某醫院臨床醫學中心項目的空調系統設計

朱喆

上海建筑設計研究院有限公司

醫療建筑空調系統是維持醫療建筑正常運行的保障。近年來，隨著城市的擴張，為了提高人民的生活水平，綜合性醫院數量迅速增加，醫療功能也日趨完善，空調系統需要與時俱進，在安全、可靠、靈活、節能等方面做好文章。

1 工程概況

某醫院臨床醫學中心項目規劃床位800 張，工程建設地點位于上海，包括門急診醫技及病房樓、后勤樓。地上建筑面積約97000 m2，地下建筑面積約32000 m2。總建筑面積129000 m2，共11 層，建筑總高度約53 m，設置一層地下室（局部設有夾層）。本項目已于2018 年投入使用，并連續2 年承擔了進博會的保障任務。

2 空調系統設計

2.1 室外設計參數

室外設計參數如表1 所示：

表1 上海室外設計參數

2.2 室內設計參數

主要房間室內設計參數如表2 所示：

表2 主要房間室內設計參數

2.3 冷熱源的配置

2.3.1 園區能源中心的合理利用

項目所在的園區內設有分布式能源站，可向入駐園區的單位供應空調冷（熱）水、生活熱水，能源站供冷、供熱情況詳見表3。本項目內設置板式換熱器作為全年主要的空調系統冷熱源，板換一次側與園區供能管網連接。能源站和本項目的分界點為板式熱交換器一次側前的供回水管閥門處，分界點之前的輸配管網、閥門、計量裝置、計量控制柜等均由能源站負責建設[1]。

表3 能源中心供冷、供熱情況

項目全年的冷熱負荷經過逐時計算，詳見表4。醫院負荷的特點是全年同時存在冷、熱負荷，而從表3 可以看到，能源站在夏季無空調熱源，不能滿足醫院的使用要求。為了解決這個矛盾，供熱板換一次側需要進行季節切換。板換一次側的連接方案為：供冷板換全年接能源站的第一路水管（空調冷源）。供熱板換在5 月至10 月接第二路水管（生活熱水熱源）、11 月至次年4 月接第三路水管（空調熱源）。

表4 本項目使用園區能源中心區域的最大冷熱計算負荷負荷

醫院的潔凈區、中心供應均需使用蒸汽，園區能源站無蒸汽供應，因此，本項目需單獨設置蒸汽鍋爐房。經過計算，空調加濕、中心供應、廚房蒸汽總耗量為2.25 t/h。采用2 臺燃氣蒸汽鍋爐，每臺鍋爐額定產汽量為1.5 t/h。鍋爐的煙囪排出口設在病房樓屋頂，以避免鍋爐廢氣對院區的影響。

2.3.2 輔助冷熱源的設置

為了確保手術區和ICU 空調系統冷熱源的可靠性，在門急診醫技及病房樓四層屋面預留四臺冷量為630 kW 的風冷熱泵機組放置場地和電量，如園區能源中心供能可靠性不能滿足醫院運行要求，將風冷熱泵作為凈化空調系統的備用冷熱源。。

后勤樓位于基地的東北側，與門急診醫技及病房樓獨立分開，相距約為90 m，為了節約水系統的輸送能耗，減少室外埋管的數量，后勤樓的空調系統采用變制冷劑流量多聯式空調系統，室外機安裝本樓屋面，室內機采用超薄型風管機。

地下室的直線加速、射波刀、影像科大型醫療機房（MRI、CT、DR 等）、二層檢驗科、一層急救區域CT、DR 檢查室、控制室等房間，其空調系統需滿足特定的溫濕度限定、使用時間不一致、空調負荷差異大和靈活控制等要求，因此采用多聯機空調系統+新風空調箱的形式。

2.4 空調水系統設計

空調水系統為一級泵變流量閉式機械循環系統。一級泵系統的水泵設置方法有兩種：一套水泵服務于不同區域和多套水泵服務于不同區域。本項目中門急診醫技及病房樓可分為三個功能區——病房樓、門診醫技樓、重要區（手術區、ICU、急救），三個功能區最不利末端離冷熱源機房的距離基本相等，水管路阻力相差較小，采用一套共用空調水泵的方式，可以節約機房面積和投資。水泵均為變頻控制，臺數按3 大2 小的進行搭配，負荷高峰時間段運行大流量水泵，部分負荷時則運行小流量水泵，節約水泵能耗。

空調水系統為二管制和四管制相結合的系統（圖1）。病房樓形狀窄長，病房靠外墻布置，有可開啟外窗，空調冷熱需求隨著季節變化。內區是醫生辦公室、治療室、護士臺等配套醫療用房，這些房間發熱量小不需要全年供冷，因此采用二管制空調水系統以節約投資。醫技、門診區域、潔凈手術部體型較大，有大量的內區存在，采用四管制水系統滿足室內溫濕度需求。

