一种基于碳中和的洁净室数智化节能系统
技术领域
本发明涉及洁净室节能技术领域，尤其涉及一种基于碳中和的洁净室数智化节能系统。
背景技术
医疗系统不仅可以成为全球居民健康生活的守护者，也可以成为避免全球气候变暖影响的引领者，带动社会其他部门减少碳排放。全球正面临前所未有的气候危机，气候变暖严重影响了全球居民生活质量与经济发展。为应对全球气候危机，推动全球可持续发展，各国通过谈判推进温室气体减排工作。手术部作为医院的重要组成部分，在治病救人的医疗环节中至关重要。洁净手术室在为医疗过程提供良好的环境的同时也产生较大的能源消耗，给医院带来了一定的费用负担。洁净手术室的高能耗已成为业内人士共同关注的问题，据一些医院手术部的粗略统计，一间I级洁净手术室按每年300天。每天8小时运行估算，全年的电费高达5～7万元。按60平方米手术室面积折算，每平方米年电费约为1000元，是一般公建的几十倍，这样的高能耗不得不引起个各方面的重视。
现有的技术中，洁净手术室的主要能源消耗为空调系统，空调系统的能源消耗由空气调节能耗和空气输送能耗两大部分组成，但是现有的洁净手术室对于空调系统的能耗控制方面的智能性存在不足，通常的控制方式都是根据现有的内外部环境预设好空调系统的运行参数，或者由工作人员根据操作规范自行进行调整，上述两种方式一方面会出现运行功率大大高于实际洁净需求，导致资源浪费的问题；另一方面在某些时间段也会造成空调系统的运行功率低于实际洁净需求，导致洁净的功能性不达标的问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种基于碳中和的洁净室数智化节能系统，通过对手术室的内外环境进行获取分析，并针对手术过程划分阶段，根据实际需求调整空调系统的运行参数，在保证洁净达标的同时，降低了空调系统的能源浪费，以解决现有的洁净手术室的能源损耗严重，调控不够合理的问题。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：本发明提供一种基于碳中和的洁净室数智化节能系统，所述节能系统包括手术数据库、室内外环境获取模块、洁净参数设定模块、洁净阶段设定模块、智能调节模块以及洁净执行模块；
所述手术数据库内存储有若干类型手术的手术时长；
所述室内外环境获取模块用于获取手术室内部和外部的环境参数的数据；所述洁净参数设定模块用于对室内外环境获取模块获取到的数据进行处理，并得到洁净执行模块的运行参数；
所述洁净阶段设定模块用于基于手术时长进行洁净阶段的运行参数设定；
所述智能调节模块用于基于手术阶段的变化进行洁净执行模块的运行参数调整；
所述洁净执行模块包括空气调节装置、空气输送装置以及净化装置；所述空气调节装置包括温度调节单元以及湿度调节单元，所述温度调节单元用于调节输入空气的温度，所述湿度调节单元用于调节输入空气的湿度；所述空气输送装置包括空气输入单元和排放单元，所述空气输入单元用于输入空气，所述排放单元用于排放空气；所述净化装置用于将空气输入单元输入的空气进行净化处理，所述净化装置的空气输出端与空气调节装置的空气输入端相连接。
进一步地，所述手术数据库配置有手术时长阶段划分策略，所述手术时长阶段划分策略包括：首先将手术阶段划分为术前准备阶段、麻醉等待阶段、术中阶段、缝合阶段、整理阶段以及术后清洁阶段；
然后对术前准备阶段、麻醉等待阶段、术中阶段、缝合阶段、整理阶段以及术后清洁阶段分别设定术前准备基础时长、术中基础时长、缝合基础时长、整理基础时长以及术后清洁基础时长。
进一步地，所述室内外环境获取模块包括室内环境获取单元以及室外环境获取单元，所述室内环境获取单元包括室内温湿度传感器以及室内人员获取子单元，所述室内温湿度传感器用于获取手术室内的室内温度和室内湿度；所述室内人员获取子单元配置有室内人员获取策略，所述室内人员获取策略包括：在手术室的入口处和出口处分别设置入口红外传感器和出口红外传感器，并对入口红外传感器获取到的进入人员数量进行统计，对出口红外传感器获取到的离开人员数量进行统计，用进入人员数量减去离开人员数量再加一得到手术室内人员数量；
所述室外环境获取单元包括室外温湿度传感器，所述室外温湿度传感器用于获取手术室外的室外温度和室外湿度。
