医院通风空调平疫结合及转换措施探讨

讨论了医院通风空调系统风口、管道、设备的平疫结合与转换措施，指出了常用调节手段在平疫结合医院转换中的注意事项，探讨了平疫结合的各种空调系统、各类手术室、各个气候分区冷热盘管的转换措施。

平疫结合；转换措施；医院；支管风量；盘管转换

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平疫结合指导原则

国家卫健委2020年7月印发《综合医院“平疫结合”可转换病区建筑技术导则（试行）》（国卫办规划函〔2020〕663号）（以下简称导则），对综合医院的平疫结合建设给出了指导性意见。导则中要求“充分利用发热门诊、感染疾病科病房建筑设施”进行平疫结合建设，并在导则的第2.2、2.4、2.5条中均提出“快速反应”“快速转换”，第2.6条要求“转化方案应当施工方便、快捷”。上述规定可以理解为：
     1） 采用发热门诊、感染疾病科病房建筑之类的感染楼或传染楼作为平疫结合医院建设的“底版”，在平疫结合、转换中更具有优势。
     2） 平疫结合医院建设要兼顾平时、疫情两方面的需要，通常按“平”建设，在疫情期间进行转换，以满足传染性强的传染病暴发所需要的救治、防控条件。
     3） 平疫结合医院可以有转换期，但平转疫的过程要快速，施工要方便、快捷。
     4） 结合与转换是相互依存的，大到系统、关键部位，小到各处细节，设计中都应同时考虑平、疫2种需求，要有相应的结合和/或转换措施。
     上述的4点理解可以作为平疫结合医院在设计过程中采取各项技术措施的指导原则。

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 平疫结合转换重点与措施

平疫结合医院转换的重点在半污染区、污染区，清洁区的平、疫要求基本一致，不需要转换。对暖通空调专业而言，结合、转换的范围包括末端系统的设备、风管、风口，这三者都存在平疫结合、转换的要求。

2.1 风管

 导则的暖通空调部分要求“……统筹设计，避免平、疫两套系统共存”，为避免疫情期间临时更换风管占用疫情救治时间，系统设置、风管尺寸都应按疫情要求进行设计（这是结合措施），以满足“快速转换”的技术要求。

2.1.1 调节措施
     按疫情设计的风管，可根据风量调节平衡的措施分3种情况考虑平疫结合、转换措施。

2.1.1.1 手动调节阀
     对于各个支管安装手动调节阀的管路，运行中平、疫2种工况转换的主要问题在于：转换后的实际“供给风量”能否满足原设计的“需求风量”。
     根据公式Δ p = SQ 2 （其中Δ p 为管路阻力， S 为管路阻力系数， Q 为管路风量），当平、疫的 S 值相等，即初调试满足风量平衡后管路不变时，则平、疫2种风量状态下，支管风量是等比变化的，如下式所示：

      式中 k G 为系统总风量变化时各支路实际供给的疫情期间风量与平时风量之比； Q Y1 、 Q Y i 、 Q _{Y n} 分别为管路中第一分支、中间任一分支、最远端分支管路的疫情期间运行风量； Q P1 、 Q P i 、 Q _{P n} 分别为管路中第一分支、中间任一分支、最远端分支管路的平时运行风量。

     式（1）表明的是系统实际运行中支管“供给风量”的变化关系，如果末端平、疫“需求风量”也是等比的，则支管风量满足要求；否则，支管风量不能满足“需求风量”，就需要在转换时重新调试，在平转疫时就很不利于“快速”的要求。
     对于诊室、医技科室，以及半污染区的医护走廊、患者走廊，这类场所的平、疫通风量都是按换气次数计算的。若平时为传染病医院，则平时换气次数为3 h -1 ，疫情时换气次数为6  h -1 ；若平时不是传染病医院，则平时换气次数为2  h -1 ，疫情时换气次数为6  h -1 。2种情况下各个支管的平、疫“需求风量”都是等比的，因此由平转疫或由疫转平，管路都能够维持需求的平衡，使得各支路的“供给风量”等于“需求风量”。

     但是，对于病房则可能存在例外。病房的疫情期间新风量按216 m3/（床·h）或6  h -1 计算，取两者较大值（导则第6.3.2条第1款）。当按216 m3/（床·h）计算出的新风量为较大值时，末端平、疫“需求风量”就不是等比的。具体可通过表1的计算看出。

