关于传染病医院房间的压差控制及通风能耗问题探讨

李 伟 冯 磊 罗为民 李 华 龙红芝 欧 翮

（贵州新基石建筑设计有限责任公司 贵阳 550087）

0 引言

2020年初爆发“新冠”疫情以来，国家立即启动了应对措施，各地区加快传染病医院的建设，以防止疫情反扑，控制疫情。由于传染病防治的特殊性，在设计过程中，对于通风系统的合理划分、气流组织的可靠设计、房间压差的有效控制、空调系统的能耗等问题让设计师们较为困惑；本文就针对以上问题提出笔者的意见和观点，以供同行指导和借鉴。

1 传染病房各分区内的通风量要求及压差设定

众所周知，传染病医院的平面功能及医疗流程明确要求医疗分区的标准设置应是“三区三缓三通道”。其中，“三区”分别为清洁区、半污染区、污染区。清洁区（普通工作区）：医护入口前室、卫生通过区（医生通道）、配餐、库房、值班室；半污染区（潜在污染区、辅助防控区）：走廊、更衣、检验、治疗室、配液室、护士站；污染区（防控区）：患者病房、卫生间、缓冲间、患者走廊、污物暂存。“三缓”：清洁区进入半污染区缓冲区、病房入口缓冲区、病员通道缓冲区，其中“病员通道缓冲区”指医护走道等半污染区进入患者走道设置的缓冲区。“三通道”：医护走道、患者走道、污物通道。

明确“三区三缓三通道”的功能要求，对于传染病医院的设计至关重要。尤其是通风专业，必须根据“三区三缓三通道”的要求设置合理的空气压差，在各医疗分区内形成合理的空气流，防止病菌的反向交叉传染。为防止污染区病菌通过空气流向清洁区，增加医护人员感染风险，所以清洁区应为正压区，污染区应为负压区。使空气形成由清洁区经医护通道、半污染区至污染区的有序流动，整个传染病区的空气流向根据压差梯度的要求，空气流向示意图如图1 所示。值得注意的是，由于受平面功能及防火疏散等因素制约，通常情况下污物通道与病患通道可以考虑合用。

图1 空气流向示意图Fig.1 Air Flow Diagram

笔者根据呼吸道传染病房要求[5]，列举部分功能房间所推荐的通风换气次数及压差设定值，房间风量要求及压差设定值如表1 所示。

表1 房间风量要求及压差设定值Table 1 Room air volume requirement and pressure difference setting value

上述表格中的推荐换气次数再结合《传染病医院建筑设计规范》（GB 50849-2014）（以下称“GB50849”）中清洁区每个房间送风量应大于排风量150m3/h，污染区每个房间排风量应大于送风量150m3/h，对于有外窗的清洁区可不设置排风系统，但应保证房间新风量及压差要求，因此清洁区送风量每个房间不小于150m3/h。

各功能房间进行风量计算及压差设定，根据GB50849 的要求，非呼吸道传染病的门诊、医技用房及病房最小换气次数（新风量）应为3 次/h。要求污染区房间应保持负压，房间排风量应大于送风量150m3/h。卫生间、污物缓存、处置室等仅需设置排风设施。但本区域内房间面积普遍较小，负压梯度较大，为满足风量及压差调节，建议该类房间的排风量也不小于150m3/h。

另外在呼吸道传染病的门诊医技用房及病房中，要求发热门诊最小换气次数（新风量）应为6次/h。在房间压差控制中，传染病医院建筑专业对流程控制要求较高，暖通专业设计的通风系统对气流组织流向、房间压差控制的可靠性也是防止空气传染的重要手段。

2 通风系统的设计及压差调节

根据文献资料[5]，在传染病医院中，在满足通风量要求及压差设定的情况下，我们还应根据医院内的清洁区、半污染区、污染区分别独立设置机械送、排风系统；因考虑到上下楼层收容的病人的病种不同，避免上下楼层交叉感染，病房卫生间不建议采用变压式风道竖向集中排风，可结合污染区病房排风系统统一设置，目的是为了防止不同楼层之间发生交叉感染。

为了方便施工完成后的调试及后期院方使用，建议将房间风量及压差设定值标注于图面，如图2所示为风量及压差标注平面图。

图2 风量及压差标注平面图Fig.2 Air Volume and pressure difference marking plan

根据以往的设计经验，传染病医院的送风末端通常采用定风量阀，在设计中注明了风量、压差值，且也设置了微压差计，在理论上是可以满足使用要求的，在小规模的项目（如传染科）中，压差调节也比较容易实现；但在较大型项目的实际施工与调试过程中，因施工工艺等众多因素问题下，造成安装完成后的房间风量及压差要求不尽人意，即使调试成功后，也会因为每个房间的产尘量不同，造成末端的过滤器经过一段时间运行后，过滤器表面阻力增加值差异不同，在过滤器还未达到压差报警值前，房间的风量及压差已经失衡。一般常规的解决方法是将失衡系统的高效过滤器逐一拆卸更换，可以缓解房间风量及压差失衡现象；以上方法更换高效过滤器较为频繁，工作量较大且运行成本较高，院方也时常向设计方反馈，甚至抱怨认为是设计存在缺陷。

针对这个问题，我们建议可以采用另外一种更加有效的通风方式——动力分布式智能通风系统，这种系统是在每个房间设置独立的变频通风机；设置在房间内的压力传感器探测到的压力信号值通过转换模块转换为数字信号值，然后再联锁末端变频风机进行房间的风量控制。如图3 所示为分布式智能通风系统平面示意图。

图3 分布式智能通风系统平面示意图Fig.3 Schematic diagram of distributed intelligent ventilation system

