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摘要：本文根据转化医学层流病房的建设特点，并结合实际工程案例，对层流病房的净化空调系统设计及其节能技术进行分析。为以后此类项目提供设计参考。

Abstract: According to the construction characteristics of the laminar flow ward of translational medicine, and combined with the actual engineering case, this paper analyzes the design of the purification air conditioning system and its energy-saving technology of the laminar flow ward. It provides design reference for such projects in the future.

01 洁净层流病房特点
洁净层流病房是指空气都按一定的速率向同一方向流动的病房[1]，并通过空气净化设备保持室内处于无菌状态。

建筑布局特点
层流病房的建筑平面可大致分为四个部分：层流病房、层流治疗室、医护人员用房、净化及空调系统机房。建筑通道亦可分为四个通道：工作人员通道、患者通道、清洁物品通道、污物通道[2]。

患者群体及其特点
层流病房主要收治的患者群体为：骨髓移植病人、血液病人、器官移植病人、化疗病人、重度烧伤病人等等。此类患者的自身免疫力缺乏，心理负面情绪较重。为防止感染，并能积极配合医生治疗，所以需要提供一个无菌场所为其治疗。

02 工程案例分析
工程概况
本工程为上海交通大学医学附属瑞金转化医学大楼及平台建设项目（如图1），总建筑面积约3.3万平方米。地上13层。I级血液病房位于大楼的11~13层，共有I级洁净层流病房50间；净化机房设在同层及屋顶。

空调系统设计方案
冷热源系统概述
层流病房对于温湿度有严格的要求，空调箱夏季会有再热的过程，冬季建筑内区会存在制冷的情况。故需要设置全年同时供冷与供热的四管制空调系统。
本工程转化医学楼空调冷热源采用冷水机组+热水锅炉系统。层流病房、净化辅助用房等设置四管制空调系统。净化空调冷水由冷冻机房提供，热水由锅炉房内设水-水换热器获得。

空调机组配置方式
层流病房的空调净化空调设计主要有两种方案[3]：（1）每间层流病房都对应独立的一套净化空调机组、新风机组、排风机组。（2）数间层流病房共用一套新风机组，新风经处理后再分别送至各层流病房的独立循环机组内。为保证房间的新风量和房间的压力梯度，可在每个新风支管上安装定风量阀。
本项目的层流病房净化空调系统采用方案（2），每间层流病房采用一台自循环净化空调机组，新风经过集中处理后送至循环机组；每层的洁净辅房区域共用一台净化空调机组，直接通过百叶同层取新风。
层流病房的空调净化空调设计主要有两种方案[3]：（1）每间层流病房都对应独立的一套净化空调机组、新风机组、排风机组。（2）数间层流病房共用一套新风机组，新风经处理后再分别送至各层流病房的独立循环机组内。为保证房间的新风量和房间的压力梯度，可在每个新风支管上安装定风量阀。
本项目的层流病房净化空调系统采用方案（2），每间层流病房采用一台自循环净化空调机组，新风经过集中处理后送至循环机组；每层的洁净辅房区域共用一台净化空调机组，直接通过百叶同层取新风。

过滤与噪声
为保证病房的洁净度，自循环净化空调机组内设置中效过滤段；新房机组设置初、中、亚高效过滤段，共三级过滤。I级血液病房送风末端采用不锈钢天花板层流送风装置，内含高效过滤器；卫生间、 走道等其他洁净辅房均采用高效风口。高效过滤器对Ф=0.3μm微粒的过滤精度达到99.99%，可满足室内洁净度的要求。
为保证病房噪声指标，在空调处理机组送回风管上都设置了消声装置。

气流组织与送风量确定
根据不同的患者特点，层流病房选用的空调气流方式也不一样。治疗化疗或者骨髓移植病人的病房，可采用垂直或水平的气流组织；重度烧伤病房为避免病人细菌感染，多采用垂直层流的方式，而且送风口集中布置在病人上方；器官移植病房采用垂直层流的方式[4]。
本项目为I级血液病房（如图2），主要医治骨髓移植病人，考虑到水平层流会占用更多的病房建筑面积，为能够给病人提供更宽敞的生活环境，所以采用垂直层流的方式。同时为了保证房间气流的均匀性，宜采用双下侧回[5]。故气流组织采用上顶送双下侧回的方式。

层流病房工作区的面风速及其洁净辅房的换气次数严格按照《医院洁净手术部建设技术规范》中的标准计算。房间新风量可根据：（1）人员新风需求、（2）室内卫生要求、（3）保证室内正压需求、（4）满足《医院洁净手术部建设技术规范》中的相关要求；这四者中选最大值。
本项目每间的I级血液病房送风口面积为6m2，工作区截面风速取0.27m/s,通过计算总送风量为6000 m3/h；新风量根据规范选用15次/h的换气次数确定，经计算新风量为600 m3/h。

控制系统
1）温度控制
温度是主要的控制指标之一，直接影响房间的舒适程度。根据规范要求I级洁净病房温度全年控制在21℃~25℃之间。
本工程的净化空调系统温度控制方式采用控制回风管温度的方式。回风管上设置温度传感器，与设定值进行比对，当无法满足室内要求的温度时，调节冷盘管和热盘管管路上的电动阀开度，实现冷热水的流量控制，通过精确的比例积分控制，从而达到控制室内温度的要求。

