福州某醫(yī)院直線加速器室空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

羅林生

(福建省建筑設(shè)計(jì)研究院 福建福州 350001)

福州某醫(yī)院直線加速器室空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

羅林生

(福建省建筑設(shè)計(jì)研究院 福建福州 350001)

結(jié)合福州某醫(yī)院直線加速器室空調(diào)、通風(fēng)設(shè)計(jì)實(shí)例，詳細(xì)介紹了直線加速器室空調(diào)、通風(fēng)設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)與方法，包括合理確定室內(nèi)設(shè)備散熱量，新風(fēng)系統(tǒng)方案的選擇，排風(fēng)換氣量的計(jì)算以及輻射防護(hù)措施等。

直線加速器;空調(diào);通風(fēng);輻射防護(hù)

0 引言

醫(yī)用直線加速器是一種把高能物理運(yùn)用到醫(yī)療技術(shù)上的高新科技產(chǎn)品，是目前治療腫瘤的外放射治療主要設(shè)備，也是醫(yī)院最昂貴的醫(yī)療設(shè)備之一。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和核技術(shù)的廣泛應(yīng)用，加速器等大型設(shè)備正在進(jìn)入各類醫(yī)院用于腫瘤患者的放射治療。腫瘤放療就是利用其高能射線束殺死腫瘤細(xì)胞和病變組織，以解除腫瘤患者的痛苦，達(dá)到治療目的[1-2]。合理的溫濕度以及空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)采取必要的輻射防護(hù)措施，是保證其穩(wěn)定安全運(yùn)行的必要條件。

1 工程概況

該工程為福州市某醫(yī)院的新建工程，總建筑面積9 117.6m2，建筑高度8.95m，地下2層，地上2層，為多層公共建筑。直線加速器位于地下二層，兩個(gè)直線加速器室。兩個(gè)直線加速器共用一間控制室、模具存放間、加速器水冷機(jī)房以及新排風(fēng)機(jī)房。控制室、模具存放間和加速器冷水機(jī)房水冷機(jī)房位于地下二層，地下二層其余空間主要為候診區(qū)以及配套輔助用房等，布局如圖1所示。新排風(fēng)機(jī)房位于地下一層，直線加速器室的正上方。

圖1 直線加速器室布局及暖通預(yù)埋管平面圖

2 空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 空調(diào)負(fù)荷計(jì)算

空調(diào)負(fù)荷計(jì)算首先必須確定室內(nèi)外設(shè)計(jì)參數(shù)，本工程室外設(shè)計(jì)參數(shù)采用福州地區(qū)室外設(shè)計(jì)參數(shù)。室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)根據(jù)《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50736-2012[3]以及院方提供直線加速器室內(nèi)環(huán)境溫濕度、通風(fēng)換氣次數(shù)的具體要求設(shè)定，如表1所示。

表1 室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)

空調(diào)冷負(fù)荷包括：通過維護(hù)結(jié)構(gòu)傳入的冷負(fù)荷，人體帶入的顯熱及潛熱冷負(fù)荷，照明和設(shè)備的冷負(fù)荷以及新風(fēng)帶入的冷負(fù)荷等；空調(diào)熱負(fù)荷包括：維護(hù)結(jié)構(gòu)傳入的熱負(fù)荷以及新風(fēng)帶入的熱負(fù)荷等。考慮到該工程直線加速器為地下二層，維護(hù)結(jié)構(gòu)傳入的冷熱負(fù)荷占比很小，幾乎可以忽略不計(jì)，且都為內(nèi)區(qū)房間，冬季運(yùn)行時(shí)主要還是以制冷為主。

直線加速器室及控制室室內(nèi)設(shè)備發(fā)熱量較大，對(duì)空調(diào)負(fù)荷的影響特別大，設(shè)備的具體散熱量應(yīng)以實(shí)際設(shè)備樣本上的參數(shù)為準(zhǔn)，該工程相關(guān)設(shè)備熱負(fù)荷數(shù)據(jù)由院方提供，如表2所示。

表2 室內(nèi)設(shè)備散熱量參數(shù)

水冷機(jī)房內(nèi)設(shè)備散熱量需根據(jù)水冷機(jī)具體形式確定，水冷機(jī)有分體式和一體式兩種。分體式水冷機(jī)包括水冷室外機(jī)和水冷主機(jī)，水冷機(jī)熱量通過水冷室外機(jī)排至室外；但水冷機(jī)室外機(jī)與水冷機(jī)主機(jī)的距離不應(yīng)超過30m，水冷機(jī)室外機(jī)與水冷機(jī)主機(jī)的高度差為向上不超過20m，向下不超過5m。一體式水冷機(jī)熱量直接排至水冷機(jī)房內(nèi)，單臺(tái)水冷機(jī)散熱量為15kW。該工程受建筑條件限制，不能滿足分體式水冷機(jī)管長及高差的限制，采用一體式水冷機(jī)，水冷機(jī)房內(nèi)散熱量達(dá)到30kW。

