中山医院门急诊综合楼空调设计

中山医院门急诊综合楼空调设计
华东建筑设计研究院有限公司　陆　燕☆　胡仰耆
摘要　介绍了该楼的建筑概况及空调系统设计参数的选择、系统设置、气流组织、负荷特点、冷热源配置、水系统设计等。

关键词　医院　空气品质　压力控制　气流组织
Air c o n diti o ni n g s yst e m d e si g n f or a c o m p l e x b uil di n g of
o ut p a ti e nt a n d e m e r g e n c y i n Zh o n gs h a n Hos p it a l
By Lu Y an ★and H u Y angqi
Abst r a ct Prese nts t he ge neral situation of t he building ,and t he design p ara meter selection ,system arra ngeme nt ,air dist ribution ,load characteristics ,cold a nd heat sources ,water syste m design of t he air conditioning system.
Keywor ds hospital ,air quality ,p ressure cont rol ,air dist ribution ★East China Architectural Design &Res earch Institute Co.,Ltd.,Shanghai ,China
①
0　引言
随着人民生活水平的提高和医学科学的不断发展,医院的建设越来越受到人们的重视。

目前,上海许多医院正新建、改建或扩建其门急诊综合楼和其他一些医疗设施,以求进一步现代化。

为了顺应这些发展,医院建筑中的空调设计面临新的挑战。

医院空调的目的不仅是提供舒适和医疗需要的热环境,更重要的是对交叉感染、污染源的排放进行控制。

此外,还需满足消防、节能以及特殊医疗设备的空调要求等。

在设计各种繁杂的系统时,以处理区域或房间之间的压力关系、使气流定向流动最为棘手,也易被设计者忽视。

本文介绍中山医院门急诊医疗综合楼项目的主要设计内容和一些体会。

中山医院为三级甲等医院,其门急诊医疗综合楼集病房、门诊室、急诊室、医技区为一体,总建筑面积72000m 2,按使用功能分为A ,B ,C 三部分,A 为普通病房楼,B 为门诊楼,C 为医技及手术部。

空调系统冷、热源设置在地下1层。

1　设计参数
根据国内规范要求和文献[1～2]的规定,主要功能房间的室内设计参数如表1所示。

表1　主要功能房间设计参数
房间名称　
温度/℃相对湿度
　/%
新风量或换气次数
压力关系
夏季
冬季夏季冬季病房242255～6035～40
145m 3/间
+/-手术监护、急　诊监护室242255404h -1
P
病房部其他　房间252055～6035～4025～30m 3/(人・h )
+/-及N 病房部的公　共区域252055352h -1
+/-　
急诊观察室2422554030m 3/(人・h )+/-诊室24～252255～604030m 3/(人・h )+/-候诊区25206035～4030m 3/(人・h )
+/-检查室(CT ,　DR 等)
232250503h -1P 一般检查(B 超、　心电图等)24225535～402h -1+/-西药房25205530～353h -1
P 各检验室24205530～352h
-1N 注:1)病房的新风量包括了医护与探视人员所需的新风。

2)手术部的设计参数从《医院洁净手术部建筑技术规范》中选取。

3)压力关系参考文献[2],+/-表示无压力要求;P 表示与相邻空间的压力关系为正值;N 表示与相邻空间的压力关系为负值。

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98・ 暖通空调HV &A C 2005年第35卷第9期 设计参考①☆
陆燕,女,1962年5月生,大学,学士,高级工程师,主任工程师200002上海汉口路151号华东建筑设计研究院有限公司
(021)63217420
E 2mail :yan_lu @ 收稿日期:20040923一次修回:20050408二次修回:20050526
2　系统设置及气流组织
医院建筑具有功能繁多、要求不一、小空间多的特点。

