淺談UPS 在醫(yī)院中的設(shè)計(jì)和應(yīng)用

肖躍紅

（湖南省建筑設(shè)計(jì)院有限公司，長沙410012）

0 引言

隨著醫(yī)療行業(yè)的快速發(fā)展，醫(yī)療機(jī)構(gòu)內(nèi)各種先進(jìn)的精密醫(yī)療電子設(shè)備也越來越多，因醫(yī)療設(shè)備中許多設(shè)備中斷供電可能會危及患者生命安全，造成醫(yī)院重大經(jīng)濟(jì)損失，故對供電的可靠性要求很高。JGJ 312－2013《醫(yī)療建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》第4.2.1 條中，根據(jù)中斷供電對生命安全、人身安全、經(jīng)濟(jì)損失等所造成的影響程度進(jìn)行了負(fù)荷分級，并根據(jù)負(fù)荷等級的不同，對市政電源進(jìn)線及柴油發(fā)電機(jī)的配置提出了不同要求。 另外，對中斷供電時(shí)間≤0.5s 的一級負(fù)荷中特別重要負(fù)荷，要求應(yīng)設(shè)置不間斷電源裝置（UPS），且宜為在線式。

UPS 不間斷電源（Uninterruptible Power System）是一種含有儲能裝置，以逆變器為主要組成部分的恒壓恒頻電源。 因其具備穩(wěn)壓、穩(wěn)頻、濾波、抗電磁和射頻干擾、防電壓浪涌等功能特性，已成為醫(yī)療建筑供電可靠性的強(qiáng)有力補(bǔ)充，筆者有幸參與了幾個(gè)大中型醫(yī)院的設(shè)計(jì)工作，通過這些項(xiàng)目實(shí)踐，就UPS 如何設(shè)計(jì)進(jìn)行了歸納總結(jié)。

1 UPS 容量及時(shí)間的選擇

計(jì)算機(jī)UPS 裝置的額定輸出功率選擇表達(dá)式如式（1）所示。

SEUPS≥1.2S∑ （1）

除計(jì)算機(jī)外的其他負(fù)載UPS 裝置的額定輸出功率選擇表達(dá)式如式（2）所示。

SEPS≥1.3S∑ （2）

式中，SEUPS為UPS 裝置的額定輸出功率，kVA；S∑為同時(shí)工作的設(shè)備額定容量之和，kVA；SEPS為除計(jì)算機(jī)外的其他負(fù)載UPS 裝置的額定輸出功率，kVA。

醫(yī)院各醫(yī)療設(shè)備對UPS 的容量要求不同，根據(jù)對實(shí)際項(xiàng)目中工藝提資及對多家醫(yī)院設(shè)備的調(diào)研，除有特殊要求外，下列設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)基本能滿足大部分設(shè)備的配置要求：ICU、早產(chǎn)兒室、術(shù)前準(zhǔn)備室、術(shù)后復(fù)蘇室、麻醉室、重癥監(jiān)護(hù)室、血液透析室等按每床2kW 計(jì)算，每床所需UPS 容量計(jì)算如見式（3）所示。

1.3 × 2／0.85 ＝3kVA （3）

產(chǎn)房、燒傷病房、手術(shù)室按每間6kW 計(jì)算，每間房所需UPS 容量計(jì)算如式（4）所示。

1.3 × 6／0.85 ＝9.2kVA （4）

經(jīng)過取整，每間房所需UPS 容量為10kVA／間。

實(shí)際設(shè)計(jì)中，可根據(jù)床位數(shù)或手術(shù)室數(shù)量來計(jì)算所需UPS 總?cè)萘俊?急診搶救室、血液病房的凈化室、大型生化儀器、心血管造影檢查室等場所根據(jù)實(shí)際設(shè)備需要配置UPS。

JGJ 312－2013《醫(yī)療建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》第3. 0. 3 條對自備備用電源供電維持時(shí)間提出了要求：不小于3h，第4. 4. 7 條對應(yīng)急電源為柴油發(fā)電機(jī)組時(shí)，不間斷電源裝置（UPS）的應(yīng)急供電時(shí)間做出了相應(yīng)規(guī)定：不應(yīng)小于15min。 即當(dāng)醫(yī)院采用柴油發(fā)電機(jī)組作為應(yīng)急電源時(shí)，UPS 僅作為保障市電電源與柴油發(fā)電機(jī)電源之間平穩(wěn)切換的過渡電源，其持續(xù)供電時(shí)間不小于15min 即可。 選擇UPS 應(yīng)急供電時(shí)間越長，蓄電池的容量和柜體的數(shù)量將會增加，機(jī)房面積加大，項(xiàng)目投資相應(yīng)增加。

