“平疫結(jié)合”可轉(zhuǎn)換病區(qū)的供配電設(shè)計

魏 泉

[上海市政工程設(shè)計研究總院(集團)有限公司, 上海 200092]

0 引 言

目前,傳染病醫(yī)院設(shè)計主要遵循的規(guī)范和標準有GB 50849《傳染病醫(yī)院建筑設(shè)計規(guī)范》、GB 51039《綜合醫(yī)院建筑設(shè)計規(guī)范》和JGJ 312《醫(yī)療建筑電氣設(shè)計規(guī)范》等,并需滿足國家衛(wèi)生健康委辦公廳于2020年7月30日印發(fā)的《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)》(以下簡稱《技術(shù)導(dǎo)則》)的相關(guān)要求。本文結(jié)合工程實例,對綜合型醫(yī)院傳染病樓的供配電設(shè)計進行深入分析,以探究“平疫結(jié)合”可轉(zhuǎn)換新形勢下的傳染病樓的供配電設(shè)計方式。

1 工程概況

該工程為某三級醫(yī)院的傳染病房樓及附屬設(shè)施工程,包含傳染病房樓、教學(xué)科研綜合樓及地下室3個子項,總建筑面積約6.7萬m2。其中傳染病房樓建筑面積約2.6萬m2,傳染病房樓為現(xiàn)有院區(qū)內(nèi)相對獨立的建筑,作為“平疫結(jié)合”可轉(zhuǎn)換區(qū)承擔重大疫情應(yīng)急救治任務(wù)。傳染病房裙樓房:一層為發(fā)熱及呼吸道門診、消化道及肝病門診、檢驗科、影像科、入院部;二層為ICU及輔助用房;三層為手術(shù)室及輔助用房;四層為中心供應(yīng);五層為病理科。傳染病房樓塔樓:四至五層平時為呼吸道感染負壓病房,六至十層平時為一般感染性病房;疫時四至十層病房均為負壓隔離病房;十一至十三層為醫(yī)護休息室等。傳染病房樓地上十三層,建筑高度54.5 m,為一類高層建筑。傳染病房樓設(shè)立獨立變電所,變壓器安裝容量為4×1 000 kVA。

教學(xué)科研樓建筑面積約2.8萬m2,地下室建筑面積約1.3萬m2。為了管理和供電可靠性,教學(xué)科研辦公樓和地下室共用一組變壓器,變壓器安裝容量為2×2 000 kVA,此部分為常規(guī)辦公和車庫設(shè)計,文章中不再論述。

2 負荷等級

該傳染病房樓含有門診部、醫(yī)技部和住院部,樓內(nèi)醫(yī)療場所及設(shè)施的類別劃分與自動恢復(fù)供電的時間結(jié)合GB 51039—2014《綜合醫(yī)院建筑設(shè)計規(guī)范》中表8.1.2的要求設(shè)置。醫(yī)療場所及設(shè)施的類別劃分與自動恢復(fù)供電時間如表1所示。

表1 醫(yī)療場所及設(shè)施的類別劃分與自動恢復(fù)供電時間

傳染病樓主要科室和房間負荷等級分類如表2所示。設(shè)計時選用表2中各個分類的最高等級。除此之外,結(jié)合GB 51348—2019《民用建筑電氣設(shè)計標準》(以下簡稱《民標》)和GB 50016—2014《建筑設(shè)計防火規(guī)范》(2018年版)(以下簡稱《防火規(guī)范》)的相關(guān)要求,樓內(nèi)計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)用電、醫(yī)護非消防電梯用電、安防系統(tǒng)用電等按照一級負荷。門診部和醫(yī)技部的走道照明數(shù)量較多,在造價合理的范圍下為了簡化設(shè)計,選用50%的走道照明按照一級負荷供電,其余的走道照明按照二級負荷供電。住院部走道照明數(shù)量較少,每層只有3或4個配電回路。若僅僅是為了區(qū)分一二級負荷而增加配電箱,設(shè)計和造價都相應(yīng)增加,顯然是不合理的,所以住院層的公共走道全部按照一級負荷供電。樓內(nèi)所有的消防用電按照特級負荷要求供電。