文献[1～2]的规定表明,除了新生儿室及一些特殊治疗室外,医院内所有为病人提供直接服务的区域(辅助用房除外)的温度为24～25℃;相对湿度在30%～60%之间。

空气过滤等级为粗、中效两级,第一级为比色法30%的粗效过滤,第二级为比色法90%的高、中效过滤。

系统的设置应在满足功能要求的基础上,考虑避免二次污染及每个空间能独立控制温度。

空调末端国外以全空气定风量或变风量系统居多,它的优点是空气过滤及除湿效率高,室内空气品质好,设备维护方便。

国外的研究认为医院空气中90%以上的细菌是可以用空气过滤器除去的,而全空气系统具备配置各种效率过滤器的条件[1～2]。

国内设计受建筑空间、初投资及设计经验等诸多因素的影响,选用变风量系统的极少,而以风机盘管居多。

风机盘管虽有控制方便、噪声低、不存在空气交叉污染的优点,但盘管湿表面很容易藏污纳垢滋生细菌,诱发二次污染,且风机盘管的除湿能力及过滤效率均不如全空气系统。

根据本工程建筑空间、机房面积有限和建筑体型复杂的实际情况,一些功能房仍采用了风机盘管加新风系统,但在回风口处改用低阻抗菌过滤器,以降低细菌繁殖的可能。

这些区域主要有病房、诊室、一般检查室、办公室等。

对热、湿散发量较高,有洁净等级要求的房间均采用全空气系统,这些区域主要包括手术部, MRI,CT,DR检查室,化验及自动检测室,实验室等。

大空间的门诊等候区、病房护士站及走廊等也采用了全空气系统。

设计时曾考虑采用近几年来业内时有介绍的独立新风系统(DOAS),即由新风承担室内全部湿负荷、风机盘管处于干工况状态仅承担室内显热负荷的空调系统,但因上海地区的气候条件和医院建筑不时有开窗通风的习惯不适合该系统,且产品的技术性能尚不成熟而放弃。

3　负荷特点及冷热源配置
整个综合楼的冷负荷为7861kW,热负荷为5315kW。

设计日空调冷、热负荷曲线见图1。

在电力容量受限的条件下,冷源的配置采用了直燃型溴化锂机组与螺杆式冷水机组相结合的方案。

考虑到医院经常性添置及更新设备,每年的空
图1　设计日空调冷、热负荷
调负荷呈上升趋势,最终选用了单机容量为3200 kW的直燃型溴化锂机组及单机容量为1230kW 多机头螺杆式冷水机组各2台,总配置容量为8860kW。

在综合楼中,夜间需空调的只是病房、急诊室和手术部。

因此,在全年供冷时间中,有相当长的时段可用螺杆式机组来满足部分负荷工况的使用要求,而不必使用运行费较高的溴化锂吸收式机组。

同样理由,热源除了有直燃型溴化锂机组外,还配置了一组容量为总供热负荷10%的组合式汽水换热器,以满足过渡季节热负荷很小时的需要。

4　空调水系统
水系统采用两管制还是四管制常是一个既简单又复杂的问题,因为它涉及到技术、经济、管理和观念等多方面,需要设计者自身的正确判断和业主的理解和支持。

本工程主要采用四管制(门诊部内区为单冷两管制),依据是:
a)像众多大型医院综合楼一样,它有大量属同一功能区,但内、外区特征十分典型的房间,如门诊中的候诊室与诊室,有的为外区,有的为内区。

b)在医技区楼层中既存在设备发热房间,又存在设备不发热房间,而且发热设备发热量也大小不一,两管制难以满足房间的温度要求。

c)病房层中的病房和医护房间主要呈外区特征,它们的朝向分别为东南与西北,过渡季时太阳辐射热的影响会造成对冷、热需求的不同。

此外,该医院常有来自不同国家的病人,过渡季时同样有冷热需求不同的选择。

空调冷、热水系统的设计温度分别为6℃/12℃与60℃/50℃。

5　门诊楼设计
楼中各科门诊区均为非传染病区域,但各科之
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・设计参考 暖通空调HV&A C　2005年第35卷第9期
间仍应限制空气无序流动。

因此,空调及通风系统的设置以科室为服务范围,达到管理方便、交叉感染易于控制的目的。

各诊室、检查室采用风机盘管加新风系统。

新风机组的空气经粗效、中效两级过滤;风机盘管设回风箱,并配抗菌过滤器。

候诊区设全空气系统,这主要是因为候诊者的病情还未经诊断,其中有的病人可能会有传染性,故此区域的空调系统应加强空气过滤,保持较好的空气品质。

门诊手术室洁净度为Ⅳ级(30万级),设备采用净化风机盘管。

这类系统所服务的房间面积小,空气仍需三级过滤,系统风量有1000,1500m3/h 两种,风机静压在400Pa左右,风机A声级噪声约63dB。

因此,系统的隔声、消声尤为重要。

笔者与厂商配合开发了这一系统,给系统配置了微穿孔板消声器和节能的双速风机等,经测试性能完全达到要求。

门诊区的空气压力梯度由高到低的顺序依次是诊室—候诊区—污洗间、有污染源的房间、卫生间。

用于风机盘管回风口上的抗菌过滤器为粗效G2型,其滤料由级配比不同的玻璃纤维织纺而成,并涂以抗菌涂料。

维护保养时只需更换一次性使用的过滤垫,价格较低。

过滤垫的面风速为1.75～2.0 m/s,初阻力为16～30Pa,平均计重效率为70%。

6　检查与检验区域设计
检查室分一般检查室及重要检查室两类。

属一般检查室的有B超室、心电图室等,这些房间显热量较小,为0.5～1kW左右,设计采用风机盘管加新风系统,盘管回风口加低阻抗菌过滤器。

属重要检查室的有计算机体层扫描(C T)室、磁共振成像(MRI)室、钼靶室、肠胃机室、DR机房等。

MRI 室由于防辐射的要求高,设置在地下1层,MRI与CT室分设备间、扫描间与控制间三部分,其中扫描间的发热量一般在10kW左右,设备间与控制间发热量在4kW左右,设备间内含有大量电子元件和线路,对环境的要求较高。