     由表1可见，病房1、4的疫情时新风量都是按换气次数6  h -1 取值，而病房2、3都是按216 m3/（床·h）取值，病房1~4的 K x 值不等，如按平时工况调试，则疫情时 K x 越大的病房，实际风量与需求风量的偏差越大。

     综上，可以得到2个结论：
     1） 平、疫通风量都按换气次数计算的房间，系统各个支管 K x 相等，平、疫的“供给风量”等于“需求风量”，平疫转换不需要额外调节措施。
     2） 疫情时按216 m3/（床·h）计算取值的病房，系统各个支管 K x 不等时，平疫转换之后的“供给风量”不等于“需求风量”，需要重新调试才能使支管满足设计风量要求。
     显然，从“快速转换”的要求来看，结论2）对设计提出了新要求，为了避免转换时重新调试，通风系统需要选取同面积、同病床数的病房组成同一系统。

2.1.1.2 定风量阀

对于各个支管设置定风量阀的管路，根据翁文兵等人的研究，定风量阀在不同风量下有不同的阻力曲线，因此在平疫转换风量变化时，定风量阀的阻力将发生变化，相当于 S 值改变，但只要管路压力变化仍在定风量阀的工作范围内（即：定风量阀的弹性调节机构不是处于自由状态或极限压缩状态），理论上管路仍能依靠定风量阀的自我调节作用达到平衡。但定风量阀的应用也存在2个问题：其一，增加了系统的阻力；其二，一定尺寸的普通定风量阀有个正常运行风量的范围，如表1中 K x 至少为3.0，已超出这个范围，无论定风量阀按平/疫哪个风量选型，都不能在另一种风量状态下维持良好运行状态，因此，对于传统定风量阀在平疫结合医院的使用，还需进一步研究改进。
2.1.1.3 动力分布式

动力分布式系统由支路风机与总风机提供系统动力，总风机与支路风机分别承担干管与支管的阻力，支路的风量由支路风机调节控制，平疫转换依靠支路风机与总风机的联动调节来实现。理论上，动力分布式系统能较好适应平疫转换风量的变化，而且可以在平时就标定各支路风机的疫情期间转速，为疫情时快速转换提供便利。设计中需要注意的是：

 1） 支路风机的选用。

由于每个支路的入口压力存在差异，因此在选择常规性能风机时需要考虑支路的入口压力对支路风量产生的偏移作用。文献实测结果表明：支路风量与支路入口静压大致呈线性关系，极端情况下，近端支路因静压过大使得支路风机反而起到阻碍作用。因此支路采用常规性能风机时，仍需安装调节阀，初调试时使得各支路入口静压趋于零。

在负压病房等送排风量差值要求严格控制的场合，上述常规性能支路风机对系统的设计、调试都提出精细化要求，实施难度较大。有鉴于此，近年来国内新研发出一种自适应风机，其最大特点是：当支路入口静压在其允许范围内变化时，风机能够自动调整适应，使得支路实际供应风量不变。这种自适应风机允许的入口静压最大变化范围可达150 Pa，在一般通风系统中，这个静压范围基本可以覆盖近端与最远端支管的资用压差，且在该入口静压变化范围内保持各挡风量稳定，因此，自适应风机符合平疫结合转换中“快速转换”“施工方便、快捷”的要求。

2） 排风系统中的应用。

应详细计算排风系统中末端动力风机与总风机的压头分配，要杜绝末端动力风机之后的风管出现相对正压，确保风管对室内相对负压。之所以强调“相对”，是由于疫情下室内为负压，例如负压病房，相对室外负压值为15 Pa，那么末端动力风机之后的风管负压值就应当大于15 Pa，不能只要求风管负压而忽略了风管与室内的压力关系，避免因风管相对室内正压而造成污染。
2.1.2 风管转换

负压隔离病房、传染性的呼吸重症监护病房RICU（respiratory intensive care unit）的平疫设计都是全新风直流系统，不需要转换。平疫结合、有回风的全空气系统存在风管转换的需求。
2.1.2.1 舒适性空调全空气系统

门诊大厅等空间平时通常采用全空气系统，疫情时将回风管切换为排风管，系统转换为全新风、全排风运行，其平疫转换见图1。对于双风机的空调机组，按平时阻力选型的回风机不足以克服疫情时系统阻力，疫情时仍需配置排风机，因此排风机组的接法可有2种，如图1所示的①、②接管，从简化系统配置的角度推荐采用①接管。

