本文以上海某医院应急发热门诊综合楼为例,概述空调通风系统的设计,并对设计中重点关注的房间压差控制和通风量计算及疫情与平时双工况的设计与转换进行重点阐述,希望对同类项目的设计提供参考。

　　 该项目总建筑面积为1 890 m²,高度为11 m,拥有床位30床。1层为发热门诊区,2层为负压隔离病房区。该项目虽为应急项目,但使用年限要求为25 a,因此系统设计不仅要满足疫情时期应急医疗设施的建设和使用需求,还需考虑满足非疫情时期平时的使用要求。

　　 该项目设计遵照国家综合医院、传染病医院、负压隔离病房环境控制及国家近期出台的有关新型冠状病毒肺炎应急医疗设施的设计导则及标准。

　　 对于呼吸道传染病医院建筑,空调通风系统设计除了应考虑病人及身着防护服的医护人员舒适度外,还应重点关注室内压力及稀释污染物的通风换气量,这些是控制室内空气感染的重要参数。该项目主要房间室内环境控制参数见表1。

　　 根据院区现有冷热源情况,设计独立的空调冷热源,蒸汽由医院提供。新风均由直膨式空调机组提供,为了防止冬季极端温度出现,负压隔离病房的新风机组内配置冬季用蒸汽辅助加热盘管,需要加湿的房间采用二次蒸汽加湿。

　　 发热门诊的清洁区、半污染区和污染区除门诊大厅外,诊室、医技、留观病房等采用空气源热泵型变制冷剂流量多联分体式空调机组加新风系统,新风和排风系统均按照功能分区独立设置。

　　 门诊大厅各类呼吸道传染病人众多,尤其在呼吸道传染病高发季节就诊人数成倍上升,发生交叉感染的风险非常高,在无法对各类病人进行分诊和物理隔离的情况下,提升稀释污染物浓度所需的新风量,是降低交叉感染的一个有效方法。门诊大厅采用全新风直流式空调系统,新风量按满足室内舒适性要求计算,并与6 h^-1换气次数比较取大值,相应设置排风系统。

　　 2层负压隔离病房区采用双通道布局,在疫情期间主要收治疑似和确诊病例,病区内共设有13间标准负压隔离病房。负压隔离病房采用全新风直流式系统,从防护及室内环境参数控制等因素考虑,每3间病房设置1套全新风空调系统,对应设置1套排风系统,新风量按照12 h^-1换气次数确定,空调机组夏季需再热。

　　 医护走廊采用全新风直流式空调系统,具有外围护结构的病患走廊采用空气源热泵型分体多联机组加新风系统,病患及医护走廊排风系统分别独立设置。

　　 发热门诊区和负压隔离病房区内的清洁区、半污染区和污染区的新风均设粗效(G4)、中效(F7)、亚高效过滤器(H11)三级过滤。半污染区和污染区(不含负压隔离病房)在排风机入口处设粗效(G4)、中效(F7)、高效过滤器(H13)三级过滤。

　　 对于负压隔离病房,在病房排风口和卫生间的排风口均采用高效过滤风口(H13),使病毒第一时间被高效过滤器阻隔,不至于在气流流过管道的过程中对室内其他区域产生影响,并在排风机入口处设置第二道高效过滤器(H13),对负压管道可能吸入的室内污染空气和残余的病毒进行第二次阻隔,达到排风安全排放的目的。

　　 多联机采用高静压室内机,其过滤器微生物一次通过率不大于10%,颗粒物一次通过率不大于5%。

　　 门诊大厅采用上送下排的气流组织方式,排风口设置在下部。诊室、抢救室和门诊、医技等房间,排风口均设置于患者所在区域的下部,送风口设置在医护人员工作区域上部,使医护人员处于送风气流上游。

　　 留观病房和负压隔离病房采用上送下排的方式,送风口设置在床尾或床侧医护人员活动区,排风口设置在病人床头下侧,保证病人产生的飞沫和气溶胶能够以最短程进入排风口。留观病房设有室内循环机组,机组布置同样考虑保护医护人员,实现室内合理的气流组织,见图1。

　　 排风口的位置和排放高度的确定应综合考虑周围建筑、结构荷载、建筑立面、进风口位置、气象条件等因素。上海地区年最多风向为东南向,故排风口集中布置于建筑西侧屋面,处于进风口的下风向。

