医用直线加速器室空调通风设计

1 、医用直线加速器及工程简介

医用直线加速器是70年代发展起来的一种放射治疗设备,是一种把高能物理运用到医疗技术上的高新科技产品 。 是继同位素放射疗法后又一种治疗肿瘤的新方法, 随着科学技术的发展和核技术的广泛应用 ， 加速器等大型设备正在进入各类医院用于肿瘤患者的放射治疗。肿瘤放疗就是利用其高能射线束杀死肿瘤细胞和病变组织 ， 以解除肿瘤患者的痛苦 ， 达到治疗目的。

该工程为武汉市某肿瘤医院的新建工程 ， 地下二层 ， 地上十六层。直线加速器位于地下二层 ， 六个直线加速器室和一个后装腔内治疗室。每个直线加速器室带一控制室和模具存放间。地下二层其余空间主要为患者候诊区、模具等设备存放间、设备用房等。加速器冷水机房和风机房位于地下一层 ， 直线加速器室的正上方。

2 、医用直线加速器室空调设计

医用直线加速器室平面、剖面如图1、图2所示。对于加速器产生的x射线 ， 主要是采取加强机房墙壁的方式来防护 ， 比较适合作为屏蔽墙材料的有铅和混凝土。铅有很好的抗腐蚀特性 ， 在射线照射下不易损坏 ， 但成本高。混凝土对x射线也有良好的屏蔽作用 ， 价格便宜 ， 且有良好的结构性能。本工程医用直线加速器机房的屏蔽墙采用混凝土一次性浇铸而成。同时本设计将直线加速器室设在地下室 ， 充分利用了大地作为屏蔽 ， 有效的减少了工程造价。

2.1 冷热源设计

由于直线加速器的使用时间与本大楼住院部等其他房间不同 ， 本设计采用VRV 变频多联机作为独立冷热源 ， 室外机设在一层地面。根据甲方的实际情况 ， 前期只投入三台运行 ， 所以室外机根据使用情况分别设置。直线加速器厂家提供的设备热负荷为加速器部分：

-- 在Clinac 加速器立柱/机架处  5.0Kw(17070Btu/hr)

-- 调制柜       3.0Kw(10242Btu/hr)

加速器控制区域

-- 加速器控制室      1.0Kw(3414Btu/hr)

--VARIS 工作站      0.5Kw(1707Btu/hr)

--MLC 工作站    0.5Kw(1707Btu/hr)

--PV 工作站    0.5Kw(1707Btu/hr)

直线加速器室的工作环境要求如图3所示。考虑到本设计中采用全热空气换气机 （ 不带制冷功能 ）， 直线加速器室室内机需承担新风负荷 ， 所以直线加速器室所选室内机制冷量为12.5Kw ， 侧送风。控制室选室内机制冷量为3.6Kw ， 四面出风型。直线加速器自身的冷却由配套的冷却水系统冷却。

2.2 通风设计

加速器在运行过程中会产生放射性污染和非放射性污染。放射性污染主要为x 辐射 ， 非放射性污染为产生少量0 ₃ 及NO ₂ 废气。放射性污染通过屏蔽墙体解决 。 非放射性污染0 ₃ 及NO ₂ 废气通过通风来解决。除排除室内污染气体外 ， 还要考虑满足病人的新风量和房间的换气效率 ， 本设计每个直线加速器室换气次数为10次/h。由于室内污染物为0 ₃ 及NO ₂ ，通风方式为全新风运行 ， 同时还有考虑系统运行过程中的节能要求 ， 采用带全热回收的新风换设备。由于直线加速器风机房的高度限制 ， 本设计中带全热回收的新风换设备选用的是全热型热回收转轮 （ 直线加速器室的通风如图4 所示 ） 。送回风均配置初效过滤器 ， 以满足直线加速器室内空气中固体颗粒不能大于10μm的要求。0 ₃ 及NO ₂ 虽然对空气有污染 ， 但产生的量少 ， 对环境的影响较小 ， 可以直接排至大气中。

直线加速器室采用气体消防 ， 通风设计时还要考虑火灾后的事故排风 ， 由于直线加速器室的屏蔽墙厚度达2.4米 ， 埋管难度大 ， 平时通风和火灾后的事故排风共用同一套管路 ， 在直线加速器风机房增设火灾后事故排风用的风机和补风风机 ， 两套系统。

两套系统通过全自动防烟防火阀控制。根据厂家要求 ， 直线加速器的水冷机房要求的换气次数不小于85m ³ /min，水冷机房设在地下一层 ， 需要考虑排烟 ， 经风量核算 ， 地下一层的水冷机房的平时通风和火灾时排烟可以合用一套系统。