2.1.2.2 重症监护病房（ICU）
     ICU的风管平疫转换见图2。由于疫情时全新风、全排风，排风量足够大，也没有顶部排风的需求（手术室为了及时排除麻醉气体或电刀产生的烟尘气溶胶，平、疫都需保留顶部排风口），因此平时顶部排风系统可在疫情时关闭。

2.1.2.3 手术室
     对于手术室，虽然规范允许呼吸道传染病手术室采用回风，但本次新冠肺炎疫情期间建设的手术室，几乎都是采用全新风系统。本文讨论的平疫结合手术室，均按疫情时全新风运行来考虑平疫转换，即：手术室平时的回风管在疫情时需切换为排风管，具体转换措施以下分类详述。
     1） 平时作为传染病医院的手术部，可分为呼吸道、非呼吸道2种传染病手术室，其平疫切换措施见图3。
     2） 平时不是传染病医院的手术部，多数为正压手术室，并设置1~2间正负压转换手术室。正压手术室的平疫转换相对简单，其平疫转换见图4a。正负压转换手术室相对复杂——既有平时的正负压转换，又有平疫转换。平时负压的概念，也需要根据医院的功能定位分2种情况考虑，多数医院（非传染病医院）的正负压转换手术室，其负压概念与GB 50333—2013《医院洁净手术部建筑技术规范》（以下简称GB 50333）中的正负压切换手术室有所不同，通常不是针对空气传播疾病，而是指肛肠外科之类的污染手术，这类手术过程中散发令人不适的异味，其负压的目的只是控制异味的扩散，而非感染控制的需要，这种手术室没必要按照GB 50333的要求在下部回风口设置高效过滤器，一般设置中效过滤风口即可。其平疫转换见图4b。

      少数定位于区域或国家医学中心且地区传染病情况复杂的医院，可能会将正负压手术室考虑为供疑似空气传播感染或不明原因感染的手术使用，这种情况下，如果仍按有回风运行，就需要按照 GB 50333的要求间隔设置高效与中效过滤风口，风管及风机的平时切换、平疫转换见图5。

2.2 风口
     风口位置及尺寸应按疫情要求设置，由于疫情时要求排风高效过滤、送风亚高效过滤，这些过滤器的安装位置分2种：集中设置、风口口部设置，集中设置的过滤器一般与风机设备组合到机组中，设置在风口口部的过滤器则可能存在风口的平疫转换问题。对于涉及平疫转换的风口口部，为响应平疫快速转换，口部接管的尺寸宜按常用的高效风口接口尺寸（如： Ф 160 mm， Ф 200 mm，200 mm×200 mm，320 mm×250 mm）设计。下面分几个重点场所详述。
     1） 负压隔离病房。
     平疫设计要求一致，不需要转换。
     2） ICU。
     平时不要求净化的ICU，疫情时可将送风口更换为亚高效送风口，也可在空调机组内设置亚高效过滤器（见图2a）；平时已设置净化的ICU，送风口不需要转换。各床位下部回风口在疫情时切换为排风口，并更换为高效过滤排风口。
     3） 手术室。
     各类手术室的风口转换见图3~5。
     4） 全空气系统。
     全空气系统可在空调机组内设置亚高效过滤器（见图1），送风口结合平时使用，不需转换。平疫结合的系统应注意回风口设置在下部，以满足疫情时上送下排的气流组织要求。
     5） 负压病房、诊室、放射检查室等。
     这些房间在平疫结合医院中占比最大。在疫情期间，送风系统均要求百叶风口低速顶送，这种要求也符合平时的需求，因此送风口可按疫情要求设置，不作平疫转换，而疫情时的送风亚高效过滤器集中设置在机组处。虽然按疫情设计的风口尺寸较大，平时低风量运行时送风风速较低，可能导致平时气流扰动不足、气流组织效果不佳，但这种影响比较有限。相比之下，在疫情时更换风口（尺寸、位置）对平疫快速转换造成的影响更大，两害相权取其轻，所以应按疫情要求设置送风口。同理，排风口也按疫情要求设置，不作平疫转换，而疫情时的排风高效过滤器集中设置在排风机组。
     6） 进、出风口。
     新风取风口应按疫情时风量计算。排风出口由于疫情时采用圆锥形风帽，平时使用需考虑阻力问题，可参见下面计算。
     参照相关标准，建议圆锥形风帽排放风速 v 至少为10 m/s，取风帽局部阻力系数 ξ 为2.4，空气密度 ρ 为1.2 kg/m 3 ，则风帽阻力Δ p =1/2 ξρv 2 =144 Pa。平时风量减半，则排出风速为5 m/s，此时风帽阻力Δ p =36 Pa。可见平时风帽的阻力并不大，因此可按疫情时计算的锥形风帽设置，不需要平疫转换。