如上方案的优点是：

（1）可调性强

主风机和支路变风量模块均选用直流无刷风机，可实现0～100%无级调速S 调节，调节能力优于“传统交流风机P 调节+变频器”的方式。通常情况下，交流风机调节到30%以下非常困难，视为变频调节死区。若医院某个感染病护理单元收容的病人较少，甚至远不足30%时，整个系统还在全风量运行，这样就极为不节能。

（2）稳定性强

在要求维持负压的病区房间内，换气次数与压差值是硬指标，必须满足。这就对系统的可靠性与稳定性要求更高，要求通风系统不仅要可调，而且还能维持风量的稳定性。则新风变风量模块采用压力无关型（此处的“压力无关型”指系统末端模块风量不随主风管中压力的波动而产生风量的变化）智适应动力模块可满足使用需求，在一定压力区间范围内（300Pa 以内）可实现按需供应、恒风量运行，保证最终的压差要求。

（3）平衡性稳定

平衡性是决定系统调试和后期运行的核心要素。排风变风量模块选用高静压型的风机（300Pa～400Pa）可有效解决末端高效过滤器的阻抗，在过滤器有效范围内的脏堵后，可进行自动补偿，加之新风智适应恒风量能力，整个系统的平衡性更高。

（4）系统联动性强且节能

传染病院各护理单元满床率一般为70%左右。例如：10 间负压病房，启用7 间，其余3 间病房在不使用时，这三间病房的通风系统处于关闭状态。那么，病人入住的这7 间病房的模块会将转速信号（或0～10V）传给主风机，主风机以此联动调速，满足7 间病房的风量输配即可。系统节能性不仅体现在上述运行方式，同时直流无刷风机本就比交流风机节能30%以上。

（5）系统投资的增加

在项目建设当中，投资问题通常也是建设方比较关心的问题；关于设置智适应动力模块的变风量系统与设置定风量阀的集中式定风量系统投资的问题，通过对现阶段市场上技术比较成熟的厂家设备的了解，发现在同等级品牌要求的情况下，采用定风量阀的系统比采用智适应变风量模块的系统要便宜10～20%左右，若考虑平疫结合的情况，系统末端采用三工况阀（“三工况阀”即可关断、平时、疫情时可相互转换的阀门），其投资成本问题应根据项目实际情况作分析论证。

最后，在送排风机的启停顺序方面，机械送风、排风系统应按清洁区、半污染区、污染区分区设置的独立系统相应设计联锁。清洁区应先启动送风机，再启动排风机；半污染区、污染区应先启动排风机，再启动送风机；各区之间风机启动先后顺序为污染区、半污染区、清洁区。

3 传染病医院热回收系统

在传染病医院中，对于呼吸道传染病的门诊、医技用房及病房等大量的房间需要采用全新风直流系统，换气次数大于6 次/h；负压隔离病房采用全新风直流式空调系统，换气次数不小于12 次/h换气[3,4]，如此大的直流通风量，其冬夏季的空调能耗也是相当大的。因此，全新风直流式空调系统在非呼吸道传染病流行时可考虑设置回风系统；同时，也宜考虑热回收系统。为避免交叉感染，热回收不应采用全热回收系统，应采用显热回收系统，显热回收系统通过溶液循环进行间接换热，如图4所示，虽然热回收效率相对较低，但应用灵活方便，可以有效避免交叉感染，且管道溶液系统在检修时，也可以不影响通风系统的运行。

图4 显热回收系统原理示意图Fig.4 Schematic diagram of sensible heat recovery system

下面以贵州省某传染病医院的送排风系统为例，室内外设计参数详表2；该项目为五层的多层建筑，总建筑面积为：6643.38m2；空调采用的是全新风直流系统+风机盘管，项目中采用的全新风直流机组大于6000m3/h 的空调器，共计为8 台，排风机台数及风量也基本相等；以6000m3/h 的空调器做简要估算，单台全新风额定工况下的制冷量Q冷=66.1kW；Q热=81.1kW；仅计算该8 台新风机组冷热负荷，在额定工况下的总新风负荷，Q总冷=528.8kW，Q总热=648.8kW；可以看出，新风负荷在传染病医院中的能耗所占的比例较大，额定显热回收效率应满足制冷时大于60%，供热时大于65%[2]。

表2 项目所在地室内外气象参数Table 2 Indoor and outdoor meteorological parameters of the project site

夏季工况：

显热热回：Qt=Cp·ρP·LP·（t1-t3）·η·β·δ

其中，η为显热回收效率60%。

即：Qt=1.005×1.2×6000×（32.1-26）×60%=26483.76kJ，转换为kW，Qt=7.35kW。

全新风直流机组大于6000m3/h 的新风系统空调器（8 台），夏季小时回收冷量：7.35×8=58.8kW。

冬季工况：

显热热回：Qt=Cp·ρP·LP·（tn-tw）·η·β·δ

其中，η为显热回收效率65%。

即：Qt=1.005×1.2×6000×（22-(-2.3)）×65%=114292.6kJ，转换为kW，Qt=31.75kW。

全新风直流机组大于6000m3/h 的新风系统空调器（8 台），冬季小时回收冷量：31.75×8=254kW。

查阅相关文献及厂家参数，溶液循环泵的功率约为1.0～1.5kW，在此就不再详细折算和经济分析。

由上述简要的计算可以得出，在传染病医院当中我们若采用显热回收系统，尤其是在冬天，节能效果是非常显著的。

以上是笔者在近期的一些工程设计实例中的探索和体会，供各位同行参考，欢迎批评指正。