进一步地，所述洁净参数设定模块包括温湿度参数设定单元，所述温湿度参数设定单元配置有温湿度参数设定策略，所述温湿度参数设定策略包括：首先将室内温度和室外温度代入到温度补充公式中求得温度补充系数；所述温度补充公式配置为： ；其中，Xwb为温度补充系数，T n为室内温度，T w为室外温度；
将室内湿度和室外湿度代入到湿度补充公式中的湿度补充系数；所述湿度补充公式配置为： ；其中，Xsb为湿度补充系数，S n为室内湿度，S w为室外湿度；
再将温度补充系数和湿度补充系数代入到温度调节计算公式中求得温度调节单元的温度运行功率；所述温度调节计算公式配置为： ；其中，Wwt为温度运行功率，w1为第一转换系数，w2为第二转换系数，且w1大于w2；将温度补充系数和湿度补充系数代入到湿度调节计算公式中求得湿度调节单元的湿度运行功率；所述湿度调节计算公式配置为：
；其中，Wst为湿度运行功率，w3为第三转换系数，w4为第四转换系数，且w4大于w3。
进一步地，所述洁净参数设定模块还包括通风参数设定单元，所述通风参数设定单元配置有通风参数设定策略，所述通风参数设定策略包括：将手术室内人员数量、温度运行功率和湿度运行功率代入到空气输送计算公式中求得空气输送功率；所述空气输送计算公式配置为： ；其中，Wks为空气输送功率，Sry为手术室内人员数量，w5为通风功率转换系数。
进一步地，所述洁净参数设定模块还包括净化参数设定单元，所述净化参数设定单元配置有净化参数设定策略，所述净化参数设定策略包括：将手术室内人员数量、温度运行功率、湿度运行功率以及空气输送功率代入到净化计算公式中求得净化功率；所述净化计算公式配置为： ；其中，Wjh为净化功率，w6为净化转换系数。
进一步地，所述洁净阶段设定模块包括通风功率阶段设定策略，所述通风功率阶段设定策略包括：分别给术前准备阶段、麻醉等待阶段、术中阶段、缝合阶段、整理阶段以及术后清洁阶段设置术前准备通风系数、麻醉等待通风系数、术中通风系数、缝合通风系数、整理通风系数以及术后清洁通风系数；
然后将术前准备通风系数、麻醉等待通风系数、术中通风系数、缝合通风系数、整理通风系数以及术后清洁通风系数分别与空气输送功率相乘得到术前准备通风功率、麻醉等待通风功率、术中通风功率、缝合通风功率以及整理通风功率；
再按照术前准备通风功率、麻醉等待通风功率、术中通风功率、缝合通风功率以及整理通风功率控制空气输送装置分别按照术前准备基础时长、术中基础时长、缝合基础时长、整理基础时长以及术后清洁基础时长进行运作。
进一步地，所述洁净阶段设定模块还包括净化功率阶段设定策略，所述净化功率阶段设定策略包括：分别给术前准备阶段、麻醉等待阶段、术中阶段、缝合阶段、整理阶段以及术后清洁阶段设置术前准备净化系数、麻醉等待净化系数、术中净化系数、缝合净化系数、整理净化系数以及术后清洁净化系数；
然后将术前准备净化系数、麻醉等待净化系数、术中净化系数、缝合净化系数、整理净化系数以及术后清洁净化系数分别与净化功率相乘得到术前准备净化功率、麻醉等待净化功率、术中净化功率、缝合净化功率以及整理净化功率；
再按照术前准备净化功率、麻醉等待净化功率、术中净化功率、缝合净化功率以及整理净化功率控制净化装置分别按照术前准备基础时长、术中基础时长、缝合基础时长、整理基础时长以及术后清洁基础时长进行运作。
进一步地，所述智能调节模块配置有智能调节策略，所述智能调节策略包括：设置手术起始操作按钮、模式切换操作按钮以及模式增加调节按钮；
将术前准备阶段、麻醉等待阶段、术中阶段、缝合阶段、整理阶段以及术后清洁阶段按照时间由前至后进行排序，当操作人员启动手术起始操作按钮时，分别控制空气调节装置、空气输送装置以及净化装置按照阶段排序对应的基础时长进行运作；
当实际的阶段时间小于对应的基础时长时，通过模式切换操作按钮切换至下一阶段；当实际的阶段时间大于对应的基础时长时，通过模式增加调节按钮增加当前阶段的运行时长。
