張 哲， 張曉萍， 顏宏勇

(1. 啟迪設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司，蘇州 215021； 2. 蘇州大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，蘇州 215325)

0 前言

負(fù)壓隔離病房可以說是對抗如新冠肺炎等具有強(qiáng)傳染性的疾病、救治傳染病人最重要的防線之一。負(fù)壓病房風(fēng)壓控制系統(tǒng)通過將病房內(nèi)部產(chǎn)生的帶有污染性的空氣經(jīng)單獨(dú)排氣凈化消毒組排出外界，可保證醫(yī)患人員都能得到充足潔凈的空氣供給。本文著重介紹負(fù)壓病房風(fēng)壓控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理、系統(tǒng)構(gòu)成和設(shè)計(jì)方案。

1 負(fù)壓病房風(fēng)壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

1.1 空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)簡介

為了防止在各個(gè)傳染病區(qū)病毒的交叉感染，負(fù)壓病房裝設(shè)有區(qū)別于普通病房配備的常規(guī)空調(diào)制冷及通風(fēng)系統(tǒng)，潔凈區(qū)、半潔凈區(qū)、污染區(qū)均為室內(nèi)新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，并配備獨(dú)立的消毒裝置。新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)將室外的新鮮空氣引進(jìn)，經(jīng)過一個(gè)特殊的空氣處理器及風(fēng)扇過濾，并且進(jìn)行機(jī)械送風(fēng)，其排風(fēng)機(jī)和排風(fēng)口的設(shè)計(jì)要求是非常嚴(yán)格的。只有進(jìn)行過多層高效過濾并且過濾后的空氣質(zhì)量達(dá)到細(xì)菌總數(shù)小于500cfu/m3的限度要求之后才可以進(jìn)入到負(fù)壓病房的內(nèi)部。同時(shí)在負(fù)25Pa的內(nèi)部氣壓之下，不會給患者正常的呼吸功能造成影響。

1.2 空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求

(1)每個(gè)負(fù)壓隔離病區(qū)應(yīng)設(shè)置獨(dú)立的空調(diào)排風(fēng)系統(tǒng)，24h連續(xù)運(yùn)行。

(2)每個(gè)負(fù)壓隔離病房均需采用全新風(fēng)直流式空調(diào)系統(tǒng)，采用全新風(fēng)直流式空調(diào)運(yùn)行，如果改造項(xiàng)目現(xiàn)場施工時(shí)間緊張，可以改造既有建筑的部分回風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，但必須在回風(fēng)段設(shè)置有高效的空氣過濾器來保證新鮮空氣的流入。

(3)負(fù)壓隔離病房通風(fēng)系統(tǒng)的送風(fēng)機(jī)與排風(fēng)機(jī)應(yīng)聯(lián)鎖控制。當(dāng)通風(fēng)系統(tǒng)啟動時(shí)，應(yīng)先啟動系統(tǒng)排風(fēng)機(jī)，再啟動送風(fēng)機(jī)；停機(jī)時(shí)，應(yīng)先停機(jī)系統(tǒng)送風(fēng)機(jī)，后停機(jī)系統(tǒng)排風(fēng)機(jī)。

(4)室內(nèi)氣流應(yīng)做到一側(cè)送風(fēng)，另一側(cè)(靠近床頭)排(回)風(fēng)，形成方向性氣流，避免氣流回流發(fā)生，造成污染。

(5)負(fù)壓病房保持恒溫在20～27℃之間，相對濕度30%～60%之間。具體的原理圖如下圖1所示。

圖1 空調(diào)系統(tǒng)工作原理圖

1.3 負(fù)壓病房壓差控制要求

壓差梯度(圖2)是指負(fù)壓隔離病房不同的功能區(qū)域中不斷遞增的負(fù)壓的程度，在差值的控制之下，使得每個(gè)區(qū)域保持在一個(gè)合理的范圍之內(nèi)，確?？諝饪梢詮牡臀廴镜膮^(qū)域向高污染的區(qū)域擴(kuò)散。對于醫(yī)護(hù)人員的工作通道相對病房和衛(wèi)生間而言，緩沖區(qū)的空氣壓力相對病室正壓一般≥10Pa。在緩沖區(qū)內(nèi)的空氣壓力相對患者衛(wèi)生間≥15Pa，公共治療區(qū)內(nèi)的空氣壓力相對緩沖區(qū)≥15Pa，而公共治療區(qū)內(nèi)的空氣相對室外≥10Pa。

圖2 壓差梯度示意圖

2 負(fù)壓病房風(fēng)壓自動控制系統(tǒng)的組成

負(fù)壓病房風(fēng)壓自動控制系統(tǒng)由實(shí)時(shí)現(xiàn)場風(fēng)壓數(shù)據(jù)監(jiān)控、屋頂風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控和上位機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)組成，能實(shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場風(fēng)壓壓差數(shù)據(jù)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)屋頂風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控和人機(jī)交互等功能。負(fù)壓病房風(fēng)壓監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示。

