综合性医院建筑电气设计要点探讨

何 玉 辉

(中冶南方工程技术有限公司, 湖北 武汉 430074)

0 引 言

新冠疫情爆发之后,各省市区加大了对医疗资源的建设力度。综合性医院科室众多,用电设备的类型各异,本文结合实际的工程项目,阐述了医院用电负荷计算的特点,确定了配电房和柴油发电机组的容量,对特殊医疗设备供电需求以及各专业科室照明需求进行了总结,并将医院建筑防雷和接地措施需要着重考虑的技术问题进行了说明,针对医疗建筑电气设计要点及需求方案进行了归纳总结。

1 项目概况

本项目位于某省会城市医疗资源相对较少的区域,按照三级甲等医院建设,该项目共有4个单体,其中门诊楼一为5层;门诊楼二、医疗技术楼、门诊大厅为4层;住院部为14层;传染感染楼为3层;液氧站为1层;锅炉房垃圾站为1层。

其中医疗技术楼情况如下:一层包含心电诊断科,脑电诊断科,肌电诊断科,放射影像科;二层包含超声影像科,医学检验科;三层包含眼科治疗中心(含日间手术),内镜检查科;四层包含血液透析室,多功能室。

传染感染楼情况如下:一层包含挂号收费,呼吸道患者门诊,非呼吸道患者门诊,感染科药房,感染科检验,B超,CT,留观病房;二层包含非呼吸道患者病房;三层为呼吸道患者病房。

地下室合计三层包含:设备机房,汽车停车位,库房,药材库、食堂、餐厅;污廊、太平间、医疗废弃用房;地下室除普通停车位外,还有机械停车位500个。根据该市规划局对公共建筑电动汽车车位的要求,按20%机动车位数配备电动汽车充电桩,本次共设置237个电动汽车充电桩。

2 负荷计算

根据《民用建筑电气设计标准》[1-2]及医院建筑的特点,本项目所有消防负荷及产房、重症监护室、早产儿室、手术室、术前准备室、术后复苏室、麻醉室等场所的设备及照明用电,婴儿室等的诊疗设备及照明用电为一级负荷特别重要负荷。

由于在项目设计过程中,各个科室无法准确地提供所有仪器清单,所以在前期配电容量计算时,需要收集同级别类型已建成的医院资料,参照计算设备的容量。

医院的公共区域一般都会进行二次装修,此处的预留电量也是难以准确计算的。除普通照明用电以外,开水间、卫生间内可能还有洗衣机、微波炉等用电设备,针对以上问题,进行负荷计算时,首先与院方进行深入的交流和沟通,确定各楼层各科室的大致需求;其次确定各科室单位面积参数指标。

如医技楼包含检查科室众多,设备仪器量很大,要根据设备使用特点计算容量,很多设备是断续工作制,要换算到统一标准下计算出整个医技楼所需的容量。根据文献[3]第1.2章节计算出装机容量一级负荷的容量为6 300 kW(包含消防负荷1 500 kW,计算变压器容量时不计入),其中一级负荷中特别重要负荷为1 455 kW;二级负荷(扶梯、空气净化机组、换热站等)功率合计约284 kW;三级负荷(一般负荷及照明等)功率合计约为3 590 kW。

根据各栋楼的负荷密度计算出所需要的供电容量,医院高低压配电系统单线图如图1所示。

图1 医院高低压配电系统单线图

从图1可以看出,为了减少风机、水泵、冷水机组等冲击性负荷起动时对医技设备的影响,医技设备由1#、2#变压器供电,冷水机组、冷却水泵、风冷热泵等冲击性设备由7#、8#变压器供电。

3 供电电源和配电房选址

本工程变配电所的供电电源由外部市政两处变电站分别引来。要保障医院的用电安全和可靠,两路10 kV电源互为热备用。正常运行时,主供1回供电容量为6 600 kVA,主供2回供电容量为6 600 kVA,当任意一电源失电时,另一路电源可以承担全部三级负荷、二级负荷、一级负荷、一级负荷中特别重要负荷容量。这也是医院作为关系生命安全的建筑,其两路10 kV供电采用100%备用区别于其他民用建筑之处。另外医院的二期规划需另引两路10 kV高压电源。

配电房的设置关系到整个医院的电气用电安全及保障,且医院的用电负荷级别很高,所需的配电容量较大。配电房面积内含高压柜、低压柜、变压器、电缆沟等内容,在配电房布置阶段与建筑、结构等专业会商,将其布置在整个地块的南侧,且房间一侧靠地下室外墙,便于市政高压进线。在地下室设置的配电房建筑完成面比地下室建筑标高300 mm,并且设置有门槛,以防止发生较大洪涝灾害时将配电所设备淹没。高、低压配电房内的设备统计如表1所示。

表1 高、低压配电房内的设备统计

4 柴油发电机房容量

当市政电源突然故障时,需要保障的用电负荷为所有二级及以上负荷用电,且需要为消防负荷供电。经计算需要的柴油机组容量为1600 kW。寻找合适的位置,在地下一层设置柴油发电机房,并将其排烟井通往地上建筑屋面。

发电机组设置自动和手动起动装置,当外部两路电源故障时,从变配电所发出失电信号至柴油发电机房,信号延时0～10 s起动机组,15 s内达到电压质量要求,投入额定负载运行,满足一级负荷中的特别重要负荷与消防负荷的供电需要。

