關于傳染病醫院房間的壓差控制及通風能耗問題探討

李 偉 馮 磊 羅為民 李 華 龍紅芝 歐 翮

（貴州新基石建筑設計有限責任公司 貴陽 550087）

0 引言

2020年初爆發“新冠”疫情以來，國家立即啟動了應對措施，各地區加快傳染病醫院的建設，以防止疫情反撲，控制疫情。由于傳染病防治的特殊性，在設計過程中，對于通風系統的合理劃分、氣流組織的可靠設計、房間壓差的有效控制、空調系統的能耗等問題讓設計師們較為困惑；本文就針對以上問題提出筆者的意見和觀點，以供同行指導和借鑒。

1 傳染病房各分區內的通風量要求及壓差設定

眾所周知，傳染病醫院的平面功能及醫療流程明確要求醫療分區的標準設置應是“三區三緩三通道”。其中，“三區”分別為清潔區、半污染區、污染區。清潔區（普通工作區）：醫護入口前室、衛生通過區（醫生通道）、配餐、庫房、值班室；半污染區（潛在污染區、輔助防控區）：走廊、更衣、檢驗、治療室、配液室、護士站；污染區（防控區）：患者病房、衛生間、緩沖間、患者走廊、污物暫存。“三緩”：清潔區進入半污染區緩沖區、病房入口緩沖區、病員通道緩沖區，其中“病員通道緩沖區”指醫護走道等半污染區進入患者走道設置的緩沖區。“三通道”：醫護走道、患者走道、污物通道。

明確“三區三緩三通道”的功能要求，對于傳染病醫院的設計至關重要。尤其是通風專業，必須根據“三區三緩三通道”的要求設置合理的空氣壓差，在各醫療分區內形成合理的空氣流，防止病菌的反向交叉傳染。為防止污染區病菌通過空氣流向清潔區，增加醫護人員感染風險，所以清潔區應為正壓區，污染區應為負壓區。使空氣形成由清潔區經醫護通道、半污染區至污染區的有序流動，整個傳染病區的空氣流向根據壓差梯度的要求，空氣流向示意圖如圖1 所示。值得注意的是，由于受平面功能及防火疏散等因素制約，通常情況下污物通道與病患通道可以考慮合用。

圖1 空氣流向示意圖Fig.1 Air Flow Diagram

筆者根據呼吸道傳染病房要求[5]，列舉部分功能房間所推薦的通風換氣次數及壓差設定值，房間風量要求及壓差設定值如表1 所示。

表1 房間風量要求及壓差設定值Table 1 Room air volume requirement and pressure difference setting value

上述表格中的推薦換氣次數再結合《傳染病醫院建筑設計規范》（GB 50849-2014）（以下稱“GB50849”）中清潔區每個房間送風量應大于排風量150m3/h，污染區每個房間排風量應大于送風量150m3/h，對于有外窗的清潔區可不設置排風系統，但應保證房間新風量及壓差要求，因此清潔區送風量每個房間不小于150m3/h。

各功能房間進行風量計算及壓差設定，根據GB50849 的要求，非呼吸道傳染病的門診、醫技用房及病房最小換氣次數（新風量）應為3 次/h。要求污染區房間應保持負壓，房間排風量應大于送風量150m3/h。衛生間、污物緩存、處置室等僅需設置排風設施。但本區域內房間面積普遍較小，負壓梯度較大，為滿足風量及壓差調節，建議該類房間的排風量也不小于150m3/h。

另外在呼吸道傳染病的門診醫技用房及病房中，要求發熱門診最小換氣次數（新風量）應為6次/h。在房間壓差控制中，傳染病醫院建筑專業對流程控制要求較高，暖通專業設計的通風系統對氣流組織流向、房間壓差控制的可靠性也是防止空氣傳染的重要手段。

