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传染楼通风空调系统设计要点 以及对平疫结合的思考

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【摘要】:

山东省建筑设计研究院有限公司解勇☆刘若阳于晓明
摘要以山东省烟台市某医院传染楼通风空调系统设计为例,介绍了该工程设计参数及建筑平面各分区的划分,从系统设计严格分区、控制各区域之间的压差、合理的气流组织方式、对空调送排风进行有效过滤、空调取风口及排出口的位置、空调冷凝水分区集中收集处理、空调冷热源等几个方面对传染楼空调通风系统设计要点进行了分析说明。结合工程实例,对传染楼平疫结合通风空调系统设计提出了建议。
关键词传染楼三区两通道压差控制气流组织排风能量回收平疫结合

☆解勇,男,1978年9月生,研究生,工学硕士,正高级工程师
250001山东省济南市市中区小纬四路2号
(0531) 87913057
E-mail:[email protected]

1 工程概况
本工程为山东省烟台市某医院传染疾病科楼(见图1),地上3层(含机房层),总建筑面积为3499.6m2,建筑高度为13.15m,属多层医疗建筑。本建筑一层为呼吸道门诊、消化道门诊、留观室、医护办公用房;二层为呼吸道病区、医护办公用房;机房层包含电梯机房、水箱间、排烟机房。本工程抗震设防烈度为7度。
2 设计参数
2.1 室外空气计算参数
室外空气计算参数按GB 50736-2012《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》附录A采用,见表1。
表1 室外空气计算参数
    空调计算干球温度/℃    空调计算湿球温度/℃    空调计算相对湿度/%    通风计算温度/℃    通风计算相对湿度/%    大气压力/hPa
夏季    31.1    25.4        26.9    75    1001.2
冬季    -8.1        59    -1.1        1021.1
2.2 室内设计参数
空调室内设计参数见表2。
表2 空调室内设计参数[1,2]
    夏季    冬季    新风量/h-1
    干球温度/℃    相对湿度/%    干球温度/℃    相对湿度/%    
非呼吸道传染病诊室    26    60    20    40    3
呼吸道传染病诊室    26    60    20    40    6
非呼吸道传染病房    26    60    22    40    3
呼吸道传染病房    26    60    22    40    6
CT室    26    60    20    40    6
B超室    26    60    20    40    3
治疗室    26    60    20    40    6
检验室    26    60    20    45    6
药房    26    50    18    40    3
医护走道    27    60    16        3
病员走道    27    60    16        6
3 建筑平面分区
传染楼每层平面分为清洁区、半污染区和污染区,清洁区和半污染区之间设有卫生通过,半污染区和污染区之间设有缓冲间。一层清洁区包括医护门厅、医生办公室、休息室和医务人员走道,半污染区包括医护走道、出入院办理,污染区包括诊室、留观室、CT室、B超室、检验室以及门诊大厅。二层清洁区包括医生办公室、示教室、值班室、配餐区,半污染区包括医护走道、护士站、配药室、处置室,污染区包括病房、病人走道。
3.1 一层门诊区
一层主要功能为发热呼吸道门诊和消化道门诊,清洁区、半污染区、污染区的划分如图2所示。

