韦国龄, 孙 峰

(1.华东建筑设计研究院有限公司, 上海 200011;2.上海戴文工程设计有限公司, 上海 200433)

0 引 言

近年来,为解决人民群众日益增长的就医需求,很多城市中心的老旧医院纷纷进行升级换代,受限于空间布局的限制,局部进行改建和扩建成为主流。本文以某市中心医院改扩建项目为例,对供配电系统、变电所设置、应急电源设置、照明系统设计进行阐述。

1 工程概况

本工程创建于1915年,是当地规模最大、设施最先进,集医疗、教学、科研和管理于一体的三级乙等综合医院。总用地面积约7.5公顷,建筑面积约11万m2,总床位数1 000张,有33个临床科室,22个病区。本次建设内容分为改建和扩建两个部分,其中改建部分总面积28 000多m2,扩建部分总面积11 100 m2。改扩建范围内手术室、ICU、急诊抢救室等为2类医疗场所;门诊治疗、急诊观察室、急诊治疗室、术前准备室、术后复苏室、影像科CT及DR诊断室等为1类医疗场所。电气防火等级为一级。

该医院一期主体建筑于2000年设计完成,2001年建成;二期主体建筑于2010年设计,2012年建成。本次设计于2019年完成,对一期部分建筑进行改扩建设计。

2 负荷分级及供电电源

2.1 负荷分级

本次改建的建筑为2001年建成,当时关于用电负荷分级依据的是JGJ/T 16—1992《民用建筑电气设计规范》中的负荷分级表。而本次设计时(2019年)所依据的主要规范都已更新,除了GB 51348—2009《民用建筑电气设计标准》[1]外,还需结合JGJ 312—2013《医疗建筑电气设计规范》[2],其中部分医疗区域及设备的用电负荷等级已有不同的要求。负荷分级对比如表1所示。

表1 负荷分级对比

2.2 市政供电电源的改造

本工程原设计由市政提供4路两两独立可靠的10 kV电源供电,电源供电至高压开关站,均作为正常工作电源,并要求一组电源中当一个电源发生故障时,另一电源不应同时受到损坏,其中3#和4#高压进线为本次改建区域供电。本次改扩建区域总建筑面积近4万m2,除了对原有建筑进行功能提升外,还新建了很多医疗设备用房,用电量增加很多。但由于院区用房非常紧张,甲方要求在最有限的空间里消化增加的用电负荷。

经过分析近四年的用电监测数据,发现医院原有变压器负载率均偏低(在最高峰时,1#高压进线变压器的负载率为32%,2#、4#高压进线变压器的负载率为46%,3#高压进线变压器的负载率为56%。最大能耗出现在7月底8月初,最小能耗出现在10月份)。和供电部门多次协商后,为了不影响医院正常运营,现有高压进线数量保持不变,仅供电容量增加800 kVA,提高原有变压器负载率的同时,在新建区域内新建1座变电所,同时对现有病房楼内高压配电柜进行改造,将1#计量装置改装在二期区域(2012年建成)10 kV总配电柜处,取消1#计量柜,将空出的仓位及利用原备用出线柜,作为新增变电所的高压出线柜,以较低的施工量和造价实现改扩建区域配电系统的需求。

2.3 应急电源的设置

依据JGJ 312—2013《医疗建筑电气设计规范》4.4.1条文的要求,三级医院应设置应急柴油发电机组,结合表1的用电负荷分级,将一级负荷中特别重要负荷以及一级负荷纳入其供电系统,柴发机组同时作为消防用电设备的应急电源。原一期建筑中并未设置柴油发电机组,本次改扩建区域也没有合适的空间,经和甲方协商,最终设置1台室外箱式柴油发电机组,该机组除了为改扩建区域的重要负荷提供应急电源外,同时也为一期原建筑中其余的重要负荷提供应急电源保障,消除原来供配电系统的用电安全隐患,提高重要负荷的用电保障。

柴油发电机组配有电压自动调压装置、快速自起动装置及电源自动切换装置。当正常供电电源中断时,应能自动起动,并应在15 s内向规定的用电负载供电;当正常供电电源恢复供电后,应延时切换并停机。柴油发电机组的供电容量根据重要负荷和消防负荷二者中容量大的确定(当发生火灾时,两路市政电源亦同时断电,优先考虑消防负荷用电)。本项目消防应急供电系统的供电容量为所有的消防应急照明容量+消防水泵容量+消防电梯+相邻两个最大的防火分区防排烟风机容量(本次改扩建区域无消防控制室)。

对要求中断供电时间小于或等于0.5 s的特别重要负荷(如急诊抢救室、重症监护室、手术室、术前准备室、麻醉室等)设置在线式UPS电源装置(相对集中设置),并与柴油发电机配合使用,UPS应急供电时间不小于15 min。

