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陆琼文等:独立新风变风量系统在负压隔离 病房平疫转换中的应用

时间:2020-11-28 15:39:31  作者:liuyanmin  来源:净化空调  查看:468  评论:0
内容摘要:2019年末,新型冠状肺炎病毒(COVID-19肺炎)陆续在世界各地爆发。由于该肺炎具有极高的传染性,因此要求医院病房不仅能够为病人提供良好的救治环境,还应保证病毒不会传播至室外。但是现阶段的医院设计中,传染病房床位数量有限,而普通病房不具备快速转变为负压病房、负压隔离病房的条件。因此,在今后的医院设计中,如何将普通病房与负压隔离病房结合设计,预留负压隔离病房条件,使普通病房在疫情期间快速转变为负压隔离病房,达到病房平时节能运行、疫情时期可提供安全可靠的传染病医治环境,成为医疗建筑暖通空调设计中值得探究的一个问题。

独立新风变风量系统在负压隔离病房平疫转换中的应用

华东建筑设计研究总院   陆琼文  

摘要  2019年末,新型冠状肺炎病毒(COVID-19肺炎)陆续在世界各地爆发。由于该肺炎具有极高的传染性,因此要求医院病房不仅能够为病人提供良好的救治环境,还应保证病毒不会传播至室外。但是现阶段的医院设计中,传染病房床位数量有限,而普通病房不具备快速转变为负压病房、负压隔离病房的条件。因此,在今后的医院设计中,如何将普通病房与负压隔离病房结合设计,预留负压隔离病房条件,使普通病房在疫情期间快速转变为负压隔离病房,达到病房平时节能运行、疫情时期可提供安全可靠的传染病医治环境,成为医疗建筑暖通空调设计中值得探究的一个问题。

关键词  普通病房 负压病房 负压隔离病房 转换 空调系统 独立新风变风量

 

The Application of the Dedicated Outdoor Air System- Variable Air Volume System in Design of the Negative Pressure Isolation Ward from Usual Use to Epidemic Time

By Qiongwen Lu

Abstract:  In late 2019, COVID - 19 viruses had exploded all over the world. Because the virus is highly contagious, hospital wards are required not only to provide a good environment for the treatment of patients, but also to ensure that the virus does not spread to the outdoors. However, in the current hospital design, the number of infectious ward beds are limited, and the general wards do not have the conditions to quickly transform into the negative pressure wards or negative pressure isolation wards. In the future hospital design, it is worth to explore that how to design the HVAC system to the conditions for both common wards and negative pressure isolation wards. The wards are usually energy-saving operation, and can be quickly transferred into the negative pressure isolation wards during the epidemic.

Keywords: General ward, Negative pressure ward, Negative pressure isolation ward, Transformation from usual use to epidemic time, HVAC system, The independent fresh air system.

 

East China Architectural Design &Research Institute, 151 Hankou Road Shanghai, China. 021-63217420-2014(63217420)lqw@ecadi.com

☆ 陆琼文,男,1977,10,工学硕士,高级工程师

   

200002汉口路151号 华东建筑设计研究总院,021-63217420-2014(63217420)lqw@ecadi.com

 

1 病房的规范要求

病房平疫转换空调系统,应满足普通病房、负压病房和负压隔离病房的不同规范要求。笔者根据《综合医院建筑设计规范 GB51039-2014》、《传染病医院建筑设计规范 GB50849-2014》、《新冠肺炎应急救治设施负压病区建筑技术导则(试行)》、《新型冠状病毒感染的肺炎传染病应急医疗设施设计标准 T/CECS 661-2020》、《负压隔离病房建设配置基本要求 DB11/ 663-2009》、《ASHRAE 170-2017》,梳理了不同的医院设计规范对各类型病房在室内参数、换气次数、新风量、压力控制、气流组织、过滤等级等空调系统的设计参数要求,具体参数如下

1.1 室内参数取值

1  病房暖通设计参数取值

类型

规范

夏季

冬季

温度 ℃

相对湿度%

温度

相对湿度

普通病房

《综合医院建筑设计规范 GB51039-2014》[1]

≤27

-

≥20

-

非呼吸道传染病房

《传染病医院建筑设计规范 GB50849-2014》[2]

26-27

50-60

20-22

40-45

呼吸道传染病房

26-27

50-60

20-22

40-45

负压隔离病房

26-27

50-60

20-22

40-45

负压病房

《新冠肺炎应急救治设施负压病区建筑技术导则(试行)》[3]

26-28

 

18-20

 

负压隔离病房

airborne infection isolation(AII)

空气传播传染病的隔离病房(全部)

