某傳染病醫院平疫結合設計中通風系統的配置及運行分析

汪 順 李俊昆 楊亞博

（云南省設計院集團有限公司 昆明 650000）

0 引言

呼吸道傳染病醫院在疫情未發生時的使用率較低，經濟性較差，社會資源浪費；本次疫情發生時，利用普通醫院轉換成呼吸道傳染病醫院的項目，存在轉換難度大、轉換周期長、可靠性低等問題。而“平疫結合”傳染病醫院致力于解決此類問題，同時也給暖通專業提出新挑戰，“平疫結合”通風系統既需要在非疫情時適用于平時運行工況，也需要滿足疫情發生時轉換過程的應急響應以及轉換后的安全性和可靠性，同時還要兼顧其平時運行的合理性和經濟性[1]。

1 項目概況

本“平疫結合”傳染病醫院設計床位數100 床，建筑面積約為10000 平方米，為地上5 層建筑，其中1 層為門急診、醫技功能，2～4 層為標準住院護理單元，5 層為負壓手術室、ICU 及隔離病房，建筑高度：23.2 米。項目地處云南省滇東高原北部，氣候分區為溫和地區，月平均最高溫度為23.6℃，最低溫度為0.8℃，具有典型的溫帶氣候特點，根據相關規范及設計導則[11]要求，該項目通風系統可不經過熱濕處理，夏季充分利用低焓值室外空氣帶走室內余濕余熱，僅預留冬季新風預熱段，應對疫情時極端氣候條件下的運行工況。

2 設計要點

該項目通風系統室內設計參數如表1 所示。

表1 “平疫結合”傳染病醫院暖通設計參數Table 1 HVAC design parameters of"combination of normal time with emergency"infectious diseases hospital

為了使觀點論述、結果分析較為直觀，本文主要以標準住院護理單元（第三層）通風系統為研究對象，通過整理分析“平疫結合”通風系統計算數據，對平時作為非呼吸道傳染病病房使用，疫情轉換為呼吸道傳染病病房使用的“平疫轉化”設計思路、系統運行能耗分析及通風系統運行策略進行分析。

如圖1 所示為“三層通風平面圖”，按照建筑“三區兩通道”布置原則，該層共設置4 套機械新風系統，其中：GX-3-1 為半污染區新風系統，GX-3-2、GX-3-3 為污染區新風系統，GX-3-4 為清潔區無窗房間及衛生通過區新風系統；設置3 套機械排風系統，其中，GP-3-1 為半污染區排風系統，GP-3-2、GP-3-3 為污染區排風系統。

圖1 三層通風平面圖Fig.1 Ventilation plan view of the third floor

為確保疫情時期通風系統風量平衡及受控區壓力梯度調試的可控性，同時兼顧作為平時非呼吸道傳染病醫院運營時通風系統運行控制的靈活性，本設計所有通風系統采用小系統通風類型，且保證各區域送、排風系統一一對應聯鎖方式，圖2 所示為第三層送風系統GX-3-3 及排風系統GP-3-3 流程圖，疫情狀態：送風系統經初、中、亞高效三級過濾處理后送入室內，排風系統經過高效過濾處理后高空排放至室外；平時狀態：送風系統經初、中二級過濾處理后送入室內，排風系統直接高空排放至室外。

圖2 送風系統GX-3-3、排風系統GP-3-3 流程圖Fig.2 Flow chart of air supply system GX-3-3 and exhaust system GP-3-3

為滿足疫情時期負壓病房壓力梯度要求，病房機械通風系統設計時采用“定送變排”方式，如圖3 所示為標準病房單元送、排風平面圖示，從圖中可以看出，各病房新風支管設置雙穩態定風量閥，排風支管設置變風量閥，雙穩態定風量閥可實現“平疫轉換”不同送風量的快速切換，而變風量閥可通過房間壓差傳感器反饋值，自動調整病房排風量恒定房間壓差，同時兩套閥門均具有密閉消殺工況下的遠程關斷功能，既能保證系統平時運行的安全穩定、也能縮短轉換周期滿足“平疫結合”的應急響應時間。

圖3 標準護理單元送、排風平面圖Fig.3 Air supply and exhaust system plan view of standard nursing unit

3 運行分析

“平疫結合”設計要求中，通風系統應按疫情標準設計，主要通風設備、管道及配件均應滿足疫情工況下的配置要求，然而實際建成后的傳染病醫院通風系統必將長期在平時（非疫情）工況下運行，因此確保整個通風系統在平、疫不同工況下運行的穩定性和節能性成為設計的重點、難點。

