醫(yī)院建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題及應(yīng)對(duì)策略研究

吳雨施

在醫(yī)院建筑的規(guī)劃與設(shè)計(jì)中，暖通空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用較為關(guān)鍵。然而，現(xiàn)實(shí)中的設(shè)計(jì)實(shí)踐常受到多種挑戰(zhàn)的困擾，因此，本文旨在深入分析這些設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，并提出相應(yīng)的解決方案，以促進(jìn)醫(yī)院暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的持續(xù)優(yōu)化。

近年來，隨著技術(shù)的發(fā)展和對(duì)環(huán)境友好型建筑的需求增長(zhǎng)，醫(yī)院暖通空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)日益受到重視。然而，當(dāng)前設(shè)計(jì)實(shí)踐中仍普遍存在諸如空氣質(zhì)量控制不足、能效低下、適應(yīng)性和靈活性不足等問題。這些挑戰(zhàn)不僅威脅到醫(yī)院內(nèi)的健康環(huán)境，還會(huì)出現(xiàn)能源浪費(fèi)的情況。盡管近年來在技術(shù)和設(shè)計(jì)理念上有所進(jìn)步，但如何有效地應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，依然是醫(yī)院暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域面臨的關(guān)鍵問題。

一、醫(yī)院建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題

1. 設(shè)計(jì)不當(dāng)引發(fā)的空氣質(zhì)量控制不足

（1）不合理的空氣流向設(shè)計(jì)

不合理的空氣流向設(shè)計(jì)會(huì)導(dǎo)致空氣從污染區(qū)域（如排氣口附近，或含有化學(xué)劑的實(shí)驗(yàn)室）流向清潔區(qū)域（如手術(shù)室，標(biāo)準(zhǔn)要求至少12次/小時(shí)的換氣率）。例如，如果手術(shù)室的進(jìn)風(fēng)口設(shè)計(jì)在距離排氣口僅5米的位置（標(biāo)準(zhǔn)建議至少保持15米的距離），污染空氣則會(huì)被吸入到手術(shù)室。此外，重要區(qū)域的空氣壓力設(shè)置也需合理，如手術(shù)室的正壓應(yīng)保持在+2.5Pa至+5Pa，以防外部污染空氣的侵入。

（2）通風(fēng)量計(jì)算不足

對(duì)于醫(yī)院建筑的暖通空調(diào)設(shè)計(jì)來說，需考慮到醫(yī)院各區(qū)域?qū)νL(fēng)量的實(shí)際要求，以避免出現(xiàn)通風(fēng)量計(jì)算不足的情況。

例如，病房區(qū)要求每小時(shí)至少4次的空氣更換率，而手術(shù)室可能需要達(dá)到每小時(shí)15次以上的更換率。若設(shè)計(jì)時(shí)通風(fēng)量計(jì)算基于每平方米建筑面積只提供5立方米的新風(fēng)量，而實(shí)際上手術(shù)室每小時(shí)至少需要提供35立方米/平方米的新風(fēng)量，這將嚴(yán)重影響空氣質(zhì)量。不足的通風(fēng)量無法有效去除病房中的污染物和病原體，從而增加患者出現(xiàn)感染的風(fēng)險(xiǎn)。

（3）過濾系統(tǒng)選擇不當(dāng)

為確保醫(yī)院空氣達(dá)到規(guī)定要求，需合理選擇過濾系統(tǒng)，若出現(xiàn)過濾系統(tǒng)選擇不當(dāng)?shù)膯栴}將無法有效去除空氣中的細(xì)菌、病毒及其他微小顆粒，進(jìn)而影響醫(yī)院內(nèi)部環(huán)境的潔凈度。例如，如果系統(tǒng)中僅采用了MERV-8級(jí)別的過濾器，其對(duì)于0.3微米至10微米粒徑的顆粒物捕捉效率僅為20%至70%，而對(duì)于醫(yī)院環(huán)境，推薦使用至少M(fèi)ERV-14級(jí)別的過濾器，該級(jí)別可達(dá)到對(duì)0.3微米至1微米顆粒的85%以上捕捉效率。對(duì)于手術(shù)室等關(guān)鍵區(qū)域，則需要HEPA級(jí)別的過濾器，其對(duì)0.3微米顆粒的捕捉效率達(dá)到了99.97%。