ASHRAE 170-2017[4]

21-24

60%

21-24

60%

由表1可知,医院设计规范对普通病房设计温度、湿度取值范围较为宽泛,负压隔离病房的设计温度湿度取值范围相对较小但在普通病房设计温湿度取值范围内。因此,病房设计时取值建议夏季26/60%,冬季22/40%,该温湿度设计值可同时满足普通病房、负压病房、负压隔离病房要求

1.2 换气次数及新风量要求

2  病房换气次数及新风量设计取值表

 

规范

换气次数

新风量

次/h

次/h

普通病房

《综合医院建筑设计规范 GB51039-2014》

6

2或者40m3/h·人

负压隔离病房

10-12

空气传染的特殊呼吸道患者的病房采用全新风

非呼吸道传染病房

《传染病医院建筑设计规范 GB50849-2014》

-

3

呼吸道传染病房

-

6

负压隔离病房

-

12

负压病房

《新冠肺炎应急救治设施负压病区建筑技术导则(试行)》

-

6或60升/s·床

负压隔离病房

-

12或160升/s·床

负压病房

《新型冠状病毒感染的肺炎传染病应急医疗设施设计标准 T/CECS 661-2020》[5]

-

-

负压隔离病房

-

全新风

负压隔离病房

《负压隔离病房建设配置基本要求 DB11/ 663-2009》[6]

8-12

40m3/h·人 可切换至全新风

airborne infection isolation(AII)

空气传播传染病的隔离病房(全部)

ASHRAE 170-2017

12

2

2可知普通病房的房间换气次数要求为6/h,新风量换气次数2/h;非呼吸道传染病房、呼吸道传染病房的换气次数未做明确要求,参照普通病房的要求不应低于6/h,相应的新风量换气次数分别为3/h6/h;负压隔离病房换气次数可以按12/h取值。平疫转换空调系统的送风量应能满足6/h12/h两个工况,新风换气量应能满足2/h3/h6/h和全新风4个工况。

1.3 压力控制要求

3  病房压力设计要求

 

规范

压差

Pa

普通病房

《综合医院建筑设计规范 GB51039-2014》

-

负压隔离病房

-5

非呼吸道传染病房

《传染病医院建筑设计规范 GB50849-2014》

大于送风量150m3/h

呼吸道传染病房

大于送风量150m3/h

负压隔离病房

-5

负压病房

《新冠肺炎应急救治设施负压病区建筑技术导则(试行)》

-5

负压隔离病房

-5至-15

负压病房

《新型冠状病毒感染的肺炎传染病应急医疗设施设计标准 T/CECS 661-2020》

-

负压隔离病房

-5

负压隔离病房

《负压隔离病房建设配置基本要求 DB11/ 663-2009》

-5

airborne infection isolation(AII)

空气传播传染病的隔离病房(全部)

ASHRAE 170-2017

-2.5

3可知普通病房对压差没有明确要求。负压隔离病房与相邻房间的压差值的国家规范要求均为-5Pa,《传染病医院建筑设计规范 GB50849-2014》中非呼吸道病房、呼吸道病房虽然没有提出具体的压差控制值,但均要求排风量大于新风量150m3/h,在一般情况下行程的压差值也在-5Pa左右。

1.4 气流组织要求

4  病房气流组织设计要求

 

规范

气流组织

普通病房

《综合医院建筑设计规范 GB51039-2014》

-

负压隔离病房

宜在床尾或床侧及床尾各设一送风口,回风口宜在床头侧下方

非呼吸道传染病房

《传染病医院建筑设计规范 GB50849-2014》

-

呼吸道传染病房

送风口应设置在房间上部,排风口设在房间下部,房间排风口底部距地面不应小于100mm

负压隔离病房

-

负压病房

《新冠肺炎应急救治设施负压病区建筑技术导则(试行)》

双床间送风应设于医护人员入口附件顶部,排风口应设于送风口相对远侧的床头下侧。单床间送风口宜设在床尾的顶部,排风口设在与送风口相对的床头下侧。

负压隔离病房

负压病房

《新型冠状病毒感染的肺炎传染病应急医疗设施设计标准 T/CECS 661-2020》

-

负压隔离病房

送风口应设置在医护人员常规站位的顶棚处,排风口应设在送风口想对的床头下侧

负压隔离病房

《负压隔离病房建设配置基本要求 DB11/ 663-2009》

上送下侧回,设置主送风口和次送风口。送风口采用双层百叶。回(排)风口采用单层竖向形式。设置在于送风口相对的床头下侧。

airborne infection isolation(AII)

