云景山醫(yī)院平疫結(jié)合可轉(zhuǎn)換病區(qū)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與控制

中南建筑設(shè)計(jì)院股份有限公司 宋 濤 彭 凱 李環(huán)環(huán) 呂中一 王羽珊 張銀安中建三局第一建設(shè)工程有限責(zé)任公司 閆 忠 孫照付 萬 巍 吳小凱 陳永康北京環(huán)都拓普空調(diào)有限公司 汪春風(fēng) 徐國慶 楊 威

0 引言

2020年全球大規(guī)模暴發(fā)的COVID-19疫情使世界各國公共衛(wèi)生安全遭遇了前所未有的打擊，也充分暴露出我國綜合醫(yī)院防疫設(shè)計(jì)的缺失。目前我國既有綜合醫(yī)院傳染病科室規(guī)模小，硬件條件無法滿足傳染病醫(yī)院感控要求；既有傳染病?？漆t(yī)院數(shù)量少，收治能力有限，無法接收大量患者。疫情初期快速建造的應(yīng)急臨時(shí)醫(yī)院、方艙醫(yī)院等在控制新冠疫情中發(fā)揮了重要作用。但在后疫情時(shí)期，這些臨時(shí)防疫醫(yī)院閑置，無法持續(xù)利用，造成資源浪費(fèi)。

這種不計(jì)成本的快速建造方式是非常時(shí)期的非常之舉。目前世界各國的疫情仍在蔓延，疫情防控還需常態(tài)化。為了提升城市應(yīng)對(duì)突發(fā)公共衛(wèi)生事件的能力，當(dāng)前我國各地都在大力推動(dòng)“疫后重振補(bǔ)短板強(qiáng)功能公共衛(wèi)生體系補(bǔ)短板工程”實(shí)施，醫(yī)療建筑進(jìn)入快速建設(shè)的高潮時(shí)期。為指導(dǎo)《公共衛(wèi)生防控救治能力建設(shè)方案》(發(fā)改社會(huì)〔2020〕0735號(hào))[1]實(shí)施，加強(qiáng)重大疫情救治基地建設(shè)，為綜合醫(yī)院“平疫結(jié)合”建設(shè)提供可借鑒的技術(shù)措施，國家衛(wèi)生健康委員會(huì)及國家發(fā)展和改革委員會(huì)頒布了《綜合醫(yī)院“平疫結(jié)合”可轉(zhuǎn)換病區(qū)建筑技術(shù)導(dǎo)則(試行)》[2]。因此，今后“平疫結(jié)合、快速轉(zhuǎn)換、綜合利用及智慧建造”是醫(yī)院建設(shè)的新方向。這對(duì)醫(yī)療建筑設(shè)計(jì)提出了更高要求，值得深入探討。

1 工程概況

云景山醫(yī)院位于武漢市江夏區(qū)鄭店街，距離雷神山醫(yī)院約10 km，東側(cè)為107國道，北側(cè)為規(guī)劃長途汽車站，建筑外景如圖1所示。總建筑面積25.2萬m2，總床位數(shù)1 000張，預(yù)留應(yīng)急床位1 000張。醫(yī)院以“醫(yī)養(yǎng)融合、健康養(yǎng)老、平疫結(jié)合”為目標(biāo)，建設(shè)集區(qū)域康復(fù)綜合醫(yī)院和疫情防控醫(yī)院為一體的三級(jí)綜合醫(yī)院。醫(yī)院按照傳染病醫(yī)院建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，著眼提升市區(qū)重大疫情防控和應(yīng)急醫(yī)療救治能力，疫情時(shí)期可轉(zhuǎn)化為傳染病醫(yī)院。該項(xiàng)目為武漢市2020年“四區(qū)二院”重大疫情救治基地項(xiàng)目之一，將于2021年10月投入使用，建成后將取代雷神山醫(yī)院所有救治功能，雷神山醫(yī)院將實(shí)現(xiàn)永久性“休倉”。

圖1 建筑外景圖

2 平疫結(jié)合救治體系與平疫轉(zhuǎn)換模式

2.1 構(gòu)建分級(jí)、分層醫(yī)療救治體系

《綜合醫(yī)院“平疫結(jié)合”可轉(zhuǎn)換病區(qū)建筑技術(shù)導(dǎo)則(試行)》[2]中規(guī)定各級(jí)衛(wèi)生健康行政部門應(yīng)當(dāng)結(jié)合當(dāng)?shù)蒯t(yī)療資源布局，將一切救治定點(diǎn)醫(yī)院列入?yún)^(qū)域健康規(guī)劃中。在制定呼吸道傳染病應(yīng)急預(yù)案的基礎(chǔ)上，重大疫情救治基地建設(shè)項(xiàng)目應(yīng)當(dāng)兼顧平時(shí)與疫情時(shí)的醫(yī)療服務(wù)內(nèi)容，從總體規(guī)劃、建筑設(shè)計(jì)、機(jī)電系統(tǒng)配置上做到平疫結(jié)合，滿足結(jié)構(gòu)、消防、環(huán)保、節(jié)能等方面的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)要求。在符合平時(shí)醫(yī)療服務(wù)的前提下，滿足疫情時(shí)快速轉(zhuǎn)換、開展疫情救治的需要，應(yīng)充分利用發(fā)熱門診、感染疾病科病房等建筑設(shè)施。

“平疫結(jié)合”醫(yī)院設(shè)計(jì)首先必須理清平疫結(jié)合醫(yī)院的功能構(gòu)成和醫(yī)療流程與普通醫(yī)療設(shè)施的不同之處，然后明確防疫醫(yī)院需要預(yù)留的空間、場地、機(jī)電設(shè)備、管線接口，再針對(duì)具體情況制定相關(guān)措施預(yù)案，為疫情時(shí)的功能流程創(chuàng)造有利條件。

