医院建筑暖通空调系统设计问题及应对策略研究

吴雨施

在医院建筑的规划与设计中，暖通空调系统的应用较为关键。然而，现实中的设计实践常受到多种挑战的困扰，因此，本文旨在深入分析这些设计挑战，并提出相应的解决方案，以促进医院暖通空调系统设计的持续优化。

近年来，随着技术的发展和对环境友好型建筑的需求增长，医院暖通空调系统的设计日益受到重视。然而，当前设计实践中仍普遍存在诸如空气质量控制不足、能效低下、适应性和灵活性不足等问题。这些挑战不仅威胁到医院内的健康环境，还会出现能源浪费的情况。尽管近年来在技术和设计理念上有所进步，但如何有效地应对这些挑战，依然是医院暖通空调系统设计领域面临的关键问题。

一、医院建筑暖通空调系统设计问题

1. 设计不当引发的空气质量控制不足

（1）不合理的空气流向设计

不合理的空气流向设计会导致空气从污染区域（如排气口附近，或含有化学剂的实验室）流向清洁区域（如手术室，标准要求至少12次/小时的换气率）。例如，如果手术室的进风口设计在距离排气口仅5米的位置（标准建议至少保持15米的距离），污染空气则会被吸入到手术室。此外，重要区域的空气压力设置也需合理，如手术室的正压应保持在+2.5Pa至+5Pa，以防外部污染空气的侵入。

（2）通风量计算不足

对于医院建筑的暖通空调设计来说，需考虑到医院各区域对通风量的实际要求，以避免出现通风量计算不足的情况。

例如，病房区要求每小时至少4次的空气更换率，而手术室可能需要达到每小时15次以上的更换率。若设计时通风量计算基于每平方米建筑面积只提供5立方米的新风量，而实际上手术室每小时至少需要提供35立方米/平方米的新风量，这将严重影响空气质量。不足的通风量无法有效去除病房中的污染物和病原体，从而增加患者出现感染的风险。

（3）过滤系统选择不当

为确保医院空气达到规定要求，需合理选择过滤系统，若出现过滤系统选择不当的问题将无法有效去除空气中的细菌、病毒及其他微小颗粒，进而影响医院内部环境的洁净度。例如，如果系统中仅采用了MERV-8级别的过滤器，其对于0.3微米至10微米粒径的颗粒物捕捉效率仅为20%至70%，而对于医院环境，推荐使用至少MERV-14级别的过滤器，该级别可达到对0.3微米至1微米颗粒的85%以上捕捉效率。对于手术室等关键区域，则需要HEPA级别的过滤器，其对0.3微米颗粒的捕捉效率达到了99.97%。

2. 设计时若未充分考虑节能措施

（1）高效节能设备的缺失

医院暖通空调系统设计的核心之一，是需要对高效设备进行合理运用。比如，当选择制冷设备时，应优先考虑具有更高能效比（Energy Efficiency Ratio, EER）的设备。标准空调系统的EER一般在8至10范围内，而高效系统可达12至14。例如，对于需要5000 kW·h冷量的医院，采用EER为8的传统空调系统年耗电量为625000kW·h，而EER为14的高效系统年耗电量可降至357142kW·h。选择较低EER的设备则会显著增加能耗及运维成本。

（2）智能控制系统的缺乏

在现代医院建筑中，需合理控制集成智能系统，以实现能源的最优化使用。智能系统通过集成温度、湿度、CO 浓度等传感器，可动态调整HVAC系统的运行参数。例如，在标准负荷下，医院HVAC系统可能平均运行在70%的负荷率。通过智能控制，根据实时需求调整至50%或更低的负荷率，则会减少至少20%的能耗。若没有在设计阶段考虑集成智能控制系统存在，则会导致显著的能源浪费及增加长期运营成本。

3. 适应性和灵活性不足

（1）系统扩展性与模块化的缺乏

在设计医院暖通空调系统时，需考虑到医院未来所出现的扩建或功能调整的情况，以此确保系统设计达到扩展性与模块化的需求，但若设计时未预留足够的管道容量和空间以适应未来增加的空调负荷，则会导致后续扩建时需要进行昂贵的系统重构。一般情况下，系统应设计为可以轻易增加或减少模块，若缺少灵活性会限制医院未来的发展，增加改造成本。

（2）多功能区域适应性不足

医院内部有多种功能区域，如病房、手术室、实验室等，每个区域对温度、湿度、洁净度有不同的要求。设计时若未充分考虑这些区域的特定需求，则会导致系统无法有效适应各区域的变化。例如，若手术室和病房共用同一套空调系统，在没有独立的温度控制下，则会出现无法同时满足两者需求的情况。因此，设计应包含灵活调节各区域环境参数的能力，以确保满足医院不同功能区域的特殊需求。

