醫(yī)療建筑電氣設(shè)計(jì)重點(diǎn)要點(diǎn)探討

李明雨

（中國(guó)電建城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東 廣州 510000）

1 負(fù)荷等級(jí)

醫(yī)療建筑同其他公共建筑一樣，用電負(fù)荷等級(jí)分為一級(jí)負(fù)荷中特別重要負(fù)荷、一級(jí)負(fù)荷、二級(jí)負(fù)荷、三級(jí)負(fù)荷四個(gè)類別，涉及人身安全、斷電可能造成重大醫(yī)療事故以及對(duì)供電可靠性要求高的重要設(shè)備，均為一級(jí)負(fù)荷或一級(jí)負(fù)荷中特別重要負(fù)荷，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照《醫(yī)療建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》（JGJ 312—2013）中的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

2 電源

當(dāng)醫(yī)療建筑中有一級(jí)負(fù)荷中特別重要負(fù)荷時(shí)，應(yīng)選擇“雙重電源+應(yīng)急電源”的供電方式，應(yīng)急電源通常選用自啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)組，用以保障重要負(fù)荷在雙重市政電源停電時(shí)的用電。柴油發(fā)電機(jī)的容量應(yīng)以設(shè)備最長(zhǎng)持續(xù)運(yùn)行時(shí)間的要求為依據(jù)進(jìn)行計(jì)算。

當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)的自啟動(dòng)時(shí)間不滿足設(shè)備允許中斷供電時(shí)間的要求時(shí)，還應(yīng)增設(shè)UPS不間斷電源，保證設(shè)備電源切換時(shí)間滿足要求，防止涉及生命安全、重要數(shù)據(jù)丟失等重大事故的發(fā)生。

另外，因醫(yī)療建筑的一般治療過(guò)程及疏散所需時(shí)間通常為3～24h，在市政雙重電源停電時(shí)，當(dāng)發(fā)電機(jī)房?jī)?nèi)儲(chǔ)油量不能滿足柴油發(fā)電機(jī)組持續(xù)運(yùn)行的要求時(shí)，需在室外設(shè)置儲(chǔ)油罐并預(yù)留供油口。對(duì)于柴油發(fā)電機(jī)組的供油時(shí)間，在《醫(yī)療建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》（JGJ 312—2013）中有明確要求：三級(jí)醫(yī)院應(yīng)大于24h，二級(jí)醫(yī)院宜大于12h，二級(jí)以下醫(yī)院宜大于3h。

3 變配電

醫(yī)療建筑，尤其是三甲綜合醫(yī)院，有大量的二級(jí)及以上負(fù)荷，在負(fù)荷計(jì)算及變壓器選型時(shí)應(yīng)特別注意，當(dāng)成組的任一臺(tái)變壓器退出供電時(shí)，另一臺(tái)變壓器應(yīng)能帶起此兩臺(tái)變壓器上全部二級(jí)及以上負(fù)荷的用電。如此，就需要在設(shè)計(jì)時(shí)任意一臺(tái)變壓器負(fù)荷率不可過(guò)高，建議按70%左右的負(fù)荷率設(shè)計(jì)較為合適。

需要重點(diǎn)注意的是，醫(yī)療建筑內(nèi)的MRI機(jī)、CT機(jī)、CR機(jī)、X光機(jī)、DSA機(jī)、DR機(jī)、腸胃機(jī)等為斷續(xù)反復(fù)工作制的較大功率設(shè)備，通常每臺(tái)設(shè)備額定功率在100kW左右，負(fù)荷計(jì)算時(shí)需要系數(shù)不可過(guò)高，否則會(huì)造成變壓器容量虛大，實(shí)際負(fù)荷率偏低，運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)的情況。其次，類似磁共振成像主機(jī)、高能射線發(fā)生器等設(shè)備運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生高溫，長(zhǎng)時(shí)間會(huì)對(duì)設(shè)備造成損壞，故需要低溫冷卻保證，其配套的冷水機(jī)組為連續(xù)工作制設(shè)備，需由變電所引出專用的兩回線路供電。

變配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，除上述內(nèi)容及《醫(yī)療建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》（JGJ 312—2013）中特殊要求除外，其他與普通的民用公共建筑沒(méi)有較多差異。

