大型醫(yī)療建筑不同空調(diào)系統(tǒng)供配電分析

翟海鵬

(筑博設(shè)計(jì)股份有限公司上海分公司,上海 200040)

0 引言

作為用電大戶的醫(yī)院空調(diào)系統(tǒng)除了要滿足醫(yī)院內(nèi)的基本溫/濕度等需求,手術(shù)室、重癥監(jiān)護(hù)室等凈化區(qū)域?qū)τ诳諝庑迈r度、潔凈度也有較高要求。不同于辦公、商業(yè)等其他建筑,醫(yī)院根據(jù)不同科室的醫(yī)療需求,夏季整樓供冷的同時(shí),部分區(qū)域可能存在需要供熱的情況;相反,冬季整樓供暖時(shí)有些科室也需要供冷。 而空調(diào)系統(tǒng)用電占建筑總用電量將近一半甚至更多,故電氣負(fù)荷計(jì)算時(shí),不可將冷水機(jī)組、鍋爐等空調(diào)用電設(shè)備簡(jiǎn)單定義為季節(jié)性負(fù)荷而不統(tǒng)計(jì),需深入了解醫(yī)院冷、熱源的需求,分析空調(diào)設(shè)備的運(yùn)行方式和使用特性,明確變壓器計(jì)算負(fù)荷,合理設(shè)計(jì)供配電系統(tǒng)。

1 醫(yī)院空調(diào)系統(tǒng)基本需求

醫(yī)院不同科室對(duì)空調(diào)的要求有所不同,從室內(nèi)溫度要求看,一般區(qū)域夏季溫度要求為24～26℃,冬季溫度要求為20～22℃,手術(shù)室、ICU 等凈化區(qū)全年溫度要求在24℃左右;從空氣潔凈度要求看,一般區(qū)域?yàn)槠胀ōh(huán)境,凈化區(qū)空氣潔凈度級(jí)別最低為8.5 級(jí)的Ⅳ級(jí)用房,最高為局部5 級(jí)的I 級(jí)用房;從濕度要求看,一般區(qū)域?yàn)闈M足舒適性室內(nèi)相對(duì)濕度控制范圍為30%～65%,凈化區(qū)為滿足特殊環(huán)境要求,相對(duì)濕度控制范圍為45%～55%。 由于凈化區(qū)對(duì)潔凈度、濕度要求較高,空調(diào)設(shè)計(jì)一般采用凈化空調(diào)機(jī)組。 凈化空調(diào)有凈化室內(nèi)空氣、夏季除濕、冬季加濕等特殊功能,需一年四季同時(shí)提供空調(diào)冷源及熱源。 夏季利用冷源為空氣冷凝除濕,再通過熱源對(duì)空氣再加熱,以保證制冷時(shí)的舒適性;冬季利用冷源維持室內(nèi)溫度,當(dāng)濕度過高則同夏季一樣除濕,當(dāng)濕度過低則利用蒸汽加濕或電加濕保證室內(nèi)濕度要求。 根據(jù)JGJ 312—2013《醫(yī)療建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》負(fù)荷分級(jí),二、三級(jí)醫(yī)院空氣凈化機(jī)組為二級(jí)負(fù)荷,需采用雙回路供電,供配電設(shè)計(jì)需充分了解冷、熱源系統(tǒng)與凈化空調(diào)工作原理,提供可靠電力保障。 下面就不同醫(yī)院的三種空調(diào)冷熱源系統(tǒng)形式進(jìn)行分析研究。

