某医院临床医学中心项目的空调系统设计

2021-12-26朱喆

建筑热能通风空调 2021年11期

朱喆

上海建筑设计研究院有限公司

医疗建筑空调系统是维持医疗建筑正常运行的保障。近年来，随着城市的扩张，为了提高人民的生活水平，综合性医院数量迅速增加，医疗功能也日趋完善，空调系统需要与时俱进，在安全、可靠、灵活、节能等方面做好文章。

1 工程概况

某医院临床医学中心项目规划床位800 张，工程建设地点位于上海，包括门急诊医技及病房楼、后勤楼。地上建筑面积约97000 m2，地下建筑面积约32000 m2。总建筑面积129000 m2，共11 层，建筑总高度约53 m，设置一层地下室（局部设有夹层）。本项目已于2018 年投入使用，并连续2 年承担了进博会的保障任务。

2 空调系统设计

2.1 室外设计参数

室外设计参数如表1 所示：

表1 上海室外设计参数

2.2 室内设计参数

主要房间室内设计参数如表2 所示：

表2 主要房间室内设计参数

2.3 冷热源的配置

2.3.1 园区能源中心的合理利用

项目所在的园区内设有分布式能源站，可向入驻园区的单位供应空调冷（热）水、生活热水，能源站供冷、供热情况详见表3。本项目内设置板式换热器作为全年主要的空调系统冷热源，板换一次侧与园区供能管网连接。能源站和本项目的分界点为板式热交换器一次侧前的供回水管阀门处，分界点之前的输配管网、阀门、计量装置、计量控制柜等均由能源站负责建设[1]。

表3 能源中心供冷、供热情况

项目全年的冷热负荷经过逐时计算，详见表4。医院负荷的特点是全年同时存在冷、热负荷，而从表3 可以看到，能源站在夏季无空调热源，不能满足医院的使用要求。为了解决这个矛盾，供热板换一次侧需要进行季节切换。板换一次侧的连接方案为：供冷板换全年接能源站的第一路水管（空调冷源）。供热板换在5 月至10 月接第二路水管（生活热水热源）、11 月至次年4 月接第三路水管（空调热源）。

表4 本项目使用园区能源中心区域的最大冷热计算负荷负荷

医院的洁净区、中心供应均需使用蒸汽，园区能源站无蒸汽供应，因此，本项目需单独设置蒸汽锅炉房。经过计算，空调加湿、中心供应、厨房蒸汽总耗量为2.25 t/h。采用2 台燃气蒸汽锅炉，每台锅炉额定产汽量为1.5 t/h。锅炉的烟囱排出口设在病房楼屋顶，以避免锅炉废气对院区的影响。

2.3.2 辅助冷热源的设置

为了确保手术区和ICU 空调系统冷热源的可靠性，在门急诊医技及病房楼四层屋面预留四台冷量为630 kW 的风冷热泵机组放置场地和电量，如园区能源中心供能可靠性不能满足医院运行要求，将风冷热泵作为净化空调系统的备用冷热源。。

后勤楼位于基地的东北侧，与门急诊医技及病房楼独立分开，相距约为90 m，为了节约水系统的输送能耗，减少室外埋管的数量，后勤楼的空调系统采用变制冷剂流量多联式空调系统，室外机安装本楼屋面，室内机采用超薄型风管机。

地下室的直线加速、射波刀、影像科大型医疗机房（MRI、CT、DR 等）、二层检验科、一层急救区域CT、DR 检查室、控制室等房间，其空调系统需满足特定的温湿度限定、使用时间不一致、空调负荷差异大和灵活控制等要求，因此采用多联机空调系统+新风空调箱的形式。

2.4 空调水系统设计

空调水系统为一级泵变流量闭式机械循环系统。一级泵系统的水泵设置方法有两种：一套水泵服务于不同区域和多套水泵服务于不同区域。本项目中门急诊医技及病房楼可分为三个功能区——病房楼、门诊医技楼、重要区（手术区、ICU、急救），三个功能区最不利末端离冷热源机房的距离基本相等，水管路阻力相差较小，采用一套共用空调水泵的方式，可以节约机房面积和投资。水泵均为变频控制，台数按3 大2 小的进行搭配，负荷高峰时间段运行大流量水泵，部分负荷时则运行小流量水泵，节约水泵能耗。