空气传播传染病的隔离病房(全部)

ASHRAE 170-2017

天花板或侧墙高位处设置送回风口

 

4可知普通病房的气流组织规范没有要求,一般采用上送上回(排)的气流组织形式。对于负压隔离病房,需要使得清洁的气流首先经过医护人员,送风口应考虑布置在医护人员滞留的区域,回(排)风口位于送风口相对的床头下侧。《负压隔离病房建设配置基本要求 DB11/ 663-2009》推荐的风口布置、气流组织方式可以有效的实现这一控制原则。在平疫转换空调系统的设计中,可以考虑采用上送回(排)的气流组织形式。

 陆琼文等:独立新风变风量系统在负压隔离 病房平疫转换中的应用

1 病房风口设置示意图

1.5 过滤要求

5  病房过滤设计要求

 

规范

新风

回风

送风

排风

普通病房

《综合医院建筑设计规范 GB51039-2014》

二类区:粗效+中效 PM10超过年平均二级浓度限值:粗效+中效+高中效

微生物一次通过率不大于10% 颗粒物一次计重通过率不大于5%

-

-

负压隔离病房

-

高效

高中效

高效

非呼吸道传染病房

《传染病医院建筑设计规范 GB50849-2014》

 

-

-

-

呼吸道传染病房

 

-

-

-

负压隔离病房

粗效+中效+亚高效

-

-

高效

负压病房

《新冠肺炎应急救治设施负压病区建筑技术导则(试行)》

 

 

粗效+中效+亚高效

不低于B类的高效过滤器

负压隔离病房

负压病房

《新型冠状病毒感染的肺炎传染病应急医疗设施设计标准 T/CECS 661-2020》

粗效+中效+亚高效

-

-

高效

负压隔离病房

粗效+中效+亚高效

-

-

高效

负压隔离病房

《负压隔离病房建设配置基本要求 DB11/ 663-2009》

-

-

高中效

不低于B类的高效过滤器

airborne infection isolation(AII)

空气传播传染病的隔离病房(全部)

ASHRAE 170-2017

MERV-7+MERV-14

如设置MERV-17可利用房间回风

-

-

 

由表5知,1)新风过滤设置:对于普通病房模式中,新风过滤采用粗效+中效+高中效可满足规范要求。对于负压隔离病房模式,需提高过滤等级至粗效+中效+亚高效;2)回风过滤设置:普通病房模式的回风可采用低阻中效过滤器,负压隔离病房模式的回风可考虑设置高效过滤器;普通病房模式送风无需设置过滤器,负压隔离病房模式送风采用高中效过滤;普通病房模式排风无过滤要求,负压隔离病房模式排风采用高效过滤器。3)其它送风口、回(排)风口过滤均在风口处安装,当需要转换时可以通过更换过滤器得以实现。

平疫转换空调系统应对不同模式下不同过滤要求,可以通过更换过滤器得以实现。值得关注的是,不同类型的过滤阻力有较大差异。特别是普通病房对于送风、排风无过滤要求,空调机组和排风机的选型需要考虑该部分压力值的变化,风机的性能曲线可以应对相应的调整。

 

1.6 其他设计要求

上述规范中明确规定的暖通设计要求外,还应注意以下设计点。

{C}1) {C}每间负压隔离病房的送、排风管上应设置电动密闭阀;

{C}2) {C}排风口与取风口的水平距离不应小于20m;当水平距离不足20m时,排风口应高出进风口,并不宜小于6m。排风口应高于屋面不小于3m,风口应设锥形风帽高空排放;

{C}3) {C}冷凝水应集中收集。

 

2平疫转换病房设计要求

平疫转换病房需要满足普通病房模式、负压病房模式和负压隔离病房模式之间的切换,其中负压病房模式又可以细分为非呼吸道负压病房和呼吸道负压病房。根据上节的梳理,平疫转换病房设计要求可按下表取值:

6  平疫转换病房设计要求

 

夏季

冬季

换气次数

新风换气次数

压力值

气流组织

温度 ℃

相对湿度%

温度 ℃

相对湿度%

次/h

次/h

Pa

上送下回(排)

普通病房

26

60

22

40

6

2

-

非呼吸道负压病房

6

3

-5

呼吸道负压病房

6

6

-5

负压隔离病房

12

12

-5

 

 

过滤要求

新风

回风

送风

排风

普通病房

粗效+中效+高中效

微生物一次通过率不大于10% 颗粒物一次计重通过率不大于5%

-

-

非呼吸道负压病房

粗效+中效+亚高效

呼吸道负压病房

负压隔离病房

高中效

高效

 