表2 傳染病樓主要科室和房間負荷等級分類

3 配電系統(tǒng)

3.1 供電電源

特級以及一、二、三級負荷的供電電源嚴格按照《民標》第3.2章節(jié)的要求。傳染樓專用變電所內(nèi)設(shè)置高低壓配電柜,由院內(nèi)已建開閉所引來兩路雙重10 kV電源至此變電所,兩路電源同時使用,根據(jù)當?shù)毓╇娨?變電所內(nèi)高壓不設(shè)聯(lián)絡(luò),低壓聯(lián)絡(luò)。

樓內(nèi)含有大量的特級負荷,在傳染樓專用變電所附近設(shè)置柴油發(fā)電機房。應(yīng)急柴油發(fā)電機組在正常市電供電電源停電或故障時,能夠保證特級負荷的供電要求。消防負荷全部接入柴油發(fā)電機組,消防負荷和非消防負荷共用柴油發(fā)電機組,但是消防負荷有專用的回路,以便在消防時能夠選擇性地切除非消防負荷。要求中斷供電時間不大于0.5 s的特級負荷(參見表1)、弱電機房、安防系統(tǒng)等設(shè)置不間斷電源裝置(UPS)。UPS應(yīng)急供電時間不小于15 min[1];火災(zāi)報警系統(tǒng)、應(yīng)急廣播系統(tǒng)等消防系統(tǒng)設(shè)置不間斷電源裝置(UPS),UPS應(yīng)急供電時間不小于3 h。

3.2 低壓配電

樓內(nèi)照明、空調(diào)、通風、重要診療設(shè)備(如檢驗科、CT室、MIR室)、重要場所(如手術(shù)部、ICU)等由變電所不同配電回路供電。為了滿足管理要求,樓內(nèi)不同科室、不同樓層單獨設(shè)置電能計量裝置。變壓器TD1和TD2主要供電負荷為照明插座、醫(yī)療設(shè)備等;變壓器TD3和TD4主要供電負荷為空調(diào)、風機以及水泵等。需要系數(shù)法計算各變壓器負載率如表3所示。低壓配電系統(tǒng)干線圖一如圖1所示。低壓配電系統(tǒng)干線圖二如圖2所示。

圖1 低壓配電系統(tǒng)干線圖一

圖2 低壓配電系統(tǒng)干線圖二

根據(jù)JGJ 312—2013《醫(yī)療建筑電氣設(shè)計規(guī)范》第5.4章節(jié)的要求設(shè)置醫(yī)療場所局部IT系統(tǒng)。以手術(shù)室為例,手術(shù)部配電總箱系統(tǒng)圖如圖3所示[3],將手術(shù)室IT系統(tǒng)和非IT系統(tǒng)分設(shè)配電箱,手術(shù)室的UPS電源集中放置。手術(shù)室IT系統(tǒng)配電箱系統(tǒng)圖如圖4所示,均為治療負荷;手術(shù)室非IT系統(tǒng)設(shè)置獨立配電箱,手術(shù)室非IT系統(tǒng)配電箱系統(tǒng)圖如圖5所示,均為非治療負荷。部分圖集中有將手術(shù)室的IT系統(tǒng)和非IT系統(tǒng)配電箱合用的做法,此做法一般用于科室分散型手術(shù)室,UPS電源隨配電箱附近放置。對于同一樓層內(nèi)有多臺手術(shù)室的場所,建議將手術(shù)室的IT配電系統(tǒng)和非IT配電系統(tǒng)分開設(shè)置,UPS集中放置在電池房內(nèi)。