圖1 空調水系統示意圖

2.5 空調通風系統設計

本項目的空調通風系統設計著重在以下四個方面做了考量。

2.5.1 內區門診診室的空氣品質改善

普通門診診室（指非傳熱門診、發熱門診診室）是醫護人員和病人密集并直接接觸的地方，也是通過空氣交叉感染的高危場所，在“新冠肺炎”疫情初期不少武漢醫生是在門診接診時被患者感染到的，因此，改善門診診室的室內空氣品質特別重要。

風機盤管+新風系統是門診診室采用最多的系統。其優點是使用靈活、系統簡單、造價低，但由于風機盤管過濾效率低、新風量缺乏平衡調節導致的風量分配不均等因素，在諸多醫院門診診室出現空氣品質欠佳、二氧化碳濃度過高等問題[2]。本項目門診診室設置在內區，房間無自然通風的條件，室內空氣流通性差，可能會凸顯風機盤管+新風系統存在的問題（本項目于2014 年前設計，風機盤管采用粗效過濾網）。

空調箱全空氣空調系統具有過濾效率高、新風量可調的特點，可確保室內的優良空氣品質，但風管尺寸較大存在安裝難度，并且如采用定風量系統則難以實現各房間的溫度獨立控制，如采用變風量系統則投資過大、控制系統復雜。經過研究分析，在內區診室采用風機盤管+空調箱全空氣定風量系統的非常規空調方式，該方式結合了兩種空調系統的優點，增強了診室空氣過濾性能，新風風量可根據室內二氧化碳濃度調節。由于風機盤管的結合，使得全空氣送風風管尺寸小，系統投資增加有限。風機盤管+空調箱全空氣定風量系統的具體設計過程分析如下：

空調箱全空氣定風量系統承擔診室內的較穩定負荷，如照明負荷、電腦等設備負荷和室內濕負荷，風量按室內換氣次數6 次/h 確定。空調箱新風量按規范規定的2h-1設計，但可按全新風工況運行，在過渡季節診室可實現全面通風，節約運行能耗。在疫情時，可全新風運行，換氣次數達6 次/h，室內新風量可以滿足呼吸道傳染病醫院門診的要求，排風量與新風量可同步變化[3]。風機盤管主要承擔人員顯熱負荷，當診室內人員數量發生變化時，風機盤管起到“調峰”作用。診室的空調風系統布置詳見圖2，空調系統示意詳見圖3。由于原則上風機盤管僅承擔人員顯熱負荷，診室內風機盤管無冷凝水產生或者僅少量冷凝水量，降低積水盤潮濕滋生細菌的風險。空調箱過濾器配置為G4+F8，當室外PM2.5 的濃度為250 μg/m（3重度污染）時，室內的PM2.5 濃度為65 μg/m3，可達到公共建筑室內空氣質量四級標準。

圖2 單個診室的設備、風口布置圖

圖3 系統示意圖

2.5.2 地下室重要醫療用房的濕度控制措施

本項目在地下一層設有影像科大型醫療機房（MRI、CT、DR 等）、放療科的直線加速器、射波刀、地下室核醫科SPECT 等貴重的醫療設備，物資藥庫和陰涼藥庫等，這些房間均有一定的濕度控制要求。上海地下室通常比較潮濕，上述房間一旦濕度過高，將導致醫療設備不能正常運行，藥品變質，人員舒適性較差等問題，空調設計時應重視以上房間的濕度控制。

冷凍除濕、溶液調濕和轉輪除濕是常見的濕度控制的方式。與其他二種除濕方式相比，溶液調濕具有能耗低，濕度控制精確等優點，通過溶液噴灑可除去空氣中的塵埃、細菌、霉菌等有害物質。因此，以上房間采用多聯機空調系統+溶液調濕新風系統的空調方式，溶液調濕新風機組負責承擔全部新風負荷和室內濕負荷，多聯機空調承擔室內顯熱負荷。

2.5.3 發熱門診直流式空調系統的節能措施

發熱門診位于門急診醫技及病房樓一層的西側，有獨立對外的出入口，不與其他區域連通。為了防止通過空調系統發生交叉傳染，發熱門診采用直流式空調系統，新風換氣次數達12 次/h。發熱門診空調運行時間長，全新風冷熱處理所需能耗較大，如對排風中的能量進行回收利用將有利于降低能耗、節約運行費用。適用于發熱門診能量回收方式首先要確保新排風不能直接接觸、混合，因此，選擇自帶壓縮機的冷凝排風一體機作為發熱門診的空調處理裝置，該設備在進行新風冷熱處理時，室內排風通過冷凝器，回收排風中的能量，室外新風通過蒸發器，排風與新風通路完全隔絕。該機組與非冷凝排風的直膨型新風機組比節能20%～30%。