4 用電安全

除了與普通的民用公共建筑同樣的電氣防護(hù)措施之外，醫(yī)療建筑內(nèi)還需采取特殊的電氣防護(hù)手段。通常，醫(yī)療場(chǎng)所分為三類，其中的1類、2類場(chǎng)所醫(yī)療電氣設(shè)備接觸部件均需要與患者體表或體內(nèi)接觸，2類場(chǎng)所當(dāng)電源中斷或故障后更是將會(huì)危及患者生命，這類場(chǎng)所必須設(shè)置帶絕緣檢測(cè)功能的IT系統(tǒng)，同時(shí)輔以等電位聯(lián)結(jié)措施。

眾所周知，當(dāng)用電設(shè)備對(duì)人體心臟直接漏電達(dá)到0.001mA時(shí)，會(huì)導(dǎo)致病人觸電身亡，醫(yī)學(xué)上稱為“微電擊”[4]。普通民用公共建筑中使用的漏電斷路器通常設(shè)置的漏電動(dòng)作電流值為30mA，而IT系統(tǒng)在1類、2類醫(yī)療場(chǎng)所就地設(shè)置了隔離變壓器，如圖1所示。

圖1 IT系統(tǒng)接地故障[5]

隔離變壓器的一次側(cè)及二次側(cè)不設(shè)置動(dòng)作于切斷電源的過(guò)負(fù)荷保護(hù)，同時(shí)其二次側(cè)不接地，對(duì)地漏電流只能經(jīng)過(guò)對(duì)地泄露電容與系統(tǒng)相線構(gòu)成回路，而對(duì)地泄露電容容抗遠(yuǎn)大于在TN系統(tǒng)中的接地電阻，所以單相接地故障時(shí)的對(duì)地泄漏電流小。當(dāng)首次發(fā)生單相接地故障時(shí)，不會(huì)造成電擊或其他事故，且保護(hù)電器不會(huì)因故障電流而切斷電源回路，系統(tǒng)通過(guò)絕緣檢測(cè)裝置會(huì)提示工作人員線路故障，及時(shí)排除，如此能最大限度確保電源的連續(xù)可靠性和人身安全。

5 電能質(zhì)量

醫(yī)療建筑中，對(duì)電能質(zhì)量造成較大威脅的主要是諧波，常見(jiàn)的諧波源有以下幾類：

（1）大型醫(yī)療：大型醫(yī)療建筑中有各種大型醫(yī)療設(shè)備，其中含有大量的電力電子元件，在平時(shí)正常使用過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量諧波，對(duì)電力系統(tǒng)造成污染，如MRI核磁共振機(jī)通過(guò)生成射頻脈沖和交變磁場(chǎng)來(lái)產(chǎn)生核磁共振，射頻脈沖和交變磁場(chǎng)都會(huì)帶來(lái)諧波污染；X光機(jī)中高壓整流器的整流橋工作時(shí)也會(huì)產(chǎn)生諧波等。

（2）變頻器、LED燈：大型醫(yī)療建筑中使用的變頻器、LED燈數(shù)量龐大，而變頻器、LED燈內(nèi)部均有整流逆變模塊，工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量3，5，7次諧波，變頻器的總諧波電流畸變率甚至高達(dá)33%以上。

（3）UPS電源：因醫(yī)療建筑中需使用UPS電源來(lái)確保不間斷供電的負(fù)荷較多，如計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、安防系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、手術(shù)室、急救室等，而UPS電源是以逆變器為主要組成部分的恒壓恒頻電源，其整流逆變的過(guò)程也會(huì)產(chǎn)生大量的3，5，7次諧波。

由此可見(jiàn)，大型醫(yī)療建筑中正常情況下會(huì)存在大量的3，5，7次諧波，不僅會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)造成嚴(yán)重的污染，對(duì)末端的用電設(shè)備也會(huì)造成較大的損害，總結(jié)來(lái)說(shuō)，諧波主要的危害有以下幾點(diǎn)：

另外，昆明中支利用 “定向降準(zhǔn)”政策加大支小力度。分別于2018年4月25日、7月5日，對(duì)云南省特定地方法人金融機(jī)構(gòu)（8家）按時(shí)下調(diào)人民幣存款準(zhǔn)備金率1個(gè)、0．5個(gè)百分點(diǎn)。通過(guò)宏觀審慎評(píng)估（MPA）考核等手段，引導(dǎo)相關(guān)金融機(jī)構(gòu)將定向降準(zhǔn)釋放的資金主要用于小微企業(yè)貸款投放，適當(dāng)降低小微企業(yè)融資成本，體現(xiàn)了定向調(diào)控和精準(zhǔn)調(diào)控。經(jīng)測(cè)算，年內(nèi)3次定向降準(zhǔn)（包括2018年1月25日對(duì)云南省達(dá)到普惠金融定向降準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)的5家地方法人金融機(jī)構(gòu)下調(diào)人民幣存款準(zhǔn)備金率），云南省相關(guān)地方法人金融機(jī)構(gòu)共釋放資金約50億元。

