医院空调设计中几个问题探讨

[摘要] 本文探讨了现代化医院空调设计中的新风量取值标准、末端设备的选择、提前供暖与空调冷热源等问题。

[关键词] 医院 空调 新风量 提前供暖 冷热源

[Abstract] This paper discusses the modern hospital in the volume of outdoor air-conditioning design value criteria, the choice of terminal equipment in advance heating and air conditioning cold and heat source and so on.

[Key words] Hospital, air conditioning, early heating, cold and heat source

引言

随着我国综合国力日益增强和人民生活水平不断提高,人们对医院就医环境的要求越来越高,同时,医院作为一个特殊的服务性机构,由于激烈的市场竞争,促使医院更加注重增加室内建筑环境投资。近年来,医院建设发展很快,就湖北武汉地区而言,同济、协和、省人民医院、省中医院等许多大、中型医院先后兴建了高层门诊楼、住院部,这些建筑全部设有中央空调系统,一些旧的医疗建筑也增设了空调系统。甚至有些县级医院也兴建了近千平方米的洁净手术室,少数手术室还可进行脏器移植手术。

在现代化医院中,暖通空调系统所占投资比例越来越多,所起的作用越来越大,尤其是洁净空调系统应用越来越广,洁净度级别越来越高。但从已竣工并投入使用的医院空调工程来看,由于某些设计参数取值不当,空调方式及空调系统划分不太合理,设备选配不合适或无合适的末端装置可供选择,导致一些工程空调效果不尽人意,能源浪费严重等,本文针对这些问题作了探讨。

一、普通病房的新风量

长期以来,病房空气品质很差,病人往往只能被动接受,设计人员也未引起足够重视。空调病房一般门窗紧闭,病人的排泄物、药剂,消毒剂等挥发的气味弥漫于空气中,地面清扫及床铺整理时扬尘、人们的喷嚏和咳嗽飞沫污染等都造成了室内空气污浊,引起病人之间互相感染,直接感染包括呼气、口腔飞沫直接进入他人呼吸道的感染,间接感染多是由于附着病源细菌的灰尘被人体吸入而引起的感染。病人和医护人员常感到胸闷、气短,抱怨病房新风量不足。

在工程设计中,许多设计人员不分病房类型,通常机械地将医院病房按照普通旅馆客房这类舒适性空调系统的模式进行设计,新风量取用20～30m3/(h·病人)或40m3/(h·床)左右,客观上遗漏了病人的陪护人员(指亲友陪伴与护理人员)所需新风量。从我国许多医院多年的的实际情况来看,病人有陪护人员是不争的事实,少则一人,多则数人。同时,病人基本上24h都在病房,这也不同于旅馆客房。因此,笔者认为病房不能按旅馆客房的新风量标准取值,不同类型的病房实际所需的新风量不同,而且由于陪护人员的实际存在,某些病房之间的新风量可能相差较大。

在文献中只规定了在无吸烟情况下室内最小新风量为17m3/(h·人),而未给出推荐值,文献对病房新风量未作明确规定,文献所推荐的新风量虽按病房不同类型取值,但似乎未考虑陪护人员所需新风量,取值显得太小。在无吸烟情况下,美国供暖制冷空调工程师学会标准(ASHRAE)所推荐的新风量为32.4m3/(h·人),最小新风量为25.2m3/(h·人)。但这一数值仍不太符合我国普通医院实际情况,主要原因是我国医院(含病房)中各类人员较多,门庭若市。

笔者通过工程实践认为,普通成人病房经加权平均后,每个床位按1/3～1/2个陪护人员考虑较合适,陪护人员的新风量取30m3/(h·人),病人新风量取40m3/(h·病人),则每个成人病床的新风量为50～55m3/(h·床);对儿童病房可考虑每个床位1个陪护人员,陪护人员的新风量一般可取30m3/(h·人),儿童病人的新风量也取30m3/(h·病人),则每个儿童病床的新风量为60m3/(h·床);传染病房可不考虑陪护人员,其新风量为40m3/(h·床)。这样,病房中合理的新风供给,既可满足病人和陪护人员的生理需要,又可稀释病房空气中的污染物,以至最后排除污染物。但是,目前有少数医院由于建设资金不足,只设置了风机盘管系统用于冬夏室温调节,而没有设置独立新风系统有组织地向病房送新风,这是很不合适的。