2. 設(shè)計(jì)時(shí)若未充分考慮節(jié)能措施

（1）高效節(jié)能設(shè)備的缺失

醫(yī)院暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心之一，是需要對(duì)高效設(shè)備進(jìn)行合理運(yùn)用。比如，當(dāng)選擇制冷設(shè)備時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮具有更高能效比（Energy Efficiency Ratio, EER）的設(shè)備。標(biāo)準(zhǔn)空調(diào)系統(tǒng)的EER一般在8至10范圍內(nèi)，而高效系統(tǒng)可達(dá)12至14。例如，對(duì)于需要5000 kW·h冷量的醫(yī)院，采用EER為8的傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)年耗電量為625000kW·h，而EER為14的高效系統(tǒng)年耗電量可降至357142kW·h。選擇較低EER的設(shè)備則會(huì)顯著增加能耗及運(yùn)維成本。

（2）智能控制系統(tǒng)的缺乏

在現(xiàn)代醫(yī)院建筑中，需合理控制集成智能系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)能源的最優(yōu)化使用。智能系統(tǒng)通過集成溫度、濕度、CO 濃度等傳感器，可動(dòng)態(tài)調(diào)整HVAC系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)。例如，在標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷下，醫(yī)院HVAC系統(tǒng)可能平均運(yùn)行在70%的負(fù)荷率。通過智能控制，根據(jù)實(shí)時(shí)需求調(diào)整至50%或更低的負(fù)荷率，則會(huì)減少至少20%的能耗。若沒有在設(shè)計(jì)階段考慮集成智能控制系統(tǒng)存在，則會(huì)導(dǎo)致顯著的能源浪費(fèi)及增加長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)成本。

3. 適應(yīng)性和靈活性不足

（1）系統(tǒng)擴(kuò)展性與模塊化的缺乏

在設(shè)計(jì)醫(yī)院暖通空調(diào)系統(tǒng)時(shí)，需考慮到醫(yī)院未來所出現(xiàn)的擴(kuò)建或功能調(diào)整的情況，以此確保系統(tǒng)設(shè)計(jì)達(dá)到擴(kuò)展性與模塊化的需求，但若設(shè)計(jì)時(shí)未預(yù)留足夠的管道容量和空間以適應(yīng)未來增加的空調(diào)負(fù)荷，則會(huì)導(dǎo)致后續(xù)擴(kuò)建時(shí)需要進(jìn)行昂貴的系統(tǒng)重構(gòu)。一般情況下，系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計(jì)為可以輕易增加或減少模塊，若缺少靈活性會(huì)限制醫(yī)院未來的發(fā)展，增加改造成本。

（2）多功能區(qū)域適應(yīng)性不足

醫(yī)院內(nèi)部有多種功能區(qū)域，如病房、手術(shù)室、實(shí)驗(yàn)室等，每個(gè)區(qū)域?qū)囟取穸?、潔凈度有不同的要求。設(shè)計(jì)時(shí)若未充分考慮這些區(qū)域的特定需求，則會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)無法有效適應(yīng)各區(qū)域的變化。例如，若手術(shù)室和病房共用同一套空調(diào)系統(tǒng)，在沒有獨(dú)立的溫度控制下，則會(huì)出現(xiàn)無法同時(shí)滿足兩者需求的情況。因此，設(shè)計(jì)應(yīng)包含靈活調(diào)節(jié)各區(qū)域環(huán)境參數(shù)的能力，以確保滿足醫(yī)院不同功能區(qū)域的特殊需求。

