11.4.4 医院类建筑中央空调工程设计要点
医院建筑暖通空调工程设计是一个系统工程,涉及多个相关专业。而暖通空调系统效果主要取决于设计、施工、运行管理的正确性、合理性和规范性。医院建筑的快速发展,医疗设备的技术更新,使医院建筑对暖通空调专业提出了非常高的要求,不但有舒适性的热环境要求,也有医疗工艺的要求,它是促进病人康复、提高医疗手段、保障医疗设备运行的保证。暖通设计人员应充分了解医院建筑的功能特点和技术要求,与时俱进,精心设计,才能为医、患人员创造一个卫生、舒适的医疗环境。
11.4.4.1 暖通空调设计要考虑将来的发展
医院类建筑布局比较复杂,在规划、设计时,要考虑到医疗建筑系统的复杂性以及高额的建设投资,暖通空调工程设计中要综合考虑项目设计、规划以及将来的发展,强调将人员的健康作为评估项目建设运营方案的基本准则性,以更好地满足未来改造扩容和增加医疗设备的需要,体现可持续发展的理念。因为一旦医院停工改造,代价巨大,也会影响病人的休息、康复等。
11.4.4.2 暖通空调系统设计要特殊考虑
随着医疗技术的进步,大型医技设备,例如X光机、MRI磁共振、CT、ECT和钴60放射室等均有大量的散热量,需可靠的空调通风系统维持合适的温湿度,以保障设备的正常运行及满足工作人员的舒适性要求。
医院暖通空调系统不但要为病人和医护人员创造一个舒适的环境,更需要一个干净卫生的环境,既要保护医护人员防止交叉感染,也要考虑节省运行能耗。例如全空气系统有利于对空气进行深度处理,提高过滤级别,可以满足医院对空调系统的高要求,但控制的灵活性不如新风加风机盘管系统。而风机盘管的翅片、水盘容易积灰,凝结水使水盘成为滋生细菌的污染源,过滤器的拆洗过程也容易对房间产生污染。设计时应根据不同房间的大小、使用功能灵活处理。门诊楼的建筑设计以大候诊、小诊室为趋势,候诊室的空调系统以全空气系统为宜,诊室可采用新风加风机盘管系统或采用全空气系统。采用全空气系统时,系统划分不宜跨越科室的划分,应避免系统跨越有内热冷负荷的区域与没有内热冷负荷的区域;系统宜变新风比运行。
11.4.4.3 选择合理的冷热源方案
医院的功能复杂,各功能区域楼栋的空调使用时间和负荷特征均不相同,门诊、办公、行政和后勤等仅需白天使用空调,而急诊、手术室和病房24h需要使用空调。医院的冷负荷主要是空调冷负荷,医院的热负荷包括空调热负荷、卫生热水用热负荷、消毒用热负荷和食堂用热负荷等。其中卫生热水、消毒用热和食堂用热等全年存在。一般7℃的冷水可满足医院空调系统的需要,消毒、食堂用热需要蒸汽,空调用热、卫生热水的热源是蒸汽或热水。因此医院的冷热源设计要符合医院的冷热负荷特点,配置上既要满足最大负荷,还要在最小负荷时冷热源设备运行具有较高的效率。在冷热源设计时,应充分考虑医院冷热负荷、所处地区气象条件、能源结构、政策、价格等因素。
医院一般都由多栋建筑组成,尽可能设置集中的冷热源中心,提高设备利用率,减少装机容量。冷热源方案除采用电制冷机组锅炉这一常用方案外,有条件的医院,采用水源热泵系统是节能的方案,该方案被许多医院采用。通过负荷分析,将冷热源一体机(也称能量提升机)应用于冷热源方案中也是一项节能的选择。当采用锅炉为热源时,热水锅炉的热效率比蒸汽锅炉的热效率高,空调用热等尽可能采用热水锅炉。手术室、ICU病房的空调冷热源除利用大中央空调系统冷热源外,一般还采用一两台风冷热泵机组作为备用冷热源,也可采用一台小的地源热泵作为备用冷热源。
医院的功能复杂,各个科室的使用时间和空调负荷特性不尽相同。在冷热源配置时,除满足最大负荷外,还应注意最小负荷时,冷热源能否正常运行和有较高的能量效率。例如:在医院综合楼中,只有病房、急诊室和手术室有夜间负荷。但在最小负荷发生的过渡季节夜间,也许只有少数几间手术室在使用。为应对这种情况,在夏热冬冷地区,通常采用独立空气源热泵机组作为急诊室、手术室及ICU过渡季节空调的冷热源。所以,最大、最小及特殊负荷均应统筹考虑,才能打造出灵活且高效的运行系统。
11.4.4.4 选择合理的新风量和气流组织
暖通空调系统摄入新风量是要达到调节室内空气质量,维持房间正压,防止交叉感染等目的。医院空调通风系统需合理的气流组织。医院建筑应尽快控制并排走污染物,保护医护人员,在建筑内部形成合理的空气压力梯度,合理控制气体流向,避免污染空气和清洁空气交叉。这需要医院的空调通风系统有合理的气流组织。
在满足室内卫生要求的前提下,在非工作班或患者较少时,适当减小新风量,对于降低新风运行能耗,是有显著效果的。另外,新风系统上的过滤净化装置应该定期清洗更换,保持清洁,以维持其正常的工作效率和较低的流通阻力,达到降低运行能耗的目的。