二、普通病房的空调系统

除白血病房、烧伤病房等无菌病房外,医院普通病房的空气处理属于舒适性空调范畴。设置合理的空调系统及选用合适的空调末端设备,能有效地控制病房内的空气温湿度、送回风速度、细菌含量等参数,防止交叉感染,提高患者抗病能力,促进病人早日康复。目前,我国医院普通病房的空调系统,绝大多数采用风机盘管加独立新风方式。在这种空调方式中,新风机组往往根据房间使用功能及楼层不同分别分层设置,室外引入的新鲜空气经新风机组集中处理后,通过风管送至各病房。原则上讲,这种空调系统基本符合我国国情,是合适的。

首先,由于采用了风机盘管,这种空调系统的优点显而易见。即有较好的隔离性使得各病房之间空气互不串通,减少了病人交叉感染的机会;有较好的灵活性和可调节性,可根据需要随时开、停风机盘管,或自行调节送风温度与送风量,当房间无病人时还可方便地关掉风机盘管,而不影响其他房间,从而节省运行费用。

但是存在的不足也很明显,由于风机盘管常处于湿工况下运行,盘管湿表面很容易滋生细菌和病毒,常成为室内的细菌源和尘埃源。当开启风机盘管后,室内细菌浓度明显升高;风机盘管控制开关的触摸感染;空调送风温差较大,到达病床时风速高,病人体质弱,故舒适性稍差;特别是很多工程将新风支管接至风机盘管尾部回风口附近而未直接将新风送入房间,造成新风通过风机盘管表冷器时二次污染。此外,当风机盘管未与新风机组同时工作时,会造成冬季室内相对湿度偏低,故这种空调系统不能用于全年室内湿度有要求的地方。就现阶段而言,由于国内尚未开发出专用于医院普通病房的风机盘管,暂可利用高静压的风机盘管,在其出风口增设适当的空气过滤装置,以减少细菌和尘埃对室内污染。

其次,很多工程采用的吊柜式新风机组,只在新风进口设置了简单的空气过滤器过滤灰尘,阻挡鼠、雀和昆早等进入,但事实上很多过敏物质(如植物花粉)经空气过滤器、表冷器后,被直接送入室内,成为室内新的过敏源,加重过敏体质者的病情,尤其是哮喘、肺气肿病人最为突出。同时,新风机组湿工况运行,也存在象风机盘管一样的弊端。因此,在新风机组出风口宜增设中效空气过滤器,在可能的情况下,增加新风机组相关的辅助功能(如灭菌、消毒等)。

在这方面,光触媒技术具有独特的优势。光触媒材料在紫外线的照射下可产生游离电子及空穴,因而具有很强的光氧化还原功能,可氧化分解各种有机化合物和部分无机物,能破坏细菌的细胞膜和固化病毒的蛋白质,具有极强的防污、灭菌和除臭功能,并可再生使用,其在医院空调领域的应用值得更进一步研究。

在新风系统中,还要注意新风机组的凝结水管出口应设置一定高度的水封,防止新风机组风压较高时送风带水。新风机组出风口的消声器类型宜为微穿孔式,而不宜选用流通断面上易积灰尘的其它类型消声器。与新风机组相连的帆布软接应浸泡防火漆或内表面涂蜡,以减少湿表面。

三、提前供暖

对综合医院而言,有些部门冬季需要提前供暖(又称“早期采暖”)和延迟停暖,如妇产科、婴幼儿保育室、危重病人监护室、手术室、放射拍片室等。在可能的情况下,设备专业设计人员应向工艺、建筑等专业提出要求,尽量将上述部门集中布置,这种集中包括水平方向的集中或垂直方向的集中,以便于供暖系统及管路的合理布置。

为了保证系统的可靠性并节省运行费用,这些部门应设专管供热。但是有些设计没有充分考虑这些部门供暖的特殊性,而是与其他病房或诊疗室空调系统合为一体,造成系统运行的极不方便和不经济,且实际效果并不理想,主要原因是提前供暖的热负荷小,管路损失相对较大。与此相反,有些设计将手术室等提前供暖部门从整个大的中央空调系统中割裂出来,单独配置了专用的风冷热泵供暖系统,造成空调工程投资增大。

实践证明,风冷热泵的冬季实际供水温度一般很难超过45℃,在除霜特别是夜间运行时制热效率下降较大,室内供暖温度有时难以保证(除非进一步加大风冷热泵的容量)。由于医院提前供暖的特殊性与重要性,故在长江沿岸及以北地区不宜把风冷热泵作为手术室等提前供暖系统的首选热源。

实际上,由于医疗器械消毒灭菌、衣物洗涤和食堂用热等需要,医院一般都设有容量较大的蒸气锅炉房,这样,可以充分利用其高压蒸气系统,通过热交换器置换出热水供给需要提前供暖的部门,这种方式灵活、方便、可靠、投资少,值得推广。

