大型綜合醫(yī)院醫(yī)療工程大樓電氣設(shè)計(jì)分析

范葵

（昆明恒基建設(shè)工程施工圖審查中心，云南昆明 650000）

0 引言

伴隨著醫(yī)療深化改革與公眾健康需求的不斷提升，醫(yī)療建筑功能日漸呈現(xiàn)出多元化、系統(tǒng)龐雜、人員密集、用電需求量大等特征，對(duì)于建筑電氣設(shè)計(jì)的專(zhuān)業(yè)度與可靠性提出更高要求。

1 工程概況

以某大型綜合醫(yī)院項(xiàng)目為例，該醫(yī)院為綜合性三級(jí)甲等醫(yī)院，設(shè)有1200 余張床位，一期工程醫(yī)療綜合大樓總建筑面積為14.68 萬(wàn)m2，建筑總高度為97.8m，屬于高層一類(lèi)公共建筑。其中地下部分4 層，主要功能為機(jī)動(dòng)車(chē)庫(kù)、非機(jī)動(dòng)車(chē)庫(kù)、設(shè)備用房、中心供應(yīng)、、藥庫(kù)區(qū)、病案庫(kù)、污水處理站等。地上部分25 層，地上1～6 層為急診、門(mén)診科室；7～10 層為醫(yī)技科室；11～24 層為病房及手術(shù)部、重癥監(jiān)護(hù)室；25 層為科研辦公室。

2 變配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 負(fù)荷等級(jí)

根據(jù)《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》（JGJ 16-2008）、《醫(yī)療建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》（JGJ 312—2013）規(guī)定，一級(jí)負(fù)荷中特別重要負(fù)荷包括：手術(shù)室、重癥監(jiān)護(hù)室、產(chǎn)房、血液透析室等場(chǎng)所中涉及患者生命安全的設(shè)備及其照明用電，大型生化儀器，重癥呼吸道感染區(qū)的通風(fēng)系統(tǒng)等用電負(fù)荷；一級(jí)負(fù)荷包括：急診部、監(jiān)護(hù)病房、手術(shù)部、分娩室、嬰兒室、治療室及消防負(fù)荷、主要業(yè)務(wù)和計(jì)算機(jī)用電、安保監(jiān)控用電、客梯、走道照明等用電負(fù)荷；二級(jí)負(fù)荷包括：影像科診斷、康復(fù)病房照明、中心消毒供應(yīng)、客梯、生活泵房等用電負(fù)荷；其余為三級(jí)負(fù)荷?？傮w看來(lái)，本項(xiàng)目涉及的一級(jí)負(fù)荷及特別重要負(fù)荷數(shù)量較多，對(duì)供電電源的要求較高。

2.2 負(fù)荷計(jì)算

醫(yī)院醫(yī)療設(shè)備數(shù)量多，單位面積用電指標(biāo)較高，本項(xiàng)目總設(shè)備容量17993kW，有功功率12205kW，補(bǔ)償后的視在功率13123kVA；保留該醫(yī)院原有2 臺(tái)2000kVA 變壓器，新增4 臺(tái)2000kVA 變壓器、2 臺(tái)1600kVA變壓器、2 臺(tái)1000kVA 變壓器，變壓器總?cè)萘抗灿?jì)17200kVA。

2.3 供電電源

根據(jù)《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50052—2009）相關(guān)規(guī)定及以上負(fù)荷計(jì)算，考慮綜合性醫(yī)院負(fù)荷等級(jí)要求高、用電負(fù)荷大的特點(diǎn)，擬引入多路電源滿(mǎn)足負(fù)荷供電需求，結(jié)合當(dāng)?shù)厥姓娋W(wǎng)供電情況，選取2 個(gè)110kV 變電站引入3 路10kV 電源，其中1、2 號(hào)電源均為工作回路，3 號(hào)電源為備用回路，可在1 或2 號(hào)電源任一失電的情況下切換至3 號(hào)電源供電。10kV 高壓電源經(jīng)由高壓電纜穿管埋地引入地下室配電房中，低壓交流電源等級(jí)為380/220V，其電源進(jìn)線設(shè)計(jì)如圖1 所示。

2.4 備用電源

本項(xiàng)目火災(zāi)時(shí)消防總計(jì)算負(fù)荷683kW，停電時(shí)需保障總計(jì)算負(fù)荷1392kW，按消防負(fù)荷及停電時(shí)需保障的供電負(fù)荷二者中較大者確定柴油發(fā)電機(jī)的容量，選取1 臺(tái)常載1600kW，備載1800kW 的自啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)組作為本項(xiàng)目的自備電源。根據(jù)《醫(yī)療建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》（JGJ 312—2013）第4.4.5 條規(guī)定，三級(jí)醫(yī)院柴油發(fā)電機(jī)組的供油時(shí)間應(yīng)大于24h，在建筑物外部設(shè)有儲(chǔ)油罐及供油口。當(dāng)市電停電或2 臺(tái)變壓器同時(shí)發(fā)生故障時(shí)自啟動(dòng)，并在15s 內(nèi)供電；當(dāng)市電恢復(fù)供電后，柴油發(fā)電機(jī)組經(jīng)由冷卻延時(shí)后自動(dòng)停機(jī)；柴油發(fā)電機(jī)組采用風(fēng)冷卻方式，借助電氣與機(jī)械聯(lián)鎖裝置實(shí)現(xiàn)與市電的切換。