圖3 負(fù)壓病房風(fēng)壓監(jiān)控系統(tǒng)圖

2.1 實(shí)時(shí)現(xiàn)場風(fēng)壓數(shù)據(jù)監(jiān)控

負(fù)壓病房內(nèi)的溫濕度模塊和空氣壓差模塊可以采集現(xiàn)場溫濕度、現(xiàn)場氣壓值，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇LC控制器，通過與設(shè)定的參數(shù)比較，調(diào)節(jié)室內(nèi)溫濕度和氣壓情況，形成自動變頻調(diào)節(jié)控制；也可通過上位機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。病房內(nèi)所有溫濕度、氣壓值數(shù)據(jù)，風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況、氣密閥門控制情況等，都實(shí)時(shí)顯示在上位機(jī)人機(jī)界面上。

2.2 屋頂風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控

屋頂機(jī)房控制系統(tǒng)程序正常運(yùn)行時(shí)，風(fēng)機(jī)運(yùn)行指示燈點(diǎn)亮、排風(fēng)風(fēng)機(jī)啟動、回風(fēng)風(fēng)閥打開，將室內(nèi)污染空氣吸入過濾裝置并排出，接著進(jìn)風(fēng)風(fēng)閥打開，吸入初步過濾后的新鮮空氣，并經(jīng)進(jìn)一步過濾后注入病房。檢測模塊實(shí)時(shí)監(jiān)控壓差值、風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)和過濾器工作狀態(tài)。當(dāng)新鮮空氣補(bǔ)充完成后，便自動關(guān)閉風(fēng)機(jī)。檢測裝置出現(xiàn)故障時(shí)，可通過手動控制現(xiàn)場設(shè)備動力柜來實(shí)現(xiàn)運(yùn)行方式的手自動切換。

2.3 上位機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控各DI/DO、AI/AO點(diǎn)數(shù)值與實(shí)際動態(tài)變化，畫面動態(tài)顯示溫濕度參數(shù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。病房數(shù)據(jù)采集、計(jì)算處理、紀(jì)錄、保存、傳送等一系列操作，都通過控制器傳送到上位機(jī)并顯示。當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)故障時(shí)，自動生成報(bào)警報(bào)表。

3 主要控制系統(tǒng)及設(shè)備選型

3.1 中央監(jiān)控軟件

本系統(tǒng)采用iFIX軟件進(jìn)行系統(tǒng)組態(tài)和可視化界面開發(fā)，可在監(jiān)控中心上位機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制負(fù)壓病房風(fēng)壓。另外，系統(tǒng)還包含用戶登錄界面、病房內(nèi)部風(fēng)壓監(jiān)控平面、風(fēng)機(jī)設(shè)備監(jiān)控平面和故障報(bào)警界面等?？梢匀娣从筹L(fēng)機(jī)、電磁閥的工作狀態(tài)和病區(qū)各區(qū)域風(fēng)壓當(dāng)前值，并記錄風(fēng)壓歷史值；當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障或風(fēng)壓異常時(shí)，系統(tǒng)可發(fā)出報(bào)警；監(jiān)控人員可在上位機(jī)控制風(fēng)機(jī)啟停、閥門開關(guān)等，遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)風(fēng)壓。

3.2 現(xiàn)場控制設(shè)備

現(xiàn)場控制器通過壓差傳感器持續(xù)測量和控制病室與緩沖間或走廊之間的壓差。如果病室壓差變小，控制器將快速調(diào)節(jié)(開大)病室變風(fēng)量排風(fēng)閥門直至病室負(fù)壓達(dá)到設(shè)定值；如果病室負(fù)壓增大，此時(shí)控制器將調(diào)節(jié)(關(guān)小)病室變風(fēng)量排風(fēng)閥門直至病室負(fù)壓達(dá)到設(shè)定值。定送變排系統(tǒng)初投資和運(yùn)行維護(hù)要求較定風(fēng)量系統(tǒng)要高，但智能化程度要高可以實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)視與控制，同時(shí)在節(jié)能方面也會有一定的優(yōu)勢。在調(diào)試階段，定送變排系統(tǒng)可以通過自控手段實(shí)現(xiàn)相對精確的壓力梯度控制，但需要注意的是，壓差傳感器的取壓點(diǎn)需要慎重選擇，避免在氣流擾動區(qū)域取壓以減少系統(tǒng)的波動及震蕩。

采用直接壓差法(閉環(huán)控制)控制壓差時(shí)，選用文丘里閥的優(yōu)勢并不明顯，文丘里閥的特點(diǎn)是氣流控制響應(yīng)快、控制精度高、可調(diào)比高?？紤]到定送變排系統(tǒng)風(fēng)量調(diào)節(jié)的范圍并不大，采用變風(fēng)量蝶閥通過閉環(huán)壓力控制也能實(shí)現(xiàn)較高的控制精度，如需帶流量測量和流量反饋時(shí)，閥門選型時(shí)按照流速4～6m/s選擇也能達(dá)到±5%的測量精度。

4 結(jié)束語