某醫(yī)院暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)1

1、 某醫(yī)院暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要：本文通過(guò)筆者參與的眾多境外項(xiàng)目中比較有代表性的一個(gè)，針對(duì)暖通空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，從設(shè)計(jì)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)、冷熱源、空氣處理系統(tǒng)、空調(diào)末端配置和特殊排風(fēng)等方面入手，介紹了中外雙方設(shè)計(jì)差異。通過(guò)對(duì)比中美雙方設(shè)計(jì)師對(duì)醫(yī)院暖通系統(tǒng)的不同理念，對(duì)比兩種做法的優(yōu)缺點(diǎn)，并提出優(yōu)化和深化設(shè)計(jì)過(guò)程中碰到的不同意見和解決方案，希望對(duì)同行以后碰到類似問(wèn)題能有所幫助。關(guān)鍵詞：冷熱源；空調(diào)系統(tǒng)；消聲；凈化；vav；二次回風(fēng)；開窗控制；隔離病房1. 項(xiàng)目背景介紹該項(xiàng)目是位于加勒比海地區(qū)某島國(guó)中外合作建設(shè)的一個(gè)兒童醫(yī)院。該項(xiàng)目總包方為中方公司，方案是由美國(guó)建筑、結(jié)構(gòu)和機(jī)電設(shè)計(jì)事務(wù)所聯(lián)合完成，監(jiān)理方為該國(guó)

2、當(dāng)?shù)刈稍児尽Ｃ婪交景凑彰绹?guó)醫(yī)院的常規(guī)做法進(jìn)行設(shè)計(jì)，中方總包方的施工經(jīng)驗(yàn)很難完全按照原方案實(shí)施，而且雙方在系統(tǒng)的合理性和投資上存在較大分歧。總包單位為此聘請(qǐng)了中方設(shè)計(jì)院作為設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化和深化設(shè)計(jì)單位，與美方設(shè)計(jì)師、監(jiān)理和業(yè)主進(jìn)行溝通，在滿足規(guī)范和功能要求的前提下，盡量減少初投資，節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。說(shuō)服原設(shè)計(jì)方和業(yè)主同意中國(guó)的部分替代性施工方法和工藝。遺憾的是，由于參與項(xiàng)目的時(shí)間點(diǎn)較晚，某些中外設(shè)計(jì)雙方達(dá)成一致的解決方案，因非技術(shù)性原因最終無(wú)法實(shí)施。2. 設(shè)計(jì)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)合同中的約定，這個(gè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)規(guī)范必須滿足美國(guó)規(guī)范體系。因此，任何對(duì)原方案的設(shè)計(jì)優(yōu)化調(diào)整都不能違反美國(guó)規(guī)范。經(jīng)常一個(gè)微小的調(diào)整都要

3、與原美方設(shè)計(jì)人員反復(fù)溝通，論證調(diào)整方案符合美國(guó)相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。美國(guó)比較有代表性的nfpa和icc規(guī)范體系是本項(xiàng)目中的主要規(guī)范，但這兩種規(guī)范在不同專業(yè)間的應(yīng)用差別較大。比如，建筑和暖通專業(yè)主要采用icc規(guī)范系列，電氣和給排水則采用nfpa的規(guī)范體系更多。另外，各個(gè)專業(yè)還要滿足美國(guó)建筑師協(xié)會(huì)aia編制的guidelines for design and construction of hospital導(dǎo)致。就暖通專業(yè)來(lái)說(shuō)，有關(guān)消防和通風(fēng)方面的強(qiáng)制性要求主要來(lái)自icc系列規(guī)范的ibc和imc。值得注意的是，美國(guó)不同的州，或者不同的項(xiàng)目采用的設(shè)計(jì)規(guī)范體系，甚至規(guī)范版本都相差較大。美國(guó)規(guī)范對(duì)醫(yī)院類建筑的

4、消防設(shè)計(jì)理念與國(guó)內(nèi)規(guī)范甚至美國(guó)其它建筑的差異都很大。由于篇幅限制，在此不再展開描述，感興趣的讀者可以參考ibc和ifc的相關(guān)部分內(nèi)容。3. 冷、熱源設(shè)計(jì)本項(xiàng)目地處加勒比海島區(qū)域，常年室外溫度在20以上，一年分旱季和雨季兩季。醫(yī)院本體建筑面積為35000平方米，無(wú)地下車庫(kù)，整體3層，局部4層。在醫(yī)院外300米處專門設(shè)置了一座能源中心，專門供應(yīng)本醫(yī)院的空調(diào)、生活用冷熱水，屋頂放置冷卻塔。冷凍水管、冷卻水管和熱水管道均埋地敷設(shè)至醫(yī)院本體。3.1 冷源設(shè)計(jì)原方案采用3臺(tái)700冷噸的離心機(jī)，2用1備，對(duì)應(yīng)冷凍水泵、冷卻水泵和冷卻塔均為2用1備，同時(shí)為遠(yuǎn)期發(fā)展預(yù)留2臺(tái)離心機(jī)機(jī)位。冷凍水泵出水合并后再分配進(jìn)