2 不同空調(diào)冷熱原系統(tǒng)的供配電分析

2.1 冷水機(jī)組+鍋爐

圖1 所示空調(diào)系統(tǒng)常用在夏熱冬暖(一般全年最低溫度≥15℃)地區(qū),該系統(tǒng)形式較為簡(jiǎn)單,水冷冷水機(jī)組(以下稱為冷水機(jī)組)為整個(gè)醫(yī)院包括凈化區(qū)域全年提供空調(diào)系統(tǒng)冷源,鍋爐作為常規(guī)區(qū)域冬季熱源及凈化區(qū)域全年熱源。 此種空調(diào)系統(tǒng)形式運(yùn)行特點(diǎn)為:冷水機(jī)組與鍋爐在夏季需同時(shí)開啟使用,電氣設(shè)計(jì)人員在編寫負(fù)荷計(jì)算書時(shí)應(yīng)注意,切勿將冷水機(jī)組與鍋爐簡(jiǎn)單看作季節(jié)性負(fù)荷而取其大者計(jì)入變壓器負(fù)荷。 根據(jù)JGJ 312—2013《醫(yī)療建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》負(fù)荷分級(jí)要求,二、三級(jí)醫(yī)院采暖鍋爐、空氣凈化機(jī)組為二級(jí)負(fù)荷,配電時(shí)應(yīng)采用雙回路供電,供電方案如圖2 所示。 另根據(jù)《全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施(2009)電氣》2.4.1 條,冷水機(jī)組應(yīng)根據(jù)機(jī)組容量及地區(qū)供電條件等,經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較,并與空調(diào)專業(yè)設(shè)計(jì)人及業(yè)主協(xié)商,合理選擇機(jī)組額定電壓,條件許可時(shí),應(yīng)盡量采用10kV(或6kV)冷水機(jī)組,以便節(jié)能與減少運(yùn)行費(fèi)用。 可參考GB 50736-2012《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》8.2.4 條文規(guī)定,合理選擇高壓冷水機(jī)組。 電動(dòng)壓縮式冷水機(jī)組電動(dòng)機(jī)的供電方式應(yīng)符合下列規(guī)定:當(dāng)單臺(tái)電動(dòng)機(jī)的額定輸入功率＞1 200kW 時(shí),應(yīng)采用高壓供電方式;當(dāng)900kW＜單臺(tái)電動(dòng)機(jī)額定輸入功率≤1200kW 時(shí),宜采用高壓供電方式;當(dāng)650kW＜單臺(tái)電動(dòng)機(jī)額定輸入功率≤900kW 時(shí),可采用高壓供電方式。

圖1 冷水機(jī)組+鍋爐系統(tǒng)

圖2 冷水機(jī)組+鍋爐系統(tǒng)供電方案示例

2.2 冷水機(jī)組+鍋爐+風(fēng)冷熱泵(備用)

圖3 所示空調(diào)系統(tǒng)常用在夏熱冬冷,春秋季溫度適宜地區(qū),運(yùn)行特點(diǎn)為夏季(一般溫度22℃以上時(shí))冷水機(jī)組開啟提供全部空調(diào)系統(tǒng)冷源,鍋爐開啟提供手術(shù)室、ICU 等區(qū)域凈化空調(diào)再熱功能熱源,風(fēng)冷熱泵可作為夏季凈化區(qū)域冷源備用設(shè)備,當(dāng)冷水機(jī)組檢修停用時(shí)啟動(dòng),提供凈化區(qū)域冷源;春秋過渡季節(jié)(一般溫度在15 ～22℃之間),溫度適宜,醫(yī)院內(nèi)除凈化區(qū)以外其他區(qū)域一般無需使用空調(diào),冷水機(jī)組不開啟,此時(shí)風(fēng)冷熱泵為手術(shù)室、ICU 等凈化區(qū)域提供冷源,鍋爐開啟提供凈化空調(diào)再熱功能熱源;冬季(一般溫度在15℃以下),鍋爐開啟提供醫(yī)院內(nèi)全部熱源,由于某些冷水機(jī)組在15℃以下時(shí)無法正常使用,故風(fēng)冷熱泵開啟提供凈化區(qū)域冷源。 根據(jù)運(yùn)行特點(diǎn)可以看出,此種空調(diào)系統(tǒng)形式冷水機(jī)組與鍋爐在夏季會(huì)同時(shí)使用,負(fù)荷統(tǒng)計(jì)時(shí)需同時(shí)計(jì)入,而冷水機(jī)組與風(fēng)冷熱泵不會(huì)同時(shí)使用,故負(fù)荷計(jì)算時(shí)只需取其電量大者(一般項(xiàng)目冷水機(jī)組均大于風(fēng)冷熱泵,故計(jì)入冷水機(jī)組電量即可)。 空調(diào)設(shè)備配電時(shí)建議將冷水機(jī)組與風(fēng)冷熱泵由同一變壓器低壓側(cè)引出,從而利用不同時(shí)使用特性,降低整體變壓器配置容量。 另外,由于二、三級(jí)醫(yī)院空氣凈化機(jī)組為二級(jí)負(fù)荷,而風(fēng)冷熱泵為凈化空調(diào)機(jī)組提供冷源,因此,風(fēng)泵熱泵及其循環(huán)水泵可由雙回路供電,保證凈化空調(diào)供電可靠性,為手術(shù)室、ICU 等重要區(qū)域提供符合其醫(yī)療需求的環(huán)境。 供電方案如圖4 所示。