3.2 二层呼吸道病房区
二层主要功能为呼吸道病房,清洁区、半污染区、污染区的划分如图3所示。
4 通风空调系统设计要点
本工程的主要设计依据是GB 51039-2014《综合医院建筑设计规范》和GB 50849-2014《传染病医院建筑设计规范》。下面结合本工程设计实例,对传染楼通风空调系统设计要点进行介绍。
4.1 通风系统设计严格分区
空调新风系统及排风系统按照清洁区、半污染区、污染区分别独立设置。本工程一层设置4套新排风系统(分别服务于清洁区、半污染区、呼吸道门诊污染区、消化道门诊污染区),二层设置3套新排风系统(分别服务于呼吸道病房清洁区、半污染区、污染区)。
4.2 各区域压差控制
空调新排风系统使传染楼内的空气压力从清洁区至半污染区、污染区依次降低,从而形
成合理的气流流向。清洁区为正压区,污染区为负压区,压差值要求为5Pa。压差的形成通过该区域送排风量的差值来保证,清洁区每个房间的送风量大于排风量150m3/h,污染区每个房间的排风量大于新风量150m3/h。
由于压差控制对传染楼非常重要,本工程在设计过程中进行了相关的计算与验证。以呼吸道传染病房为例,缝隙漏风量由下式计算[3]:
 (1)
式中 为缝隙漏风量,m3/h; 为流量系数,取0.4; 为缝隙面积,m2; 为压差,Pa; 为空气密度,kg/m3。
病房与缓冲间的门高2m,宽1m,两侧及上部的门缝缝宽取0.005m,下部的门缝缝宽取0.01m,则门缝的面积为(2+2+1)×0.005+1×0.01=0.035(m2)。
病房与病人走道的门高2m,宽1.3m,两侧及上部的门缝缝宽取0.005m,下部的门缝缝宽取0.01m,则门缝的面积为(2+2+1.3)×0.005+1.3×0.01=0.0395(m2)。
病房与卫生间的门高2m,宽0.8m,两侧及上部的门缝缝宽取0.005m,下部的门缝缝宽取0.01m,则门缝的面积为(2+2+0.8)×0.005+0.8×0.01=0.032(m2)。
通过病房与缓冲间的门缝的漏风量为: (m3/h)(2)
通过病房与病人走道的门缝的漏风量为: (m3/h)(3)
通过病房与卫生间的门缝的漏风量为: (m3/h)(4)
经计算,满足病房压差的病房漏风量为145.5+164.2-133.0=176.7(m3/h),略大于机械排风量与新风量的差值150m3/h,基本满足风量平衡要求。
本工程设计病房新风量为340m3/h(换气次数6h-1),病房排风量为490m3/h,卫生间排风量为100m3/h(换气次数12h-1),能够满足病房与相邻房间的定向气流关系。
4.3 房间气流组织方式
非呼吸道传染病区采用上送上排方式,呼吸道传染病区采用上送下排方式,房间气流组织方式应满足医务人员不会处于传染源和排风口之间,减小医务人员被感染的机会。空调室内送风口设置在房间上部吊顶处。非呼吸道传染病诊室及病房的排风口设置在房间吊顶,呼吸道传染病诊室、病房(包括卫生间)以及卫生通过脱防护服房间的排风口设置在房间下部,下部排风口底部距地面150mm。呼吸道传染病房通风空调平面图参见图4。
4.4 空调送排风的过滤
新风机组入口设置粗效、中效、高中效三级过滤器,多联机空调室内机(高静压型)回风口设置空气净化器,且满足阻力小于50Pa、微生物一次通过率不大于10%和颗粒物一次计重通过率不大于5%的要求[4]。排风机入口前设置空气过滤器和活性炭吸附,排风经处理达标后排放。
4.5 空调取风口及排出口的位置
传染楼空调新风取风口位置的周围邻近区域内应没有污染源,首先保证新风的安全性。排风系统的排出口(排风机)均设置在屋面,高空排放,且远离新风系统的取风口。
4.6 空调冷凝水分区集中收集处理
空调冷凝水按照呼吸道传染病清洁区、半污染区和污染区以及非呼吸道传染病清洁区、半污染区和污染区分别集中收集,设置专用的冷凝水立管,排至医院的污废水系统,集中消毒杀菌处理。工程中应注意楼内冷凝水管与院区污废水管网连接的可行性。
4.7 空调冷热负荷及空调冷热源
本工程的空调冷热负荷计算结果参见表3和表4。
表3 空调冷负荷计算表(不设排风能量回收装置)
空调面积/m2    空调总冷负荷
/W    新风冷负荷/W    空气渗透冷负荷/W    空调总冷指标/(W/m2)
2954.04    511660    197339    54500    174
表4 空调热负荷计算表(不设排风能量回收装置)
空调面积/m2    空调总热负荷
/W    新风热负荷/W    空气渗透热负荷/W    空调总热指标/(W/m2)
2954.04    637545    424763    127700    216
由于本工程不具备接入集中冷热源的条件,室内空调末端采用多联机空调系统,新风采用直膨式新风机组(带辅助电加热功能),空调室外机设置在建筑屋面。
4.8 空调系统控制及运行
1)呼吸道传染病诊室及病房的送排风支管上设置电动密闭阀,可防止通风系统停止运行时各房间空气交叉污染,并且能够单独关断进行个别房间消毒。
2)各区域排风机与新风机联锁控制,清洁区先启动新风机,再启动排风机;半污染区、污染区先启动排风机,再启动送风机;各区之间风机启动先后顺序为清洁区、半污染区、污染区。
3)通过排风量的自动调节实现各区域压差可控,满足传染楼的使用要求。
4)空调新排风系统的各级空气过滤器设置压差检测及报警装置。
5 传染楼设计需要注意的问题
5.1 传染楼的空气渗透冷热负荷
