MRI暖通空调系统设计及注意事项

刘少庆

上海市卫生建筑设计研究院有限公司

0 引言

MRI（磁共振成像，简称磁共振）是利用原子核在磁场内发生共振产生的信号来成像，以显示人体层面解剖和某些病理、生理变化的成像技术。MRI检查既无电离辐射，无放射线对人体的损害，也无创伤，检查时没有任何痛苦，对人体安全，因此为越来越多的医师和患者所认可。近年来，MRI检查技术在医院影像科应用日益广泛，MRI已成为大中型医院建设影像科中的必备科室。作为一名专业从事医院暖通空调的设计人员，必须对MRI有充分的了解，致力于为MRI的运行提供合理的环境条件，满足MRI良好运行的需要，延长设备的使用寿命，并降低设备的运行成本。本文通过对近年来医院MRI区域暖通空调设计进行总结，希望能对从事医院暖通空调设计的同行有所启发及帮助。

1 暖通空调系统设计

MRI根据磁体的形成可分为永磁型（天然磁石构成）、常导型及超导型三种，机身磁场的容量从0.2～3T（Tesla，1T=10000高斯）[1]。常导型因其耗电量大目前已基本不再使用；永磁型因其重量较大，很难达到1T场强，实际应用也较少；超导型磁体在超导状态下，电流流过导体时没有电阻损耗，磁场极为稳定，目前应用最为广泛，尤其以磁场容量1.5T、3.0T超导型MRI应用最多[2]。笔者近年来参与设计的基本均为这两种磁场容量的超导型MRI。本文也是基于超导型MRI所需的暖通空调系统设计进行阐述。

1.1 空调系统

1.1.1 房间温湿度

整套MRI系统需包括磁体间（扫描间）、操作间（控制室）和设备间。参照规范及设备厂商资料，建议房间温湿度如表1：

表1 房间温湿度建议值

1.1.2 设备散热量

就房间设备的散热量而言，各个厂家的设备发热量有较大差异，而且，随着磁场容量的增大发热量也越大。磁体间设备散热量在2～4.5 kW之间，操作间设备散热量在1～3.5 kW之间，设备间设备散热量在12.5～22.5 kW之间。在前期与医院建设方沟通时最好能得到院方提供的设备资料，如不能确定，建议按照散热量较大值计算，待提供资料后调整。另外，磁体间每年有两次检修，此时设备散热量也在4 kW以上，这些在空调设计时都应予以考虑。

1.1.3 空调冷热源

随着MRI诊断技术在医疗中的广泛应用，加上MRI诊断时间较长，其工作时间较正常门诊时间可能提前或延迟[2]。MRI一般多与CT、X光等放射影像科设置在一个区域，且MRI多为内区房间，设备发热量较大，故空调负荷变化与医院大系统的负荷特性不一致。为了满足医护人员及病人的舒适性和医疗设备的正常运行的需要，一般需设置独立的冷热源。

图1 风冷恒温恒湿空调系统安装示意图

磁体间和设备间可设计合用一套或分别设计一套直接蒸发式风冷恒温恒湿空调系统，但无论合用一套系统还是两个房间各自设计，为增加设备运行的稳定性，都需考虑备用（采用双压缩机的空调机组或机组一用一备）。目前，磁体间和设备间的空调基本都是由MRI设备厂家一起设计施工，采用一套双压缩机组的风冷恒温恒湿空调机组，空调机组放置在设备间内（如图1所示）。我们在设计时需预留该机组的用电量，约40 kW。操作间可与MRI区域所属的等候、更衣间等区域一并采用变制冷剂流量的分体多联空调（热泵）系统。

在进行空调设计时还需注意，设备散热量均为显热量，而现在机组标注的冷量均为全冷量（包括显冷和潜冷），所以在选择机组时需考虑一定的富余量，选择显冷比较大的机组，使显冷满足散热量的需求。

1.2 通风系统设计

1.2.1 房间的新风、排风

MRI所属房间的新风、排风系统按换气次数不小于2次/h设计。如磁体间与设备间设计合用一套空调系统，磁体间的新风也可送至设备间，与空调机组的回风混合后再送至磁体间。

1.2.2 磁体间的事故通风

超导型MRI为维持超导状态，必须将超导线圈放在杜瓦罐中浸入液氦，液氦的温度为4.7K。为减少液氦的蒸发消耗，在其外面的圆筒中还要设置液氮（77.4 K）缓冲层。为了防止氦气及氮气泄露到房间影响病人的安全，MRI磁体间需安装事故通风系统。事故通风的排风量按换气次数不小于12次/h计算，并与2050 m3/h（设备厂商要求的排风量）比较，取大者。事故通风的排风口应装在失超管附近的吊顶最高处。事故通风的开关需两路，一路安装在磁体间内屏蔽门旁，一路安装在操作间操作台旁，两路开关均可控制事故通风机的启停。