机房内设置总储存量不大于1 m3的储油间,且储油量需要满足大于一整天满负荷运行的要求,而本项目用地情况紧张,无设置室外储油罐的条件。根据考察,距离医院2 km之内有一座正在使用的加油站,距离医院3 km之内还另有一座正在使用的加油站,燃油来源可靠且运输方便,故在本项目柴油发电机房室外预留供油口来满足紧急情况的供油需求。柴油发电机组供电系统图如图2所示。

对于要求供电间断时间t不大于0.5 s的手术室照明、重要医疗设备、电子信息设备机房等用电,采用在线式UPS作为应急安全电源,UPS应急供电时间不小于15 min,并与柴油发电机组配合使用。

5 特殊医疗设备的供电

医技楼的抢救室、血液透析室、心脑电诊断室、电梯等为二级及以上负荷级别,且设备特殊,故用电分别从配变电所引出专用回路供电,医技楼特殊设备供电干线图如图3所示。

需要注意的是,电源进线要滤除谐波,满足电压质量要求。

6 照明系统

本工程各场所照明标准值按《建筑照明设计标准》[4]选取,随着LED光源技术的发展,其眩光、均匀度都有很大进步。医院的一般照明均采用LED灯具。公共场所的照明采用智能照明控制系统。在照明配电箱中,均留有智能照明回路,经过总线接入智能控制模块,实时调节灯具满足节能减排、绿色环保建筑的要求。

医疗诊疗区域按照照度要求常规布置灯具,住院部各层病房走廊灯具不是居中布置,而是偏中线布置避免给躺卧的病人造成炫光。病房内在门口玄关处设置筒灯,床位设置吊顶灯具,床头设置壁灯且按钮就近床位距地1.2 m。智能照明控制配电系统图如图4所示。

图2 柴油发电机组供电系统图

保障项目满足消防要求,着重需要重视消防应急照明和疏散指示。《消防应急照明和疏散指示系统技术标准》[5]规定距地面8 m及以下应急照明灯具应采用A型灯具(即工作电压均不大于DC 36 V的消防应急灯具)。

消防应急照明在医院建筑中作为一级负荷中的特别重要负荷,由双重电源加柴油发电机供电,由于医院应急照明末端点位多,采用灯具自带蓄电池,当蓄电池衰减需要更换时,工程量非常大,因此本项目采用集中电源集中控制型应急照明系统。

医技楼和门诊楼的多功能会议室层高均大于8 m,消防应急照明设计时采用A型灯具和B型灯具结合的方式,小于8 m安装A型灯具(疏散指示和疏散出口灯具等),大于8 m安装A型安装时,配电回路末端压降过大,故在大于8 m以上安装B型灯具(AC 220 V),并满足疏散照度的要求。

图3 医技楼特殊设备供电干线图

图4 智能照明控制配电系统图

在消防安防控制室、电子信息机房、财务室、地下室的消防水泵房、自备柴油发电机房、变配电房、防排烟机房以及发生火灾时仍需正常工作的场所,设置了备用照明灯具,其照度不低于正常照明。

7 防雷及接地设计

医疗建筑有手术室、抢救室等特殊场所,其防雷电安全设计有特殊性,需要重点考虑。

医院属于人员密集场所,按照二类防雷等级设计,在各个建筑屋面敷设接闪带网格为12 m×8 m或10 m×10 m;本项目电子信息系统雷电防护按A级设置,为防止雷电感应引起的过电流、过电压对医疗设备的破坏,在地下室总配电房高压侧装设接闪器,在配电屏低压侧装设I级SPD,其冲击电流不小于20 kA(10/350 μs,Up≤2.5 kV,Uc为420 V);在电梯机房、各层总配电箱内装设Ⅱ级SPD;末端配电箱内装设Ⅲ级SPD,其标称放电电流不小于40 kA(8/20 μs,Up≤1.5 kV,Uc为420 V);此外屋顶的室外风机、冷水机组和泛光照明配电箱进线处也装设Ⅱ级SPD。

在施工安装时,为了防止管线上寄生电感对防雷电感应保护的影响,各级浪涌保护器SPD连接导线应短直,其连接至配电箱接线排的其长度不宜超过0.5 m,并固定牢靠。

医疗场所电气安全防护按照要求分为三类[6],二类是指医疗电气设备接触部件需要与患者体内接触、手术室以及电源中断或故障后将危及患者生命安全的医疗场所。二类医疗场所配电系统图如图5所示。

图5 二类医疗场所配电系统图

医院手术室、抢救室、ICU等医疗场所要采用IT接地系统,中性点对地完全隔离,系统负载中的外壳经PE线接地,即如果发生单相接地故障,由于泄漏的电容很大,对相线构成回路,其剩余电流非常小,不会危机患者生命安全;且设置的断路器只报警不动作,保障了医疗用电的持续性和患者安全。

另根据该市医疗机构医院感染重点部门建筑卫生学评审专家的建议,针对移动式医疗设备采用绝缘铜芯导线接地设计。该医院地下车库有机械停车位,为保证其安全,每组机械停车均设置辅助等电位端子板与地下室结构柱基础可靠接地。

8 结 语

医疗建筑中用电场所繁多且用电设备种类各异,进行负荷计算时,要依据设备使用类型、建筑类型进行容量计算。在设置变配电房和柴油发电机房、储油间时要考虑保障医院用电不间断的特点。对于手术室、新生儿室等特殊场所照明设计要考虑照度、炫光、洁净无菌等要求。二类医疗场所要着重进行局部的IT接地设计等。总之,供电容量设置合理、保障供电持续可靠、末端设备用电安全是医疗建筑电气设计的重点和关键。