2.2 空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

直線加速器室由于使用時(shí)間以及其負(fù)荷、室內(nèi)環(huán)境要求的特殊性。該工程直線加速器室采用恒溫恒濕精密空調(diào)形式，每間直線加速器室設(shè)置一臺(tái)恒溫恒濕精密空調(diào)，單臺(tái)總制冷量15.9kW，顯熱冷量14.5kW，風(fēng)量4 650m3/h(回風(fēng)工況溫度24℃，相對(duì)濕度50%)。考慮到精密空調(diào)負(fù)荷主要以顯熱為主，新風(fēng)采用全熱交換新風(fēng)機(jī)組。新風(fēng)帶入的濕負(fù)荷難以消除，新風(fēng)采用變冷媒流量多聯(lián)式新風(fēng)機(jī)組；新風(fēng)量按換氣次數(shù)10次/h計(jì)算，每間直線加速器室設(shè)置一臺(tái)一拖一變冷媒流量多聯(lián)式新風(fēng)機(jī)組，單臺(tái)新風(fēng)量為2 000m3/h，制冷量為28kW，制熱量為24.5kW。

水冷機(jī)房設(shè)置一套獨(dú)立的變冷媒流量多聯(lián)式空調(diào)系統(tǒng)，采用2臺(tái)室內(nèi)機(jī)(單臺(tái)制冷量16kW)，用以消除一體式水冷機(jī)散熱量。控制室、模具室以及二次候診區(qū)空調(diào)為傳統(tǒng)一拖多變冷媒流量多聯(lián)式中央空調(diào)系統(tǒng)。

同時(shí)，根據(jù)《綜合醫(yī)院建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》GB51039-2014[4]中要求，以及為了滿足醫(yī)院室內(nèi)環(huán)境衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，該工程新風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口、恒溫恒濕精密空調(diào)和室內(nèi)機(jī)回風(fēng)口均設(shè)有光催化靜電介質(zhì)空氣過濾器，光催化靜電介質(zhì)空氣過濾器性能：除塵效率>F7，除菌效率>99%，除甲醛率>80%，與空氣處理機(jī)組、新風(fēng)處理機(jī)、風(fēng)機(jī)盤管聯(lián)動(dòng)。空調(diào)通風(fēng)平面如圖2所示。

圖2 直線加速器空調(diào)通風(fēng)平面圖

2.3 通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

直線加速器運(yùn)行治療過程中，空氣在強(qiáng)電離輻射的照射下，會(huì)產(chǎn)生少量有害的臭氧和氮氧化物。當(dāng)用大于10MW的X線時(shí)還會(huì)產(chǎn)生微量感生放射性物質(zhì)。在同樣的條件下，臭氧的輻射產(chǎn)額為氮氧化物的3倍，而臭氧的允許濃度比氮氧化物約低17倍，且感生放射性物質(zhì)的壽命很短[5-6]。正是由于臭氧的毒性大，產(chǎn)額高，且能使橡膠等材料加速老化，所以設(shè)計(jì)通風(fēng)系統(tǒng)時(shí)只考慮臭氧的影響，即滿足工作場所臭氧的濃度限值為0.3mg/m3[6]。根據(jù)稀釋工作場所臭氧溶度，直線加速器室通風(fēng)換氣次數(shù)應(yīng)達(dá)到每小時(shí)7～8次；同時(shí)為了防止污染物外泄，維持房間內(nèi)微負(fù)壓，排風(fēng)量按新風(fēng)量的1.1倍計(jì)算，即排風(fēng)量按每小時(shí)換氣次數(shù)11次計(jì)算。由于排放的臭氧及氮氧化物量相對(duì)較少，對(duì)環(huán)境不會(huì)產(chǎn)生較大的影響，故直接由屋面排入大氣。由于臭氧及氮氧化物比重大于空氣比重，因此室內(nèi)排風(fēng)口設(shè)置在房間下部距地300mm高處，以利于有害物的排出。其他區(qū)域排風(fēng)滿足人員新風(fēng)以及房間的換氣需求即可。布置平面如圖2所示。

同時(shí)，直線加速器室采用氣體消防，送排風(fēng)系統(tǒng)與平時(shí)新風(fēng)及排風(fēng)系統(tǒng)共用，減少預(yù)埋管件數(shù)量，簡化氣體消防的控制流程。送、排風(fēng)管穿直線加速器頂板處設(shè)70℃電動(dòng)防火閥，火災(zāi)時(shí)由消控中心或現(xiàn)場手動(dòng)控制關(guān)閉送排風(fēng)機(jī)和電動(dòng)防火閥，待氣體滅火后再控制開啟電動(dòng)防火閥和風(fēng)機(jī)。氣體消防采用的七氟丙烷，密度比空氣大，排風(fēng)口需設(shè)置在房間下部距地300mm高處，采用上送下排系統(tǒng)，這與平時(shí)排風(fēng)系統(tǒng)吻合。

2.4 其他注意事項(xiàng)

直線加速器頂板等中心軸線正上方設(shè)有工字梁，工字梁位置如圖1所示，工字梁下方的吊頂需要預(yù)留600mm～800mm 寬滑車通道，工字梁下方不得有管道橫穿。

