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        某醫(yī)院臨床醫(yī)學中心項目的空調(diào)系統(tǒng)設計

        2021-12-26 13:17:12朱喆
        建筑熱能通風空調(diào) 2021年11期
        關(guān)鍵詞:診室盤管排風

        朱喆

        上海建筑設計研究院有限公司

        醫(yī)療建筑空調(diào)系統(tǒng)是維持醫(yī)療建筑正常運行的保障。近年來,隨著城市的擴張,為了提高人民的生活水平,綜合性醫(yī)院數(shù)量迅速增加,醫(yī)療功能也日趨完善,空調(diào)系統(tǒng)需要與時俱進,在安全、可靠、靈活、節(jié)能等方面做好文章。

        1 工程概況

        某醫(yī)院臨床醫(yī)學中心項目規(guī)劃床位800 張,工程建設地點位于上海,包括門急診醫(yī)技及病房樓、后勤樓。地上建筑面積約97000 m2,地下建筑面積約32000 m2??偨ㄖ娣e129000 m2,共11 層,建筑總高度約53 m,設置一層地下室(局部設有夾層)。本項目已于2018 年投入使用,并連續(xù)2 年承擔了進博會的保障任務。

        2 空調(diào)系統(tǒng)設計

        2.1 室外設計參數(shù)

        室外設計參數(shù)如表1 所示:

        表1 上海室外設計參數(shù)

        2.2 室內(nèi)設計參數(shù)

        主要房間室內(nèi)設計參數(shù)如表2 所示:

        表2 主要房間室內(nèi)設計參數(shù)

        2.3 冷熱源的配置

        2.3.1 園區(qū)能源中心的合理利用

        項目所在的園區(qū)內(nèi)設有分布式能源站,可向入駐園區(qū)的單位供應空調(diào)冷(熱)水、生活熱水,能源站供冷、供熱情況詳見表3。本項目內(nèi)設置板式換熱器作為全年主要的空調(diào)系統(tǒng)冷熱源,板換一次側(cè)與園區(qū)供能管網(wǎng)連接。能源站和本項目的分界點為板式熱交換器一次側(cè)前的供回水管閥門處,分界點之前的輸配管網(wǎng)、閥門、計量裝置、計量控制柜等均由能源站負責建設[1]。

        表3 能源中心供冷、供熱情況

        項目全年的冷熱負荷經(jīng)過逐時計算,詳見表4。醫(yī)院負荷的特點是全年同時存在冷、熱負荷,而從表3 可以看到,能源站在夏季無空調(diào)熱源,不能滿足醫(yī)院的使用要求。為了解決這個矛盾,供熱板換一次側(cè)需要進行季節(jié)切換。板換一次側(cè)的連接方案為:供冷板換全年接能源站的第一路水管(空調(diào)冷源)。供熱板換在5 月至10 月接第二路水管(生活熱水熱源)、11 月至次年4 月接第三路水管(空調(diào)熱源)。

        表4 本項目使用園區(qū)能源中心區(qū)域的最大冷熱計算負荷負荷

        醫(yī)院的潔凈區(qū)、中心供應均需使用蒸汽,園區(qū)能源站無蒸汽供應,因此,本項目需單獨設置蒸汽鍋爐房。經(jīng)過計算,空調(diào)加濕、中心供應、廚房蒸汽總耗量為2.25 t/h。采用2 臺燃氣蒸汽鍋爐,每臺鍋爐額定產(chǎn)汽量為1.5 t/h。鍋爐的煙囪排出口設在病房樓屋頂,以避免鍋爐廢氣對院區(qū)的影響。

        2.3.2 輔助冷熱源的設置

        為了確保手術(shù)區(qū)和ICU 空調(diào)系統(tǒng)冷熱源的可靠性,在門急診醫(yī)技及病房樓四層屋面預留四臺冷量為630 kW 的風冷熱泵機組放置場地和電量,如園區(qū)能源中心供能可靠性不能滿足醫(yī)院運行要求,將風冷熱泵作為凈化空調(diào)系統(tǒng)的備用冷熱源。。

        后勤樓位于基地的東北側(cè),與門急診醫(yī)技及病房樓獨立分開,相距約為90 m,為了節(jié)約水系統(tǒng)的輸送能耗,減少室外埋管的數(shù)量,后勤樓的空調(diào)系統(tǒng)采用變制冷劑流量多聯(lián)式空調(diào)系統(tǒng),室外機安裝本樓屋面,室內(nèi)機采用超薄型風管機。