該項(xiàng)目以呼吸道傳染病患者癥狀為導(dǎo)向，按照“疑似患者”“無癥狀、輕癥”“中度癥狀”“危重癥癥狀”4類患者，通過建立“方艙醫(yī)院、臨時(shí)應(yīng)急醫(yī)院、定點(diǎn)醫(yī)院、危重癥醫(yī)院”4類救治場所，形成高效的分級(jí)、分層醫(yī)療救治體系。

2.2 平疫轉(zhuǎn)換涉及的主要建筑功能空間(見圖2)

圖2 平疫轉(zhuǎn)換示意圖

1) 停車樓(4層)：平時(shí)作為停車樓使用，預(yù)留機(jī)電設(shè)備、管線接口，疫情時(shí)轉(zhuǎn)換為方艙醫(yī)院，可收治“無癥狀、輕癥”患者1 500人。

2) 應(yīng)急預(yù)留用地：預(yù)留機(jī)電設(shè)備、管線接口，疫情時(shí)快速建造集裝箱裝配式應(yīng)急醫(yī)院(2層)，可收治患者1 000人。

3) A棟醫(yī)療綜合樓(13層，240床)、B棟康復(fù)綜合樓(11層，320床)：平時(shí)為醫(yī)療及康復(fù)病房，疫情時(shí)轉(zhuǎn)換為負(fù)壓病房，收治危重癥患者560人。

4) C棟中端養(yǎng)老樓(9層，336床)、D棟高端養(yǎng)老樓(7層，150床)：平時(shí)為中高端養(yǎng)老房，疫情時(shí)轉(zhuǎn)換為負(fù)壓病房，收治中度癥狀患者486人。

5) 醫(yī)技樓手術(shù)室：平時(shí)為正壓手術(shù)室，疫情時(shí)其中2間轉(zhuǎn)換為負(fù)壓手術(shù)室(一用一備)。

6) 門診：平時(shí)感染門診、腸道門診、肝病門診空間隔離分開使用，疫情時(shí)腸道門診、肝病門診轉(zhuǎn)換為感染門診使用。

7) 其他行政辦公樓、醫(yī)技樓及急診等區(qū)域在疫情時(shí)關(guān)閉。

2.3 建筑醫(yī)療工藝及平疫結(jié)合要求

平疫結(jié)合醫(yī)院需根據(jù)其在市區(qū)重大疫情救治項(xiàng)目規(guī)劃中的定位，設(shè)計(jì)時(shí)采取相應(yīng)符合平疫轉(zhuǎn)換要求的措施。在綜合醫(yī)院平時(shí)功能平面布局設(shè)計(jì)中，考慮疫時(shí)三區(qū)兩通道的設(shè)計(jì)要求，在疫時(shí)改造時(shí)，結(jié)合走廊或房間設(shè)置緩沖間，增設(shè)衛(wèi)生通過，實(shí)現(xiàn)清潔區(qū)、半污染區(qū)、污染區(qū)的物理分隔，快速將普通病區(qū)改造轉(zhuǎn)換為傳染病負(fù)壓病區(qū)，達(dá)到醫(yī)患分流、潔污分離的目的(住院部疫時(shí)基本流程圖見圖3)。病房在平時(shí)設(shè)置外陽臺(tái)，疫情時(shí)可拆除陽臺(tái)隔墻快速改造為敞開式患者走道，病房疫情時(shí)標(biāo)準(zhǔn)層建筑平面如圖4所示。

圖3 住院部疫時(shí)基本流程圖

圖4 住院部疫時(shí)標(biāo)準(zhǔn)層流程平面圖

3 通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)平疫轉(zhuǎn)換技術(shù)路徑

平疫結(jié)合通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)需滿足普通病房、負(fù)壓病房和負(fù)壓隔離病房的不同規(guī)范要求。采取彈性的設(shè)計(jì)原則，在保證通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)平時(shí)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性及舒適性的前提下，采用快速簡易、經(jīng)濟(jì)適用的轉(zhuǎn)換技術(shù)措施，使通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的溫濕度、新排風(fēng)量、潔凈度、壓力梯度及氣流組織等滿足傳染病醫(yī)院的使用要求。同時(shí)需避免平疫2套系統(tǒng)共存。

3.1 平疫工況各功能房間室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)(見表1)

表1 室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)[3-4]

3.2 平疫工況通風(fēng)量需求(見表2)

表2 新風(fēng)換氣次數(shù)[3-4]

3.3 平疫工況壓力等級(jí)及壓力梯度要求

3.3.1疫時(shí)病區(qū)壓力控制值(見表3)

表3 疫時(shí)病區(qū)各房間壓力控制值[4-5]

3.3.2通風(fēng)氣流組織與壓力梯度要求

平疫結(jié)合區(qū)的護(hù)理單元、門急診區(qū)平時(shí)按微正壓設(shè)計(jì)，疫情期間清潔區(qū)按正壓設(shè)計(jì)，半污染區(qū)、污染區(qū)轉(zhuǎn)換為負(fù)壓；建筑室內(nèi)通風(fēng)氣流組織形成從清潔區(qū)→半污染區(qū)→污染區(qū)有序的壓力梯度，實(shí)現(xiàn)空氣定向流動(dòng)，避免空氣傳播途徑的交叉感染。病房與患者走廊、病房與緩沖間、緩沖間與醫(yī)護(hù)走道等相鄰房間保持不小于5 Pa的壓差。

3.3.3建筑門窗要求

為維持病房室內(nèi)壓力及病房與相鄰、相通房間之間的壓差，建筑設(shè)計(jì)時(shí)需注意以下問題：

1) 病區(qū)通向外界的門向外開啟，內(nèi)門向靜壓大的一側(cè)開啟。這與綜合醫(yī)院等非傳染病醫(yī)院的內(nèi)門開啟方向相反(向房間開啟)，建筑專業(yè)設(shè)計(jì)中容易忽視、且不容易接受這個(gè)要求，主要原因是醫(yī)護(hù)人員及患者進(jìn)出房間時(shí)，門向外開啟會(huì)影響走道的順暢。