3 空調(diào)通風(fēng)輻射防護(hù)設(shè)計(jì)

直線加速器室的屏蔽墻采用混凝土一次性澆鑄而成，空調(diào)系統(tǒng)管道穿直線加速器室需設(shè)預(yù)埋管，每間直線加速器室包括：尺寸為600mm×600mm新排風(fēng)系統(tǒng)預(yù)埋管2個(gè)，尺寸為Φ150恒溫恒濕精密空調(diào)冷媒系統(tǒng)預(yù)埋管1個(gè)，以及尺寸為Φ150直線加速器冷卻水系統(tǒng)預(yù)埋管1個(gè)。所有預(yù)埋管必須跟混凝土澆鑄同時(shí)進(jìn)行，一次到位。所有預(yù)埋管件均避開主輻射區(qū)域，采用斜45℃埋管，最大限度減少通過空調(diào)管道的輻射量。預(yù)埋管平面如圖1所示。

預(yù)埋管會(huì)使防護(hù)墻的局部厚度減少，因此該工程在風(fēng)管、冷媒管及水冷系統(tǒng)管道穿越防護(hù)墻處采用一定長度鉛板外包防護(hù)。以上所有防護(hù)措施應(yīng)由當(dāng)?shù)氐姆派浞雷o(hù)權(quán)威部門校核達(dá)到防護(hù)要求后方可實(shí)施。

感生放射性來源于直線加速器治療室內(nèi)的空氣受到高能粒子照射時(shí)產(chǎn)生的感生放射性核素，如3H、7Be、11C、13N、15O、41Ar等[7]。感生放射性核素的半衰期長短不一，短者只有7.3s，長者達(dá)121.53d[7]。所以在直線加速器停止工作后，長半衰性感生放射性核素仍然存在，不應(yīng)立即打開防護(hù)門，而應(yīng)繼續(xù)通風(fēng)一段時(shí)間，最少保證房間一次換氣，以便臭氧、氮氧化物以及感生放射性核素的排出，避免造成對(duì)人員的傷害。本次設(shè)計(jì)換氣次數(shù)為10次/h，因此在直線加速器停止工作6min之后，人員方可進(jìn)入。

4 結(jié)語

(1)直線加速器室采用恒溫恒濕精密空調(diào)系統(tǒng)，考慮到精密空調(diào)高顯熱比，新風(fēng)不宜采用全熱交換器，以免新風(fēng)帶入的濕負(fù)荷難以消除，造成室內(nèi)濕度超出設(shè)計(jì)要求。

(2)水冷機(jī)房內(nèi)設(shè)備散熱量與水冷機(jī)具體形式相關(guān)，水冷機(jī)房空調(diào)負(fù)荷應(yīng)根據(jù)具體形式確認(rèn)。

(3)直線加速器室運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生臭氧、氮氧化物和感生放射性物質(zhì)，故應(yīng)確定合理通風(fēng)換氣次數(shù)，排風(fēng)口置于房間下部，并應(yīng)與氣體消防后的事故排風(fēng)系統(tǒng)合用，減少預(yù)埋管數(shù)量。直線加速器停止工作后，應(yīng)繼續(xù)通風(fēng)一段時(shí)間，保證房間一次換氣后，人員方可進(jìn)入。

(4)該工程所有空調(diào)通風(fēng)預(yù)埋管均采用斜45℃埋管，并在管道穿越防護(hù)墻處采用一定長度鉛板外包防護(hù)，且應(yīng)經(jīng)當(dāng)?shù)氐姆派浞雷o(hù)權(quán)威部門校核達(dá)到防護(hù)要求后方可實(shí)施。

[1] 胡遣民. 腫瘤放射物理學(xué)[M].北京：原子能出版社，1999:239-240.

[2] 馮寧遠(yuǎn)，謝虎臣，史榮，等.實(shí)用放射治療物理學(xué)[M].北京：北京醫(yī)科大學(xué)、中國協(xié)和醫(yī)科大學(xué)聯(lián)合出版杜，1998：223-224.

[3] GB50736-2012 民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012:6-8.

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[7] 潘贊帥，曹業(yè)玲，張建忠.醫(yī)院放療機(jī)房空調(diào)通風(fēng)設(shè)計(jì)[J].建筑熱能通風(fēng)空調(diào)，2016(3)：52-55.

Design of air conditioning and ventilation system for linear accelerator room in a hospital of Fuzhou

LUOLinsheng

(Fujian Provincial Institute of Architectural Design and Research,Fuzhou 350001)

According to Fuzhou a hospital linear accelerator room air conditioning and ventilation design examples, this paper introduced in detail the matters needing attention in the design of air conditioning and ventilation in linear accelerator room, including reasonable determination of indoor heat dissipation，selection of fresh air system、calculation of ventilation volume and radiation protection measures.

Linear accelerator;Air conditioner;Ventilation;Radiation protection

羅林生(1985.3- )，男，工程師。

E-mail:286476499@qq.com

2017-02-17

TU83

A

1004-6135(2017)05-0107-03