MRI暖通空調系統設計及注意事項

劉少慶

上海市衛生建筑設計研究院有限公司

0 引言

MRI（磁共振成像，簡稱磁共振）是利用原子核在磁場內發生共振產生的信號來成像，以顯示人體層面解剖和某些病理、生理變化的成像技術。MRI檢查既無電離輻射，無放射線對人體的損害，也無創傷，檢查時沒有任何痛苦，對人體安全，因此為越來越多的醫師和患者所認可。近年來，MRI檢查技術在醫院影像科應用日益廣泛，MRI已成為大中型醫院建設影像科中的必備科室。作為一名專業從事醫院暖通空調的設計人員，必須對MRI有充分的了解，致力于為MRI的運行提供合理的環境條件，滿足MRI良好運行的需要，延長設備的使用壽命，并降低設備的運行成本。本文通過對近年來醫院MRI區域暖通空調設計進行總結，希望能對從事醫院暖通空調設計的同行有所啟發及幫助。

1 暖通空調系統設計

MRI根據磁體的形成可分為永磁型（天然磁石構成）、常導型及超導型三種，機身磁場的容量從0.2～3T（Tesla，1T=10000高斯）[1]。常導型因其耗電量大目前已基本不再使用；永磁型因其重量較大，很難達到1T場強，實際應用也較少；超導型磁體在超導狀態下，電流流過導體時沒有電阻損耗，磁場極為穩定，目前應用最為廣泛，尤其以磁場容量1.5T、3.0T超導型MRI應用最多[2]。筆者近年來參與設計的基本均為這兩種磁場容量的超導型MRI。本文也是基于超導型MRI所需的暖通空調系統設計進行闡述。

1.1 空調系統

1.1.1 房間溫濕度

整套MRI系統需包括磁體間（掃描間）、操作間（控制室）和設備間。參照規范及設備廠商資料，建議房間溫濕度如表1：

表1 房間溫濕度建議值

1.1.2 設備散熱量

就房間設備的散熱量而言，各個廠家的設備發熱量有較大差異，而且，隨著磁場容量的增大發熱量也越大。磁體間設備散熱量在2～4.5 kW之間，操作間設備散熱量在1～3.5 kW之間，設備間設備散熱量在12.5～22.5 kW之間。在前期與醫院建設方溝通時最好能得到院方提供的設備資料，如不能確定，建議按照散熱量較大值計算，待提供資料后調整。另外，磁體間每年有兩次檢修，此時設備散熱量也在4 kW以上，這些在空調設計時都應予以考慮。

1.1.3 空調冷熱源

隨著MRI診斷技術在醫療中的廣泛應用，加上MRI診斷時間較長，其工作時間較正常門診時間可能提前或延遲[2]。MRI一般多與CT、X光等放射影像科設置在一個區域，且MRI多為內區房間，設備發熱量較大，故空調負荷變化與醫院大系統的負荷特性不一致。為了滿足醫護人員及病人的舒適性和醫療設備的正常運行的需要，一般需設置獨立的冷熱源。

圖1 風冷恒溫恒濕空調系統安裝示意圖

磁體間和設備間可設計合用一套或分別設計一套直接蒸發式風冷恒溫恒濕空調系統，但無論合用一套系統還是兩個房間各自設計，為增加設備運行的穩定性，都需考慮備用（采用雙壓縮機的空調機組或機組一用一備）。目前，磁體間和設備間的空調基本都是由MRI設備廠家一起設計施工，采用一套雙壓縮機組的風冷恒溫恒濕空調機組，空調機組放置在設備間內（如圖1所示）。我們在設計時需預留該機組的用電量，約40 kW。操作間可與MRI區域所屬的等候、更衣間等區域一并采用變制冷劑流量的分體多聯空調（熱泵）系統。

在進行空調設計時還需注意，設備散熱量均為顯熱量，而現在機組標注的冷量均為全冷量（包括顯冷和潛冷），所以在選擇機組時需考慮一定的富余量，選擇顯冷比較大的機組，使顯冷滿足散熱量的需求。

1.2 通風系統設計

1.2.1 房間的新風、排風

MRI所屬房間的新風、排風系統按換氣次數不小于2次/h設計。如磁體間與設備間設計合用一套空調系統，磁體間的新風也可送至設備間，與空調機組的回風混合后再送至磁體間。

1.2.2 磁體間的事故通風

超導型MRI為維持超導狀態，必須將超導線圈放在杜瓦罐中浸入液氦，液氦的溫度為4.7K。為減少液氦的蒸發消耗，在其外面的圓筒中還要設置液氮（77.4 K）緩沖層。為了防止氦氣及氮氣泄露到房間影響病人的安全，MRI磁體間需安裝事故通風系統。事故通風的排風量按換氣次數不小于12次/h計算，并與2050 m3/h（設備廠商要求的排風量）比較，取大者。事故通風的排風口應裝在失超管附近的吊頂最高處。事故通風的開關需兩路，一路安裝在磁體間內屏蔽門旁，一路安裝在操作間操作臺旁，兩路開關均可控制事故通風機的啟停。