圖3 冷水機(jī)組+鍋爐+風(fēng)冷熱泵(備用)系統(tǒng)

圖4 冷水機(jī)組+鍋爐+風(fēng)冷熱泵(備用)系統(tǒng)供電方案示例

2.3 冷水機(jī)組+鍋爐+一體式風(fēng)冷熱泵(常用)

圖5 所示空調(diào)系統(tǒng)與圖3 空調(diào)系統(tǒng)較為相似,但運(yùn)行方式大不相同。 此種空調(diào)形式將醫(yī)院凈化區(qū)與非凈化區(qū)空調(diào)冷熱源相對(duì)獨(dú)立設(shè)置,冷水機(jī)組為醫(yī)院非凈化區(qū)提供空調(diào)系統(tǒng)冷源,鍋爐為醫(yī)院非凈化區(qū)提供空調(diào)系統(tǒng)熱源,一體式風(fēng)冷熱泵全年獨(dú)立為醫(yī)院凈化區(qū)同時(shí)提供空調(diào)冷源及除濕再熱所需熱源。 同時(shí)考慮到對(duì)凈化區(qū)域冷熱源的保障性,設(shè)計(jì)常將非凈化區(qū)域冷熱源另設(shè)一個(gè)支路,與凈化區(qū)域冷熱水管道聯(lián)通并設(shè)置反向電動(dòng)或手動(dòng)閥門(不同冷熱源兩閥門不可同時(shí)開啟),作為凈化區(qū)域冷熱源的備用機(jī)組。 當(dāng)一體式風(fēng)冷熱泵停機(jī)檢修時(shí),冷水機(jī)組和鍋爐可作為備用機(jī)組為凈化區(qū)提供冷源和熱源。 根據(jù)運(yùn)行特點(diǎn)可以看出,此種空調(diào)系統(tǒng)形式冷水機(jī)組、鍋爐與一體式風(fēng)冷熱泵基本獨(dú)立運(yùn)行,負(fù)荷統(tǒng)計(jì)時(shí)需同時(shí)計(jì)入。 同樣,一體式風(fēng)冷熱泵及其循環(huán)水泵可由雙回路供電,保證凈化空調(diào)供電的可靠性。 供電方案如圖6 所示,計(jì)算變壓器負(fù)荷時(shí)需將冷水機(jī)組、鍋爐、一體式風(fēng)冷熱泵同時(shí)計(jì)入。

圖5 冷水機(jī)組+鍋爐+一體式風(fēng)冷熱泵(常用)系統(tǒng)

3 空調(diào)末端配電分析

醫(yī)療建筑空調(diào)末端形式根據(jù)醫(yī)療設(shè)備要求、衛(wèi)生學(xué)要求、使用時(shí)間等不同需求,按照室內(nèi)空間形式、不同科室需求劃分空調(diào)系統(tǒng)分區(qū),存在多種不同空調(diào)末端形式,其配電方式、負(fù)荷計(jì)算等具有不同特點(diǎn)。

3.1 全空氣系統(tǒng)

圖6 冷水機(jī)組+鍋爐+一體式風(fēng)冷熱泵(常用)系統(tǒng)供電方案示例

醫(yī)院門診大廳、候診區(qū)、公共走道等大空間區(qū)域一般采用全空氣低速風(fēng)管系統(tǒng),空調(diào)箱機(jī)組設(shè)置于樓層空調(diào)機(jī)房?jī)?nèi),新風(fēng)和回風(fēng)混合經(jīng)過空調(diào)箱處理后通過送風(fēng)管道送至各末端風(fēng)口。 電氣只需為空調(diào)機(jī)房?jī)?nèi)空調(diào)箱機(jī)組配電,負(fù)荷等級(jí)為三級(jí),電源可引自本層一般動(dòng)力樓層配電箱,用電負(fù)荷計(jì)算時(shí)按設(shè)備安裝容量進(jìn)行統(tǒng)計(jì),當(dāng)利用需要系數(shù)法計(jì)算變壓器時(shí),需要系數(shù)可參考《工業(yè)與民用供配電手冊(cè)》(第四版)取0.7 ～0.8,計(jì)算動(dòng)力配電干線時(shí)建議適當(dāng)提高需要系數(shù),取0.8～0.9,避免夏季用電高峰時(shí)保護(hù)開關(guān)跳閘,以保證供電可靠性。

