浅析医疗建筑中空调系统的负荷计算和冷热源选择

近年来，医疗建筑逐步从小规模的专科性医院向大规模的现代化综合性医院迈进，复杂的综合医院建筑对设计有了更高的要求，医疗建筑采用怎样的空调方案更为合理？笔者结合近几年从事医疗建筑的空调设计实践经验，从空调负荷计算和冷热源配置两个方面对医疗建筑中的中央空调系统方案选择进行浅析。

1、空调系统的负荷计算

在医疗建筑中，大型医疗设备散热（例如X光、CT、MRI、DSA等检验设备）、实验区的通风柜、生物完全柜等特殊医疗工艺通风需求、手术部医疗工艺空调需求，人员密度等对空调负荷计算有着很大的影响。因而，在医疗建筑的空调负荷计算中，除了与普通公共建筑相同的维护结构负荷、人体负荷、照明负荷、新风负荷外，而且还要考虑医疗建筑中以上几个方面的特殊负荷。

1） 医疗设备散热对空调负荷的影响。医疗建筑的影像科内设置了各种医疗检验设备，其中不少设备要求在恒温恒湿的环境下工作，有时室内的环境会对检验结果的准确性、可靠性和时效性产生直接或间接的影响，这些设备的散热对空调负荷计算有着直接的影响。以某一医院的影像科及检验科的医疗设备为例进行说明：

科室 设备名称 设备散热量kW 设备台数 总散热量kW 
 
2） 实验用通风柜及生物安全柜的通风需求对空调负荷的影响。医疗建筑中的检验科、病理科是一个综合性的实验诊断科室，其内部各个工作区之间存在着有序的气流组织及严格的压力梯度，影响气流组织和压力梯度的关键因素是各个实验区的通风柜和生物安全柜的工作状态，为了满足气流组织和压力梯度以及室内温湿度的需求，就要不断补充经空调机组处理的新风，这就直接影响了空调系统的负荷。静脉配置中心的药物配置间内万级净化区也设置了大量的生物安全柜。以某一医院各科室设置的通风柜和生物安全柜为例来进行说明: 
 
3）手术部，ICU等净化空调系统对空调负荷的影响。手术室的环境要求：温度22~25℃，湿度40~60%，5次/h以上的新风量、18次/h以上的换气次数。一个Ⅰ级手术室常规的两种空调处理过程如下： 
 
从手术室空气处理过程可以看出，为了满足手术室环境要求，无论哪种空气处理过程，均存在着巨大的再热负荷（再热负荷是手术室工艺性空调系统与普通舒适性空调系统的主要差别之一）。现代化的综合医院规模较大，手术室的数量较多，其巨大的再热负荷在医疗建筑的空调负荷中占着很大的比重，再热负荷约占净化空调系统冷负荷的30~50%。如何改进净化空调系统的空气处理过程，降低再热负荷，是值得空调设计师们探讨的一个问题。

4）人员密度对空调负荷的影响。人员密度值是空调设计非常重要的基础数据之一, 其对空调末端容量、室内通风量、空调系统的负荷均有着一定的影响。调查发现医院某些部位的实际人员密度值远高于设计时的门诊量, 特别是急诊室、急症观察室、候诊室、门诊挂号大厅等，且在同等门诊量的医院中又以儿童医院的实际人员密度最大。以下经验数据供参考: ［1］

① 急诊诊室：当班医生数* 3.0人/ m2；

② 候诊区：1.25人/ m2；儿童医院候诊区：2.0人/ m2；

③ 输液室、观察室： 1.5人/ m2；儿科输液室、观察室：2.0人/ m2；

④ 门诊挂号大厅：1.0人/ m2；

2、 空调冷热源的配置

医疗建筑的行政办公区、门诊区均为八小时工作制，而急诊区、手术区、ICU及住院区均为二十四小时工作制，一些医疗设备介入检查区（如CT，MRI、DSA、X光、B超等）则需要早期供冷供热区域，在选择空调系统的冷热源时要兼顾这些需求。

现代医疗建筑规模较大，空调系统冷热源通常集中设置。冷热源的选择除了要考虑空调冷热机组的配比为“大小”兼顾以满足空调最大负荷和部分负荷时系统均能高效运行外［2］，还要考虑以下几个方面：

1）医疗建筑的空调负荷特性呈现夜晚负荷较低，白天负荷较高的显著特点，该负荷特性与电力负荷有明显的一致性，因而对于实施峰谷分时电价政策的城市或地区，可以利用夜晚不供冷的制冷主机进行蓄冷，所蓄冷量替代部分制冷主机作为白天用电高峰时段空调系统的冷源。该种系统不但降低了空调系统的装机容量，且其运行费用比常规空调系统低，分时电价差值越大，运行费用越低，得益越大。在蓄冷系统中，空调装机容量减小，设备满负荷运行的比例增大，设备利用率提高，节能效果明显；同时空调装机的减小也降低了空调用电负荷对电网系统的冲击，所以，蓄冷系统在医疗建筑中的应用有着很好的经济效益和社会效益。［2］［3］

蓄冷系统还可以作为手术部的备用冷源，提高了手术部空调系统的可靠性。

2）在医疗建筑中，中心供应的高温消毒及净化区域空调系统的加湿是热源选择中必须要考虑的一个重要方面。中心供应的高温消毒一般采用压力蒸汽灭菌器或电力蒸汽灭菌器，相比电力蒸汽灭菌器（是用电来加热水产生蒸汽）而言，压力蒸汽灭菌器的能耗要低得多；净化空调系统的加湿分为电加湿和二次蒸汽加湿两种方式，二次蒸汽加湿是利用蒸汽作为热源加热水产生蒸汽来作为空调系统的加湿，该方式比电加湿方式能耗小得多；另外，作为现代化医院，厨房的规模也较大，存在多个蒸汽用汽点。综合这几个方面，在没有市政热源时，可以采用燃气蒸汽锅炉作为医疗建筑的热源，以降低能源的消耗。

3） 对于关乎生命的手术部、ICU等区域，其净化空调系统对冷热源的要求：稳定、安全、可靠；洁净手术部的维护结构较为密闭，即便在过渡季节，空调系统也有同时供冷供热的需求。为此，手术部、ICU等净化区域通常选择独立的冷热源，例如采用带热回收的模块化热泵机组，回收热量作为空调系统的再热热源，避免了电力作为再热热源的巨大能耗。该种系统安全可靠、灵活方便，且在过渡季节有着较高的能效。

4）对于医疗设备介入检查区，有早期供冷供热的需求，通常也选择独立的冷热源，以提高空调系统的灵活性和可靠性。CT、MRI、DSA等大型医疗设备本身要求恒温恒湿的环境条件，一般采用恒温恒湿机组作为该区域的冷热源（考虑到项目资金，也可采用多联机系统）；对于X光、B超中心一般采用多联机系统。

结语

在经济起飞百业蓬勃发展的同时，医疗建筑的大型化使得空调系统的方案选择比普通的公共建筑更为复杂，合理的空调设计方案不仅为医疗建筑提供一个安全、健康、稳定的环境，更能为缓解能源资源日趋紧张的局面提供一定的措施。本人在就近年关于医疗建筑暖通空调系统设计积累了一些经验和资料，供大家在工作中参考，并期待着能有更合理的空调方案和节能措施应用在医疗建筑中。