钼靶、DR机、肠胃机室等检查单元只分检查间与控制间两部分,总发热量在1.2～2.6kW之间。

在本工程中,检查与检验区域按单元均配置恒温恒湿专用机组。

由于检查与检验设备的散热量和环境要求因型号、规格不同而异,所在房间可能在地下室也可能在地面上,可能在建筑物内区也可能在外区,故设计时应先进行方案设计,在订货后向制造商索取有关资料,再对方案进行确定或修改。

此外,考虑到这些医技房间常较分散,以及现代医疗设备更新换代很快,有可能不时添置一些需由专用空调机组服务的设备,而在高层大楼的外立面上,业主不会牺牲美观去挂置位置分散的风冷机组的室外机,因此,只能选用水冷型专用机。

设计时配置了一套冷却水量为100t/h的冷却系统,并在每层楼面预留了冷却水接口,为今后医技室的扩建与改造创造了条件。

检验是疾病诊断的主要手段之一。

检验室内设备的发热量、散湿量、气味、通风柜设置等基础资料往往缺乏,设备使用情况也不明,因此,设计者应深入了解,尤其应注意自动化检验室等显热量较大的房间。

房间较多的医技区域不宜采用以独立控制室温为主要优点的风机盘管加新风空调系统,而宜采用全空气定风量系统,其原因是医技区有许多房间需要有压力控制,如血液化验室气味很重需负压;细胞免疫及生物分子实验室应保持正压;有些常规临床检验室、特殊检测室设有通风柜,应考虑补风。

惟有全空气系统才能满足换气次数恒定、空气定向流动等要求。

至于室温控制,设计中采用电加热微调,虽有冷、热抵消之弊病,但量不大,实为控制之必需。

为了避免影响周围居民,某些通风柜的排风经活性炭过滤后在屋面排放。

在医技区中有一间中药房,考虑到配药时易扬尘,故在房间中增加了1台带有空气过滤器的循环机组,以加大房间的换气次数,减小空气中药尘浓度。

7　病房设计
综合性医院的病房一般分普通病房、隔离病房、重症监护病房、新生儿病房等。

本工程仅有重症监护病房与普通病房。

重症监护病房设置了30万级的净化系统。

气流组织为病床上方送风,至病人头部处的风速不大于0.25m/s,回风口设在门附近的下部。

送风末端设亚高效过滤器。

普通病房每层为一个独立的疾病治疗区,由病房、护士站、治疗室、处置室、医生护士办公室、配餐
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暖通空调HV&A C　2005年第35卷第9期 设计参考
室、污洗室组成。

病房的设计内容有:
a)系统为四管制风机盘管加新风系统;
b)风机盘管位于病房入口小走道上方,气流
为上送上回,回风口设抗菌过滤器,其面风速小于
1.5m/s;
c)卫生间除有常规的排风系统外,还增加了
较为美观的挂墙式供暖盘管,以满足虚弱病人淋浴
时对室温的要求。

盘管的热源是可就近接出的空
调用热水管,供水温度60℃。

护士站与公共走廊采用全空气定风量系统,以
达到强化空气过滤、减少交叉感染的目的。

根据文献[1]的规定,配餐室不设再循环机
组,故没有风机盘管。

室内设脱排油烟机和排风
机,当前者不使用时,使用后者,换气次数为10
h-1以上。

空调送风由走廊的空气处理系统提
供,不设回风。

整个病区的压力控制从高到低依次为治疗室
—护士站、病房、医生护士办公室、配餐室—处置
室、污洗间、卫生间。

8　手术部设计
手术部是医院对暖通空调要求最高的场所。

该工程手术部有不同级别的手术室共7间,系统设
计流程见图2,局部详图见图3,其设计原则与特点
如下。

图2　
手术部空调系统流程图
图3　局部详图
a)在7间手术室中,其中1间的空调器除了
一组由集中系统供给冷水的冷盘管外,还增设了一
组直接蒸发式盘管(另配独立冷源)。