2) 除普通工作區(qū)外，病區(qū)房間內(nèi)門均為非木質(zhì)門，均不采用密閉門，緩沖間與門下邊通常留有10 mm左右的縫隙，以防開關(guān)門時(shí)，造成室內(nèi)外壓差波動(dòng)較大。

3) 病區(qū)通向室外的門有密閉性要求。因疫時(shí)病房為負(fù)壓，為避免病房夏季出現(xiàn)“熱風(fēng)滲透”、冬季出現(xiàn)“冷風(fēng)滲透”，影響室內(nèi)舒適性，其通向敞開式患者走道的外陽臺(tái)門采用密閉門。其外窗采用雙層玻璃的6級(jí)密閉窗，疫時(shí)不開窗，必要時(shí)由專人開窗。其漏風(fēng)量需符合GB/T 7106—2008《建筑外門窗氣密、水密、抗風(fēng)壓性能分級(jí)及檢測方法》[6]的規(guī)定。

3.4 冷熱源、水系統(tǒng)設(shè)計(jì)及設(shè)備選擇

1) 空調(diào)冷熱負(fù)荷計(jì)算。

根據(jù)平時(shí)功能房間及疫時(shí)可轉(zhuǎn)換功能房間的設(shè)計(jì)參數(shù)分別進(jìn)行冷熱負(fù)荷計(jì)算。

2) 空調(diào)冷熱源主要設(shè)備選擇。

冷熱源主要設(shè)備選擇及容量搭配需充分考慮平疫工況負(fù)荷特點(diǎn)、平時(shí)夜間負(fù)荷等因素。該項(xiàng)目冷熱源采用電驅(qū)動(dòng)水冷冷水機(jī)組+燃?xì)庹婵諢崴仩t形式。根據(jù)空調(diào)系統(tǒng)冷熱負(fù)荷，夏季選擇3臺(tái)單臺(tái)制冷量4 220 kW的離心式冷水機(jī)組，2臺(tái)單臺(tái)制冷量1 400 kW的帶部分冷凝熱回收螺桿式冷水機(jī)組。空調(diào)供/回水溫度為6 ℃/12 ℃，冷卻水供/回水溫度為32 ℃/37 ℃。選擇4臺(tái)單臺(tái)制熱量4.2 MW的燃?xì)馕合嘧儫崴仩t作為冬季供暖及全年生活熱水的熱源，供/回水溫度為90 ℃/70 ℃。冬季供暖由熱水鍋爐提供供/回水溫度90 ℃/70 ℃的熱水至水-水換熱器交換成供/回水溫度60 ℃/45 ℃的熱水，供空調(diào)末端使用。同時(shí)配置2臺(tái)單臺(tái)額定蒸發(fā)量4 t/h的燃?xì)庹羝仩t(1.0 MPa)，供洗衣房、中心消毒、廚房及冬季病房新風(fēng)加濕等使用。

3) 空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

采用一級(jí)泵變流量(主機(jī)變流量)系統(tǒng)?？照{(diào)水系統(tǒng)按照各功能分區(qū)分別設(shè)置環(huán)路，其中疫時(shí)使用的功能區(qū)域的水系統(tǒng)設(shè)置獨(dú)立的環(huán)路。

3.5 標(biāo)準(zhǔn)病房新排風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

標(biāo)準(zhǔn)病房平面圖見圖5。

圖5 標(biāo)準(zhǔn)病房平面圖

3.5.1平疫工況風(fēng)量計(jì)算

病房新風(fēng)換氣次數(shù)平時(shí)按3 h-1計(jì)算，疫時(shí)按6 h-1計(jì)算；疫時(shí)(平時(shí))清潔區(qū)新風(fēng)換氣次數(shù)按3 h-1計(jì)算。依據(jù)負(fù)壓病區(qū)各房間負(fù)壓值及壓力梯度分布，采用壓差法計(jì)算門窗縫隙滲透風(fēng)量，采用式(1)計(jì)算病房及緩沖間各門窗的滲透風(fēng)量L。

(1)

式中μ為流量系數(shù)，一般取0.3～0.5，建議取0.4；F為縫隙面積,m2，內(nèi)房間門縫隙考慮3 mm,門下留10 mm縫隙,外陽臺(tái)門采用密閉門或密閉措施；Δp1為壓差，Pa；ρ為空氣密度，取1.2 kg/m3。

依據(jù)風(fēng)量平衡，排風(fēng)量+滲出風(fēng)量=送風(fēng)量+滲入風(fēng)量，該項(xiàng)目送風(fēng)根據(jù)新風(fēng)換氣次數(shù)確定，可依次求出病房、緩沖間、醫(yī)護(hù)走廊等主要房間區(qū)域疫時(shí)通風(fēng)量，見表4。

表4 標(biāo)準(zhǔn)病房通風(fēng)量

3.5.2病房平疫工況空氣處理過程

病房平時(shí)采用風(fēng)機(jī)盤管+新風(fēng)系統(tǒng)的空調(diào)形式。疫時(shí)A、B棟收治危重癥患者，采用全新風(fēng)系統(tǒng)；C、D棟收治中度癥狀患者，采用風(fēng)機(jī)盤管+新風(fēng)系統(tǒng)。

