負壓病房風壓自控系統設計

張 哲， 張曉萍， 顏宏勇

(1. 啟迪設計集團股份有限公司，蘇州 215021； 2. 蘇州大學應用技術學院，蘇州 215325)

0 前言

負壓隔離病房可以說是對抗如新冠肺炎等具有強傳染性的疾病、救治傳染病人最重要的防線之一。負壓病房風壓控制系統通過將病房內部產生的帶有污染性的空氣經單獨排氣凈化消毒組排出外界，可保證醫患人員都能得到充足潔凈的空氣供給。本文著重介紹負壓病房風壓控制系統的設計原理、系統構成和設計方案。

1 負壓病房風壓控制系統設計原理

1.1 空調通風系統簡介

為了防止在各個傳染病區病毒的交叉感染，負壓病房裝設有區別于普通病房配備的常規空調制冷及通風系統，潔凈區、半潔凈區、污染區均為室內新風空調系統，并配備獨立的消毒裝置。新風空調系統將室外的新鮮空氣引進，經過一個特殊的空氣處理器及風扇過濾，并且進行機械送風，其排風機和排風口的設計要求是非常嚴格的。只有進行過多層高效過濾并且過濾后的空氣質量達到細菌總數小于500cfu/m3的限度要求之后才可以進入到負壓病房的內部。同時在負25Pa的內部氣壓之下，不會給患者正常的呼吸功能造成影響。

1.2 空調通風系統的設計要求

(1)每個負壓隔離病區應設置獨立的空調排風系統，24h連續運行。

(2)每個負壓隔離病房均需采用全新風直流式空調系統，采用全新風直流式空調運行，如果改造項目現場施工時間緊張，可以改造既有建筑的部分回風空調系統，但必須在回風段設置有高效的空氣過濾器來保證新鮮空氣的流入。

(3)負壓隔離病房通風系統的送風機與排風機應聯鎖控制。當通風系統啟動時，應先啟動系統排風機，再啟動送風機；停機時，應先停機系統送風機，后停機系統排風機。

(4)室內氣流應做到一側送風，另一側(靠近床頭)排(回)風，形成方向性氣流，避免氣流回流發生，造成污染。

(5)負壓病房保持恒溫在20～27℃之間，相對濕度30%～60%之間。具體的原理圖如下圖1所示。

圖1 空調系統工作原理圖

1.3 負壓病房壓差控制要求

壓差梯度(圖2)是指負壓隔離病房不同的功能區域中不斷遞增的負壓的程度，在差值的控制之下，使得每個區域保持在一個合理的范圍之內，確保空氣可以從低污染的區域向高污染的區域擴散。對于醫護人員的工作通道相對病房和衛生間而言，緩沖區的空氣壓力相對病室正壓一般≥10Pa。在緩沖區內的空氣壓力相對患者衛生間≥15Pa，公共治療區內的空氣壓力相對緩沖區≥15Pa，而公共治療區內的空氣相對室外≥10Pa。

圖2 壓差梯度示意圖

2 負壓病房風壓自動控制系統的組成

負壓病房風壓自動控制系統由實時現場風壓數據監控、屋頂風機運行狀態監控和上位機遠程監控系統組成，能實時監控現場風壓壓差數據，同時實現屋頂風機遠程監控和人機交互等功能。負壓病房風壓監控系統架構如圖3所示。

圖3 負壓病房風壓監控系統圖

2.1 實時現場風壓數據監控

負壓病房內的溫濕度模塊和空氣壓差模塊可以采集現場溫濕度、現場氣壓值，并將數據傳輸到PLC控制器，通過與設定的參數比較，調節室內溫濕度和氣壓情況，形成自動變頻調節控制；也可通過上位機實現遠程控制。病房內所有溫濕度、氣壓值數據，風機運行情況、氣密閥門控制情況等，都實時顯示在上位機人機界面上。

2.2 屋頂風機運行狀態監控

屋頂機房控制系統程序正常運行時，風機運行指示燈點亮、排風風機啟動、回風風閥打開，將室內污染空氣吸入過濾裝置并排出，接著進風風閥打開，吸入初步過濾后的新鮮空氣，并經進一步過濾后注入病房。檢測模塊實時監控壓差值、風機運行狀態和過濾器工作狀態。當新鮮空氣補充完成后，便自動關閉風機。檢測裝置出現故障時，可通過手動控制現場設備動力柜來實現運行方式的手自動切換。

2.3 上位機遠程監控系統

上位機監控系統監控各DI/DO、AI/AO點數值與實際動態變化，畫面動態顯示溫濕度參數和設備運行狀態。病房數據采集、計算處理、紀錄、保存、傳送等一系列操作，都通過控制器傳送到上位機并顯示。當系統中出現故障時，自動生成報警報表。

3 主要控制系統及設備選型

3.1 中央監控軟件

本系統采用iFIX軟件進行系統組態和可視化界面開發，可在監控中心上位機遠程監視和控制負壓病房風壓。另外，系統還包含用戶登錄界面、病房內部風壓監控平面、風機設備監控平面和故障報警界面等。可以全面反映風機、電磁閥的工作狀態和病區各區域風壓當前值，并記錄風壓歷史值；當設備發生故障或風壓異常時，系統可發出報警；監控人員可在上位機控制風機啟停、閥門開關等，遠程調節風壓。

3.2 現場控制設備

現場控制器通過壓差傳感器持續測量和控制病室與緩沖間或走廊之間的壓差。如果病室壓差變小，控制器將快速調節(開大)病室變風量排風閥門直至病室負壓達到設定值；如果病室負壓增大，此時控制器將調節(關小)病室變風量排風閥門直至病室負壓達到設定值。定送變排系統初投資和運行維護要求較定風量系統要高，但智能化程度要高可以實現集中監視與控制，同時在節能方面也會有一定的優勢。在調試階段，定送變排系統可以通過自控手段實現相對精確的壓力梯度控制，但需要注意的是，壓差傳感器的取壓點需要慎重選擇，避免在氣流擾動區域取壓以減少系統的波動及震蕩。

采用直接壓差法(閉環控制)控制壓差時，選用文丘里閥的優勢并不明顯，文丘里閥的特點是氣流控制響應快、控制精度高、可調比高。考慮到定送變排系統風量調節的范圍并不大，采用變風量蝶閥通過閉環壓力控制也能實現較高的控制精度，如需帶流量測量和流量反饋時，閥門選型時按照流速4～6m/s選擇也能達到±5%的測量精度。

4 結束語