圖1 電源進(jìn)線設(shè)計(jì)

2.5 UPS 不間斷電源

根據(jù)《醫(yī)療建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》（JGJ 312-2013）第3.0.2、4.4.6 條規(guī)定，對(duì)中斷供電時(shí)間要求小于或等于0.5s 的一級(jí)負(fù)荷中特別重要負(fù)荷，設(shè)置在線式UPS 不間斷電源供電。

2.6 高壓供電系統(tǒng)及保護(hù)

開(kāi)閉所、高低壓變配電室設(shè)在地下一層。選用環(huán)保型H 級(jí)絕緣節(jié)能型干式變壓器，設(shè)強(qiáng)制風(fēng)冷系統(tǒng)，接線形式為D，yn11。10kV 高壓主接線采用單母線分段運(yùn)行方式，選用KYN28-12 型高壓開(kāi)關(guān)柜，額定電流1250A，分?jǐn)嗄芰?1.5kA，直流操作。10kV 配電、保護(hù)均采用微機(jī)綜合保護(hù)裝置，高壓進(jìn)線采用過(guò)流、速斷保護(hù)；聯(lián)絡(luò)采用過(guò)流、速斷保護(hù)；變壓器出線采用過(guò)流、速斷保護(hù)；變壓器帶溫控保護(hù)裝置。

2.7 低壓配電系統(tǒng)及保護(hù)

選取每2 臺(tái)變壓器為一組保持分列運(yùn)行，低壓采用單母線分段運(yùn)行方式，在兩段母線間設(shè)有母聯(lián)開(kāi)關(guān)。對(duì)2000kVA、1600kVA 變壓器，在進(jìn)出線分別配置65kA、50kA 斷路器；對(duì)1000kVA 變壓器，在進(jìn)出線分別配置50kA、35kA 斷路器，并設(shè)有過(guò)載長(zhǎng)延時(shí)、短路短延時(shí)與短路瞬時(shí)脫扣器，在部分回路設(shè)有分勵(lì)脫扣器。

柴油發(fā)電機(jī)房設(shè)在地下二層，柴油發(fā)電機(jī)備用電源在應(yīng)急母線段上與市電聯(lián)鎖互投。消防負(fù)荷采用雙回路電源供電在最末一級(jí)配電箱自動(dòng)切換；容量較大的用電負(fù)荷及重要負(fù)荷采用放射式配電；一般負(fù)荷采用放射式與樹(shù)干式相結(jié)合的方式配電。低壓配電系統(tǒng)根據(jù)不同的故障設(shè)置不同的短路、過(guò)負(fù)荷、漏電、電氣火災(zāi)監(jiān)控等保護(hù)裝置。

3 照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 正常照明

3.1.1 照度計(jì)算

根據(jù)《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50034—2013）的要求，醫(yī)院內(nèi)不同房間、場(chǎng)所的照度標(biāo)準(zhǔn)值及照明功率密度限值要求不同。例如診室0.75m水平面，照度標(biāo)準(zhǔn)值300lx，照明功率密度限值9W/m2；病房地面，照度標(biāo)準(zhǔn)值為100lx，照明功率密度限值為5W/m2。設(shè)計(jì)時(shí)要按不同房間、場(chǎng)所分別計(jì)算，平均照度按“光源數(shù)量×光源光通量×利用系數(shù)×燈具維護(hù)系數(shù)/工作面面積”的公式計(jì)算，照明功率密度值按“光源數(shù)量×光源光通量/工作面面積”的公式計(jì)算，經(jīng)計(jì)算本項(xiàng)目各房間、場(chǎng)所不僅滿(mǎn)足正常照明的照度要求，同時(shí)還滿(mǎn)足了照明功率密度限值的節(jié)能要求。

3.1.2 燈具選擇

手術(shù)室、重癥監(jiān)護(hù)室、治療室選用高顯色性燈具；護(hù)士站、辦公室等場(chǎng)所，選用格柵式節(jié)能燈具；手術(shù)室、無(wú)菌室、新生兒隔離病房、潔凈病房等有潔凈要求的場(chǎng)所選用密閉潔凈燈具；洗衣房、開(kāi)水間、衛(wèi)浴間、清洗消毒室等潮濕場(chǎng)所選用防潮型燈具；候診室、傳染病科診室、病房及廁所、婦科沖洗、手術(shù)室等場(chǎng)所設(shè)紫外線殺菌燈；手術(shù)室、X 射線診斷室設(shè)防止誤入的紅色信號(hào)燈。