2 UPS 裝置室的設(shè)置及要求

UPS 裝置室的位置設(shè)置需要滿足：（1）宜接近負(fù)荷中心，進(jìn)出線方便；（2）不應(yīng)設(shè)在廚房、浴室、廁所或其他經(jīng)常積水場所的正下方，且不與上述場所貼鄰；（3）當(dāng)蓄電池采用密封閥控蓄電池時(shí)，裝置室與蓄電池室可合并設(shè)置。

在環(huán)境方面需要注意：（1）UPS 裝置室應(yīng)有良好的防塵設(shè)施，室內(nèi)環(huán)境溫度宜在5 ～30℃，相對濕度宜在35%～85%；（2）UPS 電源裝置室應(yīng)根據(jù)蓄電池的安全運(yùn)行條件和標(biāo)準(zhǔn)及對人體的損害程度，設(shè)置通風(fēng)措施；（3）UPS 不間斷電源宜按在線運(yùn)行連續(xù)工作制考慮。

為滿足環(huán)保要求，UPS 不間斷電源裝置的本體噪聲，在正常運(yùn)行時(shí)不應(yīng)超過75 dB，小型不間斷電源裝置不應(yīng)超過65 dB。

UPS 室使用荷載標(biāo)準(zhǔn)值為8 ～10kN／m2，電池室使用荷載標(biāo)準(zhǔn)值為16kN／m2，醫(yī)院UPS 間的電池室與UPS 主機(jī)室一般放在同一房間，故可按16kN／m2給土建提資。

UPS 室在接地中需要注意：（1）接地型式宜與主體工程的接地型式一致；（2）電源輸出端中性點(diǎn)宜接地；（3）接地裝置應(yīng)滿足人身安全、設(shè)備安全及系統(tǒng)正常運(yùn)行的要求；（4）機(jī)房的工作接地、安全接地、防雷接地等各種接地系統(tǒng)，宜共用一組接地裝置，接地電阻按其中最小值確定，一般情況下，取R≤1Ω；（5）各系統(tǒng)的接地應(yīng)采用單點(diǎn)接地，其系統(tǒng)內(nèi)宜采用等電位聯(lián)結(jié)措施；（6）機(jī)房應(yīng)設(shè)有接地干線和接地端子。

3 案例分析

選取兩個(gè)醫(yī)院實(shí)例，提供UPS 不同設(shè)置時(shí)的容量、安裝面積和出線距離的比較，以及設(shè)備投資、維護(hù)管理、可靠性、布線要求、過載能力及運(yùn)行效率等的比較，如表1 所示。

以某三甲綜合醫(yī)院為第一個(gè)例子，其UPS 主要設(shè)置在門診樓的急診搶救室、急診ICU、門診手術(shù)室和醫(yī)技樓的血透室、檢驗(yàn)室、手術(shù)室（含術(shù)前準(zhǔn)備室、術(shù)后復(fù)蘇室和麻醉室）。 門診樓長約220m，寬約50m，其急診搶救室、急診ICU、門診手術(shù)室分別位于大樓不同樓層的兩端；醫(yī)技樓長約195m，寬約57m，血透室、檢驗(yàn)室、手術(shù)室等分別位于不同的樓層，且手術(shù)室占據(jù)其中整層樓。 表2 ～4 是分區(qū)集中設(shè)置、集中設(shè)置與末端分散設(shè)置時(shí)所需UPS 容量、機(jī)房面積及最遠(yuǎn)供電距離的比較。