空调水系统为二管制和四管制相结合的系统（图1）。病房楼形状窄长，病房靠外墙布置，有可开启外窗，空调冷热需求随着季节变化。内区是医生办公室、治疗室、护士台等配套医疗用房，这些房间发热量小不需要全年供冷，因此采用二管制空调水系统以节约投资。医技、门诊区域、洁净手术部体型较大，有大量的内区存在，采用四管制水系统满足室内温湿度需求。

图1 空调水系统示意图

2.5 空调通风系统设计

本项目的空调通风系统设计着重在以下四个方面做了考量。

2.5.1 内区门诊诊室的空气品质改善

普通门诊诊室（指非传热门诊、发热门诊诊室）是医护人员和病人密集并直接接触的地方，也是通过空气交叉感染的高危场所，在“新冠肺炎”疫情初期不少武汉医生是在门诊接诊时被患者感染到的，因此，改善门诊诊室的室内空气品质特别重要。

风机盘管+新风系统是门诊诊室采用最多的系统。其优点是使用灵活、系统简单、造价低，但由于风机盘管过滤效率低、新风量缺乏平衡调节导致的风量分配不均等因素，在诸多医院门诊诊室出现空气品质欠佳、二氧化碳浓度过高等问题[2]。本项目门诊诊室设置在内区，房间无自然通风的条件，室内空气流通性差，可能会凸显风机盘管+新风系统存在的问题（本项目于2014 年前设计，风机盘管采用粗效过滤网）。

空调箱全空气空调系统具有过滤效率高、新风量可调的特点，可确保室内的优良空气品质，但风管尺寸较大存在安装难度，并且如采用定风量系统则难以实现各房间的温度独立控制，如采用变风量系统则投资过大、控制系统复杂。经过研究分析，在内区诊室采用风机盘管+空调箱全空气定风量系统的非常规空调方式，该方式结合了两种空调系统的优点，增强了诊室空气过滤性能，新风风量可根据室内二氧化碳浓度调节。由于风机盘管的结合，使得全空气送风风管尺寸小，系统投资增加有限。风机盘管+空调箱全空气定风量系统的具体设计过程分析如下：

空调箱全空气定风量系统承担诊室内的较稳定负荷，如照明负荷、电脑等设备负荷和室内湿负荷，风量按室内换气次数6 次/h 确定。空调箱新风量按规范规定的2h-1设计，但可按全新风工况运行，在过渡季节诊室可实现全面通风，节约运行能耗。在疫情时，可全新风运行，换气次数达6 次/h，室内新风量可以满足呼吸道传染病医院门诊的要求，排风量与新风量可同步变化[3]。风机盘管主要承担人员显热负荷，当诊室内人员数量发生变化时，风机盘管起到“调峰”作用。诊室的空调风系统布置详见图2，空调系统示意详见图3。由于原则上风机盘管仅承担人员显热负荷，诊室内风机盘管无冷凝水产生或者仅少量冷凝水量，降低积水盘潮湿滋生细菌的风险。空调箱过滤器配置为G4+F8，当室外PM2.5 的浓度为250 μg/m（3重度污染）时，室内的PM2.5 浓度为65 μg/m3，可达到公共建筑室内空气质量四级标准。

图2 单个诊室的设备、风口布置图

图3 系统示意图

2.5.2 地下室重要医疗用房的湿度控制措施

本项目在地下一层设有影像科大型医疗机房（MRI、CT、DR 等）、放疗科的直线加速器、射波刀、地下室核医科SPECT 等贵重的医疗设备，物资药库和阴凉药库等，这些房间均有一定的湿度控制要求。上海地下室通常比较潮湿，上述房间一旦湿度过高，将导致医疗设备不能正常运行，药品变质，人员舒适性较差等问题，空调设计时应重视以上房间的湿度控制。

冷冻除湿、溶液调湿和转轮除湿是常见的湿度控制的方式。与其他二种除湿方式相比，溶液调湿具有能耗低，湿度控制精确等优点，通过溶液喷洒可除去空气中的尘埃、细菌、霉菌等有害物质。因此，以上房间采用多联机空调系统+溶液调湿新风系统的空调方式，溶液调湿新风机组负责承担全部新风负荷和室内湿负荷，多联机空调承担室内显热负荷。