5、入離心機(jī)。冷凍水循環(huán)采用一次泵變流量系統(tǒng)，冷凍水供回水設(shè)計(jì)溫度為5.6/14.5。在通過(guò)與美方設(shè)計(jì)師的充分溝通以后，我們對(duì)空調(diào)總負(fù)荷和關(guān)鍵區(qū)域的空調(diào)負(fù)荷分別進(jìn)行了計(jì)算分析，并與業(yè)主溝通未來(lái)擴(kuò)展用量的大小。經(jīng)過(guò)與美方的反復(fù)溝通討論，最終確定了將冷凍機(jī)組由每臺(tái)700冷噸，2用1備改為3臺(tái)500冷噸機(jī)組同時(shí)運(yùn)行的冷源調(diào)整方案。此方案即使只考慮2臺(tái)機(jī)組運(yùn)行也可以滿足極端氣候下除行政、后勤區(qū)域以外的醫(yī)用空調(diào)負(fù)荷需求。因冷凍水管徑、冷卻水管徑和集分水器等均按照遠(yuǎn)期負(fù)荷確定，即使醫(yī)院超負(fù)荷運(yùn)行臨時(shí)增加機(jī)組也比較方便。相比原系統(tǒng)，調(diào)整后的冷源方案既節(jié)省了初投資，又可以充分發(fā)揮一次泵變流量系統(tǒng)的節(jié)能特性機(jī)組低負(fù)

6、荷運(yùn)行時(shí)制冷效率提高，變頻水泵部分負(fù)荷高效運(yùn)行。3.2 熱源設(shè)計(jì)原方案設(shè)計(jì)3臺(tái)冷凝熱水鍋爐供生活熱水和vav box再熱盤管，供回水溫度為60/50。鍋爐容量通過(guò)調(diào)整生活熱水區(qū)域，最終方案調(diào)整為3臺(tái)1000kw的熱水鍋爐，運(yùn)行方式同樣由2用1備改為3臺(tái)同時(shí)運(yùn)行。鍋爐一次泵定流量運(yùn)行，二次泵變流量運(yùn)行。有關(guān)再熱需求將在空氣處理系統(tǒng)中的末端部分詳述。4. 空氣處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1 空氣處理系統(tǒng)綜述中國(guó)醫(yī)院建筑最常用的空調(diào)系統(tǒng)是，病房、診室等小空間通常新風(fēng)加風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)，大堂等大空間采用全空氣系統(tǒng)，這樣設(shè)置系統(tǒng)的最大優(yōu)點(diǎn)就是可以較好的避免不同空間產(chǎn)生空氣交叉感染。醫(yī)技區(qū)域通常采用恒溫機(jī)組、vrv或分體

7、空調(diào)，凈化區(qū)域單獨(dú)采用風(fēng)冷熱泵系統(tǒng)。這些區(qū)域采用單獨(dú)的空調(diào)，可以保障系統(tǒng)一年四季靈活運(yùn)行，可靠性較高。但是以新風(fēng)加風(fēng)機(jī)盤管為主的系統(tǒng)缺點(diǎn)也很明顯，相對(duì)濕度和空氣潔凈度控制不如全空氣系統(tǒng)。美方設(shè)計(jì)師認(rèn)為上述系統(tǒng)不適合于醫(yī)療建筑，他們認(rèn)為整個(gè)醫(yī)院所有與醫(yī)療過(guò)程有關(guān)的區(qū)域（即除行政和后勤以外的所有醫(yī)療區(qū)域，下同），相對(duì)濕度和潔凈度對(duì)細(xì)菌的控制非常重要。因此，美方設(shè)計(jì)師除能源中心采用了風(fēng)機(jī)盤管以外，其余區(qū)域都采用了美國(guó)醫(yī)院里最常用的vav系統(tǒng)。vav系統(tǒng)設(shè)計(jì)也是典型的美式系統(tǒng)，共20臺(tái)較大的空調(diào)箱，風(fēng)量在10000cmh到50000cmh之間，所有空調(diào)箱均為室外型，放置于屋頂。4.2 過(guò)濾設(shè)計(jì)原設(shè)計(jì)與