3.2 風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)

病房、診室、辦公室等小房間區(qū)域一般采用風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng),新風(fēng)系統(tǒng)常規(guī)每層水平設(shè)置,新風(fēng)機(jī)組設(shè)置于樓層新風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi),病房、診室等房間內(nèi)設(shè)置新風(fēng)口及風(fēng)機(jī)盤管。 新風(fēng)機(jī)、風(fēng)機(jī)盤管負(fù)荷等級(jí)均為三級(jí),新風(fēng)機(jī)可參照全空氣系統(tǒng)中空調(diào)箱機(jī)組配電方式及負(fù)荷計(jì)算,風(fēng)機(jī)盤管電源可引自本層一般動(dòng)力樓層配電箱,亦可引自區(qū)域普通照明插座配電箱,以滿足分區(qū)分科室計(jì)量要求。

3.3 變冷媒流量空調(diào)系統(tǒng)(VRV)

有特殊發(fā)熱量或有特別要求的醫(yī)技用房(如DR、CT)設(shè)置變冷媒流量系統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)(即VRV 空調(diào)系統(tǒng))。 由于影像科大型醫(yī)療設(shè)備(如DR、CT、X光機(jī)等)要求設(shè)備工作環(huán)境溫度常年維持在 18 ～ 28°C,空調(diào)一般采用獨(dú)立變冷媒流量系統(tǒng),以利于設(shè)備的長(zhǎng)期穩(wěn)定工作及醫(yī)患的舒適性。 空調(diào)外機(jī)、內(nèi)機(jī)需分別配電,負(fù)荷等級(jí)均為三級(jí),空調(diào)外機(jī)一般設(shè)置于室外,電源回路需設(shè)置剩余電流保護(hù)裝置,額定剩余動(dòng)作電流可選定為30 ～100mA,以保證用電安全性及供電可靠性。

3.4 恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)

磁共振設(shè)備(MR)掃描室、設(shè)備室、控制室對(duì)環(huán)境溫濕度要求較為嚴(yán)苛,一般采用恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng),另外磁共振設(shè)備需設(shè)置冷水機(jī)組,以保證磁體機(jī)低溫要求,主機(jī)停機(jī)時(shí),水冷機(jī)組也要保持持續(xù)運(yùn)行。 恒溫恒濕空調(diào)箱及水冷機(jī)組均設(shè)置于磁共振設(shè)備間,設(shè)備間內(nèi)設(shè)置磁共振輔助設(shè)備專用配電箱,采用雙電源供電,空調(diào)、水冷機(jī)、照明、插座等用電均接入此電箱。

3.5 分體空調(diào)

醫(yī)院建筑會(huì)配置少量獨(dú)立分體空調(diào)機(jī),一般設(shè)置于變配電室、消防安保中心、電梯機(jī)房等專用機(jī)房?jī)?nèi),以保證機(jī)房溫度要求及運(yùn)行維護(hù)的靈活性。電源可就近引自機(jī)房?jī)?nèi)配電箱,根據(jù)空調(diào)位置及用電參數(shù)設(shè)置分體空調(diào)插座,一般3 匹以下空調(diào)為220V 用電,3 ～5 匹可380V 用電,5 匹以上為380V用電。

4 結(jié)束語

面對(duì)突發(fā)公共衛(wèi)生事件時(shí),充足的醫(yī)療服務(wù)保障和醫(yī)療物資有不可或缺的重要性,不僅可以最大化緩解局部地區(qū)醫(yī)療需求,并且能獲得周邊地區(qū)的快速支援。 醫(yī)院建筑由于其特殊性和功能復(fù)雜性,醫(yī)療設(shè)備和空調(diào)系統(tǒng)等用電設(shè)備繁雜,對(duì)電氣設(shè)計(jì)要求較高,設(shè)計(jì)人員需不斷學(xué)習(xí)最新醫(yī)療設(shè)備配電要求、醫(yī)護(hù)人員的用電習(xí)慣,深入了解空調(diào)系統(tǒng)設(shè)置原則及運(yùn)行特點(diǎn),在滿足用電安全和供電可靠的同時(shí),合理配置變壓器、準(zhǔn)確計(jì)算用電指標(biāo)、科學(xué)規(guī)劃配電線路,從而保證醫(yī)院供配電系統(tǒng)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、合理。