3.1 風機選型分析

風機性能曲線（P-Q曲線）可以用一個二次曲線來描述：

其中，P為風機壓頭或系統總阻力；Q為運行風量；A，B，C為與風機有關的常數。

設計采用風機變頻設計，風機變頻后性能曲線發生移動，由于風機結構不變，風機性能曲線的形狀不發生變化。變頻后風機的性能曲線變為：

其中，ζ為變頻后頻率與變頻前頻率的比值。

以排風系統GP-3-3 管網特性曲線為例，通過對平、疫兩種狀態下系統管網特性曲線進行計算分析。得出如圖4 所示的平、疫兩種狀態下系統管網的特性曲線，從圖中可以看出，從平時狀態向疫情狀態轉換后，由于換氣次數不同，系統風量會增加，同時疫情狀態下增加的過濾段會導致管網阻力進一步變大，管網阻力特性曲線變陡峭。

圖4 風機在管網系統中變頻工作Fig.4 Variable frequency operation of fan in the pipe network system

結合上述公式計算結果，可得出排風系統GP-3-3 風機在“平疫轉換”后兩種狀態運行工作點如圖4 所示，通過結合兩種狀態下風機運行性能參數，如圖5、圖6 所示，從圖中可以看出，平時風機工作點處于低轉速運行，疫情風機工作點處于高轉速運行，通過調節轉速和功率完成系統“平疫轉化”要求。設計選用變頻風機分別在平、疫兩個工作狀態點運行時，由于局部房間的閥門動作或過濾器積塵均會導致了系統阻抗發生微小變化，由于變頻器的作用，風機工作狀態點可根據管網特性曲線的變化，自適應調節，滿足系統風量及壓力運行要求，確保不同運行狀態點下系統運行的穩定性。

圖5 平時風機運行性能參數Fig.5 Operation performance parameters of fan at normal times

圖6 疫情風機運行性能參數Fig.6 Operation performance parameters of fan at emergency times

3.2 通風系統運行能耗分析

按照上述原則進行風機選型后，結合風機性能參數，以標準層通風系統為例，對該層系統平時及疫情兩種狀態下進行系統風機用電功率及運行能耗進行粗略分析計算。具體計算結果如表2、表3所示，從表中可以看出，由于考慮“平疫轉換”結合設計后，兩種狀態下系統風量及系統壓力變化較大，導致送、排風風機運行功率變化也非常大。

表2 標準層送風系統運行參數及費用分析Table 2 Operation parameters and cost analysis of air supply system at the standard floor

表3 標準層排風系統運行參數及費用分析Table 3 Operation parameters and cost analysis of exhaust system at the standard floor

結合本項目各通風系統及風機性能參數，若按商業用電0.8 元/度計算，可得出標準層平、疫兩種狀態下風機全年運行費用估算，如圖7 所示為該層通風系統全年運行費用對比，可以看出平時送風系統與疫情狀態相比較，平時運行費用為疫情時期的43.8%左右，而平時排風系統與疫情狀態相比較，平時運行費用為疫情時期的19.0%左右。單從通風系統上就可以看出，若設計不考慮平、疫狀態不同設計參數要求，盲目的按照疫情標準設計，而忽略該系統大部分時間作為平時狀態使用，人為提高平時使用的標準，會大大提高醫院后期的運營費用，同時也造成資源浪費。

圖7 標準層風機全年運行費用估算對比Fig.7 Comparison of annual operation cost estimation of fan at the standard floor

4 結論建議

綜合上述分析，筆者認為“平疫結合”設計不能盲目的以滿足疫情需求為主，反而應該多考慮平時使用需求，兼顧向疫情轉化條件。

（1）在滿足疫情時期使用需求的前提下，設計應盡可能考慮平時使用需求，合理劃分設置通風系統，可實現平、疫轉化安全、節能運行，從而提高醫院平時運營效率。

（2）從項目選型分析可看出，風機平、疫時期運行工況點相差甚遠，在設計中應充分分析系統不同狀態下的實際情況，以什么狀態作為風機額定工況點，還需結合風機特性進一步深入分析，確保風機高效節能運行。

（3）平時作為非呼吸道傳染病房使用時，應充分考慮各醫療功能區域使用需求，盡可能按樓層及通風系統覆蓋區域合理規劃醫院各科室使用分布，減少通風系統低載或空載運行，節省運行費用。