表1 病房、手術(shù)室和實(shí)驗(yàn)室的溫濕度要求

二、醫(yī)院建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的應(yīng)對(duì)措施

1. 解決空氣質(zhì)量控制不足

（1）優(yōu)化空氣流向和壓力差設(shè)計(jì)

在暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，為保障醫(yī)院內(nèi)部空氣質(zhì)量達(dá)到實(shí)際要求，需在設(shè)計(jì)過程中，精確控制空氣流向與壓力差。首先，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)確保清潔區(qū)域（如手術(shù)室）相較于污染區(qū)域（如廢物處理區(qū)）維持一定的正壓。其次，手術(shù)室應(yīng)維持+5Pa至+10Pa的正壓，以防止外部污染空氣的滲入。相反，污染區(qū)域應(yīng)保持-5Pa至-10Pa的負(fù)壓，以限制污染物擴(kuò)散。此外，空氣供給口和排氣口應(yīng)合理布置，例如，排氣口應(yīng)位于建筑的下風(fēng)向，且與進(jìn)風(fēng)口的水平距離不少于15米，以減少交叉污染的風(fēng)險(xiǎn)。最后，在復(fù)雜的醫(yī)院環(huán)境中，還需通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，顯著降低污染和感染的風(fēng)險(xiǎn)，最終保障醫(yī)院內(nèi)部空氣達(dá)到規(guī)定要求。

（2）提高過濾效率和通風(fēng)量

首先，為合理提高過濾效率，需選用高效的空氣過濾系統(tǒng)，如HEPA濾器，其對(duì)0.3微米及更大尺寸顆粒的捕集效率達(dá)到99.97%。對(duì)于重要區(qū)域如手術(shù)室，可以考慮使用ULPA濾器，其對(duì)0.12微米顆粒的過濾效率高達(dá)99.999%。其次，需逐步增加通風(fēng)量。例如，手術(shù)室的空氣更換率應(yīng)至少為每小時(shí)15次，而一般病房區(qū)域至少為每小時(shí)6次。對(duì)于一個(gè)100平方米的手術(shù)室，每小時(shí)至少需要1500立方米的新風(fēng)量。通過提高過濾效率和通風(fēng)量，可有效減少病房?jī)?nèi)的細(xì)菌、病毒及其他污染物的積聚，降低交叉感染的風(fēng)險(xiǎn)，為患者和醫(yī)護(hù)人員創(chuàng)造出更為安全、舒適的環(huán)境。

2. 提高能效

（1）采用高能效比(EER)的設(shè)備

為合理提升醫(yī)院暖通空調(diào)系統(tǒng)能效，需從選用高能效比(Energy Efficiency Ratio, EER)的設(shè)備開始。例如，相比于傳統(tǒng)空調(diào)設(shè)備的EER值一般在8到10之間，現(xiàn)代高效空調(diào)系統(tǒng)的EER可以達(dá)到14值，在此其對(duì)于相同的冷卻效果，高效設(shè)備的能耗則會(huì)有效減少。以需要5000千瓦時(shí)冷量的醫(yī)院為例，使用EER為8的傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)年耗電量約為625000千瓦時(shí)，而使用EER為14的高效系統(tǒng)則可減少至357142千瓦時(shí)。此設(shè)備選擇的轉(zhuǎn)變可以顯著降低能耗和相關(guān)運(yùn)營(yíng)成本，同時(shí)減少碳排放。