1) 平時(shí)工況。

夏季、冬季新風(fēng)與風(fēng)機(jī)盤管送風(fēng)分別送入病房，其空氣處理過程如圖6所示。風(fēng)機(jī)盤管承擔(dān)室內(nèi)冷、熱負(fù)荷，新風(fēng)只承擔(dān)新風(fēng)負(fù)荷。設(shè)計(jì)工況下，夏季室內(nèi)溫度tn=26 ℃、相對(duì)濕度φ=55%，新風(fēng)處理后狀態(tài)點(diǎn)L1(室內(nèi)狀態(tài)點(diǎn)等比焓線與相對(duì)濕度90%線交點(diǎn))溫度為20.5 ℃，經(jīng)風(fēng)機(jī)溫升(1.5 ℃)與風(fēng)機(jī)盤管處理后的空氣混合至室內(nèi)狀態(tài)點(diǎn)N；冬季室內(nèi)溫度tn=22 ℃、φ=40%，新風(fēng)處理到室內(nèi)溫度22 ℃，與風(fēng)機(jī)盤管處理后的空氣混合至室內(nèi)狀態(tài)點(diǎn)N。

2) 疫時(shí)工況。

疫時(shí)因A、B棟病房病人為危重癥患者，一些產(chǎn)生氣溶膠的操作(氣管插管、無創(chuàng)通氣、氣管切開術(shù)、心肺復(fù)蘇、插管前人工通氣和支氣管鏡檢查)[7-8]會(huì)增加傳播新冠病毒傳播的風(fēng)險(xiǎn)，在保證安全和節(jié)能的前提下，疫時(shí)病區(qū)收治需要上述操作的重癥病人時(shí)，采用全新風(fēng)運(yùn)行模式。其空氣處理過程如圖7所示。

注：W為室外狀態(tài)點(diǎn)；N為室內(nèi)狀態(tài)點(diǎn)；ε為熱濕比線；L2、R2分別為夏季和冬季新風(fēng)機(jī)組送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)；L3、R3分別為夏季和冬季風(fēng)機(jī)盤管出風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)；N1為風(fēng)機(jī)盤管出風(fēng)進(jìn)入空調(diào)房間沿室內(nèi)熱濕比線變到的狀態(tài)點(diǎn)。圖6 平時(shí)病房空氣處理過程

注：tL為室內(nèi)狀態(tài)點(diǎn)的露點(diǎn)溫度；R1為冬季新風(fēng)經(jīng)過加熱盤管后狀態(tài)點(diǎn)。圖7 疫時(shí)病房空氣處理過程

新風(fēng)機(jī)組承擔(dān)系統(tǒng)新風(fēng)本身及室內(nèi)冷熱負(fù)荷總和。設(shè)計(jì)工況下，夏季室內(nèi)溫度tn=26 ℃、相對(duì)濕度φ=55%，新風(fēng)處理至狀態(tài)點(diǎn)L1，經(jīng)風(fēng)機(jī)溫升(1.5 ℃)后沿?zé)釢癖染€送入室內(nèi)，室內(nèi)狀態(tài)點(diǎn)的露點(diǎn)溫度為15.8 ℃；冬季室內(nèi)溫度tn=22 ℃、相對(duì)濕度φ=55%，新風(fēng)加熱處理到R1(26.7 ℃)，再經(jīng)過蒸汽加濕至R2，沿?zé)釢癖染€至室內(nèi)狀態(tài)點(diǎn)N。

3.5.3標(biāo)準(zhǔn)病房平疫結(jié)合通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)需平疫結(jié)合統(tǒng)籌設(shè)計(jì)，避免平疫2套系統(tǒng)共存。病房通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)平時(shí)和疫時(shí)的主要差別表現(xiàn)在送排風(fēng)量、過濾要求、壓力梯度、氣流組織及系統(tǒng)分區(qū)等方面。

病房平時(shí)為微正壓，疫時(shí)轉(zhuǎn)換為負(fù)壓。病房平時(shí)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)對(duì)分區(qū)沒有嚴(yán)格規(guī)定，換氣次數(shù)為3 h-1，新風(fēng)過濾要求為粗效+中效過濾器，排風(fēng)無過濾要求。病房疫時(shí)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)要求按照清潔區(qū)、半污染區(qū)、污染區(qū)劃分系統(tǒng)，建筑室內(nèi)通風(fēng)氣流組織形成從清潔區(qū)→半污染區(qū)→污染區(qū)的有序的壓力梯度，實(shí)現(xiàn)空氣定向流動(dòng)，避免空氣傳播途徑的交叉感染；疫時(shí)病房最小新風(fēng)換氣次數(shù)為6 h-1，病房新風(fēng)過濾要求為粗效+中效+亞高效過濾器，病房排風(fēng)過濾要求為粗效+高效過濾器。

為滿足上述2種工況使用要求，病房平疫結(jié)合通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)按照每層的清潔區(qū)、半污染區(qū)、污染區(qū)設(shè)置獨(dú)立系統(tǒng)，通風(fēng)空調(diào)管道需按疫時(shí)的風(fēng)量設(shè)計(jì)布置。新風(fēng)機(jī)組設(shè)置于每層的新風(fēng)機(jī)房內(nèi)，機(jī)房設(shè)置于清潔區(qū)，每層排風(fēng)機(jī)組均設(shè)置于屋面。

由于疫時(shí)病房新風(fēng)量是平時(shí)新風(fēng)量的2倍，病房排風(fēng)量是平時(shí)排風(fēng)量的3倍以上，因此新風(fēng)及排風(fēng)風(fēng)道在相同風(fēng)速下的面積及尺寸疫情時(shí)均比平時(shí)成倍增加，同時(shí)根據(jù)疫時(shí)室內(nèi)氣流組織的送風(fēng)及排風(fēng)形式要求，室內(nèi)裝修需要設(shè)置吊頂。因此建筑層高及室內(nèi)凈高控制是設(shè)計(jì)重點(diǎn)考慮的問題。該項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)層病房層高3.90 m、梁高0.75 m，走道實(shí)際控制凈高為2.35 m，房間凈高為2.80 m，見圖8、9。從實(shí)際使用角度分析，走道凈高2.35 m、房間凈高2.80 m偏低，建議類似項(xiàng)目層高宜為4.0～4.2 m。

