实验室百科 | 浅议医院空调系统与病房室内环境控制

医院病房是特殊的场所，医护人员受感染和患者交叉感染的情况时有发生。环境作为一种特殊的心理治疗手段日渐成为关注焦点，从而使空调系统在病房中得到了广泛应用。空调系统已经成为治疗疾病、减少感染的一种重要技术保障。

完善病房空调系统设计对加快和推动病房护理环境的改善，对促进国民健康具有重要意义。

(一) 感染源控制

从源头着手避免或减少室内污染源是最理想的控制方法，医院应选择满足功能需要并且不积尘、菌且容易清洁消毒的绿色建材。在项目招标阶段应选择正规的有丰富工程经验的设计、施工单位，要求具有装饰及机电安装资质，特别是要注意选择对室内环境重视的公司，并在签订工程合同时明确室内环境的要求，把好选材关，减少施工过程污染。

(二) 通风

通风稀释是控制室内空气污染最直接的办法。通风按工作动力的差异可分为自然通风和机械通风。前者是利用室外风力造成的风压或室内外温度差产生的热压进行通风换气，后者是依靠机械动力进行通风换气。充分合理地利用自然通风是一种经济、有效的措施。因此，对于室内空气温度、湿度、清洁度和气流速度均无严格要求的场合，在条例许可时，应优先考虑自然通风。

(三) 空调净化

设置通风空调系统的目的是为了改善空气质量，但有时却事与愿违，很多通风空调系统的构件成为室内空气的污染源。很多医院的通风空调系统，风管内壁、送回风口的表面及周围积满灰尘。新风量不足或新风受到二次污染。除个别工程设计时新风量选定值偏低外，新风入口的面积偏小，风机性能下降而导致新风量降低，入室的新风净化处理方法不当，经过的途径较长而受到二次污染，均会导致空气质量(IAQ) 的恶化；而室内空调系统气流组织不好，新风分布不均匀，形成死角，也会造成某些部位空气停滞的时间过长。另外，由于室内换气次数过频，使空气中悬浮物增多，送风管道、空气处理机、过滤装置等设备肮脏、污染严重，未进行定期保养维护和清洗，也是造成污染的原因之一。

(一) 分散式空调系统

当前许多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。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。

(二) 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散式空调，它的特点是一台室外机组可以带多台室内机组，而且室外机组为模块型，可以多台组合。室内机组有七种类型，五十多种不同容量的规格，以适应不同的室内空间条件。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。

VRV 的控制系统采用双电缆多路传输系统，使布线简化，布线最长可达500m，无需人为地设定地址。该系统缺点是新风要靠自然的方式补充，浪费冷量，设备使用初期投资高。

(三) 全空气系统

包括VAV 变风量系统和其他通过一台空调机向多个房间送风的系统。为了节省运行能耗，采用收集各房间回风进行循环处理的方式。从空气质量和环境安全的角度看，这种方式存在的最大隐患就是回风再利用和再循环。产生于各房间的烟尘、臭味，以及可能出现的病菌、病毒，通过回风重新均匀地送回到相连的各个房间，导致各种交叉污染、交叉感染。

(四) 风机盘管加新风系统

这是近年来医院病房空调设计普遍选用的一种方式。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。

此种系统的问题是风机盘管的冷凝水造成的潮湿条件，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。

根据以上分析，为了在满足热湿环境的同时还保证空气质量，实现建筑环境的安全性，今后空调系统的发展方向应是对温度、湿度和室内空气质量独立控制调节的系统。为此可选择采用全新风系统。如采用自循环空调机组，就必须注意空气途径的危害，另外也存在空调冷凝水滋菌以及收集处理系统的复杂性，还有贯通整幢大楼的冷凝水管道系统又是病菌传播通路等问题。如果空调机组在全年运行过程中不出现水分，病菌失去了寄生必要条件，系统就不存在污染源，也不需要凝水管道系统，则可从根本上彻底消除三条途径的危害。于是产生了新的控制思路—独立新风系统(DOAS)。