2）湿度控制
湿度是净化指标中重要的控制指标之一，根据规范要求I级洁净病房度度全年控制在30%~60%之间。当房间湿度大于60%的时候，会加快细菌的繁殖。因此，湿度控制显得相当重要，湿度控制可分为加湿工况和除湿工况。
一般冬季室外空气相对室内比较干燥，需要进行加湿处理，常见的加湿方式有等温加湿（电极、电热加湿，干蒸汽加湿）和等焓加湿（湿膜加湿、高压喷雾加湿），因为等焓加湿容易滋生细菌，造成空气的二次污染。所以在层流病房的净化空调系统中不应使用等焓加湿的方式，本项目设计中净化空调箱上的加湿段均选用电极加湿。
夏季由于室外空气含湿量较大，需要对新风进行除湿，常见的除湿方式有冷却除湿、转轮除湿等。转轮除湿适用于相对湿度要求比较低的房间，而且会占用更多的机房面积。故本项目采用冷却除湿的方式，将新风集中除湿至15度，然后与室内回风混合，再通过循环机组将空气处理到送风状态点，这样使的循环机组冷盘管趋向于干工况运行，有效防止细菌滋生。
本工程在回风管上设置湿度传感器，根据传感器反馈的信号，调节冷热盘管管路上的电动阀的开度和加湿器的加湿量，来满足室内湿度的要求。

3）压差控制
根据《医院洁净手术部建设技术规范》规定：相互连通不同洁净级别的房间之间，洁净度高的房间相对洁净度级别低的房间保持相对正压。静压差值在5Pa~20Pa之间。维持正压洁净室的正压需要补充的新风量大于排风量与漏风量之和，通过设置压差传感器对房间进行压力监测。当小于与设定值时，降低排风机组运行频率；当大于设定值时，调节新风机组的运行频率；来实现层流病房和相对应房间之间的压差。

节能分析
1）变频运行
空调系统采用变频送风调节装置以达到节能、安全的目的。1、根据规范要求及经验数据，I级血液病房的病人在夜间休息时可减少房间的送风量，通过变频调速不仅能节省电量，还能降低房间噪声。2、考虑到空调箱选型的时候是根据过滤器终阻力来选择风机静压，设备运行初期过滤器阻力较小，可以通过调节变频装置，使风机处于低频运行状态，既可以满足房间洁净度的要求，又可以节省耗电量。
2）二次回风设计
层流病房为满足洁净度的要求，通常其空调箱的送风量偏大，导致送风温差偏小。如果使用传统的一次回风系统会造成冷热能耗相抵的浪费，故采用二次回风系统，利用二次回风进行加热，在保证洁净度的同时节约了再热量，减小能耗。
以本项目夏季工况为例，室内设计参数：温度24℃，相对湿度50%。每间层流病房总送风量为6000m3/h,其中新风量为600m3/h,送风温度23℃，露点Ln（13℃，90%）。对应处理状态详见下图3所示：

先将新风预处理到Lw(15℃，90%)的状态点，根据焓湿图可查得此点焓值hLw=39.8kJ/kg,再与部分室内回风混合，混合状态点为C1，冷却除湿后处理至状态点L1,由于二次回风的机器露点要低于一次回风系统，在不降低常规冷冻水温度的情况下，二次回风的机器露点设置为L1（12℃，90%），此时的焓值hL1=32.3kJ/kg。然后与剩余的二次回风混合至状态点C2,最后通过再热盘管处理到送风状态点送入室内。
二次回风系统:
循环空调箱所需的制冷量G1=ρ*Q1*(hC1- hL1)/3600=22.4kW
循环空调箱所需的再热量G2=ρ*Q2*(tO- TC2)/3600=13.4kW
一次回风系统：
循环空调箱所需的制冷量G3=ρ*Q2*(hC3- hL1)/3600=25.6kW
循环空调箱所需的再热量G4=ρ*Q2*(tO- TLn)/3600=20kW
式中Q1——新风量与一次回风量的和，m3/h；Q2——房间总的送风量，m3/h。
通过计算可以发现虽然二次回风系统在控制和管路上比一次回风系统要复杂一点，但是在机组冷热量的选取上有明显的减少。可以有效的降低空调运行能耗。

03
结语

本文分析了层流病房空调设计中涉及的冷热源配置、空调机组系统配置、房间气流组织、控制系统以及节能措施,结合案例提出了可行的设计方案，希望为以后同类项目提供设计参考。

参考文献：
[1] 黄小民，刘志强.无菌层流病房净化空调通风系统设计及测试研究[J].医疗装备，2010，12：5-8
[2] 梁熠哲.血夜层流病房设计探讨 [J].中华建筑，2018，3：100-101
[3] 李永祥.层流病房的净化空调设计[J].山西建筑，2011，37(21)：112-113
[4] 黄中.洁净病房及其空调系统方案探讨[J].暖通空调.2009，4：40-44
[5] 陈骏.医院层流病房设计探讨[J].中国医院建筑与装备.2014，6：84-86