某传染病楼暖通设计与思考

章荣兵，董福海，张斌，吴德珠

（1.南方电网综合能源股份有限公司，广州，510010；2.广东省建筑设计研究院有限公司，广州，510010）

0 前言

自2020年初爆发新冠病毒以来，由新冠病毒引发的肺炎给我国人民的健康带来了严重的威胁，其极强的传播能力已对我国各地产生了极大的影响。我国作为发展中国家，本来医疗资源就不足，现新冠病毒流行，一旦在某个地区爆发新冠病毒，当地医疗系统几乎处于瘫痪，这就是各地建设方舱医院和大型隔离点的原因。但方舱医院属于临时的，且投入费用不低，多数地区为应对新冠病毒，加大了医疗建筑的建设力度，包括传染病楼。通风空调的设计好坏直接影响传染病楼的使用。如何做好传染病楼的暖通设计是暖通设计师应该深入思考的问题，是暖通人在抗击疫情中的直接表现。

1 设计重难点分析

传染病楼的暖通设计重难点本人认为有以下几个方面：1）如何避免将污染源控制在一定的区域，降低医护工作人员的风险；2）如何避免病毒通过通风管道传播到上下楼层；3）如何避免病毒通过冷凝水管道传播到上下楼层；4）如何确定系统风量建立起压力梯度；5）如何设置空调系统，使其既满足传染病流行时期的疫情使用需求，又可在非传染病时期作为普通病房使用时节能、经济运行。

2 项目概况

本工程总用地206658.98 m2（为整体院区用地红线），在原医院的预留发展用地上新建一栋呼吸类传染病楼（300床），总建筑面积16500 m2，其中地上13130.2 m2，地下3369.8m2。地上8层，地下2层，建筑总高度为41.3m。负2层主要为机动车库、人防单元；负1层主要为消防水池及水泵房等设备房、机动车库；首层为住院大堂、住院药房、商务中心及变配电房等，2～7层为住院标准单元，8层为ICU。

3 空调系统关键点的设计

3.1 冷热源的设计

影响空调冷热源方案决策的因素很多，要选择一个最优的设计方案，我们需要综合考虑各种因素的影响。冷热源的选择依据不仅包括系统自身的要求，而且还涉及工程所在地区的能源结构、价格、政策导向、环境保护、城市规划、建筑物用途、规模、冷热负荷、初投资、运行费用以及消防、安全和维护管理等许多问题。是一个技术、经济的综合比较过程，按安全性、可靠性、经济性、先进性、适用性的原则进行综合技术经济比较来确定。经方案对比，本项目除首层消防控制室采用分体空调外，其余区域共设一套中央空调水系统。逐时负荷计算，本项目空调面积10159 m2，空调冷负荷1695 kW（含新风负荷），热负荷719 kW（含新风负荷）。考虑项目总冷量不大且项目需要冬季采暖，选用多台螺杆式风冷热泵机组做冷热源，一套设备实现夏季供冷、冬季供暖，做到经济合理。冷冻水供回水温度分别为7℃/12 ℃，采暖供回水温度分别为45℃/40 ℃。

3.2 空调水系统的设计

考虑到项目不存在同时供冷与供热的需求，本项目采用2管制空调水系统。为适用不同负荷工况下的运行需求，水系统采用一级泵变流量系统，为节能运行创造条件。考虑到风机盘管和空调机组设备之间的阻力差异，本项目将风机盘管和空调机组分别设置不同的水环路，同时每层风机盘管管路设置成同程式，为系统水力平衡创造条件，为后期节能运行打下基础。

3.3 空调风系统的设计

呼吸类传染病楼的暖通设计最为重要且最为复杂的就是风系统的设计。传染病的传播和流行必须具备3个环节，即传染源、传播途径及易感者。若能完全切断其中的-一个环节，即可防止该种传染病的发生和流行。在医院建设中，常采用双通道的方式切断传播途径来控制传染病的传播。空调专业需配合好建筑做好清洁区、半污染区、污染区的定义，通过送排风风量差建立压力梯度，实现空气压力从清洁区至半污染区至污染区依次降低,且清洁区应为正压区,污染区应为负压区。为避免病毒通过通风管道从污染区、半污染区、清洁区之间相互传播，清洁区、半污染区、污染区的机械送、排风系统应按区域独立设置。

直流式空调系统所处理的空气全部来自室外，室外空气经过处理后送入室内，然后全部排出室外。该系统能耗较高，一般仅适用于不允许采用回风的场所。本项目作为呼吸类传染病楼，按疫情使用时是全空气系统是不允许采用回风的。本项目空调末端的设计主要根据空间大小划分设计，对首层住院办理大厅、商务中心等大空间采用全空气空调系统，平时一次回风运行，过渡季可加大新风量。疫情期间转换为全新风直流空调系统，利用平时回风口转换为疫情期间的排风口。机组内配置粗效过滤器、中效过滤器，预留高效过滤器（疫情时安装）。其余区域均采用风机盘管+新风系统。新风系统按污染区、半污染区和清洁区分区域设置。清洁区采用新风竖井送风，每层新风水平主管接入立管取风，新风主机置于八层新风机房。污染区、半污染区分别每层独立设置新风系统，新风机组设置于各层机房内。污染区按平时和疫情各设置独立新风机组，平时新风机设初效+中效过滤器，新风处理后直接送入空调房间。疫情时，切换至疫情新风机，机组内设初效+中效+高效过滤器，新风处理后直接送入空调房间。

