医院病房建筑空调方式探讨
Study of the Air Conditioning Sys tem in HospitalWards

李惠敏 刘泽华
LI Hui-min  LIU Ze-hua

摘要: 分析目前医院病房常用的几种空调方式及其存在的问题, 提出了根据病房空调的特殊性, 采取独立新风系统结合全热回收技术是一种较理想的空调方式。并提出结合生物洁净技术控制医院空调系统的微生物污染, 创造一个舒适、健康的病房环境。

关键词: 病房; 独立新风系统; 生物洁净技术

Abs tract: The se ve ra l c ommo n a ir c o nd itio ning syste ms a p p lie d to ho sp ita l wa rd s a nd the re -sp e c tive e xiste nt q ue stio ns a re a na lyze d . On a c -c o unt o f the p a rtic ula rity o f the ho sp ita l wa rd s,De d ic a te d Outd o o r Air Syste m is a mo re p e rfe c t
o ne . Comb ine d with the c le a n b io lo g ic te c hnique , It c a n c re a te the c omfo rta b le a nd he a lthy e nviro nme nt in ho sp ita lwa rd s.

Key words: ho sp ita l wa rd s; De d ic a te d Out-door Air Syste m; Bio -c le a nte chnology

1 引言

    近年来, 社会整体就医环境的逐步提高, 使空调系统在医院得到了广泛应用。设计合理的空调系统, 能有效地控制室内温度、湿度、气流速度、洁净度等参数, 从某种意义上来说, 空调系统已经成为治疗疾病、减少感染、降低死亡率的一种重要技术保障。但同时, 医院也是一个特殊的公共场合, 不仅是患者本身以至是医护人员都有可能携带细菌、病毒, 从而成为传播者。医院内所有人员处在这样的环境中, 随时随地受到感染的威胁,“院内感染”是一个全球性的问题。所以保证医院内外空气环境的洁净度直接关系到病人的治疗和康复。本文通过分析对比的方法, 总结了目前常用于医院病房的各种空调方式及其优缺点, 提出了独立新风系统结合全热回收技术是医院病房较理想的一种空调方式, 并实施以生物洁净技术为中心的综合保障措施来控制医院空调系统的微生物污染。

2 医院病房建筑各种空调方式综述

    病房是集治病、探视、居住于一体的特殊建筑空间。它的特殊性集中表现为: 第一: 医生、病人、家属汇集交叉感染危险性大; 第二: 病房人员流动性大, 不同的人对室内舒适性要求不同; 第三: 探视和非探视时段人员密度变化大, 对空调负荷造成的波动大; 空调形式必须能够顺应病房的特点才可能满足其功能和工艺的要求。目前国内、外医院病房的空调系统大致可分为以下几种类型:

2.1 分体式空调系统

    无论是大城市或小城镇, 许多医院病房都设有这种局部式空调系统, 由于机组体积小,安装容易, 控制灵活方便等优点, 在原无空调的病房改造中, 这种空调方式极为常见。

图1 送风示意图

图2 空气处理过程示意图

    该系统省去了送、回风管道, 也不必设置集中冷、热源, 但由于空调室内相对封闭, 无新风, 室内空气品质不好, 迫使人们开空调时又开窗户, 造成能源人为的浪费, 这种现象在我国很普遍; 送风温差大, 舒适性差; 室内机组湿工况运行, 易造成空气的二次污染。更有甚者, 有些地方医院因受资金限制, 仅少量高档病房备有窗式空调器, 且不严格分科, 同一病房在不同的时间内分别住着患有不同疾病的患者, 使用同一台空调器, 因此而发生的病房内交叉感染现象已引起了人们高度重视。

2.2 变制冷剂流量( VRV) 空调系统

    VRV 空调实质上是另一种形式的分体空调, 一台室外机组可以拖多台室内机组, 而且室外机组为模块型, 可以多台组合。组合方式可以由恒速机组与变频调速机组组合,能更好地适应室内负荷的变化。室内机组使用电磁膨胀阀, 可根据室内温度控制进入室内机组冷媒的状态和流量, 以此来控制空调房间的温度。远程控制装置为用户提供了多种控制功能, 如运转显示, 除湿程序功能显示, 过滤器清洗信号, 温度设定显示, 故障显示等。该系统缺点是新风要靠自然的方式补充, 浪费冷量, 设备初投资高。

2.3 全空气系统

    常用的有全新风系统、新回风混合式系统、变风量( VAV) 系统。全新风系统的最大优点是能有效地防止各病室交叉感染和气味的相互串通, 很适用于以呼吸道传染为主要传播途径的病区空调。在SARS 肆虐期间, 此种空调方式普遍应用于防非典医院, 为保证室内环境、阻断病毒传播取得了一定的效果。但系统能耗大, 运行费用高, 冷量损失过多.

