，例如RFID識別器，溫度、濕度傳感器和變送設備等。
(8)網(wǎng)絡(luò )(Net Work)：包括傳感器數據采集、存儲、傳輸與處理的介質(zhì)和設備構成的系統。典型網(wǎng)絡(luò )中，包括光纖、雙絞線(xiàn)總線(xiàn)、數據集抄器、數據服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò )交換機等。
(9)人機界面(HMI)：人與物聯(lián)網(wǎng)接口的硬件設備和軟件。硬件設備可以是PC、PDA，甚至是手機，軟件則是根據接口要求所開(kāi)發(fā)的各類(lèi)軟件，例如WEB頁(yè)面、工控組態(tài)軟件等。