四、空调冷热源与节能

尽管空调系统的冷热源型式多种多样,但对医院而言空调冷热源应适应其独特情况。医院蒸气耗量很大,锅炉房客量大,且全年运行。我国医院锅炉房以燃煤为主,锅炉房一般为地面独立建筑,供热介质基本上是蒸汽。虽然锅炉房是全年供热,但每天的供汽是非连续性的,且冬、夏季蒸气用量差别大,这为利用吸收式制冷机组提供了方便。因此,一般而言,医院空调冷热源较合适的方式是“蒸气锅炉加蒸气型溴化锂吸收式制冷机”。对于以天然气、轻质柴油为锅炉房燃料的医院,也可采用直燃型吸收式制冷机为冷热源。

关于制冷机房的位置,与其它舒适性空调相比,也有不同之处。比如,有些医院的门诊楼、住院部等均为低层建筑,没有地下室可用,这时制冷机房可与地上燃煤锅炉房等动力站房毗邻布置;或与燃油(气)锅炉房合建,即底层为制冷机房,二层为锅炉房,屋顶布置冷却塔。如果医院为高层建筑,有地下室可用,可将制冷机房布置在地下室,但要充分考虑机房内设备噪声对上部建筑特别是住院部病房的影响,必须采取有效的消声减振措施。

据资料介绍,日本医院的所有能耗中,锅炉房能耗占70%左右(5)。从现实情况看,我国医院热能浪费惊人。有的工程用于冬季空调的热交换器布置在地下室,热交换后的凝结水接至地沟排放,或采用余压回水时,由于回水高程较大、管路长,跑、昌、滴、漏点多,造成大量的蒸汽凝结水流失并且二次蒸发,严重污染环境。锅炉房又须大量补充生水,消耗能源。笔者认为,可以将热交换后的凝结水集中排至设在地下室的凝结水箱,再用凝结水泵把水抽入锅炉房软化水箱,以充分回收余热,经济效益十分可观。通过采用电接点压力表,根据凝结水箱中设定的最高同、最低水位,控制凝结水泵的启、停,这样,凝结水泵可以间断运行。

结语

医疗建筑的使用功能十分复杂,不同于普通民用建筑。医疗建筑的空调是特殊型式的空调,不同于普通民用建筑空调。因此,病房的新风量取值标准、空调系统的型式、提前供暖系统及空调冷热源等都有其特殊性,所用的空气末端装置也应是具有不同功能的专用设备。良好的空调系统及室内建筑环境,有利于患者的治疗与康复,在特定情况下,还是保证诊疗过程顺利进行必不可少的条件。

反之,如果空调系统型式及标准选配不当,会有害于患者身心健康,加重病情,甚至成为疾病的传染源。在综合医院的空调设计中,既要充分考虑我国国情,因地制宜地确定空调系统型式及冷热源,又要以人为本,满足不同类型病人的舒适性要求,并注意空调系统的节能设计,同时,设备制造商也应尽早开发出优质高效、价格合理的医院空调专用设备,为病人提供一个舒适、优美的就医环境,共同促进我国医疗事业发展。

参考文献:

[1]GBJ19-87,采暖通风与空气调节设计规范[S].2001

[2]JGJ49-88,综合医院建筑设计规范[S]

[3]梅自力:医疗建筑空调设计[M].北京:中国建筑工业出版社,1991

[4]周俊彦:等医院病房空气处理设备选型值得探讨的几个问题[A].湖北暖通空调制冷学术年会论文集[C].2001

[5]殷平:空调设计[M].第2辑.长沙:湖南科学技术出版社,1997

郑万兵(1964-),男,教授、高级工程师、国家注册公用设备工程师、国家注册监理工程师、全国压力容器专业设计审核工程师、全国消防设施专项工程设计工程师。现任建筑环境与设备工程教研室主任。

1986年毕业于同济大学暖通空调专业,本科,工学学士。1986年～2001年,在煤炭部武汉设计研究院工作。历任暖通组组长、环保设计处副处长、院暖通专业技术负责人等,完成200多个建设项目的暖通空调和动力工程设计(研究),获部级奖5项、省级奖2项。2002年起在武汉科技学院任教,主讲建筑环境学、暖通空调等课程,承担科研项目8项,参与数十项重大工程建设项目的咨询、评审工作,发表学术论文30余篇。研究方向:①暖通空调工程设计理论及优化;②建筑环境空气质量控制技术。