圖8 病房通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)BIM模型(單位：mm)

該項(xiàng)目A、B 2棟病房疫時(shí)收治重癥患者，均安裝室內(nèi)排風(fēng)立管，C、D 2棟病房疫時(shí)收治一般患者，在室內(nèi)排風(fēng)干管處預(yù)留接口，排風(fēng)立管疫時(shí)再安裝進(jìn)行平疫轉(zhuǎn)換，標(biāo)準(zhǔn)層病房通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)平時(shí)及疫情轉(zhuǎn)換如圖10所示。

圖10 病房通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)原理圖

3.6 疫時(shí)病房氣流組織設(shè)計(jì)

病房新、排風(fēng)口布置見圖5。室內(nèi)吊頂標(biāo)高2.80 m，主送風(fēng)口：尺寸250 mm×1 000 mm，送風(fēng)量240 m3/h，送風(fēng)速度0.27 m/s；次送風(fēng)口：尺寸100 mm×300 mm，送風(fēng)量120 m3/h，送風(fēng)速度1.1 m/s；下排風(fēng)口(2個(gè))：尺寸200 mm×500 mm，排風(fēng)量265 m3/h，排風(fēng)速度0.74 m/s。病人廢氣呼出量按0.7 L/min[9]計(jì)算。

為驗(yàn)證病房內(nèi)氣流組織及污染物的擴(kuò)散情況，基于某有限元分析軟件對(duì)病房通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行CFD數(shù)值模擬，該有限元分析軟件計(jì)算采用標(biāo)準(zhǔn)K-ε模型，控制方程包括連續(xù)性方程、動(dòng)量方程、能量方程、湍流脈動(dòng)動(dòng)能K方程及湍流能量耗散ε方程。為提高計(jì)算精度，利用某軟件劃分非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，并在風(fēng)口及人呼吸口處進(jìn)行網(wǎng)格加密處理，最終生成120余萬網(wǎng)格。按實(shí)際設(shè)計(jì)設(shè)置邊界條件后進(jìn)行模擬計(jì)算。

A、B棟病房內(nèi)氣流組織模擬結(jié)果如圖11所示，上送下排的氣流組織形式能實(shí)現(xiàn)氣流的連貫性，減少渦流的產(chǎn)生。病人處于氣流下風(fēng)向，病人呼出的污染物能在第一時(shí)間被氣流裹挾排至室外。

圖11 病房氣流組織模擬流線圖

病房內(nèi)氣流速度分布及病床附近污染物濃度分布如圖12、13所示。在送風(fēng)口及排風(fēng)口處風(fēng)速較大，病人所處范圍內(nèi)并無明顯渦流，病人呼出的污染物能夠及時(shí)排至室外，病房整體范圍內(nèi)污染物濃度較低，能夠?qū)崿F(xiàn)控制污染物、降低交叉感染風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)期。

圖12 病床處(z=1.0 m)速度場

圖13 病床附近污染物濃度

3.7 平疫轉(zhuǎn)換設(shè)備及技術(shù)措施

3.7.1多工況風(fēng)量調(diào)節(jié)器

進(jìn)出病房等平疫轉(zhuǎn)換房間新風(fēng)及排風(fēng)支總管上均設(shè)置多工況風(fēng)量調(diào)節(jié)器，設(shè)置為定風(fēng)量控制模式，由最小風(fēng)量設(shè)定器設(shè)定平時(shí)風(fēng)量，最大風(fēng)量設(shè)定器設(shè)定疫時(shí)風(fēng)量，根據(jù)風(fēng)量刻度表現(xiàn)場調(diào)節(jié)設(shè)定值?？蓪?shí)現(xiàn)平時(shí)風(fēng)量、疫時(shí)風(fēng)量及閥門開關(guān)3種狀態(tài)控制，疫時(shí)可替代電動(dòng)密閉閥實(shí)現(xiàn)病房消毒時(shí)需要關(guān)閉或開啟的使用要求。

多工況風(fēng)量調(diào)節(jié)器是針對(duì)后疫情時(shí)代平疫轉(zhuǎn)換醫(yī)療建筑在定風(fēng)量閥的基礎(chǔ)上開發(fā)的新產(chǎn)品，也是負(fù)壓病房風(fēng)量平衡及維持房間負(fù)壓的關(guān)鍵設(shè)備。其風(fēng)量偏差為±10%，對(duì)于負(fù)壓病房最不利的情況是：新風(fēng)管上的多工況風(fēng)量調(diào)節(jié)器或新風(fēng)機(jī)出現(xiàn)正偏差，即送風(fēng)量過大；排風(fēng)管上的多工況風(fēng)量調(diào)節(jié)器或排風(fēng)機(jī)出現(xiàn)負(fù)偏差，即實(shí)際風(fēng)量小于設(shè)計(jì)或設(shè)定風(fēng)量。這種情況下負(fù)壓排風(fēng)量不夠，負(fù)壓達(dá)不到要求。所以在計(jì)算壓差排風(fēng)量時(shí)，不僅要考慮漏風(fēng)量，還需考慮風(fēng)機(jī)、調(diào)節(jié)器風(fēng)量正負(fù)偏差絕對(duì)值之和。

表5給出了多工況風(fēng)量調(diào)節(jié)器與國產(chǎn)電動(dòng)密閉閥漏風(fēng)率比較，前者漏風(fēng)率遠(yuǎn)低于后者。