永磁型MRI不需要液氦冷卻，故不需要設計事故通風及下面的失超管。

1.2.3 磁體間的氣體滅火后通風

磁共振設備屬于精密醫療影像診斷設備，設備價值巨大，普通噴淋滅火系統會對設備造成巨大損壞，故MRI磁體間需采用氣體滅火系統（非磁性），所以還需設計氣體滅后通風系統。氣體滅火后通風按換氣次數不小于5次/h計算，可與事故通風合用一套系統。氣體滅火采用的氣體一般均較空氣重，故氣體滅火后通風風口需設置在房間下部,風口下緣至地面距離不應大于0.3 m，通過風管上安裝的電動閥與事故通風調節切換（如圖2所示）。因采用氣體滅火系統，故進入磁體間的風口均需加裝電動閥，確保氣體滅火時房間處于密閉狀態。

圖2 通風系統安裝示意圖

1.2.4 失超管設計

為了確保磁體在失超時能將大量的氦氣排到室外，磁體間還需要安裝失超管。失超管的管徑應不小于250 cm[3]，并要盡可能直的通向安全的室外。從磁體接口到室外出口的總壓降要小于117 kPa，轉彎半徑至少是直徑的1.5倍。失超管在失超的情況下最大有可能達到250 kPa的壓力，故對失超管的管材料厚度有嚴格要求，如使用鋁管，其管壁厚度不應小于3 mm；如使用不銹鋼管，其管壁厚度不應小于0.7 mm。另外因為失超管內的氣體溫度最低可達到-268℃，所以失超管必須保溫，保溫層厚度不應小于75 mm，且失超管需保持一定的坡度（內高外低），以避免因內外溫差可能產生的冷凝水順著管道流入磁體的內部，對磁體帶來嚴重損害。失超管的室外出口因要防止雨、雪、老鼠等異物進入，需安裝防雨百葉及防鼠網等，故失超管的出口面積宜為管截面的兩倍。側墻出口處的失超管出口需高出地面3.66 m，屋頂出口處的失超管出口需高出屋面0.9 m。失超管的出口距離新風機房的新風口至少3 m。

1.3 設計注意事項

MRI磁體間存在強大的磁場，金屬鐵離子可能影響圖像質量，甚至影響正常的診斷，故進入磁體間的所有通風管道及其他配管都必須采用非磁性材料，如不銹鋼、玻璃鋼、鋁合金、聚乙烯等，而不用能一般鋼材[4]。

MRI磁體間還需要進行射頻屏蔽，以阻止外界射頻源的干擾[5]。進入磁體間的所有通風管道均需安裝無磁鋁制波導通風窗，保證空氣流通的同時阻止電磁波的穿越。

2 與其他各專業間的銜接配合

目前，很多設計人員認為MRI空調系統設計可全部交給MRI設備供應商，事實上這種觀點是不對的。因前期一般并未確定設備廠商，所以很多專業間的配合問題還是需要暖通專業設計人員予以充分考慮：

1）與建筑專業的配合：需與建筑專業確定風冷恒溫恒濕機組外機位置是否影響交通及整體布局。另需確定失超管外氣口位置，失超管外氣口出口周圍3 m及噴出口前方6 m范圍內均為限制區，應限制人員進入該區域，如條件有限，可考慮扭轉外氣噴出口方向。

2）與電氣專業的配合：除本身設計的空調新、排風設備、事故通風及操作間空調等外，還需注意廠商提供的風冷恒溫恒濕空調機組的用電量。該機組用電量約為40 kW。

3）與給排水專業的配合：因恒溫恒濕空調機組放置在設備間，需預留一個DN20的給水管至設備間，以便提供恒溫恒濕機組加濕用水；另外還需在設備間預留一個空調地漏，供空調機組冷凝水排水使用。

只有前期考慮好這些問題，才能為MRI廠商設計施工提供更便利的條件。

3 結論

綜上，MRI暖通空調系統設計主要有以下工作重點：

1）MRI空調系統宜采用獨立冷熱源，磁體間及設備間空調采用恒溫恒濕空調機組，且需考慮設置備用機組（或采用雙壓縮機機組）。

2）MRI磁體間通風需考慮平時排風、事故通風、氣體滅火后通風及失超管設計。

3）MRI磁體間需考慮磁屏蔽及射頻屏蔽。

4）MRI區域空調設計部分仍需暖通專業設計人員配合，不宜全盤交由MRI供應商設計施工。