        地下室的直線加速、射波刀、影像科大型醫(yī)療機房(MRI、CT、DR 等)、二層檢驗科、一層急救區(qū)域CT、DR 檢查室、控制室等房間,其空調(diào)系統(tǒng)需滿足特定的溫濕度限定、使用時間不一致、空調(diào)負荷差異大和靈活控制等要求,因此采用多聯(lián)機空調(diào)系統(tǒng)+新風空調(diào)箱的形式。

        2.4 空調(diào)水系統(tǒng)設計

        空調(diào)水系統(tǒng)為一級泵變流量閉式機械循環(huán)系統(tǒng)。一級泵系統(tǒng)的水泵設置方法有兩種:一套水泵服務于不同區(qū)域和多套水泵服務于不同區(qū)域。本項目中門急診醫(yī)技及病房樓可分為三個功能區(qū)——病房樓、門診醫(yī)技樓、重要區(qū)(手術(shù)區(qū)、ICU、急救),三個功能區(qū)最不利末端離冷熱源機房的距離基本相等,水管路阻力相差較小,采用一套共用空調(diào)水泵的方式,可以節(jié)約機房面積和投資。水泵均為變頻控制,臺數(shù)按3 大2 小的進行搭配,負荷高峰時間段運行大流量水泵,部分負荷時則運行小流量水泵,節(jié)約水泵能耗。

        空調(diào)水系統(tǒng)為二管制和四管制相結(jié)合的系統(tǒng)(圖1)。病房樓形狀窄長,病房靠外墻布置,有可開啟外窗,空調(diào)冷熱需求隨著季節(jié)變化。內(nèi)區(qū)是醫(yī)生辦公室、治療室、護士臺等配套醫(yī)療用房,這些房間發(fā)熱量小不需要全年供冷,因此采用二管制空調(diào)水系統(tǒng)以節(jié)約投資。醫(yī)技、門診區(qū)域、潔凈手術(shù)部體型較大,有大量的內(nèi)區(qū)存在,采用四管制水系統(tǒng)滿足室內(nèi)溫濕度需求。

        圖1 空調(diào)水系統(tǒng)示意圖

        2.5 空調(diào)通風系統(tǒng)設計

        本項目的空調(diào)通風系統(tǒng)設計著重在以下四個方面做了考量。

        2.5.1 內(nèi)區(qū)門診診室的空氣品質(zhì)改善

        普通門診診室(指非傳熱門診、發(fā)熱門診診室)是醫(yī)護人員和病人密集并直接接觸的地方,也是通過空氣交叉感染的高危場所,在“新冠肺炎”疫情初期不少武漢醫(yī)生是在門診接診時被患者感染到的,因此,改善門診診室的室內(nèi)空氣品質(zhì)特別重要。

        風機盤管+新風系統(tǒng)是門診診室采用最多的系統(tǒng)。其優(yōu)點是使用靈活、系統(tǒng)簡單、造價低,但由于風機盤管過濾效率低、新風量缺乏平衡調(diào)節(jié)導致的風量分配不均等因素,在諸多醫(yī)院門診診室出現(xiàn)空氣品質(zhì)欠佳、二氧化碳濃度過高等問題[2]。本項目門診診室設置在內(nèi)區(qū),房間無自然通風的條件,室內(nèi)空氣流通性差,可能會凸顯風機盤管+新風系統(tǒng)存在的問題(本項目于2014 年前設計,風機盤管采用粗效過濾網(wǎng))。

        空調(diào)箱全空氣空調(diào)系統(tǒng)具有過濾效率高、新風量可調(diào)的特點,可確保室內(nèi)的優(yōu)良空氣品質(zhì),但風管尺寸較大存在安裝難度,并且如采用定風量系統(tǒng)則難以實現(xiàn)各房間的溫度獨立控制,如采用變風量系統(tǒng)則投資過大、控制系統(tǒng)復雜。經(jīng)過研究分析,在內(nèi)區(qū)診室采用風機盤管+空調(diào)箱全空氣定風量系統(tǒng)的非常規(guī)空調(diào)方式,該方式結(jié)合了兩種空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)點,增強了診室空氣過濾性能,新風風量可根據(jù)室內(nèi)二氧化碳濃度調(diào)節(jié)。由于風機盤管的結(jié)合,使得全空氣送風風管尺寸小,系統(tǒng)投資增加有限。風機盤管+空調(diào)箱全空氣定風量系統(tǒng)的具體設計過程分析如下:

