某傳染病樓暖通設計與思考

章榮兵，董福海，張斌，吳德珠

（1.南方電網綜合能源股份有限公司，廣州，510010；2.廣東省建筑設計研究院有限公司，廣州，510010）

0 前言

自2020年初爆發(fā)新冠病毒以來，由新冠病毒引發(fā)的肺炎給我國人民的健康帶來了嚴重的威脅，其極強的傳播能力已對我國各地產生了極大的影響。我國作為發(fā)展中國家，本來醫(yī)療資源就不足，現(xiàn)新冠病毒流行，一旦在某個地區(qū)爆發(fā)新冠病毒，當?shù)蒯t(yī)療系統(tǒng)幾乎處于癱瘓，這就是各地建設方艙醫(yī)院和大型隔離點的原因。但方艙醫(yī)院屬于臨時的，且投入費用不低，多數(shù)地區(qū)為應對新冠病毒，加大了醫(yī)療建筑的建設力度，包括傳染病樓。通風空調的設計好壞直接影響傳染病樓的使用。如何做好傳染病樓的暖通設計是暖通設計師應該深入思考的問題，是暖通人在抗擊疫情中的直接表現(xiàn)。

1 設計重難點分析

傳染病樓的暖通設計重難點本人認為有以下幾個方面：1）如何避免將污染源控制在一定的區(qū)域，降低醫(yī)護工作人員的風險；2）如何避免病毒通過通風管道傳播到上下樓層；3）如何避免病毒通過冷凝水管道傳播到上下樓層；4）如何確定系統(tǒng)風量建立起壓力梯度；5）如何設置空調系統(tǒng)，使其既滿足傳染病流行時期的疫情使用需求，又可在非傳染病時期作為普通病房使用時節(jié)能、經濟運行。

2 項目概況

本工程總用地206658.98 m2（為整體院區(qū)用地紅線），在原醫(yī)院的預留發(fā)展用地上新建一棟呼吸類傳染病樓（300床），總建筑面積16500 m2，其中地上13130.2 m2，地下3369.8m2。地上8層，地下2層，建筑總高度為41.3m。負2層主要為機動車庫、人防單元；負1層主要為消防水池及水泵房等設備房、機動車庫；首層為住院大堂、住院藥房、商務中心及變配電房等，2～7層為住院標準單元，8層為ICU。

3 空調系統(tǒng)關鍵點的設計

3.1 冷熱源的設計

影響空調冷熱源方案決策的因素很多，要選擇一個最優(yōu)的設計方案，我們需要綜合考慮各種因素的影響。冷熱源的選擇依據(jù)不僅包括系統(tǒng)自身的要求，而且還涉及工程所在地區(qū)的能源結構、價格、政策導向、環(huán)境保護、城市規(guī)劃、建筑物用途、規(guī)模、冷熱負荷、初投資、運行費用以及消防、安全和維護管理等許多問題。是一個技術、經濟的綜合比較過程，按安全性、可靠性、經濟性、先進性、適用性的原則進行綜合技術經濟比較來確定。經方案對比，本項目除首層消防控制室采用分體空調外，其余區(qū)域共設一套中央空調水系統(tǒng)。逐時負荷計算，本項目空調面積10159 m2，空調冷負荷1695 kW（含新風負荷），熱負荷719 kW（含新風負荷）?？紤]項目總冷量不大且項目需要冬季采暖，選用多臺螺桿式風冷熱泵機組做冷熱源，一套設備實現(xiàn)夏季供冷、冬季供暖，做到經濟合理。冷凍水供回水溫度分別為7℃/12 ℃，采暖供回水溫度分別為45℃/40 ℃。

3.2 空調水系統(tǒng)的設計

考慮到項目不存在同時供冷與供熱的需求，本項目采用2管制空調水系統(tǒng)。為適用不同負荷工況下的運行需求，水系統(tǒng)采用一級泵變流量系統(tǒng)，為節(jié)能運行創(chuàng)造條件?？紤]到風機盤管和空調機組設備之間的阻力差異，本項目將風機盤管和空調機組分別設置不同的水環(huán)路，同時每層風機盤管管路設置成同程式，為系統(tǒng)水力平衡創(chuàng)造條件，為后期節(jié)能運行打下基礎。