2.5.3 发热门诊直流式空调系统的节能措施

发热门诊位于门急诊医技及病房楼一层的西侧，有独立对外的出入口，不与其他区域连通。为了防止通过空调系统发生交叉传染，发热门诊采用直流式空调系统，新风换气次数达12 次/h。发热门诊空调运行时间长，全新风冷热处理所需能耗较大，如对排风中的能量进行回收利用将有利于降低能耗、节约运行费用。适用于发热门诊能量回收方式首先要确保新排风不能直接接触、混合，因此，选择自带压缩机的冷凝排风一体机作为发热门诊的空调处理装置，该设备在进行新风冷热处理时，室内排风通过冷凝器，回收排风中的能量，室外新风通过蒸发器，排风与新风通路完全隔绝。该机组与非冷凝排风的直膨型新风机组比节能20%～30%。

2.5.4 病理科工艺排风系统的设计

病理科承担着病理诊断工作，由于工艺要求，通风柜数量较多，且室内会有甲醛、二甲苯、丙酮等有害气体，因此，需要合理设置病理科的新排风系统。本项目中病理科通风柜数量和风量要求详见表5。病理科的切片室（内设脱水、包埋、染色室）、冰冻取材室、常规取材室、冰冻诊断室和切片、蜡块室等均采用直流式空调系统，房间保持负压，避免气味外溢到其他房间。设计将通风柜与室外排风机一一对应，并联锁开启。设有通风柜的房间内另设常规排风系统，保持连续运行，排除房间内滞留的有害气体。

表5 病理科通风柜参数

3 运行数据及问题分析

3.1 运行数据

本项目已经经历了完整的一个空调系统运行周期，项目从2018 年11 月～2019 年10 月的单位面积耗冷量和耗热量详见图4 和图5。从运行数据看，综合性医院全年需要供冷，夏季7 月～9 月耗冷量最大，三个月的耗冷量之和占全年耗冷量的52%，最高值在8 月出现，最低值在2 月出现，前者是后者的5.6 倍。冬季的统计数据由于包括了生活热水，因此，冬季高峰是夏季低谷值的约2.4 倍，12 月～次年的3 月耗热量最大，四个月的耗热量之和占全年耗热量的48%。

图4 每个月的单位面积耗冷量

图5 每个月的单位面积耗热量

3.2 运行中问题及处理方法

整个项目空调系统运行良好，基本上满足医院营运所需的空调要求。由于装修配合和安装不够精细，个别房间出现冬季温度偏低和设备振动的问题。

3.2.1 教授餐饮区域冬季室内不热

教授餐厅位于地下一层职工餐厅内，吊顶形式为格栅，餐厅南侧为玻璃幕墙，室外为下沉庭院。教授餐厅和职工餐厅共用一个全空气系统，餐厅布局和局部剖面见图6 和图7。

图6 餐厅布局图

图7 局部剖面图

12 月份，现场测得的送风温度是29 ℃，室内温度在15 ℃左右。站在教授餐厅的幕墙边明显感到渗透的冷风。经过分析可知，室内温度低可能是两方面的原因造成的。一是幕墙的密封性差，使得餐厅内外的空气直接流通，室外的渗透风增加了餐厅的空调负荷。另外，教授餐厅送风口贴附在格栅吊顶上，送风风速过低导致热风无法送至餐厅内，而直接流通到职工餐厅吊顶空腔内。

根据上述分析采取以下措施：幕墙有缝隙处用石膏板进行密封。教授餐厅和职工餐厅吊顶中间用板隔断。加大教授餐厅的送风量和提高风口送风速度。经过改造后，教授餐厅冬季室内温度达到设计温度。

3.2.2 后勤楼顶层有管道振动声音

后勤楼顶层一台卫生间排风风机运行时，下一层的卫生间及周边的吊顶内有明显的管道振动噪音。现场查看时发现屋顶风机的出风管未作变径，直接45°弯向地面，出口离地很近，出口风速约为10 m/s。初步判断是风机出风不畅引起风机噪音加大，管道振动。将风机出口改为扩口，保证出风口的风速为4 m/s 左右，出风方向由朝向地面改为朝向前方，改造后下层管道无噪声和振动。