表5 多工況風(fēng)量調(diào)節(jié)器與國產(chǎn)電動(dòng)密閉閥漏風(fēng)率比較

3.7.2平疫共用數(shù)字化新風(fēng)機(jī)組

目前平疫共用數(shù)字化新風(fēng)機(jī)組與排風(fēng)機(jī)組均屬于定制化非標(biāo)產(chǎn)品，是根據(jù)不同轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。因此，需從使用要求及經(jīng)濟(jì)性等方面對(duì)平疫共用數(shù)字化新風(fēng)機(jī)組構(gòu)造、風(fēng)機(jī)形式、表冷器及機(jī)組控制進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)中建議避免平疫2套系統(tǒng)共存，能實(shí)現(xiàn)平疫快速轉(zhuǎn)換，同時(shí)需考慮其表冷器容量及防凍措施等。

1) 新風(fēng)機(jī)組配置要求。

設(shè)計(jì)采用高效節(jié)能EC風(fēng)機(jī)(采用數(shù)字化無刷直流外轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)的離心式風(fēng)機(jī))和數(shù)字化智能控制技術(shù)的平疫共用新風(fēng)機(jī)組。

圖14為數(shù)字化新風(fēng)機(jī)組各功能段組合圖。中標(biāo)供貨商根據(jù)設(shè)計(jì)方提出的平疫轉(zhuǎn)換方式，進(jìn)行設(shè)備本體構(gòu)造設(shè)計(jì)及生產(chǎn)。其功能段依次為：粗效→中效→中間段→亞高效段→表冷(熱)段→蒸汽加濕段→擋水板段→風(fēng)機(jī)段。其中，風(fēng)機(jī)段采用雙風(fēng)機(jī)形式，選擇2臺(tái)EC風(fēng)機(jī)，平時(shí)使用時(shí)單臺(tái)風(fēng)機(jī)運(yùn)行，2臺(tái)風(fēng)機(jī)交替使用，互為備用；疫時(shí)2臺(tái)風(fēng)機(jī)同時(shí)運(yùn)行。

圖14 數(shù)字化新風(fēng)機(jī)組功能段組合圖

新風(fēng)機(jī)組內(nèi)的亞高效過濾器作為平疫轉(zhuǎn)換設(shè)備，平時(shí)不安裝，疫時(shí)再安裝。新風(fēng)機(jī)組自帶智能控制柜，對(duì)風(fēng)機(jī)啟停、風(fēng)機(jī)狀態(tài)、故障報(bào)警、過濾器壓差報(bào)警及風(fēng)機(jī)變速控制等進(jìn)行一體化控制，并預(yù)留RS485通訊接口接入BA系統(tǒng)。新風(fēng)機(jī)組及控制柜均安裝于清潔區(qū)新風(fēng)機(jī)房內(nèi)，便于疫時(shí)設(shè)備維護(hù)管理，避免維護(hù)管理人員出現(xiàn)交叉感染。

2) 新風(fēng)機(jī)組表冷器設(shè)計(jì)要求。

平疫共用新風(fēng)機(jī)組在設(shè)計(jì)工況下的冷、熱量需滿足在全新風(fēng)運(yùn)行時(shí)的新風(fēng)負(fù)荷及所服務(wù)區(qū)域室內(nèi)負(fù)荷之和。普通新風(fēng)機(jī)組表冷器迎面風(fēng)速一般按2.5 m/s設(shè)計(jì)，對(duì)于平疫共用新風(fēng)機(jī)組表冷器如果依然按照2.5 m/s的迎面風(fēng)速常規(guī)選型，那么在50%風(fēng)量下，表冷器迎面風(fēng)速僅為1.25 m/s，根據(jù)圖15表冷器風(fēng)速換熱系數(shù)曲線可以看出，此時(shí)表冷器的傳熱系數(shù)衰減較大。如果表冷器按照3 m/s的迎面風(fēng)速進(jìn)行選型，這樣在50%風(fēng)量下，表冷器迎面風(fēng)速為1.5 m/s，此時(shí)表冷器的傳熱系數(shù)衰減在合理范圍內(nèi)。

圖15 表冷器風(fēng)速-傳熱系數(shù)曲線(供貨商提供)

平疫共用新風(fēng)機(jī)組表冷器迎面風(fēng)速按3 m/s設(shè)計(jì)校核表冷器冷凝水擋水率。由圖16可以看出，在表冷器迎面風(fēng)速高于3 m/s的情況下，擋水板擋水率急劇下降，容易造成表冷器飄水，影響使用。表冷器設(shè)計(jì)迎面風(fēng)速建議控制在3 m/s以內(nèi)。

圖16 風(fēng)速-擋水率曲線(供貨商提供)

在平疫結(jié)合的特殊使用情況下，表冷器的水路流程也需要進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)。機(jī)組冷量在50%～100%范圍變化時(shí)，通過機(jī)組的水流量及流速會(huì)發(fā)生大幅度變化。通常情況下，考慮表冷器水流阻力和換熱系數(shù)因素，流速一般按照1.8 m/s設(shè)計(jì)，但在平疫結(jié)合的需求下，流速可按2.4 m/s進(jìn)行設(shè)計(jì)。

表冷器盤管水流速度的調(diào)節(jié)通過特殊設(shè)計(jì)的盤管回路實(shí)現(xiàn)，以圖17所示的盤管舉例說明：普通機(jī)組的標(biāo)準(zhǔn)盤管回路通常設(shè)置16個(gè)進(jìn)口、16個(gè)出口，每個(gè)口流速為1.8 m/s；平疫結(jié)合機(jī)組的盤管回路中，為提高管路中的水流速度，可將16個(gè)口縮減為12個(gè)口，每個(gè)口水流速度提高為2.4 m/s。根據(jù)圖18可以看出，在2.4 m/s流速下，水阻力增加較小，并且可以保證50%流量下，流速1.2 m/s時(shí)，表冷器有較高的換熱效率(見圖19)，同時(shí)也減小了低速工況下表冷器盤管局部產(chǎn)生凍傷的可能。

圖17 表冷器水回路示意圖(供貨商提供)

圖18 表冷器液速-水阻曲線(供貨商提供)