3.3 空調風系統(tǒng)的設計

呼吸類傳染病樓的暖通設計最為重要且最為復雜的就是風系統(tǒng)的設計。傳染病的傳播和流行必須具備3個環(huán)節(jié)，即傳染源、傳播途徑及易感者。若能完全切斷其中的-一個環(huán)節(jié)，即可防止該種傳染病的發(fā)生和流行。在醫(yī)院建設中，常采用雙通道的方式切斷傳播途徑來控制傳染病的傳播?？照{專業(yè)需配合好建筑做好清潔區(qū)、半污染區(qū)、污染區(qū)的定義，通過送排風風量差建立壓力梯度，實現(xiàn)空氣壓力從清潔區(qū)至半污染區(qū)至污染區(qū)依次降低,且清潔區(qū)應為正壓區(qū),污染區(qū)應為負壓區(qū)。為避免病毒通過通風管道從污染區(qū)、半污染區(qū)、清潔區(qū)之間相互傳播，清潔區(qū)、半污染區(qū)、污染區(qū)的機械送、排風系統(tǒng)應按區(qū)域獨立設置。

直流式空調系統(tǒng)所處理的空氣全部來自室外，室外空氣經過處理后送入室內，然后全部排出室外。該系統(tǒng)能耗較高，一般僅適用于不允許采用回風的場所。本項目作為呼吸類傳染病樓，按疫情使用時是全空氣系統(tǒng)是不允許采用回風的。本項目空調末端的設計主要根據(jù)空間大小劃分設計，對首層住院辦理大廳、商務中心等大空間采用全空氣空調系統(tǒng)，平時一次回風運行，過渡季可加大新風量。疫情期間轉換為全新風直流空調系統(tǒng)，利用平時回風口轉換為疫情期間的排風口。機組內配置粗效過濾器、中效過濾器，預留高效過濾器（疫情時安裝）。其余區(qū)域均采用風機盤管+新風系統(tǒng)。新風系統(tǒng)按污染區(qū)、半污染區(qū)和清潔區(qū)分區(qū)域設置。清潔區(qū)采用新風豎井送風，每層新風水平主管接入立管取風，新風主機置于八層新風機房。污染區(qū)、半污染區(qū)分別每層獨立設置新風系統(tǒng)，新風機組設置于各層機房內。污染區(qū)按平時和疫情各設置獨立新風機組，平時新風機設初效+中效過濾器，新風處理后直接送入空調房間。疫情時，切換至疫情新風機，機組內設初效+中效+高效過濾器，新風處理后直接送入空調房間。

3.4 壓力控制及風量平衡措施

不同污染等級區(qū)域負壓真空度的設置符合定向氣流組織原則，保證氣流從清潔區(qū)→半污染區(qū)→污染區(qū)。各區(qū)域內相鄰、相通不同污染等級房間的壓差不小于5Pa。

1）病房區(qū)域負壓真空度由高到低依次為病房房間→緩沖間（病人走廊）→醫(yī)護走廊。

2）半污染區(qū)域負壓真空度由高到低依次為處置/治療室→半污染區(qū)醫(yī)護走廊。

3）醫(yī)生辦公區(qū)域正壓值由高到低依次為值班室→清潔區(qū)醫(yī)護走廊。

4）衛(wèi)生通道負壓真空度由高到低依次為一脫→二脫→更衣淋浴。

如何建立穩(wěn)定的壓力梯度是傳染病樓暖通設計成敗的關鍵。為保證壓力梯度，本項目采用送風支管上設置定風量閥，實現(xiàn)送風量恒定，通過調節(jié)排風量來實現(xiàn)各個房間的壓力需求。由于負壓病區(qū)中各區(qū)域存在區(qū)域之間、區(qū)域與室外之間的壓力關系，氣流會通過縫隙流入或流出，計量風量是時需打破了常規(guī)認識中“負壓區(qū)域送風量小于排風量”的概念，建立起區(qū)域之間的風量平衡關系，并以此確定設計風量，不孤立的以單個區(qū)域單個房間的機械送排風量差值確定負壓值。

本項目計算由于壓力差引起的氣流流入或流出風量按以下公式計算：

其中△P為相鄰房間的壓力差，空氣密度ρ取1.2 kg/m3，A為門或傳遞窗的縫隙面積。

3.5 平疫轉換節(jié)能設計

為提高傳染病樓的利用率，在非疫情期間，傳染病樓往往會作為一般的住院樓使用。如何設置空調系統(tǒng)使其同時滿足疫情使用及平時使用，且系統(tǒng)節(jié)能是傳染病樓設計的重難點之一。