3 独立新风变风量系统DOAS-VAV

由于负压隔离病房模式要求系统为全新风直流模式运行,普通病房模式通常采用的风机盘管+新风的空调系统不再适合。《ASHRAE 170-2017》中也规定了AII病房不得采用房间空调器作为空调末端。因此在平疫转换空调系统考虑采用全空气系统。

平疫转换病房通常为单人间或双人间,病房面积在30平米左右。按6/h换气次数计算,单间病房的送风量在500-600m3/h左右。通常情况下空调机组的最小风量在1500-2000m3/h,按单个房间设置系统很难找到合适的空调机组设备。通常情况下可以考虑4-6间病房合并设置系统,通常采用变风量系统。

普通的变风量系统,空调机组定送风温度运行,变风量末端根据室内负荷的变化做变风量调节运行以保证房间温度。该空调系统以房间显热负荷为控制对象,由于送风温度、含湿量的耦合关系,房间湿度不做主动控制。此外,由于所有房间的送风新风比一定,对于有不同新风量要求的房间,只能通过调整系统新风比得以实现。对于医疗建筑,房间温度、湿度、新风量和压力值均由要求,VAV的应对就显得不够灵活。

为了解耦送风温度、湿度、新风比等参数,笔者提出了一种适合医疗建筑的全空气空调系统-独立新风变风量系统。

  陆琼文等:独立新风变风量系统在负压隔离 病房平疫转换中的应用

2 独立新风变风量系统图

该系统由新风机组PAU+变风量空调机组AHU+排风机EF组成。

新风机组PAU由如下功能段组成:进风段+过滤段(粗效G3+中效F5+高中效F8,负压隔离病房模式更换为粗效G3+中效F5+亚高效F9+加热段+冷却段+再热段+加湿段+风机段。

变风量空调机组AHU由如下功能段组成:进风段+混合段+过滤段(粗效G3+中效F5+高中效F8,负压隔离病房模式更换为粗效G3+中效F5+亚高效F9+加热段+冷却段+再热段+加湿段+风机段。

新风机组PAU定频运行,变风量空调机组风机采用变频控制,采用定静压控制或总风量控制。

送风变风量末端,根据房间设定温度做风量调节;回风变风量末端跟随送风变风量末端等值变化;新风变风量末端根据设定模式做风量调节;排风变风量末端根据房间压差设定值做风量调节;排风管和回风管也可合并设置,变风量末端根据房间压差设定值做风量调节。房间压力值由新风变风量末端和排风变风量末端进行控制。

   排风风机采用变频控制,采用定静压控制。

独立新风变风量系统突破传统变风量系统,一个送风参数应对多个房间显热负荷、湿负荷、新风换气次数和压力值的耦合关系。可以有效应对医疗建筑这类,需要同时对温度、湿度、压力、换气次数、新风量做控制的应用场景。

陆琼文等:独立新风变风量系统在负压隔离 病房平疫转换中的应用

3 不同工况h-d

普通病房和非呼吸道负压病房模式

夏季工况:新风WPAU冷水盘管冷冻除湿处理至L,经风机温升后L送入室内,L点根据各房间最大湿负荷确定;回风经AHU冷水盘管等d降温后送入室内,N点根据各房间最小送风温差确定,AHU通常情况下为干工况运行;当房间负荷变小,最小换气次数低于规范允许值时提高送风温度,以保证换气量;

冬季工况:室外新风W冷水盘管等d加热至L,经等温加湿后送入房间。回风经AHU热水盘管等d加热后送入室内,N点根据各房间最大热负荷确定;

 

呼吸道传染病房和负压隔离病房模式

在呼吸道传染病房和负压隔离病房模式下,系统转为全新风直流模式。

夏季工况:新风WPAU冷水盘管冷冻除湿处理至L,经风机温升后L送入室内,L点根据各房间最大湿负荷确定;新风WAHU冷水盘管处理至机器露点,再热后送入室内,M点根据各房间最小送风温差确定;

冬季工况:室外新风W热水盘管等d加热至L,经等温加湿后送入房间。

 

4案例分析

病房条件:某双人病房25m2,室内高度3m,普通病房模式按双床间。

陆琼文等:独立新风变风量系统在负压隔离 病房平疫转换中的应用

4 案例病房示意图

4.1 压力值控制计算

L=0.827×A×P1/n×1.25                               1

房间漏风量按上式计算,其中A是门的漏风面积。以病房为控制对象,当建立-5Pa压差时,新排风量差值为230CMH

4.2 负荷计算

按房间26℃,60%进行复核计算,房间室内全热负荷1230W 显热负荷970W,湿负荷390g/h

4.3 不同模式下的系统参数

7  不同模式下的系统参数

 