UPS 分區(qū)集中設(shè)置位置及安裝尺寸 表2

UPS 集中設(shè)置位置及安裝尺寸 表3

UPS 末端分散設(shè)置位置及安裝尺寸 表3

由上述分析可知，該項(xiàng)目功能復(fù)雜，需要UPS供電的設(shè)備多且分散，距離遠(yuǎn)。 如果完全集中設(shè)置，雖然機(jī)房總面積小，但UPS 供電出線距離長（已經(jīng)遠(yuǎn)超低壓電纜供電半徑要求），線損高、壓降大，且出線集中、不利于線路的維護(hù)。 如果手術(shù)室考慮末端分散設(shè)置，雖然每間手術(shù)室所需機(jī)房面積小，供電距離短，但機(jī)房數(shù)量多、總面積大，且該小面積機(jī)房的結(jié)構(gòu)荷載、通風(fēng)條件及環(huán)境溫度等均應(yīng)滿足規(guī)范要求，故UPS 設(shè)備外的投資及后期維護(hù)管理的難度會相應(yīng)增加。 UPS 分區(qū)集中設(shè)置時(shí)，與完全集中設(shè)置相比，所需機(jī)房增多，機(jī)房總面積會有所增加，但各區(qū)域所需面積相對較小，設(shè)置的位置比較靈活，土建條件容易滿足，出線少且距離近，可以深入負(fù)荷中心。 故該項(xiàng)目UPS 機(jī)房采用的是分區(qū)集中設(shè)置。

某二甲綜合醫(yī)院住院樓UPS 的設(shè)置調(diào)研為第二個(gè)實(shí)例，該單體長約42m、寬約34m，血透室、ICU、手術(shù)室及配套設(shè)施分別位于3 ～7 層。 表5 ～7 是分區(qū)集中設(shè)置、集中設(shè)置與末端分散設(shè)置時(shí)所需UPS容量與機(jī)房的面積。

UPS 分區(qū)集中設(shè)置位置及安裝尺寸 表5

UPS 集中設(shè)置位置及安裝尺寸 表6

UPS 末端分散設(shè)置位置及安裝尺寸 表7

由上述分析可知，該項(xiàng)目單層面積小，設(shè)備布置比較集中。 雖然三種設(shè)置方式的配電型式及供電距離等都可以滿足規(guī)范要求，但分區(qū)集中設(shè)置與末端分散設(shè)置的機(jī)房多，機(jī)房總面積大，初始投資高，運(yùn)維管理難度大。 集中設(shè)置UPS 可以減少安裝面積，在與土建配合的前期，要求UPS 裝置室設(shè)在電井旁，可以縮短出線距離，方便UPS 各出線回路的施工及安裝，且集中設(shè)置時(shí)過載能力高，維護(hù)方便。 故該項(xiàng)目UPS 機(jī)房采用集中設(shè)置。

4 UPS 各設(shè)置方式的比較

醫(yī)院的UPS 可集中設(shè)置，可分區(qū)域集中設(shè)置，還可以在醫(yī)療設(shè)備末端分散設(shè)置。 三種設(shè)置方式的利弊如前文表1 所示。

對于大型三甲綜合性醫(yī)院，功能多且復(fù)雜，需UPS 供電的設(shè)備分散，故建議按照分區(qū)（科室）集中的原則設(shè)置；對于小型醫(yī)院，若需UPS 供電的醫(yī)療設(shè)備集中，可在較集中的區(qū)域集中設(shè)置UPS 機(jī)房，從而節(jié)約造價(jià)；對于功能單一且改造的項(xiàng)目，若所需UPS供電設(shè)備少，土建安裝條件難以滿足集中或分區(qū)集中設(shè)置的要求，可考慮采用末端分散設(shè)置的方式。 為方便管理，不論采用何種方式，均建議采用UPS 集中遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，避免由科室非專業(yè)人員維護(hù)UPS。

5 結(jié)束語

隨著醫(yī)療健康產(chǎn)業(yè)的興起，UPS 已經(jīng)成為現(xiàn)代大型綜合醫(yī)院中大量高精尖醫(yī)療用電設(shè)備使用時(shí)不可或缺的一個(gè)組成部分，UPS 的使用范圍將會越來越廣泛，數(shù)量也會越來越多。 如何為醫(yī)療設(shè)備合理、安全、有效的配置UPS，將會是醫(yī)院電氣設(shè)計(jì)的一個(gè)重點(diǎn)。 文中關(guān)于UPS 及相應(yīng)配套設(shè)施的選取還有許多需完善的地方，設(shè)計(jì)時(shí)，可根據(jù)項(xiàng)目需求查找相關(guān)規(guī)范及產(chǎn)品手冊，這里不再贅述。 總之，為重要醫(yī)療場所進(jìn)行電氣設(shè)計(jì)時(shí)，需根據(jù)各項(xiàng)目實(shí)際情況來考慮UPS 的設(shè)置，達(dá)到安全可靠、技術(shù)合理、先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)且設(shè)備易檢修維護(hù)的目的，為患者提供一個(gè)安全舒適的就醫(yī)環(huán)境。