呼吸道傳染病是指病原體從人體的鼻腔、咽喉、氣管和支氣管等呼吸道感染侵入而引起的有傳染性的疾病。從呼吸類傳染病的定義可知，通過空氣傳播的呼吸類傳染病的主要途徑之一，因此，通風換氣對呼吸類傳染樓非常重要。依據(jù)規(guī)范要求非疫情期間病房新風量換氣次數(shù)不小于2次/h即可滿足要求，而疫情期間病房新風量需滿足換氣次數(shù)不小于6次/h，兩者差距甚大。一般的風機變頻下限為30HZ，即按疫情設計的新風機組即使采用變頻電機，變頻下限風量換氣次數(shù)也會達到3.6次/h，遠大于實際風量需求，會導致系統(tǒng)運行能耗浪費。如果完全分開兩套系統(tǒng)設置，增加成本的同時增加了室內管線，影響了室內凈高。為解決這一難題，本項目采用的方案是并聯(lián)設置平時專用新風空調機組和疫情專用新風空調機組，共用系統(tǒng)風道并按疫情期間風量設計風道；如此設置平時使用的風機及制冷主機耗功率還不到疫情時的1/3，可見如此設置可以實現(xiàn)較大的節(jié)能運行。

疫情期間各病房排風至少比新風大150m3/h，即排風量比換氣次數(shù)6次/h還要大150 m3/h，而非疫情期間使用，排風系統(tǒng)僅需滿足衛(wèi)生間的排風需求即可，一般衛(wèi)生間排風計算下來僅為90 m3/h，還不到疫情期間排風量的1/6；如何設置排風系統(tǒng)使其既能滿足平時和疫情使用，又能節(jié)能運行是平疫兩用傳染樓設計的重難點。

由于疫情期間排風口需要設置到病房床位附近，而平時使用的排風僅需要設置衛(wèi)生間排風，若要參考新風系統(tǒng)的設計共用風道，并聯(lián)風機，需要解決末端排風的轉換。設置電動閥系統(tǒng)較為復雜，且衛(wèi)生間和病房的風量難以調節(jié)，一旦調節(jié)不到位，將導致病房由負壓變成正壓，存在病毒外溢風險，顯然這是不可取的。為此，本項目排風系統(tǒng)采用兩套系統(tǒng)的方式，一套專門做衛(wèi)生間的排風，一套專門做病房的排風。平時僅運行衛(wèi)生間的排風系統(tǒng)，此時風機耗功率僅為疫情時的1/6；疫情時衛(wèi)生間和病房排風系統(tǒng)同時運行，保證房間的負壓。注意平時衛(wèi)生間排風時不需設置初、中、高效過濾段，機組僅預留過濾器安裝位置（疫情時安裝），風機按設置過濾器選用風壓，平時變頻運行。

3.6 防傳染的措施及效果

為避免病毒傳播感染，本項目除通過嚴格遵從污染區(qū)、半污染區(qū)、清潔區(qū)分區(qū)設置系統(tǒng)外，還采取了以下的措施減低病毒擴散的風險：通過冷凝水管道上下層傳播，冷凝水每層按清潔區(qū)、半污染區(qū)、污染區(qū)分別集中收集，然后通過獨立立管（上下層不共用）排放至集中處理處，實現(xiàn)了避免病毒通過冷凝水管上下層以及同層不同區(qū)之間的傳播；采用風機盤管機組的回風口設置設初阻力小于20 Pa、微生物--次通過率不大于10%和顆粒物一次計重通過率不大于5%的過濾裝置實現(xiàn)了避免病毒通過風機盤管傳播；通過衛(wèi)生間排風結合病房排風水平匯總后上屋面排放，實現(xiàn)了避免病毒通過衛(wèi)生間排風豎井上下層傳播；通過在進入房間前的送、排風支風道上設置電動密閉閥，實現(xiàn)了可對某個房間進行單獨消毒；通過送風口設置在房間上部，病房、診室等污染區(qū)的排風口設置在房間下部，實現(xiàn)了利用合理的氣流組織對醫(yī)護工作者的最大保護；通過各排風系統(tǒng)設置初、中、高效過濾單元并高空排放，實現(xiàn)了避免病毒外溢到室外。

圖1 典型病房風系統(tǒng)設計

4 結束語

傳染病樓的暖通空調設計不同于普通的空調設計，它有著嚴格的系統(tǒng)劃分、壓力控制、新排風過濾要求，系統(tǒng)風量平衡計算較為嚴格，同時系統(tǒng)的設置要考慮平疫結合，使系統(tǒng)既能滿足平時和疫情期間的使用需求，又能實現(xiàn)節(jié)能運行。