3.4 压力控制及风量平衡措施

不同污染等级区域负压真空度的设置符合定向气流组织原则，保证气流从清洁区→半污染区→污染区。各区域内相邻、相通不同污染等级房间的压差不小于5Pa。

1）病房区域负压真空度由高到低依次为病房房间→缓冲间（病人走廊）→医护走廊。

2）半污染区域负压真空度由高到低依次为处置/治疗室→半污染区医护走廊。

3）医生办公区域正压值由高到低依次为值班室→清洁区医护走廊。

4）卫生通道负压真空度由高到低依次为一脱→二脱→更衣淋浴。

如何建立稳定的压力梯度是传染病楼暖通设计成败的关键。为保证压力梯度，本项目采用送风支管上设置定风量阀，实现送风量恒定，通过调节排风量来实现各个房间的压力需求。由于负压病区中各区域存在区域之间、区域与室外之间的压力关系，气流会通过缝隙流入或流出，计量风量是时需打破了常规认识中“负压区域送风量小于排风量”的概念，建立起区域之间的风量平衡关系，并以此确定设计风量，不孤立的以单个区域单个房间的机械送排风量差值确定负压值。

本项目计算由于压力差引起的气流流入或流出风量按以下公式计算：

其中△P为相邻房间的压力差，空气密度ρ取1.2 kg/m3，A为门或传递窗的缝隙面积。

3.5 平疫转换节能设计

为提高传染病楼的利用率，在非疫情期间，传染病楼往往会作为一般的住院楼使用。如何设置空调系统使其同时满足疫情使用及平时使用，且系统节能是传染病楼设计的重难点之一。

呼吸道传染病是指病原体从人体的鼻腔、咽喉、气管和支气管等呼吸道感染侵入而引起的有传染性的疾病。从呼吸类传染病的定义可知，通过空气传播的呼吸类传染病的主要途径之一，因此，通风换气对呼吸类传染楼非常重要。依据规范要求非疫情期间病房新风量换气次数不小于2次/h即可满足要求，而疫情期间病房新风量需满足换气次数不小于6次/h，两者差距甚大。一般的风机变频下限为30HZ，即按疫情设计的新风机组即使采用变频电机，变频下限风量换气次数也会达到3.6次/h，远大于实际风量需求，会导致系统运行能耗浪费。如果完全分开两套系统设置，增加成本的同时增加了室内管线，影响了室内净高。为解决这一难题，本项目采用的方案是并联设置平时专用新风空调机组和疫情专用新风空调机组，共用系统风道并按疫情期间风量设计风道；如此设置平时使用的风机及制冷主机耗功率还不到疫情时的1/3，可见如此设置可以实现较大的节能运行。

疫情期间各病房排风至少比新风大150m3/h，即排风量比换气次数6次/h还要大150 m3/h，而非疫情期间使用，排风系统仅需满足卫生间的排风需求即可，一般卫生间排风计算下来仅为90 m3/h，还不到疫情期间排风量的1/6；如何设置排风系统使其既能满足平时和疫情使用，又能节能运行是平疫两用传染楼设计的重难点。

由于疫情期间排风口需要设置到病房床位附近，而平时使用的排风仅需要设置卫生间排风，若要参考新风系统的设计共用风道，并联风机，需要解决末端排风的转换。设置电动阀系统较为复杂，且卫生间和病房的风量难以调节，一旦调节不到位，将导致病房由负压变成正压，存在病毒外溢风险，显然这是不可取的。为此，本项目排风系统采用两套系统的方式，一套专门做卫生间的排风，一套专门做病房的排风。平时仅运行卫生间的排风系统，此时风机耗功率仅为疫情时的1/6；疫情时卫生间和病房排风系统同时运行，保证房间的负压。注意平时卫生间排风时不需设置初、中、高效过滤段，机组仅预留过滤器安装位置（疫情时安装），风机按设置过滤器选用风压，平时变频运行。

3.6 防传染的措施及效果

为避免病毒传播感染，本项目除通过严格遵从污染区、半污染区、清洁区分区设置系统外，还采取了以下的措施减低病毒扩散的风险：通过冷凝水管道上下层传播，冷凝水每层按清洁区、半污染区、污染区分别集中收集，然后通过独立立管（上下层不共用）排放至集中处理处，实现了避免病毒通过冷凝水管上下层以及同层不同区之间的传播；采用风机盘管机组的回风口设置设初阻力小于20 Pa、微生物--次通过率不大于10%和颗粒物一次计重通过率不大于5%的过滤装置实现了避免病毒通过风机盘管传播；通过卫生间排风结合病房排风水平汇总后上屋面排放，实现了避免病毒通过卫生间排风竖井上下层传播；通过在进入房间前的送、排风支风道上设置电动密闭阀，实现了可对某个房间进行单独消毒；通过送风口设置在房间上部，病房、诊室等污染区的排风口设置在房间下部，实现了利用合理的气流组织对医护工作者的最大保护；通过各排风系统设置初、中、高效过滤单元并高空排放，实现了避免病毒外溢到室外。

图1 典型病房风系统设计

4 结束语

传染病楼的暖通空调设计不同于普通的空调设计，它有着严格的系统划分、压力控制、新排风过滤要求，系统风量平衡计算较为严格，同时系统的设置要考虑平疫结合，使系统既能满足平时和疫情期间的使用需求，又能实现节能运行。