圖19 表冷器液速-傳熱系數(shù)曲線(供貨商提供)

在平疫工況風(fēng)量變化時(shí)，對(duì)過濾器的阻力進(jìn)行復(fù)核。通過圖20可以看出：在過濾器迎面風(fēng)速為3 m/s時(shí)，以中效袋式過濾器為例，過濾器的阻力相對(duì)處于可接受范圍內(nèi)，迎面風(fēng)速大于3 m/s時(shí)過濾器阻力急劇增加。

圖20 新風(fēng)機(jī)組過濾器風(fēng)速-阻力曲線(供貨商提供)

3.7.3平疫共用數(shù)字化排風(fēng)機(jī)組

圖21為數(shù)字化排風(fēng)機(jī)組各功能段組合圖，其功能段依次為：粗效→中間段→高效段→風(fēng)機(jī)段。其中：風(fēng)機(jī)段采用雙風(fēng)機(jī)形式，選擇2臺(tái)EC風(fēng)機(jī)，平時(shí)使用時(shí)單臺(tái)風(fēng)機(jī)運(yùn)行，2臺(tái)風(fēng)機(jī)交替使用，互為備用；疫時(shí)2臺(tái)風(fēng)機(jī)同時(shí)運(yùn)行。排風(fēng)機(jī)組自帶智能控制柜，對(duì)風(fēng)機(jī)啟停、風(fēng)機(jī)狀態(tài)、故障報(bào)警、過濾器壓差報(bào)警及風(fēng)機(jī)變速控制等進(jìn)行一體化控制，并預(yù)留RS485通訊接口接入BA系統(tǒng)。高效過濾器作為平疫轉(zhuǎn)換設(shè)備，平時(shí)不安裝，疫時(shí)再安裝。

圖21 數(shù)字化排風(fēng)機(jī)組功能段組合圖

3.8 衛(wèi)生通過通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

衛(wèi)生通過是指采用換鞋、更衣、淋浴等措施控制人員、物品從非清潔區(qū)到潔凈區(qū)的凈化過程。衛(wèi)生通過區(qū)域，平時(shí)在更衣室新風(fēng)換氣次數(shù)為2 h-1，衛(wèi)生間及淋浴室平時(shí)使用排氣扇側(cè)墻排風(fēng)，排風(fēng)換氣次數(shù)為10 h-1。疫時(shí)在一次更衣室設(shè)置換氣次數(shù)不小于30 h-1的送風(fēng)，在脫隔離服間設(shè)置不小于40 h-1的排風(fēng)，疫時(shí)排風(fēng)機(jī)設(shè)置室外屋面，預(yù)留土建及機(jī)電條件，風(fēng)機(jī)疫時(shí)安裝。排風(fēng)過濾要求為粗效+高效過濾器，各相鄰隔間設(shè)置直徑為D300帶密閉閥的圓形通風(fēng)短管，氣流流向從清潔區(qū)至污染區(qū)。該項(xiàng)目衛(wèi)生通過通風(fēng)平面如圖22所示。

圖22 衛(wèi)生通過通風(fēng)平面圖

4 平疫結(jié)合通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)過濾器設(shè)置要求

4.1 通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)過濾器的選擇

疫時(shí)各區(qū)域空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)過濾器的選擇見表6。

表6 疫時(shí)各區(qū)域空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)過濾器配置

4.2 各級(jí)別過濾器要求

粗效、中效、亞高效空氣過濾器過濾效率分別不低于現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 14295—2019《空氣過濾器》[11]的C2、Z3、YG類要求；高效過濾器效率不低于現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 13554—2020《高效空氣過濾器》[12]的過濾效率級(jí)別40類要求。對(duì)于回風(fēng)的過濾要求是微生物一次通過率不大于10%，顆粒物一次計(jì)重通過率不大于5%，該項(xiàng)目所使用過濾器要求見表7。

表7 該項(xiàng)目所使用的過濾器效率及阻力

5 平疫結(jié)合通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)控制策略

由于新風(fēng)機(jī)組及排風(fēng)機(jī)組過濾器在使用過程中隨著使用時(shí)間的延長，其阻力也逐步增加，其通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量會(huì)逐步減小。為靈活控制通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量，滿足平疫工況各病房的送排風(fēng)量及疫時(shí)病房的負(fù)壓要求，對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制，即通風(fēng)系統(tǒng)需采用變風(fēng)量控制。普通變風(fēng)量系統(tǒng)，空調(diào)機(jī)組定送風(fēng)溫度運(yùn)行，變風(fēng)量末端根據(jù)室內(nèi)負(fù)荷的變化調(diào)節(jié)運(yùn)行風(fēng)量，保證室內(nèi)溫度，其末端會(huì)出現(xiàn)頻繁調(diào)節(jié)的情況。與普通變風(fēng)量系統(tǒng)不同，平疫轉(zhuǎn)換變風(fēng)量系統(tǒng)中，疫時(shí)每間病房新風(fēng)量大小及每間病房在疫時(shí)與相鄰、相通的緩沖間、走廊的壓差大小要求固定，其送、排風(fēng)量不會(huì)出現(xiàn)頻繁調(diào)節(jié)過程。在病房新風(fēng)、排風(fēng)支管上設(shè)置壓力無關(guān)型多工況風(fēng)量調(diào)節(jié)器(定風(fēng)量閥)是控制病房新、排風(fēng)量及病房與其相鄰、相通的緩沖間、走廊壓差簡單有效的方法。