2 通風系統的設計及壓差調節

根據文獻資料[5]，在傳染病醫院中，在滿足通風量要求及壓差設定的情況下，我們還應根據醫院內的清潔區、半污染區、污染區分別獨立設置機械送、排風系統；因考慮到上下樓層收容的病人的病種不同，避免上下樓層交叉感染，病房衛生間不建議采用變壓式風道豎向集中排風，可結合污染區病房排風系統統一設置，目的是為了防止不同樓層之間發生交叉感染。

為了方便施工完成后的調試及后期院方使用，建議將房間風量及壓差設定值標注于圖面，如圖2所示為風量及壓差標注平面圖。

圖2 風量及壓差標注平面圖Fig.2 Air Volume and pressure difference marking plan

根據以往的設計經驗，傳染病醫院的送風末端通常采用定風量閥，在設計中注明了風量、壓差值，且也設置了微壓差計，在理論上是可以滿足使用要求的，在小規模的項目（如傳染科）中，壓差調節也比較容易實現；但在較大型項目的實際施工與調試過程中，因施工工藝等眾多因素問題下，造成安裝完成后的房間風量及壓差要求不盡人意，即使調試成功后，也會因為每個房間的產塵量不同，造成末端的過濾器經過一段時間運行后，過濾器表面阻力增加值差異不同，在過濾器還未達到壓差報警值前，房間的風量及壓差已經失衡。一般常規的解決方法是將失衡系統的高效過濾器逐一拆卸更換，可以緩解房間風量及壓差失衡現象；以上方法更換高效過濾器較為頻繁，工作量較大且運行成本較高，院方也時常向設計方反饋，甚至抱怨認為是設計存在缺陷。

針對這個問題，我們建議可以采用另外一種更加有效的通風方式——動力分布式智能通風系統，這種系統是在每個房間設置獨立的變頻通風機；設置在房間內的壓力傳感器探測到的壓力信號值通過轉換模塊轉換為數字信號值，然后再聯鎖末端變頻風機進行房間的風量控制。如圖3 所示為分布式智能通風系統平面示意圖。

圖3 分布式智能通風系統平面示意圖Fig.3 Schematic diagram of distributed intelligent ventilation system

如上方案的優點是：

（1）可調性強

主風機和支路變風量模塊均選用直流無刷風機，可實現0～100%無級調速S 調節，調節能力優于“傳統交流風機P 調節+變頻器”的方式。通常情況下，交流風機調節到30%以下非常困難，視為變頻調節死區。若醫院某個感染病護理單元收容的病人較少，甚至遠不足30%時，整個系統還在全風量運行，這樣就極為不節能。

（2）穩定性強

在要求維持負壓的病區房間內，換氣次數與壓差值是硬指標，必須滿足。這就對系統的可靠性與穩定性要求更高，要求通風系統不僅要可調，而且還能維持風量的穩定性。則新風變風量模塊采用壓力無關型（此處的“壓力無關型”指系統末端模塊風量不隨主風管中壓力的波動而產生風量的變化）智適應動力模塊可滿足使用需求，在一定壓力區間范圍內（300Pa 以內）可實現按需供應、恒風量運行，保證最終的壓差要求。

（3）平衡性穩定

平衡性是決定系統調試和后期運行的核心要素。排風變風量模塊選用高靜壓型的風機（300Pa～400Pa）可有效解決末端高效過濾器的阻抗，在過濾器有效范圍內的臟堵后，可進行自動補償，加之新風智適應恒風量能力，整個系統的平衡性更高。

（4）系統聯動性強且節能

傳染病院各護理單元滿床率一般為70%左右。例如：10 間負壓病房，啟用7 間，其余3 間病房在不使用時，這三間病房的通風系統處于關閉狀態。那么，病人入住的這7 間病房的模塊會將轉速信號（或0～10V）傳給主風機，主風機以此聯動調速，滿足7 間病房的風量輸配即可。系統節能性不僅體現在上述運行方式，同時直流無刷風機本就比交流風機節能30%以上。

