醫院建筑暖通空調系統設計問題及應對策略研究

吳雨施

在醫院建筑的規劃與設計中，暖通空調系統的應用較為關鍵。然而，現實中的設計實踐常受到多種挑戰的困擾，因此，本文旨在深入分析這些設計挑戰，并提出相應的解決方案，以促進醫院暖通空調系統設計的持續優化。

近年來，隨著技術的發展和對環境友好型建筑的需求增長，醫院暖通空調系統的設計日益受到重視。然而，當前設計實踐中仍普遍存在諸如空氣質量控制不足、能效低下、適應性和靈活性不足等問題。這些挑戰不僅威脅到醫院內的健康環境，還會出現能源浪費的情況。盡管近年來在技術和設計理念上有所進步，但如何有效地應對這些挑戰，依然是醫院暖通空調系統設計領域面臨的關鍵問題。

一、醫院建筑暖通空調系統設計問題

1. 設計不當引發的空氣質量控制不足

（1）不合理的空氣流向設計

不合理的空氣流向設計會導致空氣從污染區域（如排氣口附近，或含有化學劑的實驗室）流向清潔區域（如手術室，標準要求至少12次/小時的換氣率）。例如，如果手術室的進風口設計在距離排氣口僅5米的位置（標準建議至少保持15米的距離），污染空氣則會被吸入到手術室。此外，重要區域的空氣壓力設置也需合理，如手術室的正壓應保持在+2.5Pa至+5Pa，以防外部污染空氣的侵入。

（2）通風量計算不足

對于醫院建筑的暖通空調設計來說，需考慮到醫院各區域對通風量的實際要求，以避免出現通風量計算不足的情況。

例如，病房區要求每小時至少4次的空氣更換率，而手術室可能需要達到每小時15次以上的更換率。若設計時通風量計算基于每平方米建筑面積只提供5立方米的新風量，而實際上手術室每小時至少需要提供35立方米/平方米的新風量，這將嚴重影響空氣質量。不足的通風量無法有效去除病房中的污染物和病原體，從而增加患者出現感染的風險。

（3）過濾系統選擇不當

為確保醫院空氣達到規定要求，需合理選擇過濾系統，若出現過濾系統選擇不當的問題將無法有效去除空氣中的細菌、病毒及其他微小顆粒，進而影響醫院內部環境的潔凈度。例如，如果系統中僅采用了MERV-8級別的過濾器，其對于0.3微米至10微米粒徑的顆粒物捕捉效率僅為20%至70%，而對于醫院環境，推薦使用至少MERV-14級別的過濾器，該級別可達到對0.3微米至1微米顆粒的85%以上捕捉效率。對于手術室等關鍵區域，則需要HEPA級別的過濾器，其對0.3微米顆粒的捕捉效率達到了99.97%。

2. 設計時若未充分考慮節能措施

（1）高效節能設備的缺失

醫院暖通空調系統設計的核心之一，是需要對高效設備進行合理運用。比如，當選擇制冷設備時，應優先考慮具有更高能效比（Energy Efficiency Ratio, EER）的設備。標準空調系統的EER一般在8至10范圍內，而高效系統可達12至14。例如，對于需要5000 kW·h冷量的醫院，采用EER為8的傳統空調系統年耗電量為625000kW·h，而EER為14的高效系統年耗電量可降至357142kW·h。選擇較低EER的設備則會顯著增加能耗及運維成本。

（2）智能控制系統的缺乏

在現代醫院建筑中，需合理控制集成智能系統，以實現能源的最優化使用。智能系統通過集成溫度、濕度、CO 濃度等傳感器，可動態調整HVAC系統的運行參數。例如，在標準負荷下，醫院HVAC系統可能平均運行在70%的負荷率。通過智能控制，根據實時需求調整至50%或更低的負荷率，則會減少至少20%的能耗。若沒有在設計階段考慮集成智能控制系統存在，則會導致顯著的能源浪費及增加長期運營成本。

3. 適應性和靈活性不足

（1）系統擴展性與模塊化的缺乏

在設計醫院暖通空調系統時，需考慮到醫院未來所出現的擴建或功能調整的情況，以此確保系統設計達到擴展性與模塊化的需求，但若設計時未預留足夠的管道容量和空間以適應未來增加的空調負荷，則會導致后續擴建時需要進行昂貴的系統重構。一般情況下，系統應設計為可以輕易增加或減少模塊，若缺少靈活性會限制醫院未來的發展，增加改造成本。

（2）多功能區域適應性不足

醫院內部有多種功能區域，如病房、手術室、實驗室等，每個區域對溫度、濕度、潔凈度有不同的要求。設計時若未充分考慮這些區域的特定需求，則會導致系統無法有效適應各區域的變化。例如，若手術室和病房共用同一套空調系統，在沒有獨立的溫度控制下，則會出現無法同時滿足兩者需求的情況。因此，設計應包含靈活調節各區域環境參數的能力，以確保滿足醫院不同功能區域的特殊需求。