本工程在设计过程中对传染楼的新风量和排风量进行了详细计算,风量的统计结果参见表5。
表5 传染楼新风量和排风量计算表
    新风量/(m3/h)    排风量/(m3/h)
一层清洁区    1660    850
一层半污染区    2805    2925
一层呼吸道门诊污染区    6350    9970
一层消化道门诊污染区    2770    5500
二层呼吸道病房清洁区    4190    2480
二层呼吸道病房半污染区    3370    3510
二层呼吸道病房污染区    9070    12500
一层卫生通过脱防护服间        260
二层卫生通过脱防护服间        260
一层负压吸引机房        580
全楼合计    30215    38835
由传染楼新风量和排风量计算表可见,传染楼的综合设计新风量小于排风量,建筑整体为负压。根据风量之间的平衡关系,传染楼的渗透风量=全楼合计排风量-全楼合计新风量=38835-30215=8620(m3/h)。由表3和表4可知,传染楼空气渗透冷负荷为54.5kW,空气渗透热负荷为127.7kW,分别占建筑冷负荷10.7%和建筑热负荷的20.0%,可见传染楼的空气渗透形成的空调负荷要远大于同体量的普通建筑。
5.2 排风能量回收
由于传染楼的新风量指标比普通建筑大,因此,传染楼的新风能耗是比较高的。由表3和表4可知,传染楼的新风冷负荷为197.3kW,新风热负荷为424.8kW,分别占建筑冷负荷的38.6%和建筑热负荷的66.6%。
本工程使用直膨式新风机组,冬季空调室外机化霜时制热效果受影响,而新风机组送风量不能改变,如果仅采用电加热进行预热,耗电量较大(全部新风机组将全楼合计风量为30215m3/h的新风从室外空调计算温度加热到20℃时的电加热功率是285.8kW)。考虑到传染楼的新风机组与排风机组分别设置且排风机组设在建筑屋面,新风机组与排风机组有一定距离,可以采用液体循环式能量回收装置先对新风进行预热。液体循环式能量回收装置的回收效率取60%,室内温度取20℃,则经过能量回收装置后的新风温度为:-8.1+0.6×[20-(-8.1)]=8.8℃[5],全部新风机组将全楼合计风量为30215m3/h的新风从温度8.8℃加热到20℃时的电加热功率是113.9kW,比原方案减少285.8-113.9=171.9(kW),而新风系统增加的液体循环泵的功率以及由于增加能量回收换热器从而导致新排风阻力增加造成的风机功率增加值均较小。
本工程空调系统设置排风能量回收装置后的空调冷热负荷计算结果参见表6和表7。通过对比表3和表6、表4和表7中的数据可知,传染楼设置排风能量回收装置能够较大幅度降低空调冷热负荷。
表6 空调冷负荷计算表(设置排风能量回收装置)
空调面积/m2    空调总冷负荷
/W    新风冷负荷/W    空气渗透冷负荷/W    空调总冷指标/(W/m2)
2954.04    480533    166211    54500    163
表7 空调热负荷计算表(设置排风能量回收装置)
空调面积/m2    空调总热负荷
/W    新风热负荷/W    空气渗透热负荷/W    空调总热指标/(W/m2)
2954.04    459329    246538    127700    156
综上分析,采用直膨式新风机组的传染楼新风系统,设置分体式液体循环能量回收装置是有必要的。
6 关于平疫结合设计的思考
本工程设计的建筑是传染楼,因为建筑平面开始就是按照“三区两通道”(三区指清洁区、半污染区、污染区,两通道指医务人员通道和病人通道)进行设计,平疫结合相对容易设计。传染楼按疫情工况运行时的情况前文已做介绍,当按平时工况(对于传染楼来说,平时工况一般指仅收治非呼吸道传染病人)运行时,半污染区和污染区可以减少空调系统的新风量和排风量,将呼吸道传染病诊室及病房的新风量由换气次数6h-1调整为3h-1,同时相应调整排风量。这就需要新风机组和排风机能够实现较大范围的风量调节并且末端送排风支管上设置风量调节模块,满足平疫工况转换时风量调节及工况稳定。另外,平时工况下排风过滤器的等级可以适当降低,以减少通风系统的阻力,节省风机能耗。
7 结语
传染楼通风空调系统设计具有一定的特殊性,设计过程中应把握系统分区、各区域之间的压差、气流组织方式、送排风过滤、取风口及排出口的位置、空调冷凝水分区集中收集处理、空调冷热源等要点,尽可能采取节能措施,并做好系统的平疫结合设计。
参考文献:
[1] 中国中元国际工程有限公司.传染病医院建筑设计规范:GB 50849-2014[S].北京:中国计划出版社,2015:23
[2] 山东省建设发展研究院,山东省建筑设计研究院有限公司.公共建筑节能设计标准:DB37/5155-2019[S].北京:中国建材工业出版社,2020:16
[3]许钟麟.负压隔离病房建设简明技术指南[M].北京:中国建筑工业出版社,2020:24
[4] 国家卫生和计划生育委员会规划与信息司,中国医院协会医院建筑系统研究分会.综合医院建筑设计规范:GB 51039-2014[S].北京:中国计划出版社,2015:37
[5] 中国建筑西北设计研究院.空调系统热回收装置选用与安装:06K301-2[S].北京:中国计划出版社,2006:5-7
 

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