3.2 消防應(yīng)急照明

（1）醫(yī)院為人員密集場(chǎng)所，對(duì)消防應(yīng)急照明系統(tǒng)的要求很高。本項(xiàng)目疏散照明的地面最低水平照度不低于3.0lx；病房樓或手術(shù)部的樓梯間、前室或合用前室不低于10.0lx；手術(shù)室及重癥監(jiān)護(hù)室等病人行動(dòng)不便的病房不低于5.0lx。設(shè)計(jì)中在各安全出口、疏散通道、封閉樓梯間、防煙樓梯間及其前室、人員密集場(chǎng)所等處均應(yīng)安裝相應(yīng)的消防應(yīng)急照明燈具，覆蓋建筑內(nèi)全部疏散線路。

（2）消防應(yīng)急照明系統(tǒng)采用集中控制集中電源方式，應(yīng)急照明燈具選用A 型，額定電壓24V，集中電源的連續(xù)供電時(shí)間為1.5h。

（3）在消防控制室、消防泵房、防排煙風(fēng)機(jī)房、變配電室、發(fā)電機(jī)房設(shè)備用照明，照度同正常照明的照度值。

3.3 安全照明

手術(shù)室、搶救室等涉及人身安全的場(chǎng)所，設(shè)置安全照明。2 類(lèi)場(chǎng)所中的手術(shù)室、搶救室安全照明的照度為正常照明的照度值，其他2 類(lèi)場(chǎng)所中的照度不低于一般照明照度值的50%。本項(xiàng)目為三級(jí)醫(yī)院，安全照明持續(xù)供電時(shí)間24h。

4 防雷與接地設(shè)計(jì)

4.1 防雷系統(tǒng)

（1）本項(xiàng)目屬于人員密集場(chǎng)所，根據(jù)建筑物的長(zhǎng)寬高、等效面積與年平均雷暴日、雷擊大地年平均密度等參數(shù)，經(jīng)計(jì)算年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)N 為0.47 次/a＞0.05 次/a，故按照二類(lèi)防雷建筑物進(jìn)行防雷設(shè)計(jì)。

（2）防直擊雷，采用由φ10 鍍鋅圓鋼制成的明裝接閃帶布置在距女兒墻外緣0.1m 范圍內(nèi)、高度約0.15m 處，將支撐架水平間距設(shè)為1m、轉(zhuǎn)角部位設(shè)為0.5m；采用屋面結(jié)構(gòu)板內(nèi)主筋制成規(guī)格為10m×10m 的天面接閃網(wǎng)；采用凈高為0.4m 的φ12 鍍鋅圓鋼作為接閃短針設(shè)置在屋角處；采用φ18 建筑物結(jié)構(gòu)鋼筋經(jīng)由綁扎或焊接處理后作為引下線，利用基礎(chǔ)內(nèi)的鋼筋作接地極。

（3）防雷電感應(yīng)及雷電波侵入，在LPZ0 與LPZ1 區(qū)邊界的進(jìn)線處按第一級(jí)防護(hù)等級(jí)設(shè)浪涌保護(hù)裝置，各樓層配電箱按第二級(jí)防護(hù)等級(jí)設(shè)浪涌保護(hù)裝置，在弱電機(jī)房的配電箱按第三級(jí)防護(hù)等級(jí)設(shè)浪涌保護(hù)裝置。

4.2 接地系統(tǒng)

（1）本項(xiàng)目低壓配電系統(tǒng)采用TN-S 接地型式；在變配電室設(shè)總等電位聯(lián)結(jié)。

（2）消防控制中心、弱電機(jī)房、電梯機(jī)房、帶淋浴的衛(wèi)生間、手術(shù)室及1、2 類(lèi)醫(yī)療場(chǎng)所設(shè)局部等電位聯(lián)結(jié)。

（3）在各手術(shù)室、重癥監(jiān)護(hù)室（ICU）以及斷電會(huì)危及生命的重要治療的2 類(lèi)醫(yī)療場(chǎng)所采用醫(yī)療IT 接地系統(tǒng)，配置一個(gè)交流內(nèi)阻抗≥100kΩ的絕緣監(jiān)視儀，當(dāng)發(fā)生第一次單相接地故障時(shí)，最遲在絕緣電阻降至50kΩ 時(shí)，發(fā)出故障報(bào)警信號(hào)，并根據(jù)用電負(fù)荷配備不同容量的隔離變壓器。

5 結(jié)論

醫(yī)療建筑電氣設(shè)計(jì)與供電質(zhì)量、安全保障存在密切關(guān)聯(lián)，將直接影響醫(yī)療服務(wù)質(zhì)量。本文結(jié)合某大型綜合性醫(yī)療建筑工程特征與供電需求，采用高壓電源+柴油發(fā)電機(jī)+UPS 電源供電方式及放射狀+樹(shù)干式配電方式，配合照明系統(tǒng)、接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，為醫(yī)療服務(wù)效率的提升創(chuàng)設(shè)良好基礎(chǔ)。