2.3 设备
     这里的设备仅特指送风/新风机组、排风机（组）、全空气空调机组，除了平时可采用自然通风的区域（没有“平”只有“疫”，也就谈不上平疫结合）外，其余区域的设备都应考虑平疫结合转换措施。
     设备如果不能平疫结合，则平时安装的设备在平疫转换期需更换为疫情时设备。通常建议疫情时设备应当设库存，如有可靠货源并能快速运达，也可不设库存，疫情时更换设备、安装调试完成平疫转换。需注意的是，在平时应预留疫情时的相关配套条件，如设备基础、机房尺寸、供电、控制等。
     设备平疫结合可理解为平、疫共用1台设备，结合主要考虑的是经济因素，能否平疫结合则取决于技术因素，主要包括：风机、空气过滤器及冷热盘管等配置的兼容性、转换的便捷性。
2.3.1 风机
     由于平、疫的过滤器配置要求不同，平疫结合系统中风机需要克服的阻力不同，当系统的平、疫风量差别不大时，可采用性能曲线为陡降型的风机来适应阻力变化，风机可以平疫合用；而当系统的平、疫风量差别较大时，疫情时增加并联风机的做法将消耗更多能源，甚至不一定能满足风量需求（例如：表1中疫平风量比大于3.0时），风机就不适合平疫结合，更好的选择是更换风机。表2列出了各种系统中风机的平疫结合适宜性。

      系统末级过滤器与设备平疫结合关系密切。对于负压隔离病房、RICU、手术室，这些场所已明确要求末级过滤器设置在风口口部，除此之外，其他普通负压病房、诊室等房间，疫情时均可将末级过滤器集中设置，相比于疫情时将大量末端风口更换为高效/亚高效过滤风口，集中设置的高效/亚高效过滤器在转换时间、维保更换等方面更有优势。因此建议疫情时排风高效过滤器、送风亚高效过滤器分别集中设置在排风机组、新风机组内。
     1） 新风机组。表2中序号4、5如采用平疫结合的新风机组并通过更换风机进行平疫转换，则过滤器的平疫转换为：序号4可将高中效过滤器转换为疫情时的亚高效过滤器，序号5则需要留出空段用于疫情时安装亚高效过滤器。平疫结合新风机组段位见图6。

     2） 排风机组。由表2可见，除手术室顶部排风系统外，其余系统的排风机均不适合平疫结合，疫情时排风机组段位见图7。排风高效过滤器可采用卡扣安装，方便快捷，并可参照“动态气流密封原理”，从排风机组出口接出软管至高效过滤器外壳与组装框之间形成的密闭风腔，在风腔内形成正压，从而阻止排风漏入风腔再排到室外。

     3） 全空气空调机组。有关空气过滤器在空调机组中的平疫结合转换与新风机组类似，见图1。
2.3.3 冷热盘管
     盘管的平疫转换相对复杂，下文以平、疫不同风量的新风机组为例进行计算分析。
     由于平、疫风量差别较大，平疫结合新风机组的盘管可从供冷量、供热量两方面考虑盘管的平疫转换。
     以热量选用盘管的地区，如严寒地区及寒冷地区（部分），盘管主要用于供热，可设置为两级加热盘管，如图8所示（平疫结合的新风机组，其尺寸按疫情时风量下迎面风速要求设置，平疫两用盘管与疫情时盘管可以并列布置，不一定要分上下游两级，为便于表达，下文表述仍采用一级、二级盘管）。一级盘管用于平时加热，夏季有降温需求的地区，可兼作表冷器；二级盘管用于疫情时补充加热，一级、二级盘管总供热量满足疫情时的需求，二级盘管可预留段位，疫情时再安装。

     以冷量选用盘管的地区，如夏热冬冷地区、寒冷地区（部分），盘管通常冷热兼用。新风机组盘管冷量显然不能满足疫情时的需求，可参照图8做法，设置两级盘管，每级盘管均可冷热兼用，但盘管热量的分配需要计算复核。
     1） 夏热冬冷地区，新风计算冷量通常大于热量，表3列出了夏热冬冷地区7座代表城市的新风计算冷热负荷。