5.1 負(fù)壓病區(qū)壓差控制

GB 50849—2014《傳染病醫(yī)院建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》[4]、GB 50686—2011《傳染病醫(yī)院建筑施工及驗(yàn)收規(guī)范》[13]中明確規(guī)定：負(fù)壓(隔離)病房應(yīng)設(shè)置壓差傳感器，負(fù)壓(隔離)病房與其相鄰、相通的緩沖間、走廊應(yīng)保持不小于5 Pa的負(fù)壓差。建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)監(jiān)視污染區(qū)、半污染區(qū)的壓差及負(fù)壓手術(shù)室的溫度、濕度與壓差，當(dāng)壓差失調(diào)時(shí)聲光報(bào)警，維護(hù)人員到出現(xiàn)問題的現(xiàn)場進(jìn)行處理。該項(xiàng)目通過設(shè)定及調(diào)整多工況風(fēng)量調(diào)節(jié)器的風(fēng)量，滿足負(fù)壓病房與其相鄰、相通的緩沖間、走廊保持不小于5 Pa的負(fù)壓差的要求。

5.2 新排風(fēng)機(jī)組調(diào)速控制

采用定靜壓法控制方式。在風(fēng)系統(tǒng)上游約1/3處設(shè)置壓力傳感器，PLC控制器根據(jù)測得的壓力值與設(shè)定值的偏差，通過調(diào)節(jié)EC風(fēng)機(jī)電壓(0～10 V)來調(diào)整風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)設(shè)置壓力傳感器處的壓力恒定，滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)資用壓力，克服下游風(fēng)道的阻力損失。

該項(xiàng)目采用一體化數(shù)字新風(fēng)機(jī)組與排風(fēng)機(jī)組，并自帶控制柜，每個(gè)新風(fēng)及排風(fēng)系統(tǒng)的變風(fēng)量控制、監(jiān)測報(bào)警等獨(dú)立完成，并預(yù)留RS485通訊接口接入BA系統(tǒng)。

5.3 平疫工況室內(nèi)溫度控制

A～D棟病房平時(shí)及C、D棟病房疫時(shí)空調(diào)系統(tǒng)采用風(fēng)機(jī)盤管+新風(fēng)系統(tǒng)。新風(fēng)機(jī)組采用定溫度送風(fēng)，夏季送風(fēng)溫度為20.5 ℃(室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度26 ℃，相對(duì)濕度55%；新風(fēng)處理到室內(nèi)狀態(tài)的等比焓線，不承擔(dān)室內(nèi)冷負(fù)荷)，冬季送風(fēng)溫度為20 ℃(室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度)。PLC控制器根據(jù)新風(fēng)出口溫度與設(shè)定溫度的偏差對(duì)新風(fēng)機(jī)組盤管水管上的電動(dòng)兩通調(diào)節(jié)閥進(jìn)行比例積分調(diào)節(jié)，維持送風(fēng)溫度的恒定。同時(shí)，通過風(fēng)機(jī)盤管(三擋調(diào)節(jié))控制室內(nèi)溫度。

疫時(shí)A、B棟病房空調(diào)系統(tǒng)采用全新風(fēng)運(yùn)行(風(fēng)機(jī)盤管停止運(yùn)行)。為相對(duì)精確控制病房室內(nèi)溫度，設(shè)計(jì)中在3個(gè)典型病房(正常使用)各設(shè)置1個(gè)溫度傳感器，通過新風(fēng)機(jī)組控制柜通訊數(shù)據(jù)采集對(duì)房間溫度平均值進(jìn)行計(jì)算，PLC控制器根據(jù)病房溫度設(shè)定值與平均值的偏差對(duì)新風(fēng)機(jī)組盤管上的電動(dòng)兩通調(diào)節(jié)閥進(jìn)行比例積分調(diào)節(jié)，維持病房室內(nèi)溫度相對(duì)恒定。當(dāng)室外氣溫變化引起室內(nèi)冷負(fù)荷波動(dòng)時(shí)，新風(fēng)機(jī)組出風(fēng)口溫度不能低于室內(nèi)狀態(tài)(設(shè)計(jì)工況)下的露點(diǎn)溫度tL(15.8 ℃)，避免送風(fēng)口結(jié)露。

平疫工況可通過樓宇自動(dòng)化(BA)系統(tǒng)進(jìn)行切換。

5.4 新排風(fēng)機(jī)組順序控制

疫時(shí)啟動(dòng)通風(fēng)系統(tǒng)時(shí)，清潔區(qū)先啟動(dòng)送(新)風(fēng)機(jī)，再啟動(dòng)排風(fēng)機(jī)；關(guān)停時(shí)，先關(guān)閉系統(tǒng)排風(fēng)機(jī)，后關(guān)閉系統(tǒng)送(新)風(fēng)機(jī)。半污染區(qū)、污染區(qū)先啟動(dòng)系統(tǒng)排風(fēng)機(jī)、后啟動(dòng)送(新)風(fēng)機(jī)，關(guān)停時(shí)先關(guān)閉系統(tǒng)送(新)風(fēng)機(jī)、后關(guān)閉系統(tǒng)排風(fēng)機(jī)。各區(qū)之間風(fēng)機(jī)啟動(dòng)先后順序?yàn)槲廴緟^(qū)、半污染區(qū)、清潔區(qū)。

5.5 室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測

在醫(yī)院內(nèi)人員密集及感染控制要求嚴(yán)格的場所(感染門診、重癥病房等)設(shè)置溫度、相對(duì)濕度、二氧化碳濃度、細(xì)顆粒物PM2.5濃度及菌落數(shù)等的監(jiān)測裝置，其監(jiān)測系統(tǒng)納入BA系統(tǒng)。

6 結(jié)論

1) 平疫結(jié)合通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)平時(shí)及疫時(shí)的主要差別在送排風(fēng)量、過濾要求、壓力梯度、氣流組織、系統(tǒng)分區(qū)及控制等方面。

2) 平疫結(jié)合通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)建議采用簡易、適用、經(jīng)濟(jì)及節(jié)能的技術(shù)措施，實(shí)現(xiàn)其快速轉(zhuǎn)換，滿足平時(shí)及疫時(shí)的使用要求。