负压病房风压自控系统设计

张 哲， 张晓萍， 颜宏勇

(1. 启迪设计集团股份有限公司，苏州 215021； 2. 苏州大学应用技术学院，苏州 215325)

0 前言

负压隔离病房可以说是对抗如新冠肺炎等具有强传染性的疾病、救治传染病人最重要的防线之一。负压病房风压控制系统通过将病房内部产生的带有污染性的空气经单独排气净化消毒组排出外界，可保证医患人员都能得到充足洁净的空气供给。本文着重介绍负压病房风压控制系统的设计原理、系统构成和设计方案。

1 负压病房风压控制系统设计原理

1.1 空调通风系统简介

为了防止在各个传染病区病毒的交叉感染，负压病房装设有区别于普通病房配备的常规空调制冷及通风系统，洁净区、半洁净区、污染区均为室内新风空调系统，并配备独立的消毒装置。新风空调系统将室外的新鲜空气引进，经过一个特殊的空气处理器及风扇过滤，并且进行机械送风，其排风机和排风口的设计要求是非常严格的。只有进行过多层高效过滤并且过滤后的空气质量达到细菌总数小于500cfu/m3的限度要求之后才可以进入到负压病房的内部。同时在负25Pa的内部气压之下，不会给患者正常的呼吸功能造成影响。

1.2 空调通风系统的设计要求

(1)每个负压隔离病区应设置独立的空调排风系统，24h连续运行。

(2)每个负压隔离病房均需采用全新风直流式空调系统，采用全新风直流式空调运行，如果改造项目现场施工时间紧张，可以改造既有建筑的部分回风空调系统，但必须在回风段设置有高效的空气过滤器来保证新鲜空气的流入。

(3)负压隔离病房通风系统的送风机与排风机应联锁控制。当通风系统启动时，应先启动系统排风机，再启动送风机；停机时，应先停机系统送风机，后停机系统排风机。

(4)室内气流应做到一侧送风，另一侧(靠近床头)排(回)风，形成方向性气流，避免气流回流发生，造成污染。

(5)负压病房保持恒温在20～27℃之间，相对湿度30%～60%之间。具体的原理图如下图1所示。

图1 空调系统工作原理图

1.3 负压病房压差控制要求

压差梯度(图2)是指负压隔离病房不同的功能区域中不断递增的负压的程度，在差值的控制之下，使得每个区域保持在一个合理的范围之内，确保空气可以从低污染的区域向高污染的区域扩散。对于医护人员的工作通道相对病房和卫生间而言，缓冲区的空气压力相对病室正压一般≥10Pa。在缓冲区内的空气压力相对患者卫生间≥15Pa，公共治疗区内的空气压力相对缓冲区≥15Pa，而公共治疗区内的空气相对室外≥10Pa。

图2 压差梯度示意图

2 负压病房风压自动控制系统的组成

负压病房风压自动控制系统由实时现场风压数据监控、屋顶风机运行状态监控和上位机远程监控系统组成，能实时监控现场风压压差数据，同时实现屋顶风机远程监控和人机交互等功能。负压病房风压监控系统架构如图3所示。

图3 负压病房风压监控系统图

2.1 实时现场风压数据监控

负压病房内的温湿度模块和空气压差模块可以采集现场温湿度、现场气压值，并将数据传输到PLC控制器，通过与设定的参数比较，调节室内温湿度和气压情况，形成自动变频调节控制；也可通过上位机实现远程控制。病房内所有温湿度、气压值数据，风机运行情况、气密阀门控制情况等，都实时显示在上位机人机界面上。

2.2 屋顶风机运行状态监控

屋顶机房控制系统程序正常运行时，风机运行指示灯点亮、排风风机启动、回风风阀打开，将室内污染空气吸入过滤装置并排出，接着进风风阀打开，吸入初步过滤后的新鲜空气，并经进一步过滤后注入病房。检测模块实时监控压差值、风机运行状态和过滤器工作状态。当新鲜空气补充完成后，便自动关闭风机。检测装置出现故障时，可通过手动控制现场设备动力柜来实现运行方式的手自动切换。

2.3 上位机远程监控系统

上位机监控系统监控各DI/DO、AI/AO点数值与实际动态变化，画面动态显示温湿度参数和设备运行状态。病房数据采集、计算处理、纪录、保存、传送等一系列操作，都通过控制器传送到上位机并显示。当系统中出现故障时，自动生成报警报表。

3 主要控制系统及设备选型

3.1 中央监控软件

本系统采用iFIX软件进行系统组态和可视化界面开发，可在监控中心上位机远程监视和控制负压病房风压。另外，系统还包含用户登录界面、病房内部风压监控平面、风机设备监控平面和故障报警界面等。可以全面反映风机、电磁阀的工作状态和病区各区域风压当前值，并记录风压历史值；当设备发生故障或风压异常时，系统可发出报警；监控人员可在上位机控制风机启停、阀门开关等，远程调节风压。

3.2 现场控制设备

现场控制器通过压差传感器持续测量和控制病室与缓冲间或走廊之间的压差。如果病室压差变小，控制器将快速调节(开大)病室变风量排风阀门直至病室负压达到设定值；如果病室负压增大，此时控制器将调节(关小)病室变风量排风阀门直至病室负压达到设定值。定送变排系统初投资和运行维护要求较定风量系统要高，但智能化程度要高可以实现集中监视与控制，同时在节能方面也会有一定的优势。在调试阶段，定送变排系统可以通过自控手段实现相对精确的压力梯度控制，但需要注意的是，压差传感器的取压点需要慎重选择，避免在气流扰动区域取压以减少系统的波动及震荡。

采用直接压差法(闭环控制)控制压差时，选用文丘里阀的优势并不明显，文丘里阀的特点是气流控制响应快、控制精度高、可调比高。考虑到定送变排系统风量调节的范围并不大，采用变风量蝶阀通过闭环压力控制也能实现较高的控制精度，如需带流量测量和流量反馈时，阀门选型时按照流速4～6m/s选择也能达到±5%的测量精度。

4 结束语