     如按医院新风处理到等室内含湿量线以改善室内湿度环境，则由表3可以得出最小冷热比为1.53。从需求端看，若疫平风量比为2，则疫情时需要的热量大约为平时冷量的2÷1.53=1.31倍；从供给端看，由于热水与空气的传热温差远大于冷水与空气的传热温差，同一盘管相同流量下的供热量约为供冷量的1.5倍以上（下文均按1.5倍考虑），因此一级盘管的供热量完全满足需求，二级盘管不需要冷热共用，只作为疫情时供冷用，这种情况下设置二级盘管的必要性并不大。
     同样思路，对夏热冬冷地区7座代表城市分别按疫平风量比为2、3进行计算，一级盘管在疫情时供热量与平时供冷量的比值关系见表4。

        表4中疫情时供热量与平时供冷量之比计算值小于1.50时表示一级盘管在疫情时供热量满足需求，可见： 疫平风量比为2时，7座城市按等湿负荷选用表冷器均可满足疫情时供热需求，而疫平风量比为3时，7座城市的一级盘管都不满足疫情时供热需求，这也从另一方面说明了传染病区作为平疫结合病区的优势。
     2） 寒冷地区（东经105°以东地区），新风计算冷量与热量大致持平或冷量略小，但由于冷水温差 小于热水温差，盘管仍按冷量选用。表5列举了以冷量选用盘管的寒冷地区11座代表城市的一级盘管疫情时供热量与平时供冷量的比值，多数城市的一级盘管都不能满足疫情时供热需求，因此二级盘管也应冷热兼用。

        3） 上述2个地区中，对于一级盘管不能满足疫情时供热需求的情况，也要加以复核，以判定二级盘管是否一定要冷热兼用。考虑的因素包括：一级盘管防冻（分配给一级盘管足够的热量确保管内流速）、一级盘管加热后的温度。一级盘管加热后的温度可由下式计算：

式中 Q 1 为一级盘管满负荷（热水流量等于冷水流量）时供热量（由厂家提供），可视为疫情时空气经一级盘管吸收的热量； Q w 为疫情时新风加热到20 ℃所需热量； t 1 为一级盘管加热后的温度； t w 为空调室外计算温度。

     如果一级盘管加热后的温度可接受，例如16 ℃，且室内另有供热末端足以负担部分新风供热负荷，则二级盘管可以不供热。式（2）可改写为对 t w 的判断式：

     Q 1 / Q w 越大， t w 越小，由于式（2）的前提条件是 Q 1 小于 Q w ， Q 1 / Q w 的极限值为1，可计算出 t w 最低值为-4 ℃。因此有如下结论：空调室外计算温度低于-4 ℃的地区，宜采用两级加热盘管；但由于一级盘管按冷量选择，一级盘管的供热能力 Q 1 取决于该地区所需新风冷负荷，且 Q w 值还受疫情时风量影响，如表4中疫平风量比为3时，所有一级盘管都不能满足疫情时供热需求，因此不能反过来说空调室外计算温度高于-4 ℃的地区，一级盘管一定能满足疫情时供热需求。
     4） 以冷量选用盘管的新风机组段位见图9。

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结论

  1） 采用手动调节阀的风管系统，各支路平疫风量比相等时，平疫转换不需要再调试。

 2） 动力分布式系统采用自适应风机可在一定支路压力范围内满足平疫转换风量变化需求。

3） 手术室应根据平、疫使用性质进行管路切换。

4） 平疫结合新风机组应根据不同气候区特点分析比较，确定盘管的平疫转换措施。

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参考文献

［1］ 黄中. 排风排烟共用系统设计［J］. 暖通空调，2003，33（3）：60-63.
［2］ 翁文兵，朱佳璐，张涛涛. 文丘里定风量阀力学性能实验研究［J］. 暖通空调，2015，45（12）：78-81.
［3］ 居发礼，刘丽莹，余晓平，等. 动力分布式通风系统支路风量偏移测试与分析［J］. 暖通空调，2019，49（12）：104-108.
［4］ 居发礼，黄雪，邓福华，等. 动力分布式通风系统支路风机风量自适应性能测试与分析［J］.暖通空调，2021，51(10)：114-119.
［5］ 许钟麟. 负压隔离病房建设简明技术指南［M］. 北京：中国建筑工业出版社，2020：58-59.