    新回风混合式系统运行费用低, 节能效果好, 但各病室之间空气互相串通, 容易引起交叉感染, 故不宜在医院病房中采用。

    变风量( VAV) 系统的最大特点是节能和舒适性好。可按照每个房间负荷的变化而改变送风量, 实现冷量或热量的动态分配。可使冷水机组等设备较常规系统小一些, 节省初投资和运行费用; 由于对风机采用变频控制方式, 可降低风机能耗。该系统的缺点是: 末端装置价格很高, 使整个系统初投资很大; 由于自控系统设计的不完善, 造成系统调试往往不是很成功。

2.4 风机盘管( FCU) 加新风系统

    此种系统的问题是风机盘管的冷凝水。这是近年来医院病房空调设计普遍选用的一种空调方式。由于室内回风由各自的风机盘管控制, 故各病室空调互不干扰, 可防止串味和病室间交叉感染。患者可以通过改变风机盘管的换挡开关来调节风机的转速, 能够很方便地调节室内温度。

    这种潮湿条件是霉菌滋生的最好环境, 也有可能造成其他病菌和病毒的聚集和滋长。实验证明, 使用这种系统的血液病、烧伤、哮喘等疾病的病房, 病人交叉感染率明显大于自身感染率[5]。

    综合以上分析, 传统的中央空调系统存在如下问题: 空气处理盘管、凝水盘和过滤器等很容易积聚微生物; 空调系统内的营养源( 尘埃) 和水分( 高湿度) 提供了微生物滋长的必要条件; 送风系统又将空调系统内滋生的大量微生物扩散到各空调区域, 传播给易感人群。针对这些问题, 需要在医院建筑引入新的空调系统形式, 以营造健康、舒适的病房环境。而独立新风系统( Dedicated Outdoor Air System 简称DOAS) 的研究以及与其紧密相关的通风系统全热交换器等技术解决了诸如室内环境安全性、空气品质、新风耗能与节能等问题, 逐步受到关注。被认为是最有潜力代替现有空调系统的技术方案。

3 独立新风系统结合全热回收技术的应用

3.1 系统形式

    DOAS 的概念早在20 世纪80 年代就已在美国出现, 所谓独立新风系统( DOAS)系指新风系统独立, 采用低温送风的全新风,承担室内全部潜热负荷、全部或部分显热负荷, 室内显冷设备在干工况下运行。有效减少了细菌滋生的机会, 这样就解决了凝水造成室内空气品质下降的问题。另外, DOAS 系统没有回风, 不存在交叉感染的问题, 由于DOAS 系统具备以上优点, 将之引入到医院病房空调中, 是可行的。

    对于医院病房, 为了防止病人携带的病菌扩散到走廊, 以致到达其他病房造成院内感染, 可将病房设置为相对走廊为负压, 在其卫生间设置排风, 排风通过全热交换器与新风进行全热交换, 达到节能的目的。图1为DOAS 系统用于病房空调系统的送风示意图。

图2 是采用风机盘管作为显冷设备时, 其空气处理过程的焓湿图, 其空气处理过程为:

    室外新风经全热交换器与排风进行热、湿交换, 回收排风热量。经处理后新风进入表冷器, 表冷器中的冷媒可以是低温水、乙二醇溶液或制冷剂。表冷器工作温度低, 除湿效果很好, 进入空调区域的新风不会产生冷凝水, 因此能有效阻止或抑制微生物的繁殖。新风经过表面冷却器后处理到露点温度为6～7℃, 送到空气区域内设置的诱导风口。

    独立新风系统结合全热回收技术的节能优势体现在三个方面: 采用满足人体空调舒适性的最小新风量运行; 回收排风的全热对新风进行预冷; 承担室内显热负荷的独立冷源设备可以在更高的蒸发温度下运行, COP系数比较高。

3.2 系统组成

    冷源设备: DOAS 要求新风机组的送风温度等于或小于7℃, 合适的冷源设备可以为双工况机组, 让机组在制冰工况下运行, 制取温度较低的乙二醇溶液输送到新风机组。或采用冰蓄冷系统, 也可以采用直接蒸发式新风机组。

    新风机组: 为了保证空调末端设备在干工况下运行, 新风负荷、全部潜热负荷、全部或部分显热负荷均由新风机组承担, 送风温度不得高于7℃, 需采用低温送风专用新风机组。