对医院类建筑的通风设计,创造高度无菌的手术环境成为必要,包括手术器具、用品的无菌和手术室空气的无菌。而靠传统的化学消毒已经不可能达到或持续维持这些手术所需的高度无菌手术环境,空调系统对空气的净化处理成为最有效的手段。因而洁净手术部及无菌病房的的净化空调设计成为医院建筑对暖通空调专业的要求之一。除了有洁净要求的手术部和无菌病房,医院的其他区域也需要更好的空气品质,以利于保护病人和医护人员。所以设计中应充分考虑新风量的取值及提高空调系统的过滤级别,医院空调系统不但需要补充新风满足人体需要,还需利用新风稀释消除医院在消毒和使用过程中产生的异味气体和水汽等。
11.4.4.5 特殊区域特殊处理
医院暖通空调是医院运行的重要保障。随着现代医院医疗技术的进步,各种先进的医疗设备和信息设备成为医院的标准配置。这些设备散热量大,需要独立的机房,有自己固定的温湿度要求,其中一部分还需要净化要求。为了保证设备的稳定性和可靠性,需要为这些功能用房设置独立的空调系统。其中一些设备产生或可能产生有害物质,还需要单独的排风设施。例如:普通X光室、CT室、电子加速机科室、核磁共振机科室、信息中心和计算机房等。从上述举例不难看处,医院空调系统已经成为疾病诊断治疗及医院正常运转强有力的、不可或缺的技术保障。
医院暖通空调是治疗康复的重要手段。医院空调的功能绝不仅是提高环境的舒适度,在多数情况下,适宜的空调环境是治疗和康复的重要因素,在某些情况下,甚至是主要的治疗方法。
例如,研究表明,烧伤病人的康复需要热、湿的环境,病室的温湿度达到干球温度32℃和相对湿度95%最适宜治疗。而甲状腺功能亢奋患者为了促进皮肤辐射散热和蒸发散热,缓解病情,需要凉爽、干燥的环境。心脏病患者特别是充血型心衰病人,因血液循环不足导致无法正常散热,需要空调做为辅助治疗方法。根据上述临床举例可以看出,医院的暖通空调已经成为辅助患者治疗、康复的重要手段,各种特殊的区域有特殊的温湿度要求,在暖通空调设计中需要做特殊处理。
11.4.4.6 暖通空调的节能设计与过渡季节通风的考虑
医院类建筑的暖通空调能耗巨大,同样,节能潜力也很大。随着办公自动化和先进诊疗设备的出现,各科室的设备散热量大幅提高,使得空调的冷负荷本身就很大。由于各科室的温湿度要求均有所不同,使用时间上也不尽一致,而且不能完全保证相近室内参数的科室在建筑平面上相邻,导致空调系统分区必须细化,以此满足科室在不同时间独立控制、调节房间参数的功能,致使机组、风机长时间运行,能耗增加。为了保证各科室内的空气品质,维持合理的压差、空气流向,以达到防止通过空气交叉感染的效果,就需要加大新风量及送风量,并保证一定的排风量与送风量相匹配。这样的结果是新风负荷很大,运行能耗高,这也是由医院建筑的性质所决定的。由于各科室负荷分散,空调系统的水路及风道较长,从而导致系统的驱动能耗比普通办公类建筑大。
在医院类建筑的暖通空调设计中采用的节能技术种类很多,大多数也比较成熟,主要有热回收、冷却塔供冷、蓄冷技术、变频调速技术和设备自动化系统。
过渡季节取用室外空气作为自然冷源,当供冷期间出现室外空气比焓小于室内空气比焓时(过渡季节),应该采用全新风,这不仅可以缩短制冷机组的运行时间,减小新风能耗,同时也可以改善室内空气品质。
采取节能措施时,应设置最小及最大新风阀,既能保证冬夏季的最小新风量,又能保证过渡季节全新风运行。
11.4.4.7 设计中容易忽略的问题
一些在普通公共建筑空调系统可以采用的方法、方式,如果出现在医院空调设计中,则可能成了问题,且易被忽略。例如:
(1)新风量的设计。除了《医院洁净手术部建筑技术规范》(GB 50333—2014)对洁净手术室有新风量的规定外,现有《综合性建筑设计规范》(GB 50139—2014)对新风标准没有明确的要求,目前门诊常采用20~30m3/(人·h),病房采用30~50m3/(人·h),但在人员密度选取时,选取的标准相差较大。按建筑设计标准计算的人员密度往往小于实际人员密度,尤其是儿童医院及一些三甲名牌医院。设计中应尽可能调查、预测合理的人员密度,计算新风量。
(2)在系统中设置的静电除尘器、纳米光子空气净化设备等不可替代传统过滤器。
(3)B超室、CT室、MRI等机房附近的水管会对设备产生干扰,设计中应该避免。
(4)空调器或新风机的加湿器宜采用干空气加湿或高压喷雾加湿,而不宜采用湿膜加湿或超声波加湿。
(5)进出直线加速器、回旋加速器等放疗机房的风管不应直管段直接进出,而应迂回弯管进出,风管穿过防护结构时应外包一定长度的不小于防护结构铅当量的铅皮,以防射线穿过风管向外泄漏。
(6)医院新风入口与排风入口不仅要保持水平距离,也应有一定的垂直距离,所以不宜从屋面取新风,宜每层进新风。
(7)负压吸引机房、呼吸道传染病房、隔离门诊和解剖室等污染性房间的排风设备宜设置在屋面,使室内排风管道处于负压段。
(8)病房、门诊以及感染疫病科等区域的新排风热回收设备不应采用全热回收装置,防止交叉污染的可能。宜采用分体显热回收装置。