本发明的有益效果：本发明首先通过室内外环境获取模块能够获取手术室内部和外部的环境参数的数据；再通过洁净参数设定模块能够对室内外环境获取模块获取到的数据进行处理，并得到洁净执行模块的运行参数；通过洁净阶段设定模块能够基于手术数据库存储的手术时长进行洁净阶段的运行参数设定；最后通过智能调节模块能够基于手术阶段的变化进行洁净执行模块的运行参数调整；该方法能够保证洁净执行模块中的设备的运行功率满足手术过程每个阶段的洁净需求，同时能够有效提高洁净耗费的资源的利用率，降低洁净所需能耗。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的节能系统的原理框图；
图2为本发明的室内外环境获取模块的原理框图；
图3为本发明的洁净参数设定模块的原理框图；
图4为本发明的洁净执行模块的原理框图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
请参阅图1-图4所示，一种基于碳中和的洁净室数智化节能系统，通过对手术室的内外环境进行获取分析，并针对手术过程划分阶段，根据实际需求调整空调系统的运行参数，在保证洁净达标的同时，降低了空调系统的能源浪费，以解决现有的洁净手术室的能源损耗严重，调控不够合理的问题；节能系统包括手术数据库、室内外环境获取模块、洁净参数设定模块、洁净阶段设定模块、智能调节模块以及洁净执行模块；其中，洁净的功能实现通过洁净执行模块来达到，洁净执行模块包括空气调节装置、空气输送装置以及净化装置；空气调节装置包括温度调节单元以及湿度调节单元，温度调节单元用于调节输入空气的温度，湿度调节单元用于调节输入空气的湿度；空气输送装置包括空气输入单元和排放单元，空气输入单元用于输入空气，空气输入单元给手术室内提供新风，排放单元用于排放空气，排放单元将手术室内的空气排出；净化装置用于将空气输入单元输入的空气进行净化处理，净化装置的空气输出端与空气调节装置的空气输入端相连接。
具体地，在实施过程中，温度调节单元采用空调设备，湿度调节单元包括加湿设备和除湿设备；空气输送装置采用通风扇；净化装置采用空气净化器。
其中，手术数据库内存储有若干类型手术的手术时长；室内外环境获取模块用于获取手术室内部和外部的环境参数的数据；洁净参数设定模块用于对室内外环境获取模块获取到的数据进行处理，并得到洁净执行模块的运行参数；洁净阶段设定模块用于基于手术时长进行洁净阶段的运行参数设定；智能调节模块用于基于手术阶段的变化进行洁净执行模块的运行参数调整。举例而言，某城市：在冬季时：室外温度为-6.5℃，相对湿度为30%（天数为121）；所对应的每千立方米/小时流量的新风处理能耗（处理至温度18℃，湿度等效为：22℃和45%的相对湿度）为：升温功率：10kw，加湿功率：18.7kw；在夏季时：室外温度为29.9℃，相对湿度为62%（天数为70）；每千立方米/小时流量的新风处理能耗（湿度等效22℃和45%的相对湿度）为：降温除湿功率：13kw（按制冷综合效能2.5折合电功率5.2kw）；典型情况下，一间特别洁净手术室（常称为百级），其通风量为9500立方米/小时，对应的通风扇运行功率为6.5kw。
实施例一
实施例一种提供了一种对手术室内的温度和湿度进行控制的方法，即对空气调节装置进行控制的方法，具体的方案为：室内外环境获取模块包括室内环境获取单元以及室外环境获取单元，室内环境获取单元包括室内温湿度传感器以及室内人员获取子单元，室内温湿度传感器用于获取手术室内的室内温度和室内湿度；室内人员获取子单元配置有室内人员获取策略，室内人员获取策略包括如下步骤：
步骤S11，在手术室的入口处和出口处分别设置入口红外传感器和出口红外传感器，并对入口红外传感器获取到的进入人员数量进行统计，对出口红外传感器获取到的离开人员数量进行统计，用进入人员数量减去离开人员数量再加一得到手术室内人员数量；其中，在具体的实施过程中，手术室内人员数量会影响手术室内的环境，人数越多，需要的通风量也越大，也会使手术室内的温度升高，因为每个人的体重不同，所产生的热量、呼吸量也不同，所以人员的数量不需要十分精确，只需要一个大概数字即可，因此基于手术室内的人员数量也只需根据一个近似量进行调整即可；通过本方案中的室内人员获取策略获取到的手术室内人员数量允许存在一定的误差，例如：当两个人同时进入时，此时对于进入人员数量的增加量可能会显示为1，但是这一误差对于整体的洁净执行模块的设备运行参数的影响较小，通过室内人员获取策略得到的手术室内人员数量仅仅作为设备运行功率的增加量，该误差可以被允许；同时，具体实施过程中，可以在室内外环境获取模块中设置有人员手动输入按钮，通过人员手动输入按钮能够手动输入手术室内的人数，用于对手术室内的人数进行校正；