表1 病房、手术室和实验室的温湿度要求

二、医院建筑暖通空调系统设计的应对措施

1. 解决空气质量控制不足

（1）优化空气流向和压力差设计

在暖通空调系统设计中，为保障医院内部空气质量达到实际要求，需在设计过程中，精确控制空气流向与压力差。首先，在设计时应确保清洁区域（如手术室）相较于污染区域（如废物处理区）维持一定的正压。其次，手术室应维持+5Pa至+10Pa的正压，以防止外部污染空气的渗入。相反，污染区域应保持-5Pa至-10Pa的负压，以限制污染物扩散。此外，空气供给口和排气口应合理布置，例如，排气口应位于建筑的下风向，且与进风口的水平距离不少于15米，以减少交叉污染的风险。最后，在复杂的医院环境中，还需通过优化设计，显著降低污染和感染的风险，最终保障医院内部空气达到规定要求。

（2）提高过滤效率和通风量

首先，为合理提高过滤效率，需选用高效的空气过滤系统，如HEPA滤器，其对0.3微米及更大尺寸颗粒的捕集效率达到99.97%。对于重要区域如手术室，可以考虑使用ULPA滤器，其对0.12微米颗粒的过滤效率高达99.999%。其次，需逐步增加通风量。例如，手术室的空气更换率应至少为每小时15次，而一般病房区域至少为每小时6次。对于一个100平方米的手术室，每小时至少需要1500立方米的新风量。通过提高过滤效率和通风量，可有效减少病房内的细菌、病毒及其他污染物的积聚，降低交叉感染的风险，为患者和医护人员创造出更为安全、舒适的环境。

2. 提高能效

（1）采用高能效比(EER)的设备

为合理提升医院暖通空调系统能效，需从选用高能效比(Energy Efficiency Ratio, EER)的设备开始。例如，相比于传统空调设备的EER值一般在8到10之间，现代高效空调系统的EER可以达到14值，在此其对于相同的冷却效果，高效设备的能耗则会有效减少。以需要5000千瓦时冷量的医院为例，使用EER为8的传统空调系统年耗电量约为625000千瓦时，而使用EER为14的高效系统则可减少至357142千瓦时。此设备选择的转变可以显著降低能耗和相关运营成本，同时减少碳排放。

（2）实施节能控制策略

在高效设备选用的基础上，还需实施节能控制策略。在此需通过智能控制系统对暖通空调系统进行精细管理。例如，可通过安装室内外温度、湿度传感器，以及人员存在感应器，实现基于需求的空调调节。在低使用时段或人员稀少的区域，系统可以自动降低运行强度或关闭部分设备，以减少不必要的能源消耗。此外，定期的系统维护和性能监测也是提高能效的关键部分，通过及时发现和修复问题，可以保证系统始终以最佳状态运行，避免能源浪费。

表2 提高医院暖通空调系统能效的各项措施及其效果

3. 增强适应性和灵活性

（1）实施模块化设计

在实施模块化设计时，其目的是合理提升医院暖通空调系统适应性和灵活性。在此过程中，通过将整个系统分解为独立功能的模块单元，每个模块可独立控制和维护。例如，标准模块单元可设计为覆盖500平方米的区域，具备独立的温度和湿度控制功能，适用于不同区域的特定需求。在未来的扩建或调整中，可简单地增加或移除此模块，而不需对整体系统进行大规模改动。此设计方式在医院进行功能重组或扩建时显著降低成本，提高效率。例如，若需扩建新的1000平方米的病区，仅需增加2个标准模块单元即可，而不需重新设计整个系统。

（2）采用智能控制系统

在医院建筑暖通空调的设计过程中，需采用智能化控制系统，以便提升暖通空调系统的适应性和灵活性。该系统通过集成多种传感器，如温度、湿度、CO 浓度传感器，以及人员存在检测器，可实时监测和调整环境条件。例如，系统可以设定在达到或超过25°C的室内温度时自动启动冷却模式，或者在检测到室内CO 浓度超过1000ppm时增加新风量。智能控制还可根据人流量自动调整空调负荷，如在夜间或人流稀少时段自动降低系统运行强度，从而优化能源使用。在10000平方米的医院中，此智能调节可比固定运行模式节省高达30%的能源消耗。此外，智能系统可通过远程监控和故障预警，实现更高效的维护和管理，进一步提高系统的整体性能。

表3 增强医院暖通空调系统适应性和灵活性的措施及其效果

三、结束语

综上所述，通过分析空气质量控制不足、能效低下和适应性不足等常见问题，需采取有效的解决措施，如优化空气流向和压力差设计、提升过滤效率、采用高效能设备和智能控制系统等。这些策略的实施可显著提升医院环境的舒适度和安全性，且有助于提高能源效率和降低运营成本。随着技术的不断发展和医院运营需求的变化，医院暖通空调系统的设计将持续面临新的挑战。