　　 为了避免将屋面新风机组和排风机组布置于隔离病房正上方,采用新风机组分散布置、排风机组集中布置的方式。排风机组及排风口集中设置在建筑西侧屋面,保证排风口的位置与周围建筑的距离大于15 m,排风口排放高度高于屋面6 m,新风吸入口与排风口之间保持不小于20 m的距离。对于高于屋面6 m的风管同结构专业配合制作钢支架支撑。

　　 空调冷凝水按清洁区、半污染区、污染区分区集中收集后,间接排放至各区的废水系统内,而后进入消毒池集中处理。

　　 传染病房间对于压力有要求严格,考虑到风机故障的可能性及过滤器的更换需求,为防止污染物扩散,保证送排风系统安全运行,新风空调机组内设置备用风机,排风机组设置备用机组,主备风机或机组能在故障时快速自动切换运行。

　　 压差控制的意义在于防止污染物从污染区扩散至清洁区,使洁污区域形成合理的压力梯度,并使气流沿清洁区→半污染区→污染区单向流动,相邻相通不同污染等级房间的压差不小于5 Pa。

　　 门诊区各房间平面布置及静压如图2所示,化验室为-15 Pa,诊室为-10 Pa,门诊大厅为-5 Pa,药房、收费处为0 Pa。

　　 负压隔离病房区各房间平面布置及静压如图3所示,病房卫生间为-20 Pa,病房为-15 Pa,缓冲/病患走廊为-10 Pa,医护走廊为-5 Pa。

　　 发热门诊清洁区各房间静压如图4所示,值班室为15 Pa,办公室为10 Pa,医生走廊为5 Pa,更衣室为0 Pa,卫生间为-10 Pa。

　　 病房区卫生通过处各房间平面布置及静压如图5所示,清洁走廊为5 Pa,穿隔离衣区为5 Pa,脱隔离衣区为-5 Pa,缓冲区为0 Pa,医护走廊为-5 Pa。

　　 为了保证各房间与周围区域的合理压差,设计中要确定各房间的静压、计算各房间及区域的送、排风量,正确选择送、排风机组,并在每个送、排风支管处均设置定风量阀。另外,还要重视与建筑专业配合,强调提高房间门窗等气密性的重要性,同时与施工方密切配合,落实管道穿越房间隔墙、楼板的洞口封堵及密封性问题。

　　 为了适应实际管路系统工况及系统风量的变化,送风及排风机组风机采用变频方式,以满足初调时系统的压差调试,以及根据系统过滤器阻力变化满足阶段性的压力调节需求。同时在有压差的相邻房间内均设置压差传感器,并在外侧人员目视区域设置微差显示装置。通过这些措施及策略,实现房间的压差检测与控制。

　　 需要明确的是,房间静压差只有在门关闭时才可实现,控制压差是静态隔离措施。由于门开启、人员进出、临室温差会形成气流逆向流动,因此在三区(清洁区、半污染区、污染区)、压力梯度要求严格的房间之间,需要设置缓冲及卫生通过,这是动态隔离的有力措施。只有做好静态及动态隔离才能达到真正意义上的隔离要求,保证气流沿清洁区→半污染区→污染区的单向流动。

　　 正确计算各房间及区域的送、排风量是控制压差、保证压力梯度的首要条件。房间的最小新风量按照GB 50849—2014《传染病医院建筑设计规范》确定,房间的排风量则应考虑新风量、渗透风量、局部排风量等,按照空气平衡原理进行计算。图6为房间空气平衡原理图。

　　 如图6所示,对于任意一个正压、负压房间及区域,房间排风量=房间新风量+∑渗入风量-(局部排风量+∑渗出风量)。GB 50849—2014《传染病医院建筑设计规范》中规定:“污染区每个房间排风量应大于新风量150 m³/h”。从房间排风量计算公式可以看出,这个结论适用于房间只有送风及渗入风量(150 m³/h的风量差是考虑房间在最小压差2.5 Pa下流过门缝的最低渗透风量)的情况,而对于像医护走廊等污染区房间,既有清洁区渗入风,又有向病房缓冲间的渗出风,计算排风量可能很小,甚至不需要排风,病患走廊及缓冲间也属于同类情况。

　　 对于清洁区走廊,其相邻房间如更衣室、卫生间、库房等局部排风量较大,同时还有风量渗出到相邻的半污染区,当新风量采用规范要求的最低换气次数6 h^-1时,按照上述房间排风量计算公式得出的排风量有可能是负值,那么此区域不需要另外排风,但是需要增加新风量来补偿排风量,以满足此区域的空气平衡,保证正确的压力梯度。