室外环境获取单元包括室外温湿度传感器，室外温湿度传感器用于获取手术室外的室外温度和室外湿度。
洁净参数设定模块包括温湿度参数设定单元，温湿度参数设定单元配置有温湿度参数设定策略，温湿度参数设定策略包括如下步骤：
步骤S211，首先将室内温度和室外温度代入到温度补充公式中求得温度补充系数；温度补充公式配置为： ；其中，Xwb为温度补充系数，T n为室内温度，T w为室外温度，温度单位采用摄氏度；在温度补充公式中，当温度大于等于25度时，此时需要进行降温处理，当温度小于25度时，需要升温处理，由于降温和升温所需的能耗不同，因此需要通过两个表达式来计算得到；
步骤S212，将室内湿度和室外湿度代入到湿度补充公式中的湿度补充系数；湿度补充公式配置为： ；其中，Xsb为湿度补充系数，S n为室内湿度，S w为室外湿度；在湿度补充公式中，对于湿度的计算和获取通常采用相对湿度的概念，当湿度大于45%时，需要进行除湿处理，当湿度小于45%时，需要进行增湿处理，除湿和增湿所需的能耗不同，因此也需要通过两个表达式来计算得到。
步骤S213，再将温度补充系数和湿度补充系数代入到温度调节计算公式中求得温度调节单元的温度运行功率；温度调节计算公式配置为： ；其中，Wwt为温度运行功率，w1为第一转换系数，w2为第二转换系数，且w1大于w2；在进行温度运行功率的计算过程中，温度补充系数的权重一定是大于湿度补充系数的权重的，因此w1大于w2；将温度补充系数和湿度补充系数代入到湿度调节计算公式中求得湿度调节单元的湿度运行功率；湿度调节计算公式配置为：
；其中，Wst为湿度运行功率，w3为第三转换系数，w4为第四转换系数，且w4大于w3。在进行湿度运行功率的计算过程中，湿度补充系数的权重一定是大于温度补充系数的权重的，因此w4大于w3。
实施例二
实施例二中提供了一种用于空气输送装置以及净化装置分阶段进行控制的方法，具体的方案为：手术数据库配置有手术时长阶段划分策略，手术时长阶段划分策略包括如下步骤：步骤A1，
首先将手术阶段划分为术前准备阶段、麻醉等待阶段、术中阶段、缝合阶段、整理阶段以及术后清洁阶段；
步骤A2，然后对术前准备阶段、麻醉等待阶段、术中阶段、缝合阶段、整理阶段以及术后清洁阶段分别设定术前准备基础时长、术中基础时长、缝合基础时长、整理基础时长以及术后清洁基础时长。
具体地，在实际的运行过程中，如下的手术过程洁净需求表能够用于洁净需求方面的对应参考：
由上表可以看出，在手术过程中，不同的阶段对于洁净的需求是不同的，其中，洁净度需求可以对应到净化装置和空气调节装置的运行参数上，通风量和新风量对应空气输送装置的运行参数上，上表中的手术进程由左至右分别对应本方案的术前准备阶段、麻醉等待阶段、术中阶段、缝合阶段、整理阶段以及术后清洁阶段。
洁净参数设定模块还包括通风参数设定单元，通风参数设定单元配置有通风参数设定策略，通风参数设定策略包括如下步骤：
步骤S221，将手术室内人员数量、温度运行功率和湿度运行功率代入到空气输送计算公式中求得空气输送功率；空气输送计算公式配置为： ；其中，Wks为空气输送功率，Sry为手术室内人员数量，w5为通风功率转换系数，w5根据空气输送装置的正常运行功率进行设置。
步骤S222，洁净参数设定模块还包括净化参数设定单元，净化参数设定单元配置有净化参数设定策略，净化参数设定策略包括：将手术室内人员数量、温度运行功率、湿度运行功率以及空气输送功率代入到净化计算公式中求得净化功率；净化计算公式配置为： ；其中，Wjh为净化功率，w6为净化转换系数，w6根据净化装置正常状态下的运行功率进行设置。
对于空气输送装置的控制方案为：洁净阶段设定模块包括通风功率阶段设定策略，通风功率阶段设定策略包括如下步骤：