        空調(diào)箱全空氣定風量系統(tǒng)承擔診室內(nèi)的較穩(wěn)定負荷,如照明負荷、電腦等設備負荷和室內(nèi)濕負荷,風量按室內(nèi)換氣次數(shù)6 次/h 確定??照{(diào)箱新風量按規(guī)范規(guī)定的2h-1設計,但可按全新風工況運行,在過渡季節(jié)診室可實現(xiàn)全面通風,節(jié)約運行能耗。在疫情時,可全新風運行,換氣次數(shù)達6 次/h,室內(nèi)新風量可以滿足呼吸道傳染病醫(yī)院門診的要求,排風量與新風量可同步變化[3]。風機盤管主要承擔人員顯熱負荷,當診室內(nèi)人員數(shù)量發(fā)生變化時,風機盤管起到“調(diào)峰”作用。診室的空調(diào)風系統(tǒng)布置詳見圖2,空調(diào)系統(tǒng)示意詳見圖3。由于原則上風機盤管僅承擔人員顯熱負荷,診室內(nèi)風機盤管無冷凝水產(chǎn)生或者僅少量冷凝水量,降低積水盤潮濕滋生細菌的風險??照{(diào)箱過濾器配置為G4+F8,當室外PM2.5 的濃度為250 μg/m(3重度污染)時,室內(nèi)的PM2.5 濃度為65 μg/m3,可達到公共建筑室內(nèi)空氣質(zhì)量四級標準。

        圖2 單個診室的設備、風口布置圖

        圖3 系統(tǒng)示意圖

        2.5.2 地下室重要醫(yī)療用房的濕度控制措施

        本項目在地下一層設有影像科大型醫(yī)療機房(MRI、CT、DR 等)、放療科的直線加速器、射波刀、地下室核醫(yī)科SPECT 等貴重的醫(yī)療設備,物資藥庫和陰涼藥庫等,這些房間均有一定的濕度控制要求。上海地下室通常比較潮濕,上述房間一旦濕度過高,將導致醫(yī)療設備不能正常運行,藥品變質(zhì),人員舒適性較差等問題,空調(diào)設計時應重視以上房間的濕度控制。

        冷凍除濕、溶液調(diào)濕和轉(zhuǎn)輪除濕是常見的濕度控制的方式。與其他二種除濕方式相比,溶液調(diào)濕具有能耗低,濕度控制精確等優(yōu)點,通過溶液噴灑可除去空氣中的塵埃、細菌、霉菌等有害物質(zhì)。因此,以上房間采用多聯(lián)機空調(diào)系統(tǒng)+溶液調(diào)濕新風系統(tǒng)的空調(diào)方式,溶液調(diào)濕新風機組負責承擔全部新風負荷和室內(nèi)濕負荷,多聯(lián)機空調(diào)承擔室內(nèi)顯熱負荷。

        2.5.3 發(fā)熱門診直流式空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能措施

        發(fā)熱門診位于門急診醫(yī)技及病房樓一層的西側(cè),有獨立對外的出入口,不與其他區(qū)域連通。為了防止通過空調(diào)系統(tǒng)發(fā)生交叉?zhèn)魅?,發(fā)熱門診采用直流式空調(diào)系統(tǒng),新風換氣次數(shù)達12 次/h。發(fā)熱門診空調(diào)運行時間長,全新風冷熱處理所需能耗較大,如對排風中的能量進行回收利用將有利于降低能耗、節(jié)約運行費用。適用于發(fā)熱門診能量回收方式首先要確保新排風不能直接接觸、混合,因此,選擇自帶壓縮機的冷凝排風一體機作為發(fā)熱門診的空調(diào)處理裝置,該設備在進行新風冷熱處理時,室內(nèi)排風通過冷凝器,回收排風中的能量,室外新風通過蒸發(fā)器,排風與新風通路完全隔絕。該機組與非冷凝排風的直膨型新風機組比節(jié)能20%~30%。

        2.5.4 病理科工藝排風系統(tǒng)的設計

        病理科承擔著病理診斷工作,由于工藝要求,通風柜數(shù)量較多,且室內(nèi)會有甲醛、二甲苯、丙酮等有害氣體,因此,需要合理設置病理科的新排風系統(tǒng)。本項目中病理科通風柜數(shù)量和風量要求詳見表5。病理科的切片室(內(nèi)設脫水、包埋、染色室)、冰凍取材室、常規(guī)取材室、冰凍診斷室和切片、蠟塊室等均采用直流式空調(diào)系統(tǒng),房間保持負壓,避免氣味外溢到其他房間。設計將通風柜與室外排風機一一對應,并聯(lián)鎖開啟。設有通風柜的房間內(nèi)另設常規(guī)排風系統(tǒng),保持連續(xù)運行,排除房間內(nèi)滯留的有害氣體。

        表5 病理科通風柜參數(shù)

        3 運行數(shù)據(jù)及問題分析

        3.1 運行數(shù)據(jù)