（5）系統投資的增加

在項目建設當中，投資問題通常也是建設方比較關心的問題；關于設置智適應動力模塊的變風量系統與設置定風量閥的集中式定風量系統投資的問題，通過對現階段市場上技術比較成熟的廠家設備的了解，發現在同等級品牌要求的情況下，采用定風量閥的系統比采用智適應變風量模塊的系統要便宜10～20%左右，若考慮平疫結合的情況，系統末端采用三工況閥（“三工況閥”即可關斷、平時、疫情時可相互轉換的閥門），其投資成本問題應根據項目實際情況作分析論證。

最后，在送排風機的啟停順序方面，機械送風、排風系統應按清潔區、半污染區、污染區分區設置的獨立系統相應設計聯鎖。清潔區應先啟動送風機，再啟動排風機；半污染區、污染區應先啟動排風機，再啟動送風機；各區之間風機啟動先后順序為污染區、半污染區、清潔區。

3 傳染病醫院熱回收系統

在傳染病醫院中，對于呼吸道傳染病的門診、醫技用房及病房等大量的房間需要采用全新風直流系統，換氣次數大于6 次/h；負壓隔離病房采用全新風直流式空調系統，換氣次數不小于12 次/h換氣[3,4]，如此大的直流通風量，其冬夏季的空調能耗也是相當大的。因此，全新風直流式空調系統在非呼吸道傳染病流行時可考慮設置回風系統；同時，也宜考慮熱回收系統。為避免交叉感染，熱回收不應采用全熱回收系統，應采用顯熱回收系統，顯熱回收系統通過溶液循環進行間接換熱，如圖4所示，雖然熱回收效率相對較低，但應用靈活方便，可以有效避免交叉感染，且管道溶液系統在檢修時，也可以不影響通風系統的運行。

圖4 顯熱回收系統原理示意圖Fig.4 Schematic diagram of sensible heat recovery system

下面以貴州省某傳染病醫院的送排風系統為例，室內外設計參數詳表2；該項目為五層的多層建筑，總建筑面積為：6643.38m2；空調采用的是全新風直流系統+風機盤管，項目中采用的全新風直流機組大于6000m3/h 的空調器，共計為8 臺，排風機臺數及風量也基本相等；以6000m3/h 的空調器做簡要估算，單臺全新風額定工況下的制冷量Q冷=66.1kW；Q熱=81.1kW；僅計算該8 臺新風機組冷熱負荷，在額定工況下的總新風負荷，Q總冷=528.8kW，Q總熱=648.8kW；可以看出，新風負荷在傳染病醫院中的能耗所占的比例較大，額定顯熱回收效率應滿足制冷時大于60%，供熱時大于65%[2]。

表2 項目所在地室內外氣象參數Table 2 Indoor and outdoor meteorological parameters of the project site

夏季工況：

顯熱熱回：Qt=Cp·ρP·LP·（t1-t3）·η·β·δ

其中，η為顯熱回收效率60%。

即：Qt=1.005×1.2×6000×（32.1-26）×60%=26483.76kJ，轉換為kW，Qt=7.35kW。

全新風直流機組大于6000m3/h 的新風系統空調器（8 臺），夏季小時回收冷量：7.35×8=58.8kW。

冬季工況：

顯熱熱回：Qt=Cp·ρP·LP·（tn-tw）·η·β·δ

其中，η為顯熱回收效率65%。

即：Qt=1.005×1.2×6000×（22-(-2.3)）×65%=114292.6kJ，轉換為kW，Qt=31.75kW。

全新風直流機組大于6000m3/h 的新風系統空調器（8 臺），冬季小時回收冷量：31.75×8=254kW。

查閱相關文獻及廠家參數，溶液循環泵的功率約為1.0～1.5kW，在此就不再詳細折算和經濟分析。

由上述簡要的計算可以得出，在傳染病醫院當中我們若采用顯熱回收系統，尤其是在冬天，節能效果是非常顯著的。

以上是筆者在近期的一些工程設計實例中的探索和體會，供各位同行參考，歡迎批評指正。