步骤S311，分别给术前准备阶段、麻醉等待阶段、术中阶段、缝合阶段、整理阶段以及术后清洁阶段设置术前准备通风系数、麻醉等待通风系数、术中通风系数、缝合通风系数、整理通风系数以及术后清洁通风系数；
步骤S312，然后将术前准备通风系数、麻醉等待通风系数、术中通风系数、缝合通风系数、整理通风系数以及术后清洁通风系数分别与空气输送功率相乘得到术前准备通风功率、麻醉等待通风功率、术中通风功率、缝合通风功率以及整理通风功率；
步骤S313，再按照术前准备通风功率、麻醉等待通风功率、术中通风功率、缝合通风功率以及整理通风功率控制空气输送装置分别按照术前准备基础时长、术中基础时长、缝合基础时长、整理基础时长以及术后清洁基础时长进行运作。
对于净化装置的控制方案为：洁净阶段设定模块还包括净化功率阶段设定策略，净化功率阶段设定策略包括如下步骤：
步骤S321，分别给术前准备阶段、麻醉等待阶段、术中阶段、缝合阶段、整理阶段以及术后清洁阶段设置术前准备净化系数、麻醉等待净化系数、术中净化系数、缝合净化系数、整理净化系数以及术后清洁净化系数；
步骤S322，然后将术前准备净化系数、麻醉等待净化系数、术中净化系数、缝合净化系数、整理净化系数以及术后清洁净化系数分别与净化功率相乘得到术前准备净化功率、麻醉等待净化功率、术中净化功率、缝合净化功率以及整理净化功率；
步骤S323，再按照术前准备净化功率、麻醉等待净化功率、术中净化功率、缝合净化功率以及整理净化功率控制净化装置分别按照术前准备基础时长、术中基础时长、缝合基础时长、整理基础时长以及术后清洁基础时长进行运作。
实施例三
实施例三在实施例一和实施例二的控制基础上，根据实际的手术过程对空气调节装置、空气输送装置以及净化装置进行控制。
智能调节模块配置有智能调节策略，智能调节策略包括如下步骤：
步骤S41，设置手术起始操作按钮、模式切换操作按钮以及模式增加调节按钮；
步骤S42，将术前准备阶段、麻醉等待阶段、术中阶段、缝合阶段、整理阶段以及术后清洁阶段按照时间由前至后进行排序，当操作人员启动手术起始操作按钮时，分别控制空气调节装置、空气输送装置以及净化装置按照阶段排序对应的基础时长进行运作；
步骤S43，当实际的阶段时间小于对应的基础时长时，通过模式切换操作按钮切换至下一阶段；当实际的阶段时间大于对应的基础时长时，通过模式增加调节按钮增加当前阶段的运行时长。
其中，在智能调节策略中还设置有手术结束按钮，启动手术结束按钮后表示手术所有流程已经结束，然后空气调节装置、空气输送装置以及净化装置保持一个预设的基础低功率进行运行即可，能够极大的降低运行过程的能源损耗。
工作原理：首先通过室内外环境获取模块能够获取手术室内部和外部的环境参数的数据；再通过洁净参数设定模块能够对室内外环境获取模块获取到的数据进行处理，并得到洁净执行模块的运行参数；通过洁净阶段设定模块能够基于手术数据库存储的手术时长进行洁净阶段的运行参数设定；最后通过智能调节模块能够基于手术阶段的变化进行洁净执行模块的运行参数调整；能够保证洁净执行模块中的设备的运行功率满足手术过程每个阶段的洁净需求，同时能够降低能源损耗。
在本申请的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质上实施的计算机程序产品的形式。其中，存储介质可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器（Static RandomAccess Memory, 简称SRAM），电可擦除可编程只读存储器（Electrically ErasableProgrammable Read-Only Memory, 简称EEPROM），可擦除可编程只读存储器（ErasableProgrammable Read Only Memory, 简称EPROM），可编程只读存储器（Programmable Red-Only Memory, 简称PROM），只读存储器（Read-OnlyMemory, 简称ROM），磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
上一条：一种利于回风的洁净室猫道下一条：一种可改善湍流效应的温湿度调控型洁净室