圖3 手術(shù)部配電總箱系統(tǒng)圖

圖5 手術(shù)室非IT系統(tǒng)配電箱系統(tǒng)圖

樓內(nèi)變壓器低壓側(cè)集中設(shè)置無功功率自動補償裝置,以降低電力干線的工作壓降及電能損耗,并改善電能質(zhì)量,補償后10 kV側(cè)功率因數(shù)大于0.90。醫(yī)療設(shè)備會產(chǎn)生較大的諧波,為了抑制諧波,凈化電網(wǎng),在變壓器TD1和TD2的二次側(cè)集中安裝有源濾波器。大型診療設(shè)備(如CT、MRI等)采用專用回路供電,且其電源系統(tǒng)需滿足設(shè)備對電源內(nèi)阻或線路允許壓降的要求。

4 設(shè)計要點

4.1 負荷等級

該工程是在全國遭遇疫情沖擊最為嚴重的背景下提出來的,要實現(xiàn)“平疫結(jié)合”可轉(zhuǎn)換的功能,考慮負荷等級時,除了遵照國家規(guī)范和行業(yè)標準,還要時刻關(guān)注國家和地方針對“平疫結(jié)合”可轉(zhuǎn)換建設(shè)項目的要求。這些規(guī)范在針對同一區(qū)域或設(shè)備的要求會有差異或相互補充,設(shè)計時不是一味地遵循從嚴原則,同時要考慮實際使用和造價等因素。

比如呼吸性傳染病區(qū)(房)的醫(yī)療設(shè)備、照明、通風和空調(diào)的負荷等級的確定,在《醫(yī)療建筑電氣設(shè)計規(guī)范》中提出僅該區(qū)的通風系統(tǒng)為特級負荷,其余用電設(shè)備負荷等級未提及;在《傳染病醫(yī)院建筑設(shè)計規(guī)范》中提出該部門及設(shè)備除應(yīng)設(shè)計雙路電源外,還應(yīng)自備應(yīng)急電源(即為特級負荷),規(guī)范中提及的“部門及設(shè)備”是將該區(qū)的所有用電設(shè)備都定義為特級負荷;在《技術(shù)導(dǎo)則》中要求“平疫結(jié)合”區(qū)的護理單元(即呼吸性傳染病區(qū))的醫(yī)療設(shè)備、照明、通風系統(tǒng)用電應(yīng)當按一級特別重要負荷設(shè)計。設(shè)計時將該區(qū)的醫(yī)療設(shè)備、照明、通風系統(tǒng)按照特級負荷供電,其空調(diào)配電按三級負荷供電。

比如消防設(shè)備負荷等級的確定,《防火規(guī)范》第10.1.1條第2款指出,一類高層民用建筑的消防用電按一級負荷供電;在《傳染病醫(yī)院建筑設(shè)計規(guī)范》中提出消防系統(tǒng)除應(yīng)設(shè)計雙路電源外,還應(yīng)自備應(yīng)急電源(即為特級負荷)。在發(fā)生火災(zāi)時,若遇城市電網(wǎng)停電,此時該建筑所配置的柴油發(fā)電機組不能向消防負荷供電顯然是不合理的。設(shè)計時將消防系統(tǒng)按照特級負荷供電,接入柴油發(fā)電機組應(yīng)急母線段。

再如,樓內(nèi)的走道照明,《民標》中規(guī)定一類高層的走道照明為二級負荷,但醫(yī)療建筑的規(guī)范中要求三級醫(yī)院的醫(yī)技門診和住院走道照明有30%的為一級負荷,設(shè)計時本著滿足規(guī)范但不死扣規(guī)范、節(jié)約資源以及簡化設(shè)計的原則,將門診醫(yī)技的走道照明和住院層的走道照明區(qū)分設(shè)置。