永磁型MRI不需要液氦冷却，故不需要设计事故通风及下面的失超管。

1.2.3 磁体间的气体灭火后通风

磁共振设备属于精密医疗影像诊断设备，设备价值巨大，普通喷淋灭火系统会对设备造成巨大损坏，故MRI磁体间需采用气体灭火系统（非磁性），所以还需设计气体灭后通风系统。气体灭火后通风按换气次数不小于5次/h计算，可与事故通风合用一套系统。气体灭火采用的气体一般均较空气重，故气体灭火后通风风口需设置在房间下部,风口下缘至地面距离不应大于0.3 m，通过风管上安装的电动阀与事故通风调节切换（如图2所示）。因采用气体灭火系统，故进入磁体间的风口均需加装电动阀，确保气体灭火时房间处于密闭状态。

图2 通风系统安装示意图

1.2.4 失超管设计

为了确保磁体在失超时能将大量的氦气排到室外，磁体间还需要安装失超管。失超管的管径应不小于250 cm[3]，并要尽可能直的通向安全的室外。从磁体接口到室外出口的总压降要小于117 kPa，转弯半径至少是直径的1.5倍。失超管在失超的情况下最大有可能达到250 kPa的压力，故对失超管的管材料厚度有严格要求，如使用铝管，其管壁厚度不应小于3 mm；如使用不锈钢管，其管壁厚度不应小于0.7 mm。另外因为失超管内的气体温度最低可达到-268℃，所以失超管必须保温，保温层厚度不应小于75 mm，且失超管需保持一定的坡度（内高外低），以避免因内外温差可能产生的冷凝水顺着管道流入磁体的内部，对磁体带来严重损害。失超管的室外出口因要防止雨、雪、老鼠等异物进入，需安装防雨百叶及防鼠网等，故失超管的出口面积宜为管截面的两倍。侧墙出口处的失超管出口需高出地面3.66 m，屋顶出口处的失超管出口需高出屋面0.9 m。失超管的出口距离新风机房的新风口至少3 m。

1.3 设计注意事项

MRI磁体间存在强大的磁场，金属铁离子可能影响图像质量，甚至影响正常的诊断，故进入磁体间的所有通风管道及其他配管都必须采用非磁性材料，如不锈钢、玻璃钢、铝合金、聚乙烯等，而不用能一般钢材[4]。

MRI磁体间还需要进行射频屏蔽，以阻止外界射频源的干扰[5]。进入磁体间的所有通风管道均需安装无磁铝制波导通风窗，保证空气流通的同时阻止电磁波的穿越。

2 与其他各专业间的衔接配合

目前，很多设计人员认为MRI空调系统设计可全部交给MRI设备供应商，事实上这种观点是不对的。因前期一般并未确定设备厂商，所以很多专业间的配合问题还是需要暖通专业设计人员予以充分考虑：

1）与建筑专业的配合：需与建筑专业确定风冷恒温恒湿机组外机位置是否影响交通及整体布局。另需确定失超管外气口位置，失超管外气口出口周围3 m及喷出口前方6 m范围内均为限制区，应限制人员进入该区域，如条件有限，可考虑扭转外气喷出口方向。

2）与电气专业的配合：除本身设计的空调新、排风设备、事故通风及操作间空调等外，还需注意厂商提供的风冷恒温恒湿空调机组的用电量。该机组用电量约为40 kW。

3）与给排水专业的配合：因恒温恒湿空调机组放置在设备间，需预留一个DN20的给水管至设备间，以便提供恒温恒湿机组加湿用水；另外还需在设备间预留一个空调地漏，供空调机组冷凝水排水使用。

只有前期考虑好这些问题，才能为MRI厂商设计施工提供更便利的条件。

3 结论

综上，MRI暖通空调系统设计主要有以下工作重点：

1）MRI空调系统宜采用独立冷热源，磁体间及设备间空调采用恒温恒湿空调机组，且需考虑设置备用机组（或采用双压缩机机组）。

2）MRI磁体间通风需考虑平时排风、事故通风、气体灭火后通风及失超管设计。

3）MRI磁体间需考虑磁屏蔽及射频屏蔽。

4）MRI区域空调设计部分仍需暖通专业设计人员配合，不宜全盘交由MRI供应商设计施工。