（2）實(shí)施節(jié)能控制策略

在高效設(shè)備選用的基礎(chǔ)上，還需實(shí)施節(jié)能控制策略。在此需通過智能控制系統(tǒng)對(duì)暖通空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行精細(xì)管理。例如，可通過安裝室內(nèi)外溫度、濕度傳感器，以及人員存在感應(yīng)器，實(shí)現(xiàn)基于需求的空調(diào)調(diào)節(jié)。在低使用時(shí)段或人員稀少的區(qū)域，系統(tǒng)可以自動(dòng)降低運(yùn)行強(qiáng)度或關(guān)閉部分設(shè)備，以減少不必要的能源消耗。此外，定期的系統(tǒng)維護(hù)和性能監(jiān)測(cè)也是提高能效的關(guān)鍵部分，通過及時(shí)發(fā)現(xiàn)和修復(fù)問題，可以保證系統(tǒng)始終以最佳狀態(tài)運(yùn)行，避免能源浪費(fèi)。

表2 提高醫(yī)院暖通空調(diào)系統(tǒng)能效的各項(xiàng)措施及其效果

3. 增強(qiáng)適應(yīng)性和靈活性

（1）實(shí)施模塊化設(shè)計(jì)

在實(shí)施模塊化設(shè)計(jì)時(shí)，其目的是合理提升醫(yī)院暖通空調(diào)系統(tǒng)適應(yīng)性和靈活性。在此過程中，通過將整個(gè)系統(tǒng)分解為獨(dú)立功能的模塊單元，每個(gè)模塊可獨(dú)立控制和維護(hù)。例如，標(biāo)準(zhǔn)模塊單元可設(shè)計(jì)為覆蓋500平方米的區(qū)域，具備獨(dú)立的溫度和濕度控制功能，適用于不同區(qū)域的特定需求。在未來的擴(kuò)建或調(diào)整中，可簡(jiǎn)單地增加或移除此模塊，而不需對(duì)整體系統(tǒng)進(jìn)行大規(guī)模改動(dòng)。此設(shè)計(jì)方式在醫(yī)院進(jìn)行功能重組或擴(kuò)建時(shí)顯著降低成本，提高效率。例如，若需擴(kuò)建新的1000平方米的病區(qū)，僅需增加2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模塊單元即可，而不需重新設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)。

（2）采用智能控制系統(tǒng)

在醫(yī)院建筑暖通空調(diào)的設(shè)計(jì)過程中，需采用智能化控制系統(tǒng)，以便提升暖通空調(diào)系統(tǒng)的適應(yīng)性和靈活性。該系統(tǒng)通過集成多種傳感器，如溫度、濕度、CO 濃度傳感器，以及人員存在檢測(cè)器，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)整環(huán)境條件。例如，系統(tǒng)可以設(shè)定在達(dá)到或超過25°C的室內(nèi)溫度時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)冷卻模式，或者在檢測(cè)到室內(nèi)CO 濃度超過1000ppm時(shí)增加新風(fēng)量。智能控制還可根據(jù)人流量自動(dòng)調(diào)整空調(diào)負(fù)荷，如在夜間或人流稀少時(shí)段自動(dòng)降低系統(tǒng)運(yùn)行強(qiáng)度，從而優(yōu)化能源使用。在10000平方米的醫(yī)院中，此智能調(diào)節(jié)可比固定運(yùn)行模式節(jié)省高達(dá)30%的能源消耗。此外，智能系統(tǒng)可通過遠(yuǎn)程監(jiān)控和故障預(yù)警，實(shí)現(xiàn)更高效的維護(hù)和管理，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的整體性能。

表3 增強(qiáng)醫(yī)院暖通空調(diào)系統(tǒng)適應(yīng)性和靈活性的措施及其效果

三、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，通過分析空氣質(zhì)量控制不足、能效低下和適應(yīng)性不足等常見問題，需采取有效的解決措施，如優(yōu)化空氣流向和壓力差設(shè)計(jì)、提升過濾效率、采用高效能設(shè)備和智能控制系統(tǒng)等。這些策略的實(shí)施可顯著提升醫(yī)院環(huán)境的舒適度和安全性，且有助于提高能源效率和降低運(yùn)營(yíng)成本。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和醫(yī)院運(yùn)營(yíng)需求的變化，醫(yī)院暖通空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)將持續(xù)面臨新的挑戰(zhàn)。