基于避免交叉感染需求的医院通风空调模拟分析

2020-06-29陈兵

建筑热能通风空调 2020年5期

关键词：气流组织污染区压力梯度

陈兵

上海柯衍建设发展有限公司

1 项目概述

该项目位于我国东部地区，总建筑面积为5200 m2，为新建一层建筑，设有病区护理单元、医技单元、接诊区。建筑高度4.5 m。医疗区北侧设有污水处理站、微波消毒间、垃圾暂存库、垃圾焚烧间、液氧站、正负压站房等配套设施（图1）。

设计空调室外参数主要考虑该地区冬季气象条件并考虑预期气候条件，见表1。参照国家相关规范，病房区、医护区、医技区主要房间冬季室内设计温度为18～22 ℃，主要病人及医护通道的设计温度不低于18 ℃。

图1 医院传染科建筑示意图

表1 设计空调参数

为避免交叉感染，病房区、医护区、医技区的主要房间均采用热泵型分体空调[1]。医技区负压检验、负压ICU、负压手术室采用直膨式全空气型净化空调机组全新风运行，送风管道设有电加热器。电加热器设置分档调节并采取无风断电保护措施。

2 设计方案

空调系统的冷负荷计算方法采用逐时冷负荷计算法，空调冷负荷包括围护结构传热形成的冷负荷、室内工艺设备、人员、照明等散热形成的冷负荷和新风冷负荷。由于该病房门的密闭性较好且无窗，因此空调系统的热负荷仅考虑围护结构的耗热量。空调系统的湿负荷仅考虑人体散湿负荷。

病房区主要由安置病人的负压隔离病房及其卫生间、缓冲间、医护人员通行的走廊等部分组成。病房区采取压差控制措施，保证气流从半污染区→污染区方向流动，病房维持-10～-15 Pa，相邻房间维持不小于5 Pa 的压力梯度。病房与医护走廊的墙面上装有显示不同区域压力差值的微压差计，便于医护和维护人员实时观察房间压力梯度与送排风系统运行是否正常。

污染区、半污染区分别设置独立的送/排风系统，风机采用低噪音高效离心风机箱且一用一备，排风口至距地4.5 m 以上。设计将5～6 间病房及其卫生间合用一套送/排风系统，极大的方便了系统调试，同时有效保证了压力梯度，风机风量的合理控制也避免了风机运行噪音和振动对病房人员的影响。

漂浮在空气中或附着在灰尘颗粒上的病菌会附着在空调机组的盘管上，并随冷凝水排出，这些病毒可能导致人员致病。因此空调的冷凝水不应单独散排至室外，均分区集中收集，并应随各区污水、废水排放集中收集。

在通风空调设计中采用有序的压力梯度控制措施，合理控制气流流向，不同污染等级区域压力梯度的设置应符合定向气流组织原则，应保证气流从清洁区→半污染区→污染区方向流动。医护区相对传染区为正压，控制负压隔离病房、负压检验室室内负压值，避免洁净空气与污染空气的交叉，减少相互感染概率，有效阻断病毒传播，保证医护人员安全健康。负压隔离病房最小换气次数为12 次/h，污染区最小换气次数为6 次/h，清洁区最小换气次数为3 次/h。

所有区域送风系统设粗、中、高三级过滤保证送风洁净度[2]，同时应采取有效的空气净化消毒措施，最大限度降低负压隔离病房等污染区的排风对周围环境的影响。送风过滤单元、排风高效过滤器前后设置压差检测、报警装置，当压差数值超过设定值时传感器报警，相应进行设备更换。

3 建模及分析

为检验病房气流组织设计效果，以冬季工况为例，本文对病房的气流组织进行了模拟及分析。

模型描述：建立5.6 m×3.1 m×2.7 m（长×宽×高）的病房空间，2 张单人床尺寸为2 m×1 m，床头柜尺寸为0.6 m×0.6 m×0.6 m，分体空调室内机尺寸为1.0 m×0.4 m×0.32 m（长×高×深），房间采用上侧送风下侧排风的通风系统，2 个送风口尺寸均为Ф150，排风口尺寸400 mm×400 mm，模型如图2 所示：

图2 病房建模图

本文设计房间上部单个送风口送风量为250 m3/h，总送风量为500 m3/h，送风温度为20 ℃，水平送风。下部排风口排风量为700 m3/h，水平排风。分体空调风量为1000 m3/h，送风温度为30 ℃，斜向下45°出风。内墙和外墙分别依据房间温度和环境温度采用等壁温边界条件，计算中不考虑辐射模型。假设病人平躺时头部的高度为0.6 m，通过模拟得到病房的速度场和温度场结果如图3、4 所示。

由图3 可以看出，病人平躺时，头部处的速度为0.25～0.35m/s，满足舒适度要求。且整个病房内气流速度均匀，流向清晰。采用上送下回的气流组织形式，有利于改善工作区的空气质量，保证气流从低污染区域流向高污染区域，能够形成有利于实验人员安全的气流组织。但是，此种气流组织容易造成排风过滤器后面的操作空间过小，无法进行检漏，确保生物实验室的安全。应当在设计排风口位置是充分考虑排风过滤器检漏的操作空间。