辐射空调末端加新风系统的医院空调系统设计探讨

辐射空调末端加新风系统的医院空调系统设计探讨

谢辉

北京康伟兴业医疗科技有限公司 100028

摘要　

新冠肺炎出现，可能导致某段特殊时期传染病医院数量远远不能满足大量的病人需求，暖通空调工程设计人员非常有必要改进设计思路，以便于普通综合性医院能在疫情期间发挥最大作用。文章分析了普通医院、传染病医院的常规空调系统设计形式，结合实例提出了一种比较实用的辐射空调末端＋新风系统的医院空调系统设计。普通医院空调系统采用该设计，室内无循环风从而可避免二次交叉感染。一旦传染病爆发时，普通医院可迅速应急转换为传染病医院使用，为疫情防控争取宝贵时间。

关键词：辐射空调末端；新风系统；空调系统；应急转换；传染病医院

2003年“非典”之后，为了防止医院内交叉感染，相当多的专家学者提出了各种的医院空调设计思路。2014年国家正式出台了GB50849-2014《传染病医院建筑设计规范》，工程设计人员近年也积累了一些比较成熟的传染病医院设计经验。正常情况下，传染病医院和普通医院各司其职。但是一旦出现突然爆发的强传染性疫情，比如2020年初出现的“新型冠状病毒”，又出现大面积传染病医院病房告急的紧急情况，一些普通医院可能会被征用作为传染病医院使用。虽然满足了患者住院治疗的应急使用，但普通医院回风再利用的空调系统（不含手术室、ICU等洁净空调系统）极大可能会造成交叉感染。本文提出一种普通医院空调系统设计的新尝试，使普通医院通过简单的系统调节可以转换成应急传染病医院使用，能较大程度降低交叉感染的可能性。

1. 传染病医院空调系统设计要点

1.1常用空调系统形式

（1）直流式全新风系统

对于门诊大厅、非接触性传染病如呼吸道传染病区、负压隔离病房等，一般采用全新风系统。

（2）风机盘管＋新风系统

对于医护办公、接触性传染病区如肝炎、肠道疾病等，一般采用风机盘管＋新风空调系统。

1.2送排风系统设计

对非呼吸道传染病区，新风量换气次数每小时不低于３次，新风一般经过粗、中、亚高效集中过滤（选配）、热湿处理后送入室内，排风统一排出室外。对呼吸道传染病区，新风量换气次数每小时不低于6次，新风一般经过粗、中、亚高效集中过滤、热湿处理后送入室内，排风经过高效过滤后排出室外，对周围环境不造成影响，全新风系统可在非呼吸道传染病期间部分回风使用。对负压隔离病房区，新风量换气次数每小时不低于12次／，新风必须经过粗、中、亚高效集中过滤、热湿处理后送入室内，排风经过高效过滤后排出室外，对周围环境不造成影响，全新风系统可在非呼吸道传染病期间部分回风使用。门急诊部入口筛查处、清洁区、半污染区、污染区，按区域分别设置独立的机械通风系统，传染病房的卫生间排风不共用竖井单独排风，与病房排风统一设计。

1.3气流组织与压差控制

空调房间内的气流组织应尽量排除死角，防止送排风短路。

呼吸道传染病区房间的送风口设置在房间的上部，送风口位置使清洁空气首先经过房间中医务人员可能经过的工作区域，然后经过传染源进入排风口，排风口设置在靠近污染的房间下部。气流组织形成清洁器、半污染区、污染区的有序压力梯度，清洁区为正压，污染区为负压。

2. 普通医院空调系统设计要点

2.1常规空调系统形式

（1）一次回风全空气系统

对于候诊大厅等大空间场所，采用一次回风全空气空调系统，考虑节能需要，设置过渡季节系统可全新风运行。空调箱带有粗、中效过滤段、冷热盘管段、蒸汽加湿段。

（2）风机盘管＋新风系统

对于诊室、医技、病房等小空间区域采用风机盘管＋新风系统，新风集中处理，新风机组带有粗、中效过滤段、冷热盘管段、蒸汽加湿段，风机盘管每个房间独立设置，盘管回风口设置低阻中效过滤器。

2.2送排风系统设计

对于普通医院的送排风量，除了新风量要求不小于2次／h换气次数外，空调送风量以热湿负荷计算确定，换气次数一般计算结果为6～10次／h换气次数，排风量以维持空调房间微正压为准，一般按微正压风量约0.5次／h的换气次数或排风量占新风量的80％～90％

3. 传染病、普通医院兼顾空调系统设计

3.1空调系统形式

（1）一次回风全空气系统

针对门诊大厅等大空间场所，采用双风机一次回风全空气系统，在传染病爆发时关闭混合风阀，新风阀全开，调节送风机与回风机转速，使得排风量大于新风量，瞬间改造成安全可靠的负压全新风直流式系统形式。

（2）辐射空调末端＋新风系统

对于门诊、医技、病房等小空间区域，与普通医院设计采用风机盘管＋新风系统不同，本设计采用地面、墙面埋管的辐射空调末端＋新风系统。辐射空调作为一种较新型的空调系统形式，经过了多年的学术研究与实践，以其良好的热舒适性已在民用建筑中获得广泛应用。

新风系统与常规设计相同，配置粗、中、亚高（选配）效过滤段、冷热盘管段、蒸汽加湿段集中处理，而每个房间设置地、墙面或吊顶埋管冷热辐射空调末端，只送入热湿处理后的全新风，室内没有回风循环空气，完全避免了室内空气混合引起交叉感染，即使传染病爆发时仍可安全运行。