8、醫(yī)療過(guò)程有關(guān)的區(qū)域空調(diào)箱配置了兩級(jí)過(guò)濾器，普通空調(diào)箱前置merv8過(guò)濾器，空調(diào)箱出口配置merv14；手術(shù)區(qū)和產(chǎn)科的空調(diào)箱采用了hepa過(guò)濾器，前置merv8過(guò)濾器，空調(diào)箱出口配置merv17過(guò)濾器，送風(fēng)末端不再設(shè)置過(guò)濾器。這與國(guó)內(nèi)醫(yī)用凈化區(qū)域的過(guò)濾器設(shè)計(jì)理念差別很大。國(guó)內(nèi)要求醫(yī)用凈化區(qū)域送風(fēng)末端必須設(shè)置高效或亞高效過(guò)濾器，以確保送風(fēng)在過(guò)程中即使受到二次污染也可以在末端得到再次凈化。美方堅(jiān)持認(rèn)為送風(fēng)在空調(diào)箱里凈化后，通過(guò)嚴(yán)格的風(fēng)管加工保護(hù)和施工管理就不會(huì)受到二次污染。上文已提到，除行政后勤區(qū)域，其它區(qū)域均為凈化區(qū)域，如果末端增加凈化裝置會(huì)對(duì)初投資和后期維護(hù)產(chǎn)生較大影響。因此，最終還是維持原設(shè)計(jì)

9、的凈化方案，對(duì)風(fēng)管的加工和施工保護(hù)措施提出了更高的要求和監(jiān)管。4.3 消聲設(shè)計(jì)vav系統(tǒng)的末端box均為畢托管測(cè)速，為保證末端風(fēng)速滿足測(cè)速要求，主送風(fēng)管風(fēng)速基本都在10m/s以上，最高達(dá)到了15m/s，空調(diào)箱的機(jī)外靜壓有的接近1000pa。為了降低高風(fēng)速、高靜壓產(chǎn)生的系統(tǒng)噪聲，原設(shè)計(jì)將大量的送回風(fēng)總管做了雙層風(fēng)管設(shè)計(jì)，內(nèi)層風(fēng)管采用孔板填充吸音棉。此做法類似于在微穿孔消聲器空腔內(nèi)填充吸音棉，通過(guò)特殊覆蓋保護(hù)層隔開送回風(fēng)與吸音棉的直接接觸。我們認(rèn)為中方的加工和施工工藝無(wú)法保證原設(shè)計(jì)的雙層風(fēng)管中的吸音棉不會(huì)被高速送風(fēng)吹出，而末端已經(jīng)沒(méi)有過(guò)濾措施，一旦有少許的吸音棉或保護(hù)層的塵粒被吹出，都會(huì)嚴(yán)重影響末

10、端的潔凈度。且直接與低溫送風(fēng)接觸的吸音棉難免會(huì)受潮滋生細(xì)菌。通過(guò)反復(fù)溝通，我們提出了取消雙層風(fēng)管，增加大量微穿孔消聲器和消聲彎頭的做法，并對(duì)大多數(shù)噪聲較高的系統(tǒng)都做了詳細(xì)噪聲計(jì)算，來(lái)說(shuō)服美方接受此修改方案。最終的測(cè)試結(jié)果也表明我們的方案完全可以保證空調(diào)空間的噪聲符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。4.4 末端設(shè)計(jì)與再熱系統(tǒng)優(yōu)化末端的vav box采用了單風(fēng)道和風(fēng)機(jī)串聯(lián)兩種方式，均配置了熱水再熱盤管。有循環(huán)風(fēng)量要求的醫(yī)用區(qū)域，均采用單風(fēng)道vav box，定風(fēng)量運(yùn)行，空間溫度由vav box的熱水盤管控制。其它區(qū)域采用風(fēng)機(jī)串聯(lián)方式vav box末端，變風(fēng)量運(yùn)行，室溫首先通過(guò)變風(fēng)量控制，當(dāng)風(fēng)量達(dá)到最小設(shè)計(jì)值時(shí)開啟末端熱水