表1 病房、手術室和實驗室的溫濕度要求

二、醫院建筑暖通空調系統設計的應對措施

1. 解決空氣質量控制不足

（1）優化空氣流向和壓力差設計

在暖通空調系統設計中，為保障醫院內部空氣質量達到實際要求，需在設計過程中，精確控制空氣流向與壓力差。首先，在設計時應確保清潔區域（如手術室）相較于污染區域（如廢物處理區）維持一定的正壓。其次，手術室應維持+5Pa至+10Pa的正壓，以防止外部污染空氣的滲入。相反，污染區域應保持-5Pa至-10Pa的負壓，以限制污染物擴散。此外，空氣供給口和排氣口應合理布置，例如，排氣口應位于建筑的下風向，且與進風口的水平距離不少于15米，以減少交叉污染的風險。最后，在復雜的醫院環境中，還需通過優化設計，顯著降低污染和感染的風險，最終保障醫院內部空氣達到規定要求。

（2）提高過濾效率和通風量

首先，為合理提高過濾效率，需選用高效的空氣過濾系統，如HEPA濾器，其對0.3微米及更大尺寸顆粒的捕集效率達到99.97%。對于重要區域如手術室，可以考慮使用ULPA濾器，其對0.12微米顆粒的過濾效率高達99.999%。其次，需逐步增加通風量。例如，手術室的空氣更換率應至少為每小時15次，而一般病房區域至少為每小時6次。對于一個100平方米的手術室，每小時至少需要1500立方米的新風量。通過提高過濾效率和通風量，可有效減少病房內的細菌、病毒及其他污染物的積聚，降低交叉感染的風險，為患者和醫護人員創造出更為安全、舒適的環境。

2. 提高能效

（1）采用高能效比(EER)的設備

為合理提升醫院暖通空調系統能效，需從選用高能效比(Energy Efficiency Ratio, EER)的設備開始。例如，相比于傳統空調設備的EER值一般在8到10之間，現代高效空調系統的EER可以達到14值，在此其對于相同的冷卻效果，高效設備的能耗則會有效減少。以需要5000千瓦時冷量的醫院為例，使用EER為8的傳統空調系統年耗電量約為625000千瓦時，而使用EER為14的高效系統則可減少至357142千瓦時。此設備選擇的轉變可以顯著降低能耗和相關運營成本，同時減少碳排放。

（2）實施節能控制策略

在高效設備選用的基礎上，還需實施節能控制策略。在此需通過智能控制系統對暖通空調系統進行精細管理。例如，可通過安裝室內外溫度、濕度傳感器，以及人員存在感應器，實現基于需求的空調調節。在低使用時段或人員稀少的區域，系統可以自動降低運行強度或關閉部分設備，以減少不必要的能源消耗。此外，定期的系統維護和性能監測也是提高能效的關鍵部分，通過及時發現和修復問題，可以保證系統始終以最佳狀態運行，避免能源浪費。

表2 提高醫院暖通空調系統能效的各項措施及其效果

3. 增強適應性和靈活性

（1）實施模塊化設計

在實施模塊化設計時，其目的是合理提升醫院暖通空調系統適應性和靈活性。在此過程中，通過將整個系統分解為獨立功能的模塊單元，每個模塊可獨立控制和維護。例如，標準模塊單元可設計為覆蓋500平方米的區域，具備獨立的溫度和濕度控制功能，適用于不同區域的特定需求。在未來的擴建或調整中，可簡單地增加或移除此模塊，而不需對整體系統進行大規模改動。此設計方式在醫院進行功能重組或擴建時顯著降低成本，提高效率。例如，若需擴建新的1000平方米的病區，僅需增加2個標準模塊單元即可，而不需重新設計整個系統。

（2）采用智能控制系統

在醫院建筑暖通空調的設計過程中，需采用智能化控制系統，以便提升暖通空調系統的適應性和靈活性。該系統通過集成多種傳感器，如溫度、濕度、CO 濃度傳感器，以及人員存在檢測器，可實時監測和調整環境條件。例如，系統可以設定在達到或超過25°C的室內溫度時自動啟動冷卻模式，或者在檢測到室內CO 濃度超過1000ppm時增加新風量。智能控制還可根據人流量自動調整空調負荷，如在夜間或人流稀少時段自動降低系統運行強度，從而優化能源使用。在10000平方米的醫院中，此智能調節可比固定運行模式節省高達30%的能源消耗。此外，智能系統可通過遠程監控和故障預警，實現更高效的維護和管理，進一步提高系統的整體性能。

表3 增強醫院暖通空調系統適應性和靈活性的措施及其效果

三、結束語

綜上所述，通過分析空氣質量控制不足、能效低下和適應性不足等常見問題，需采取有效的解決措施，如優化空氣流向和壓力差設計、提升過濾效率、采用高效能設備和智能控制系統等。這些策略的實施可顯著提升醫院環境的舒適度和安全性，且有助于提高能源效率和降低運營成本。隨著技術的不斷發展和醫院運營需求的變化，醫院暖通空調系統的設計將持續面臨新的挑戰。