    室内显冷设备: 辐射吊顶、风机盘管、水源热泵、单元式空调机等都可作室内显冷设备。考虑设备生产及经济等因素, 现阶段国内室内显冷设备仍为风机盘管。为防止凝露现象的发生, 新风送风口应采用高诱导比的送风口。

    全热换热器: 在新风和排风间安装全热换热器, 可以进一步节能。全热回收器能回收排风能量中的较大部分, 热效率通常在55～75%, 从而有效降低全新风系统的能耗。全热回收器通常为转轮式全热交换器和导湿膜式全热交换器。

    除上述主要设备外, 独立新风系统通常还需要设置新风风机、排风风机、新风过滤器和排风过滤器、控制和安全系统等。

4 生物洁净技术在医院空调系统中的应用

    医院的微生物控制是医院空调的另一重要任务。大量事实表明设计不合理的医院空调往往成为院内感染的根源之一[1]。微生物污染的控制经历了从化学消毒到工业洁净技术到生物洁净技术的变化历程。化学消毒方法是对室内和空调系统进行消毒, 并在机组和管道内设置若干紫外线灯管, 化学消毒剂对人的皮肤、神经系统等会产生一定的不良影响, 且药物残留和紫外线产生的臭氧等对室内的污染甚为严重。

    我国在70 年代后期开始借助于工业洁净技术这一物理手段来控制微生物污染取得了一定的效果。尽管控制手段变了, 但传统的思维方式没有变化, 依然只是将已发生的病菌除掉。一般是在空调系统末端增设亚高效空气过滤器, 大量事实表明单纯的净化除菌仍然无法有效控制微生物污染[6]。

    如今对空气途径的微生物控制要求越来越高, 要有效控制微生物污染只有采用生物洁净技术。这是因为生物洁净技术旨在建立起一套保障体系。不仅在于最终无菌程度的体现, 而在于将最终结果的控制转变为影响因子的控制, 转变为全过程的控制, 这是生物洁净技术的关键。只有这样才可能从根本上彻底消除空气途径引起的微生物污染。要控制从滋菌发展到微生物污染, 需要全方位、全过程地仔细检查系统中可能产生微生物污染的关系链, 这关系链通常由以下三条组成:

(1) 存在微生物积存的隐患;
(2) 引发微生物繁殖的因素;
(3) 具有使微生物从积存地散播给易感人群的途径。

    生物洁净技术不同于工业洁净技术的一个重要措施在于从根本上破坏或消除这条关系链, 即消除细菌滋生的条件, 抑制或降低细菌发生, 切断系统所有潜在的污染传播途径。当然生物洁净技术也采用了与工业洁净技术类似的技术手段, 如使用空气过滤的物理方法; 依靠气流技术提高室内的无菌程度; 并采用压力控制技术保证无菌空间免遭室外污染的侵入。

    实施以生物洁净技术为中心的综合保障措施, 如开发新型空调机组和系统, 开发新一代的抗菌材料与产品等正在探索中, 该技术用于医院空调系统将是一种发展趋势。

5 结论

    独立新风系统可以有效防止建筑内的交叉感染, 对于医院病房等特殊建筑, 采用DOAS 系统, 可有效提高空气品质, 控制病毒传播, 降低院内感染发生率。采用全热回收技术, 节能效果明显。生物洁净技术可有效控制医院空调的微生物污染。这些新技术的综合利用, 既能满足热、湿环境的要求, 又能保证室内空气品质, 同时降低运行能耗, 创造一个舒适、健康的病房环境。

参考文献:

[1] Mumma S A. De sig ning d e d ic a te d o utdo o r a ir systems[J].ASHRAE Jo urna l, 2001,( 5) : 28-31.
[2] Die c kma nn J , Kurt W R,Bro d ric k J. De d ica te d o utd o o r a ir systems [J].ASHRAEJo urna l, 2003,( 3) : 58-59.
[3] 殷平. 独立新风系统( DOAS) 研究( 1) : 综述.暖通空调[J], 2003( 6) .
[4] 沈晋明等. 采用生物洁净技术控制医院空调系统的微生物污染. 洁净与空调技术[J ] ,2003( 2) .
[5] 刘健君. 一种新颖的中央空调系统方案———独立新风系统.制冷与空调[J], 2003( 6) .
[6] 郑爱平. 医院病房空气调节系统的研究.建筑热能通风空调[J], 2000( 2) .

作者单位: 南华大学城市建设学院