        本項目已經(jīng)經(jīng)歷了完整的一個空調(diào)系統(tǒng)運行周期,項目從2018 年11 月~2019 年10 月的單位面積耗冷量和耗熱量詳見圖4 和圖5。從運行數(shù)據(jù)看,綜合性醫(yī)院全年需要供冷,夏季7 月~9 月耗冷量最大,三個月的耗冷量之和占全年耗冷量的52%,最高值在8 月出現(xiàn),最低值在2 月出現(xiàn),前者是后者的5.6 倍。冬季的統(tǒng)計數(shù)據(jù)由于包括了生活熱水,因此,冬季高峰是夏季低谷值的約2.4 倍,12 月~次年的3 月耗熱量最大,四個月的耗熱量之和占全年耗熱量的48%。

        圖4 每個月的單位面積耗冷量

        圖5 每個月的單位面積耗熱量

        3.2 運行中問題及處理方法

        整個項目空調(diào)系統(tǒng)運行良好,基本上滿足醫(yī)院營運所需的空調(diào)要求。由于裝修配合和安裝不夠精細,個別房間出現(xiàn)冬季溫度偏低和設備振動的問題。

        3.2.1 教授餐飲區(qū)域冬季室內(nèi)不熱

        教授餐廳位于地下一層職工餐廳內(nèi),吊頂形式為格柵,餐廳南側(cè)為玻璃幕墻,室外為下沉庭院。教授餐廳和職工餐廳共用一個全空氣系統(tǒng),餐廳布局和局部剖面見圖6 和圖7。

        圖6 餐廳布局圖

        圖7 局部剖面圖

        12 月份,現(xiàn)場測得的送風溫度是29 ℃,室內(nèi)溫度在15 ℃左右。站在教授餐廳的幕墻邊明顯感到滲透的冷風。經(jīng)過分析可知,室內(nèi)溫度低可能是兩方面的原因造成的。一是幕墻的密封性差,使得餐廳內(nèi)外的空氣直接流通,室外的滲透風增加了餐廳的空調(diào)負荷。另外,教授餐廳送風口貼附在格柵吊頂上,送風風速過低導致熱風無法送至餐廳內(nèi),而直接流通到職工餐廳吊頂空腔內(nèi)。

        根據(jù)上述分析采取以下措施:幕墻有縫隙處用石膏板進行密封。教授餐廳和職工餐廳吊頂中間用板隔斷。加大教授餐廳的送風量和提高風口送風速度。經(jīng)過改造后,教授餐廳冬季室內(nèi)溫度達到設計溫度。

        3.2.2 后勤樓頂層有管道振動聲音

        后勤樓頂層一臺衛(wèi)生間排風風機運行時,下一層的衛(wèi)生間及周邊的吊頂內(nèi)有明顯的管道振動噪音?,F(xiàn)場查看時發(fā)現(xiàn)屋頂風機的出風管未作變徑,直接45°彎向地面,出口離地很近,出口風速約為10 m/s。初步判斷是風機出風不暢引起風機噪音加大,管道振動。將風機出口改為擴口,保證出風口的風速為4 m/s 左右,出風方向由朝向地面改為朝向前方,改造后下層管道無噪聲和振動。

        4 結(jié)束語

        大型綜合性醫(yī)院體型大、功能多,對空調(diào)系統(tǒng)的要求高。既要為服務于醫(yī)護人員和病人,又要服務于醫(yī)療設備,更要有靈活性和節(jié)能措施。在本項目設計中采取了以下措施:

        1)結(jié)合園區(qū)能源站的供能特性和醫(yī)院項目的用能特性,本項目采用了復合型冷熱源。以園區(qū)的能源站為主,蒸汽鍋爐,多聯(lián)機系統(tǒng)和溶液調(diào)濕系統(tǒng)為輔。

        2)空調(diào)水系統(tǒng)為一級泵變流量二管制和四管制相結(jié)合的閉式機械循環(huán)系統(tǒng)系統(tǒng)。

        3)空調(diào)的末端形式采用不同的形式,特別是在內(nèi)區(qū)門診診室創(chuàng)新地設計了風機盤管+全空氣系統(tǒng)的形式,改善室內(nèi)空氣品質(zhì)。下一步可在建成的項目中做實測,掌握更多運行數(shù)據(jù),實地檢驗系統(tǒng)使用效果,并與傳統(tǒng)診室空調(diào)系統(tǒng)做比對,積累經(jīng)驗完善系統(tǒng)。

        從使用后反饋的問題來看,由于時間有限,項目的收尾工作和調(diào)試工作往往不夠精細,在運行的第一個空調(diào)周期,需要物業(yè),安裝和設計繼續(xù)配合。

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