（一）独立新风系统送风形式

如图1 所示，DOAS 系统的送风首先进入空调末端与回风混合后再送入房间。这种系统形式的优点是：末端设备容量较小，可以节省吊顶空间；新风与回风充分混合，房间的温度均匀性较好。缺点是新风系统与空调末端相互串联，只要房间需要通风，空调末端就得运行。这种系统形式将回风限定在各自房间内部，将各房间交叉污染的可能性降到最低，且室内盘管在干工况下工作，避免细菌滋生。因此，DOAS 系统有效解决了因室内盘管湿工况运行所产生的空气质量问题。

（二）新风对能耗影响分析

干式盘管要保证风机盘管干工况运行，新风必须除去全部室内湿负荷。通常有两个方法：一是降低新风机器露点温度，通过降低冷水机组冷水温度同时增加盘管排数使新风机器露点含湿量降低，从而提高单位新风量的除湿能力；二是增加新风比，提高露点温度，靠增加新风量加大新风除湿能力。或两者兼之，保持合适的露点温度。

因为没有足够量的低湿新风，不可能带走室内所有的湿负荷，也无法保证室内湿度。由此可见，新风是独立新风系统研究中的一个关键问题。另外，医院不同类型病房需要的新风量也不一样，普通病房需要新风量较少，而呼吸道病人监护病房和新生儿监护病房等需要新风量较多。由此引发的整个空调系统的能耗也不同。

（三）DOAS 设计要点分析

1.新风机组须承担室内全部的潜热负荷对于室内湿负荷和室内干球温度已知的空调建筑来说，当室内新风量按国家标准的规定加以确定后，如果给定新风机组的机器露点，那么室内空气的含湿量就会维持在一个定值，只要最终的室内状态点处于室内舒适区的范围内，新风机组就能全部承担室内潜热负荷，但是最佳的机器露点则需要经过经济分析才能确定。

对于已知室内湿负荷参数的空调建筑来说，当室内新风量按国家标准的规定加以确定后，如果给定室内设计参数，那么新风机组的机器露点的含湿量就存在一上限值，新风机组的机器露点含湿量只有等于或低于这一上限值，新风机组才能全部承担室内的潜热负荷，但此时空调系统并非按经济模式运行。

当所要求的新风机组机器露点超出新风机组表冷器的空气处理能力，或者最终的室内含湿量已经超出舒适区的范围时，可以采用增加新风量的方法来确保新风机组承担室内全部的潜热负荷。不过在实际工程中，除了为获得低相对湿度外，增大室内新风量是不经济的，也是没有必要的。

2.风机盘管机组做到无冷凝水为了防止冷凝水的出现，风机盘管机组的进水温度必须等于或高于周围空气的露点温度。这样，进水温度显然也会高于风机盘管机组的标准进水温度（7℃），从而使风机盘管机组的供冷量明显下降，为了承担室内剩余的显热负荷，必须加大风机盘管机组的送风量，不但造成设备一次投资增加，而且还会增大空调末端设备的能耗，室内状态也无法保持，室内温湿度还会出现较大的波动。因此，如果在DOAS 中采用风机盘管机组作为显冷设备，应该对风机盘管机组进行改造，即降低风机盘管机组的空气处理能力，生产大风量、低焓差的产品，要满足这一要求实际上是很容易的。例如将传统的3 排盘管的风机盘管机组改成2 排盘管，或将传统的2.5mm 片间距增大到3.2mm，这样做不但可以降低产品的成本，而且还可以减小盘管的阻力，是可行的解决方法。

3.全热交换器和新风机组的设计计算。在DOAS中，新风机组是最主要的空气处理设备，室内潜热能否全部由新风机组承担，室内显热负荷能够减少多少，也就是说，能否真正实现“新风独立”运行，关键在于新风机组的处理能力，空调系统的一次投资和运转费用也与新风机组的处理能力直接相关。因此不但需要对DOAS 的新风机组进行正确的表冷器设计计算，而且需要确保设备的性能和质量以达到设计所需要的参数。在DOAS 中，由于新风机组的露点温度明显低于常规空调系统的露点温度，室内相对湿度也低于常规空调系统的相对湿度，新风负荷要比常规空调系统的大，因此全热交换器是独立新风系统的重要组成部分，如果全热交换器的全热交换效率能达到50%，新风负荷就能减少一半。DOAS 用新风机组的表冷器设计计算属于设计型计算。DOAS 用新风机组的表冷器的具体设计计算可采用迭代方法反复计算，因此一般采用计算机编程进行计算。