11、盤管。這種再熱方式必然會(huì)產(chǎn)生大量的冷熱抵消現(xiàn)象。為減少冷熱抵消量，我們提出采用二次回風(fēng)系統(tǒng)，為減少傳統(tǒng)二次回風(fēng)量動(dòng)態(tài)變化導(dǎo)致控制不穩(wěn)定的情況發(fā)生，可以在計(jì)算量的基礎(chǔ)上減少二次回風(fēng)量，使二次回風(fēng)定風(fēng)量運(yùn)行。這種固定二次回風(fēng)比的系統(tǒng)在醫(yī)院手術(shù)部的應(yīng)用，筆者早在十幾年前就已經(jīng)提出并成功應(yīng)用于某醫(yī)院30多間的大型手術(shù)部，詳見參考文獻(xiàn)1。本項(xiàng)目的制冷出水設(shè)計(jì)溫度低達(dá)5.6，更有利于一次回風(fēng)冷盤管的深度除濕。遺憾的是，雖然經(jīng)過(guò)多次交流溝通，最終美方設(shè)計(jì)師認(rèn)可我們的系統(tǒng)優(yōu)化，由于其它原因?qū)е略撓到y(tǒng)優(yōu)化方案沒(méi)有被采納。4.5 開窗控制當(dāng)?shù)氐暮u氣候比較特殊，即使是雨季，暴雨也是來(lái)去匆匆，雨過(guò)天晴，室外空氣特別

12、干凈清新，溫度也會(huì)迅速下降到20度左右。因此，雖然需要全年提供冷空調(diào)，原方案還是在靠外墻的普通病房設(shè)置了供病人開啟外窗的人性化選擇?？砷_啟外窗處設(shè)置了探測(cè)外窗開關(guān)的窗戶傳感器。當(dāng)窗戶傳感器探測(cè)到外窗打開時(shí)，會(huì)關(guān)掉服務(wù)該房間的vav box，關(guān)閉回風(fēng)管上的電動(dòng)風(fēng)閥，并關(guān)掉vav box的熱水再熱盤管水閥。如果窗戶傳感器探測(cè)到外窗關(guān)閉，上述關(guān)閉的風(fēng)閥和水閥會(huì)重新開啟。這樣，既可以為不同病人提供個(gè)性化的空調(diào)通風(fēng)使用選擇，又可以避免因開窗導(dǎo)致空調(diào)負(fù)荷增加。5. 隔離病房的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)所有的isolation room（隔離病房）空調(diào)通風(fēng)都采用直流系統(tǒng)。末端的送風(fēng)vav box與附件其它普通房間共用一個(gè)

13、送風(fēng)系統(tǒng)，但不設(shè)回風(fēng)。每個(gè)隔離病房區(qū)域的1間或2間隔離病房設(shè)置一個(gè)單獨(dú)的排風(fēng)系統(tǒng)，房間靠近床頭的墻角離地250mm處安裝排風(fēng)格柵，與該房間衛(wèi)生間的排風(fēng)集中后到屋頂排放。排風(fēng)機(jī)均設(shè)置于屋頂，以保證整個(gè)排風(fēng)系統(tǒng)處于負(fù)壓狀態(tài)。排風(fēng)需要排放至屋面完成面的3米以上。每個(gè)隔離病房均安裝連續(xù)壓差控制面板，檢測(cè)房間和走廊的壓差維持在至少2.5pa，如果壓差不能保持，會(huì)現(xiàn)場(chǎng)激發(fā)紅光報(bào)警，并同時(shí)將報(bào)警聲音信號(hào)送至護(hù)士臺(tái)。一旦排風(fēng)機(jī)停止排風(fēng)，服務(wù)該排風(fēng)系統(tǒng)的vav box自動(dòng)關(guān)閉。我們認(rèn)為2.5pa的壓力過(guò)低，容易導(dǎo)致頻繁報(bào)警，建議調(diào)整為5pa，如果低于2.5pa報(bào)警。經(jīng)過(guò)反復(fù)討論，因?yàn)楹线m的壓差數(shù)值還取決于最終的房間密封性能，因此最后將此數(shù)值設(shè)定為2.5pa（可調(diào)），具體數(shù)值視以后的實(shí)際運(yùn)行情況再確定。6 結(jié)論與展望雖然面臨中美設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)差異明顯，常規(guī)醫(yī)院系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念不同，施工工藝不同，12小時(shí)時(shí)差交流等困難，以及需要應(yīng)對(duì)總包方、監(jiān)理方、衛(wèi)生部和醫(yī)院使用方等利益相關(guān)者的不同要求，經(jīng)過(guò)多次現(xiàn)場(chǎng)各方會(huì)議和現(xiàn)場(chǎng)咨詢服務(wù)，最終該本項(xiàng)目的竣工交付得到了業(yè)主和當(dāng)?shù)卣囊恢潞迷u(píng)。在此過(guò)程中積累了不少非援建項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，但是也留下了很多遺憾。如果能夠早一點(diǎn)參與，或者當(dāng)時(shí)采用更有效的溝通方式，也許有些優(yōu)化或調(diào)整便可以實(shí)現(xiàn)。近