本系统气体消防采用的七氟丙烷 ， 密度比空气大 ， 室内污染物为0 ₃ 及NO ₂ 密度也大于空气 ， 因此 ， 排风口的位置设置在房间下部。

3 医用直线加速器室埋管设计

本工程医用直线加速器机房的屏蔽墙采用混凝土一次性浇铸而成 ， 钢筋混凝土墙的厚度达2.4米 ， 而直线加速器室中空调系统的预埋管最多 ， 包括 ， 送风回风系统的预埋管、直线加速器冷却水系统的预埋管、室内机冷媒的预埋管和凝结水的预埋管共5套。送回风管的预埋管均为φ500 ， 风管为φ400 ， 直线加速器冷却水系统合用一个预埋管φ150 ， 室内机冷媒的预埋管φ150 ， 冷凝水预埋管φ80。因此 ， 空调预埋管的埋管方式是本设计中的重要内容 ， 同时 ， 所有的预埋管必须跟混凝土浇铸同时进行 ， 一次到位。

预埋管的主要原则是在满足使用功能的前提下保证射线辐射对人体危害在安全范围内 ， 还要尽量减小埋管的面积。因此 ， 预埋管尽量布置在辐射量小的区域 ， 埋管的方向尽量与辐射方向垂直 ， 最大限度的减少通过空调管道的辐射量。

直线加速器冷水机房和风机房与直线加速器室的相对位置不同 ， 影响埋管的方式 ， 根据不同直线加速器生产厂家 ， 预埋管方式主要有斜45℃埋管、“Z”字形埋管和“U”字形埋管三种方式。本工程直线加速器冷水机房和风机房在直线加速器室正上方 ， 采用斜45℃埋管。图5为直线加速器室的预埋管平面 ， 图6为直线加速器室的空调通风平面 ， 直线加速器室的预埋管剖面参照图4。由于凝结水为重力流 ， 需要一定的坡度 ， 还要穿越直线加速器室的迷道 ， 因此 ， 直线加速器室室内机在选型时应配凝结水泵 ， 以提高凝结水管的埋管高度。

预埋套管使剪力墙的局部厚度减小 ， 因此 ， 应根据关于职业放射工作人员剂量限值 (周剂量限值取0.02mSv/w ) ， 核算局部厚度最小处是否满足。采用公式1-1进行计算 ：

γ=L _HW ·r ² / WUTn  （1-1）

式中 ：

γ——减弱因子 ；

L _HW —— 周剂量限值,取0.02mSv/w ；

r —— 靶(出束口)距防护点距离 ， m ；

W —— 周工作负荷 ， 取720mSv/w ；

U —— 束定向因子 ， 可取1 ， 1 ， 4 ， 1 ， 8 …..

T —— 居留因子 ， 可取1 ， 1 ， 4 ， 1 ， 8 ……

n —— 安全系数 ， 取2 ；

根据不同的U、T取值 ， 可以计算出不同朝向的墙体的减弱因子 ， 再通过查《 γ 射线屏蔽参数手册》，可得出所需屏蔽墙体的厚度。本工程只需核算顶部所需屏蔽墙体的厚度即可。经计算 ， 本工程的埋管做法满足理论要求。

4 、结论

4.1 直线加速器功率大、射线强 ， 如果使用过程中屏蔽不当 ， 势必造成对周围环境的辐射污染 ， 进而对有关人群构成损害 ， 所以预埋空调套管时必须要充分考虑降低辐射的要求。

4.2 直线加速器室屏蔽墙为混凝土墙 ， 厚度大 ， 埋管时应综合考虑 ， 能共用的系统尽量共用 ， 以减小埋管面积 ， 同时也是降低射线通过埋管辐射的几率。

4.3 本工程是采用斜45℃埋管 ， 在绝大多数情况下 ， 不再需要对风道进行屏蔽 ， 但治疗室外风道的周围应留出空间 ， 以便在以后进行辐射检测不合格时 ， 可增设屏蔽层。

4.4 在通风设计中 ， 应采用新风系统 ， 而不是循环系统 ， 排风可以直接排到大气中。考虑到节能要求 ， 宜采用带全热回收的通风方式。在系统未工作时 ， 不得进行治疗 ， 在长时间的大剂量辐射后 ， 应紧跟着治疗室进行一次彻底换气。同时 ， 加速器治疗室内空气应维持正压。