2.5.4 病理科工藝排風系統的設計

病理科承擔著病理診斷工作，由于工藝要求，通風柜數量較多，且室內會有甲醛、二甲苯、丙酮等有害氣體，因此，需要合理設置病理科的新排風系統。本項目中病理科通風柜數量和風量要求詳見表5。病理科的切片室（內設脫水、包埋、染色室）、冰凍取材室、常規取材室、冰凍診斷室和切片、蠟塊室等均采用直流式空調系統，房間保持負壓，避免氣味外溢到其他房間。設計將通風柜與室外排風機一一對應，并聯鎖開啟。設有通風柜的房間內另設常規排風系統，保持連續運行，排除房間內滯留的有害氣體。

表5 病理科通風柜參數

3 運行數據及問題分析

3.1 運行數據

本項目已經經歷了完整的一個空調系統運行周期，項目從2018 年11 月～2019 年10 月的單位面積耗冷量和耗熱量詳見圖4 和圖5。從運行數據看，綜合性醫院全年需要供冷，夏季7 月～9 月耗冷量最大，三個月的耗冷量之和占全年耗冷量的52%，最高值在8 月出現，最低值在2 月出現，前者是后者的5.6 倍。冬季的統計數據由于包括了生活熱水，因此，冬季高峰是夏季低谷值的約2.4 倍，12 月～次年的3 月耗熱量最大，四個月的耗熱量之和占全年耗熱量的48%。

圖4 每個月的單位面積耗冷量

圖5 每個月的單位面積耗熱量

3.2 運行中問題及處理方法

整個項目空調系統運行良好，基本上滿足醫院營運所需的空調要求。由于裝修配合和安裝不夠精細，個別房間出現冬季溫度偏低和設備振動的問題。

3.2.1 教授餐飲區域冬季室內不熱

教授餐廳位于地下一層職工餐廳內，吊頂形式為格柵，餐廳南側為玻璃幕墻，室外為下沉庭院。教授餐廳和職工餐廳共用一個全空氣系統，餐廳布局和局部剖面見圖6 和圖7。

圖6 餐廳布局圖

圖7 局部剖面圖

12 月份，現場測得的送風溫度是29 ℃，室內溫度在15 ℃左右。站在教授餐廳的幕墻邊明顯感到滲透的冷風。經過分析可知，室內溫度低可能是兩方面的原因造成的。一是幕墻的密封性差，使得餐廳內外的空氣直接流通，室外的滲透風增加了餐廳的空調負荷。另外，教授餐廳送風口貼附在格柵吊頂上，送風風速過低導致熱風無法送至餐廳內，而直接流通到職工餐廳吊頂空腔內。

根據上述分析采取以下措施：幕墻有縫隙處用石膏板進行密封。教授餐廳和職工餐廳吊頂中間用板隔斷。加大教授餐廳的送風量和提高風口送風速度。經過改造后，教授餐廳冬季室內溫度達到設計溫度。

3.2.2 后勤樓頂層有管道振動聲音

后勤樓頂層一臺衛生間排風風機運行時，下一層的衛生間及周邊的吊頂內有明顯的管道振動噪音。現場查看時發現屋頂風機的出風管未作變徑，直接45°彎向地面，出口離地很近，出口風速約為10 m/s。初步判斷是風機出風不暢引起風機噪音加大，管道振動。將風機出口改為擴口，保證出風口的風速為4 m/s 左右，出風方向由朝向地面改為朝向前方，改造后下層管道無噪聲和振動。

4 結束語

大型綜合性醫院體型大、功能多，對空調系統的要求高。既要為服務于醫護人員和病人，又要服務于醫療設備，更要有靈活性和節能措施。在本項目設計中采取了以下措施：

1）結合園區能源站的供能特性和醫院項目的用能特性，本項目采用了復合型冷熱源。以園區的能源站為主，蒸汽鍋爐，多聯機系統和溶液調濕系統為輔。

2）空調水系統為一級泵變流量二管制和四管制相結合的閉式機械循環系統系統。

3）空調的末端形式采用不同的形式，特別是在內區門診診室創新地設計了風機盤管+全空氣系統的形式，改善室內空氣品質。下一步可在建成的項目中做實測，掌握更多運行數據，實地檢驗系統使用效果，并與傳統診室空調系統做比對，積累經驗完善系統。

從使用后反饋的問題來看，由于時間有限，項目的收尾工作和調試工作往往不夠精細，在運行的第一個空調周期，需要物業，安裝和設計繼續配合。