以某医院一个4.2ｍ×8.4ｍ×4.2ｍ的双人病房为例，人员数按4人，房间吊顶高度3　ｍ，新风按2次／h换气取200ｍ³／h，夏季空调室内干球温度26℃，相对湿度60％，相应的露点温度为17.6℃，冬季空调室内干球温度22℃，相对湿度40％。经计算：该房间夏季总冷负荷为5.63kW，其中，室内显热冷负荷为3.55kW，室内潜热冷负荷为1.60kW，室内湿负荷为0.242kg／h；冬季总热负荷为3.48kW。

当室内湿负荷完全由新风负担时，根据质量守恒湿平衡方程，进入空调房间的空气（此处即送入房间的较低绝对湿度的新风）吸收了室内余湿后达到了室内状态的较高绝对湿度，有下式成立：

（1）

式（1）中，G_f为新风量，200ｍ³／h；W_f为室内湿负荷，0.242kg／h；dN为室内空气含湿量，12.79g／Kg；d_f为所送新风含湿量，g／Kg；ρ_f为所送新风密度，1.2kg／ｍ³。

由式（1）计算可得到所送新风的含湿量值d_f＝11.78g／kg。

从焓湿图上空气处理过程，可得到新风处理后的状态即机器露点的参数为（18℃，90％），可见处理后新风温度高于室内空气露点温度，可直接送入室内，不会引起结露现象。如果需要降低空调房间相对湿度，同理计算，只需降低处理后的新风机器露点即可。

根据显然量的定义，送入室内较低温度的新风吸收了室内部分显然负荷后引起新风温度上升到了室内状态温度，此处新风所承担的室内显热量由下式可得：

（2）

式（2）中，c为比热，1.01kJ／kg℃；t_N为室内空气温度，26℃；t_f为处理后的新风温度，１８℃。

得到Q_xf为0.54kW，则室内剩余显热量为：Q′_x＝3.55－0.54＝3.01kWｋＷ，该部分显热由室内地面、墙面或吊顶埋管辐射空调末端承担。冷冻水进出水的平均单位辐射供冷量50W／ｍ²考虑，需埋管面积60ｍ²，可以很好地在房间的地面和一侧墙面内敷设完成，此处夏季负荷为最不利工况，冬季辐射面积有富余，可通过控制水流量降低供热量。值得注意的是，因夏季冷负荷较大，辐射供冷能力有限，此处辐射末端的面积较传统地板辐射采暖的面积有增加，因此需要增加一侧墙面埋管。

本设计的特点是医院建筑所需新风量较大，合理处理新风可承担全部室内潜热负荷及部分显热负荷，剩余部分显热负荷由室内设置辐射空调末端承担。新风采用常规7／12℃空调冷冻水通过增加表冷器排管数深度处理，使处理后的新风机器露点在18℃左右，高于室内空气露点，以此机器露点新风向室内直接送风，不会引起室内送风口结露。室内辐射空调末端采用15／20℃高温冷冻水供冷，控制辐射板表面温度在室内空气露点以上，保证室内辐射表面不结露。由于在室内只有新、排风口，没有回风循环，完全杜绝了交叉感染的可能。

3.2送排风系统设计

以上述病房为例，新风量按2次／h换气取200ｍ³／h，排风按新风量的80％，为160ｍ³／h，其中卫生间排风按8次／h换气，取80ｍ³／h，房间排风则为80ｍ³／h，卫生间排风与房间排风合并一个系统，不单独排放，所有风口风量一次调定，新、排风系统按区域统一配置，新排风机配变频器，保证平时使用时新、排风系统相应的风量以维持各房间的压差。

新风经过粗、中、亚高（选配）效集中过滤、热湿处理后送入各个房间内，各个排风口汇总后经排风管统一由室外高空排放。

当需要应急转换为传染病医院使用时，可在室内配置移动式三级空气净化器，满足应急传染病医院、隔离病房使用要求。也可以将新排风机变频高速运转，提高系统送排风量，并维持病房成负压区，进一步优化室内空气品质。

3.3气流组织

房间的送风口设置在顶部，排风口设置在床头近地面位置，使清洁空气经过医务人员、病人然后进入排风口。气流组织在房间内形成从清洁区至污染区的有序流动。

3.4冷热源设计

空调冷源为提供7／12℃冷冻水的冷水机组一组，供空调、新风机组使用，另配置一组提供15／20℃的高温冷冻水的冷水机组，供辐射末端使用，热源配置同常规空调设计。

本设计的特点是此处需要增设一组15／20℃供水的高温冷水机组，虽然冷水机组的台数有可能增加，但总容量不变，且该机组的COP有可能较常规机组提高15％左右，对运行成本降低是非常有利的。

结束语

本文对普通医院的空调系统设计提出以辐射空调末端＋新风系统的形式，同时辅助合理的新排风设计策略，从而获得空调房间无凝水，无循环风交叉污染，无风机噪声，冷水机组高效运行等效果。更重要的是在传染病疫情爆发时，采用这种空调系统的普通医院可迅速转换为应急传染病医院使用，可较大程度降低改造投资及改造工程量，降低二次交叉感染的风险。

参考文献：

［1］　张锡虎，王雅箴．SARS以后对民用建筑通风空调工程的反思和预期［J］．暖通空调，2010，33（5）：34－37．

［2］　周建昌，勇俊宝，李百萍．SARS门诊病房楼通风空调设计探讨［J］．暖通空调，2005，34（5）：53－55．

［3］　沈德强，沈晋明．医院病房防SARS抗菌干盘管空调系统研究［J］．暖通空调，2006，34（5）：86－89．