此举的目的
是保证发生特殊情况、集中冷水系统中断供应时仍
能有1间手术室可继续使用。

b)房间的温湿度、新风量、换气次数、压力等
主要技术参数按有关规范确定。

c)Ⅰ,Ⅱ级手术室优先采用二次回风、热水盘
管再热,并辅以电加热微调,这是因为它们的换气
次数较大,利用二次回风可节省大量再热量。

此方
案似乎专业人员都可理解,但在实际工程中常被忽
视,导致耗用大量电能去再热。

d)根据文献[2]的规定,手术室空调的加湿蒸
汽不采用医院现有的经化学水处理的锅炉蒸汽,而
采用作为热源的锅炉纯水蒸气。

e)整个手术部各房间的压力梯度满足规范要
求,也满足某些手术室不使用时仍维持空气定向流
动的要求。

9　结语
9.1　针对医院建筑空调设计国内资料匮乏和医疗
(下转第113页)・
2
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・设计参考 暖通空调HV&A C　2005年第35卷第9期
海和北京全年每天最高温度的数据点分布情况。

相对广州,北京温度低而且含湿量小。

空调器运行在变速时为不稳定工况,在这样的工况下无法利用房间量热计测定制热量,可采用空气焓差法测出空调器的制冷量或制热量[5]。

4　数据及结果分析
实验用房间空调器型号为KFR31GW,空调夏季起始时间为6月15日,终止时间为9月23日,冬季起始时间为11月1日,终止时间为第二年3月12日。

空调的使用时间根据气象条件决定。

表1是不同工况的性能参数。

表1　季节性能系数中各个工况的性能参数W 制冷工况制热工况
额定制冷量3100实测高温制热量3234
实测制冷量3013实测中间制热量1617
实测中间制冷量1507实测低温制热量2250
额定消耗功率1200实测高温消耗功率1344
实测消耗功率1260实测中间消耗功率672
实测中间消耗功率630实测低温消耗功率1200 把表1中参数输入空调器S E ER软件,结合软件提供的各个城市气象参数资料,计算出中国4个典型气候城市北京、上海、南京、广州的季节性能系数,结果见表2。

其中变频时季节性能系数比定频时高出很多,说明在相同制冷量下空调器变频时更节能。

表2　季节性能系数计算结果
北京上海南京广州S E ER(定频) 2.39 2.38 2.38 2.38
S E ER(变频) 2.82 2.80 2.75 2.73
HS P F(定频) 2.29 2.23 2.25 2.15
HS P F(变频) 2.28 3.03 2.99 4.905　结论
该计算分析软件可以计算不同城市定频、变频空调器的S E ER和H S P F值,为空调器的全面评价提供了一个强大的技术分析平台,这个技术分析平台对空调制造商而言,既可以对已开发的空调产品性能进行全方位评价分析,以进行空调器各部件及系统的优化匹配,也有助于开发适合不同地区的空调产品。

参考文献
1　J RA4046:1999　Calculating method of annual power consumption for room air conditioners
2　ARI210/240—2003　Standard for Unitary Air2 conditioning and Air2source Heat Pump Equipment
3　G B/T7725—2004　房间空调器
4　谷波,卞荷洁.风机盘管设计计算与性能分析软件系统.制冷与空调,2004,4(6):1822
5　刘圣春,马一太.变速房间空调器区域性季节能效比分析.见:中国工程热物理学会文集.工程热力学与能源利用.2004.401407
6　王光庆.变频空调器的测试与计算探讨.家用电器科技,2002(2):6366
7　石文星,彦启森.论变频空调器性能评价体系.暖通空调,2004,34(5):5258
8　茅红伟,王琪.变频空调器性能测试标准的探讨.家电科技,2003(10):7981
9　周子成.定转速压缩机的房间空调器的季节能效比.制冷,1995,13(2):1418
10　周子成.定转速压缩机的房间空调器的季节能效比(续).制冷,1995,13(3):1924
(上接第92页)
技术与设备迅速发展的实际情况,国内有关部门应形成合力,去研究、总结出丰富的设计用基础资料。

9.2　大型医院综合楼中内区多、功能复杂,为了保证舒适性和灵活性,空调水系统应采用四管制。

9.3　在非空气传染病区如病房区域,应对风机盘管加新风系统似乎是惟一选择作一反思。

在目前国内逐渐掌握变风量技术之际,需积极探索采用该系统的可能性。

这是基于除空气传染病区外,医院中的许多区域可以采用这类全空气系统和设置一定级别的非高效过滤器,以取得更好的空气质量,同时实现独立的温度控制提出的。

9.4　空气定向流动控制不仅是手术室、污洗间等我们所熟悉房间的需要,也是医院内许多其他区域的需要,设计者必须深入调查、充分了解医疗工艺。

参考文献
1　The American Institute of Architects.Guidelines for Design and Construction of Hospital and Health Care Facilities.2001
2　Health Care Facilities.In:1999ASHRAE Handbook—HVAC Application
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3
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暖通空调HV&A C　2005年第35卷第9期 技术交流。