（1）諧波電壓和電流會(huì)使變壓器、電動(dòng)機(jī)因集膚效應(yīng)、磁滯及渦流引起的損耗增加，并會(huì)使變壓器磁路飽和度增加，對(duì)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生附加轉(zhuǎn)矩而產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)、發(fā)熱和噪聲，會(huì)縮短變壓器、電動(dòng)機(jī)的使用壽命。

（2）諧波電流頻率是原周期電流頻率的整數(shù)倍，而配電線路的感抗會(huì)隨頻率的升高而增加，諧波電流產(chǎn)生的附加損耗也就越大。

（3）大量的諧波會(huì)使醫(yī)療設(shè)備在診斷時(shí)出現(xiàn)數(shù)據(jù)偏差、數(shù)據(jù)丟失、成像模糊不清等問(wèn)題，導(dǎo)致醫(yī)生誤診，甚至?xí)?duì)醫(yī)療設(shè)備造成不可逆損壞。更為嚴(yán)重的是，若當(dāng)手術(shù)治療過(guò)程中，治療護(hù)理儀器受諧波干擾嚴(yán)重，還可能會(huì)造成涉及患者生命安全的醫(yī)療事故。

因此，諧波治理在醫(yī)療建筑電氣設(shè)計(jì)中也是極為重要的一環(huán)，通常從系統(tǒng)前端、設(shè)備末端兩個(gè)方向同時(shí)采取措施來(lái)限制諧波。首先是系統(tǒng)前端，盡可能將大型諧波源集中變壓器供電，并設(shè)置有源濾波裝置APF（見(jiàn)圖2）或靜止無(wú)功發(fā)生器，通過(guò)輸出與諧波及無(wú)功電流幅值相等、方向相反的補(bǔ)償電流，來(lái)抵消系統(tǒng)中的諧波電流；其次，是設(shè)備末端，同樣可在末端設(shè)備處就近加裝濾波裝置或高通濾波支路，吸收諧波電流，也可通過(guò)特殊措施提高設(shè)備抗諧波干擾能力，但需針對(duì)性地對(duì)設(shè)備進(jìn)行一定改進(jìn)，推廣性受技術(shù)所限暫時(shí)不大。

圖2 有源濾波裝置APF系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

6 智能化

智能化系統(tǒng)是現(xiàn)代智能建筑不可缺少的機(jī)電系統(tǒng)之一。以三甲綜合醫(yī)院為例，通常需要配置的智能化系統(tǒng)主要有如下幾大類：

（1）信息化應(yīng)用系統(tǒng)：包括公共服務(wù)系統(tǒng)、智能卡應(yīng)用系統(tǒng)、物業(yè)管理系統(tǒng)、信息設(shè)施運(yùn)行管理系統(tǒng)、信息安全管理系統(tǒng)、基本業(yè)務(wù)辦公系統(tǒng)。

（3）建筑設(shè)備管理系統(tǒng)：建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、建筑能效監(jiān)管系統(tǒng)。

（4）公共安全系統(tǒng)：包括入侵報(bào)警系統(tǒng)、視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)、出入口控制系統(tǒng)、電子巡查系統(tǒng)、停車場(chǎng)管理及車位引導(dǎo)系統(tǒng)、安全防范綜合管理系統(tǒng)、應(yīng)急響應(yīng)系統(tǒng)。

（5）機(jī)房工程。

（6）信息化集成系統(tǒng)。

（7）專業(yè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)：包括醫(yī)療業(yè)務(wù)信息化系統(tǒng)、病房探視系統(tǒng)、手術(shù)視頻示教系統(tǒng)、候診呼叫系統(tǒng)、護(hù)理呼叫對(duì)講系統(tǒng)、ICU病房探視對(duì)講系統(tǒng)、嬰兒防盜系統(tǒng)、電子病歷系統(tǒng)、影像檢查系統(tǒng)、手術(shù)室凈化設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)。

其中信息化應(yīng)用系統(tǒng)、信息設(shè)施系統(tǒng)、建筑設(shè)備管理系統(tǒng)、公共安全系統(tǒng)、機(jī)房工程、智能化集成系統(tǒng)是普通大型民用公共建筑均需要配置的，比較特殊、重要的專業(yè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)，主要應(yīng)用于醫(yī)療信息管理、醫(yī)患互動(dòng)、重要診療工作等方面。