新风机组

空调机组

送风VAV

新风VAV

排风VAV

新风量

送风

参数

送风量

新风量

回风量

送风

参数

再热量

m3/h

℃/%

m3/h

m3/h

m3/h

℃/%

w

m3/h

m3/h

m3/h

普通病房

150

16.4℃/90%

450

0

450

20.7℃/82.6%

-

225

150

-

非呼吸道传染病房

225

17.4℃/90%

225

0

225

20.8℃/82.1%

-

225

225

680

呼吸道传染病房

225

225

225

0

20.8℃/82.1%

37

225

225

680

负压隔离病房

225

675

675

0

24.3℃/66.4%

901

675

225

1130

 

普通病房模式:PAU按非呼吸道传染病房进行设计(225m3/h3/h,平时工况新风管变风量末端控制至(150m3/h3/h)。AHU仅室内循环,负担室内显热负荷。当室内负荷变化时,送风变风量末端做量调节。变风量末端最小送风量根据房间换气次数设定。当变风量末端节流至最小开度,AHU不再变频,切换为变送风温度运行。房间压力控制为微正压,排风风机关闭;

 

非呼吸道传染病房模式:PAU定频运行,新风承担全部湿负荷。AHU仅室内循环,负担室内显热负荷。当室内负荷变化时,送风变风量末端做量调节。房间压力控制为负压,排风风机根据室内外压差值做变频控制。

呼吸道传染病房和模式:新风已能承担全部室内负荷,系统切换为全新风直流模式。PAU定频运行,承担全部室内湿负荷。AHU提供剩余新风量,定频运行。送风处理至室内露点温度,通过再热控制室内温度。房间压力控制为负压,排风风机根据室内外压差值做变频控制。

负压隔离病房模式:全新风直流模式。PAU定频运行,承担全部室内湿负荷。AHU提供剩余新风量,定频运行。送风处理至室内露点温度,通过再热控制室内温度。房间压力控制为负压,排风风机根据室内外压差值做变频控制。

 

4 小结

1) 《综合医院建筑设计规范 GB51039-2014》、《传染病医院建筑设计规范 GB50849-2014》、《新冠肺炎应急救治设施负压病区建筑技术导则(试行)》、《新型冠状病毒感染的肺炎传染病应急医疗设施设计标准 T/CECS 661-2020》、《负压隔离病房建设配置基本要求 DB11/ 663-2009》、《ASHRAE 170-2017》对普通病房、负压病房、负压隔离病房的设计要求做了相关的规定。文章对不同类型病房的室内参数、换气次数、新风量、压力控制、气流组织、过滤等级等参数的要求进行了梳理。

2) 介绍了适合普通病房在疫情时期转变为负压隔病房的独立新风变风量系统,该系统可以实现多种模式的切换。并通过案例,分析了各病房模式下的系统参数和控制策略;

3) 独立新风变风量系统规避了传统变风量系统,多房间送风,湿度、新风值被动跟随的问题。特别是医疗建筑对于新风换气次数的要求,变风量系统只能通过调整系统新风比保证最小送风房间的新风量,独立新风变风量系统避免额外造成的新风负荷。

4) 独立新风变风量系统在全新风直流模式下,只有经过AHU机组的新风需要再热处理,且AHU送风参数较PAU高,减少了一定再热损失,具有一定的节能意义。对于全新风直流系统,有较大的冷热抵消损失,可以采用冷源热回收、U型热管热回收技术,减少部分再热损失。

 

参考文献:

[1] GB51039-2014 综合医院建筑设计规范 [S]. 北京中国建筑工业出版社2014

[2] GB50849-2014 传染病医院建筑设计规范[S]. 北京中国建筑工业出版社2014

[3] {《新冠肺炎应急救治设施负压病区建筑技术导则(试行)》[S]. 北京http://www.mohurd.gov.cn/xwfb/202003/t20200305_244280.html2020

[4] ASHRAE 170-2017 Ventilation of Health Care Facilities[S]. America: www.ansi.org, 2017

[5] {T/CECS 661-2020 新型冠状病毒感染的肺炎传染病应急医疗设施设计标准[S]. 北京中国建筑工业出版社 2020

[6] DB11/ 663-2009 负压隔离病房建设配置基本要求[S]. 北京中国建筑工业出版社2010

陆琼文等:独立新风变风量系统在负压隔离 病房平疫转换中的应用

 


 

标签:普通病房 负压病房 负压隔离病房 平疫转换 空调系统 独立新风变风量 
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