　　 渗透风量Q按照GB 50073—2013《洁净厂房设计规范》中的缝隙法进行计算:

　　 $Q=a{\displaystyle \sum (}qL)(1)$

　　 式中 a为根据围护结构气密性确定的安全系数,取1.1～1.2;q为当洁净室为某一压差值时,其围护结构单位长度缝隙的渗漏风量,m³/(m·h),取值见GB 50073—2013《洁净厂房设计规范》第6.2.3条条文说明表7;L为围护结构的缝隙长度,m。

　　 典型门窗的渗透风量计算结果如表2所示。

　　 发热门诊区典型房间通风量计算结果见表3。负压隔离病房区典型房间通风量计算结果见表4。

　　 门诊大厅在非疫情时期或呼吸道传染病非流行季,可由全新风系统转化为一次回风全空气系统。系统转换后设计总风量不变,新风换气次数减少为6 h^-1。由于送风机组空气处理采用粗、中、高效三级过滤,可以满足对于一般呼吸道传染病的空调通风系统的设计要求。

　　 由全新风系统转化一次回风全空气系统,虽然总的送风量不变,但是随着新风负荷的减小,系统负荷总体减小,机组压缩机通过变频来适应负荷的变化。同时随着新风量的减少,排风量也相应减少,可以通过排风机变频调速来实现。

　　 对于该项目门诊大厅在设计工况下,平时工况较疫时工况系统冷负荷减少了38%,空调机组用电量减少了35%,排风机用电量减少了50%。

　　 发热门诊诊室区及留观区空调通风系统在非疫情时可转换为肠道或肝炎门诊,新风换气次数可由6 h^-1转化为3 h^-1,排风量也相应减少,送、排风量的改变可以通过风机变频来实现。

　　 负压隔离病房非疫情时可转换为普通负压病房来收治非重症传染病人。空调系统仍然采用全新风直流式系统,送风量由原来的12 h^-1转化为按照6 h^-1及满足舒适性要求计算取大值。

　　 对于双人病房,考虑病人2人、医护人员2人,室内显热设备包含心电监护仪、除颤仪、呼吸机、微量泵等,按照满足舒适性要求计算出的送风量折算换气次数为6 h^-1,正好与呼吸道传染病区要求的新风换气次数6 h^-1相同。2种工况下的焓湿图见图7和图8。

　　 该结果只适用于该工程,具体工程应具体计算分析。如果按照舒适性要求计算出的送风量大于6 h^-1,则送风量应按照实际计算取值;如果计算出的送风量小于6 h^-1,则需要按照6 h^-1设计,此时可通过增加少量再热量来满足室内温湿度要求。

　　 负压隔离病房转换为负压病房,新风机和排风机风量均相应减少,盘管制冷制热能力减小。同样通过采取新、排风机变频,压缩机变频等措施来实现。

　　 负压隔离病房在设计工况下,平时工况较疫时工况系统冷负荷减少了45%,空调机组用电量减少了59%,排风机用电量减少了50%。

　　 对于上述负压区域,不论工况如何转换,在平疫任一工况下均为负压传染病房间,即不论何种工况各自房间压力保持不变,相邻房间的压差、区域压力梯度保持不变。需要明确的是,当房间送风量减少时,排风量相应减少,但不是同比减少,需要按照房间风量平衡重新计算确定。

　　 在平疫不同工况下,系统新、排风量是不同的,送、排风支管上的定风量阀可以采用2种方式维持不同工况下支管路的风量恒定:一是采用普通定风量阀,按照当前疫情工况调整设定风量,当转换为平时工况时,再按平时风量对定风量阀重新设定调整;二是在送、排风支管上设置压力无关型变风量阀或文丘里变风量阀来实现不同工况下的定风量转换。后者造价较高,但是工况转化更方便。

　　 1) 正确的空调通风系统形式、合理气流组织方式、完善的空气处理措施,是传染病医院有效防止空气感染的重要手段。

　　 2) 确定适宜的房间压力,根据房间空气平衡原理计算房间排风量,采用设置定风量阀、保证围护结构气密性等方法达到压差控制的目标。

　　 3) 在设计中考虑平疫工况的转换,可以有效降低医院在平时工况下的运行成本。