消防应急照明和疏散指示系统采用集中EPS电源集中控制系统。系统应急起动后,在蓄电池电源供电时的持续时间应满足1.0 h+0.5 h(非火灾情况下灯具点亮时间不超过0.5 h);蓄电池组达到使用寿命周期后标称的剩余容量应保证放电时间满足1.0 h+0.5 h(非火灾情况下灯具点亮时间不超过0.5 h)。

3 变配电系统设计

3.1 变电所设置

本次改扩建后原门诊医技楼地下室变电所(2台1 250 kVA变压器)保留,并在急诊楼新建地下室内新设1座变电所,内设2台630 kVA干式变压器。经过对该医院配电系统的运行数据分析,整个院区原最高峰时负荷实际最高为4 500 kVA,增设2台630 kVA变压器后,整个院区实际使用的总电量不会超过6 000 kVA,因此原有市政进线能满足现有需求。

对多座医院项目进行用电数据采样并加以分析后可知,大部分医疗建筑最大小时单位面积能耗为0.10 kWh,因此建议医疗建筑变压器装接指标为80～120 VA/m2。本工程的变压器装接负荷为127 VA/m2,这是由于本次改扩建区域均为功能性医疗建筑——急诊楼、门诊楼、医技综合楼,所以功率密度位于合理区间。

3.2 供电转换

改建区域存在多台大型诊疗设备(包括DR设备、CT设备、MRI成像设备、X射线设备等),甲方要求这些设备以及这些设备所在的区域用电在施工期间需持续运行,满足人民群众的就诊需求。对于很多改建项目来说,这个需求可能是电气设计师经常遇到的,如何解决这个“看似无理却又很合理”的需求,没有规范可依,也无经验可循,设计师需具体问题具体分析。本文就此问题总结了如下几点经验:

(1) 方案阶段就须了解甲方的运营管理计划,并确定甲方可接受的停电时长。

(2) 结合甲方需求合理设置变电所和配电间、合理设置线路敷设路由,以满足供电切换的需求。

(3) 方案完成后与甲方商讨线路敷设、供电转换等施工顺序,确定施工方案。

(4) 将施工方案提交给施工单位,在施工计划排布时考虑供电切换因素。

(5) 提前将施工方案、施工计划、供电转换方案告知相关分包商,以便使其提前安排采购、施工。

(6) 如涉及到市政电源的切断与转换,还需和供电部门沟通协商。

由上述几点可以看出,解决此类问题已不仅仅是设计层面,需由设计师协同甲方、施工方、专业分包、供电部门一并讨论,确定解决方案,设计师需改变固有设计思路,通盘考虑,由设计指导施工。

4 照明系统设计

医疗建筑内照明方式及种类繁多,各区域要求不一,本文依据相关规范,以三级医院为例,按照明分类、负荷分级以及供电电源设置整理归纳。医疗照明分类分级如表2所示。

5 本次改扩建设计要点

本项目原设计时间为2001年,所依据规范变化很大,在设计前期先熟悉原有设计图纸,掌握设计思路,比较原设计和现行规范间的差距,寻找配电系统中可利用的部分,尽可能地利用现有设备,减少改建施工量。

在设计前期,充分和院方进行沟通,详细了解医院就医流程,院方提出改建区域部分用电负荷需保持持续使用(仅可为迁移线路短时暂停),设计供配电系统时,针对上述需求,研究合理供配电方案,并提出施工流程建议,尽量减少对医院日常运营的影响。

合理设置强弱电间:改扩建项目环境限制因素多,应优先利用原有电气房间,合理布置配电线路,还需兼顾考虑各专业管线排布对净高的影响。

改建项目受限于既有建筑的层高影响,对管线排布要求极高,本次设计时将不同电气系统主干线路在不同楼层敷设,最大限度减少管线交叉。10 kV高压线路及低压主干线路在地下室沟通、监控安保主干线路在一层沟通、火灾报警主干线路在三层沟通、弱电主干线路在二层及三层沟通。

消防控制室的设置。考虑到二期建筑内已设置1座消防控制中心,改扩建区域的火灾报警系统采用控制中心加区域报警控制器的形式,避免重复设置。

6 结 语

对老旧医院进行改造提升是节省投资、节省时间的高效方式,但改扩建项目不同于新建项目,设计师须在设计前期对项目进行大量的图纸分析、运行调研、数据收集工作,在设计中最大限度地利用原有机房、管井、设备、线路,并将诸多“限制”条件考虑在设计中。更合理地节能、节材需要更加精细化的设计和考量,这些都对设计师提出新的挑战。