4.2 備用電源和應(yīng)急電源

《建筑電氣與智能化通用規(guī)范》第4.1.4條規(guī)定“備用電源和應(yīng)急電源共用柴油發(fā)電機組時,應(yīng)符合下列規(guī)定:① 備用電源和應(yīng)急電源應(yīng)有各自的供電母線段及回路;② 備用電源的用電負荷不應(yīng)接入應(yīng)急電源供電回路”,條文解釋稱備用電源是當正常工作的主用電源斷電時,用來維持電氣裝置或電氣設(shè)備所需的電源;應(yīng)急電源是用來維持應(yīng)急情況下電氣裝置或電氣設(shè)備所需的電源,是為了保障人身安全以及避免對環(huán)境或其他設(shè)備造成損失的電源[2]。對于這兩種電源的理解根據(jù)不同項目具體分析,比如對于存在一、二級負荷的工程中,若市政電源不能滿足一、二級負荷的要求,則需要增設(shè)柴油發(fā)電機組,此時的柴發(fā)電源即為備用電源;若市政電源能夠滿足一、二級負荷的要求,根據(jù)業(yè)主要求增設(shè)的柴油發(fā)電機組保障重要負荷用電,此時的柴發(fā)機組電源中配電柜處應(yīng)按照備用電源和應(yīng)急電源分設(shè)主開關(guān),備用電源供電給用戶要求重點保障的非消防負荷,應(yīng)急電源供電給消防負荷。消防負荷是為了保障人身安全的應(yīng)急電源,此種情況下即使市政電源能夠滿足消防電源的供電要求,也應(yīng)接入柴油發(fā)電機;若存在特級負荷,則必須設(shè)置柴油發(fā)電機,若此時消防負荷為非特級負荷,此時雖然特級負荷電源和消防負荷電源同為應(yīng)急電源,但在柴油發(fā)電機組電源中配電柜處應(yīng)分設(shè)主開關(guān),以保障特級負荷的供電可靠性。再如該傳染病房樓的供電,規(guī)范上明確定義消防負荷為特級負荷的情況下,此時的柴發(fā)電源均為應(yīng)急電源,特級負荷和消防負荷可以共用應(yīng)急母線段,消防負荷設(shè)置專用的回路即可。

4.3 變壓器容量選擇

傳染病房樓中專供照明插座以及醫(yī)技設(shè)備用電的TD1和TD2變壓器中存在大量的特級、一級、二級負荷,其總計算容量約1 200 kW(不包含消防負荷),不考慮火災(zāi)狀態(tài)下,當其中一臺變壓器停運時,其余變壓器容量應(yīng)滿足一級和二級負荷用電要求。若加大變壓器容量,無疑使變壓器的長期負載率偏小,造成浪費,此時應(yīng)綜合分析,優(yōu)先選用過載能力較強的變壓器。

4.4 避難間

根據(jù)《建筑設(shè)計防火規(guī)范》要求,高層病房樓二層及以上的病房樓層和潔凈部設(shè)置避難間。此處避難間不同于超高層的避難層(間),其房間內(nèi)用電設(shè)備的配電無須按照《民標》中7.2.4條“供避難場所使用的用電設(shè)備,應(yīng)從變電所采用放射式專用線路配電”的規(guī)定設(shè)計。避難間應(yīng)同時設(shè)置備用照明、疏散照明和疏散指示標志。避難間的疏散照明和疏散指示標志燈具的配電由樓層消防應(yīng)急箱單獨配電回路引入,備用照明燈具由正常照明電源和消防電源專用應(yīng)急回路互投后供電,即避難間照明需由消防配電箱供電。避難間入口處設(shè)置明顯的指示標志,可接入應(yīng)急照明燈具配電回路。

避難間設(shè)置消防專線電話,此專線是指從消防電話主機到分機是直通的,中間不應(yīng)有交換或轉(zhuǎn)接程序。對于超高層建筑,消防控制室內(nèi)消防專用電話總機采用專線、放射式引至各避難層;對于高層病房樓等每層都有避難間的場所,由消防控制室消防專用電話總機采用專線、樹干式直接連接到各層避難間的消防專線電話分機。

5 結(jié) 語

新形勢下的傳染病醫(yī)療建筑是民用建筑中相對比較復(fù)雜的建筑類型,電氣設(shè)計時既要熟悉各種民用建筑基礎(chǔ)規(guī)范,也要結(jié)合建筑類型規(guī)范和行業(yè)標準,更要與時俱進,關(guān)注需求。