医院放疗机房空调通风设计(其他)

                           潘赞帅¹曹业玲¹张建忠²

 1南京航空航天大学航空宇航学院2南京市建筑设计研究院有限责任公司

摘  要：医院放疗设备的快速发展，对暖通空调的设计提出了更高要求。结合某医院放疗机房的空调通风设计实例，详细介绍了医院放疗机房空调通风设计的注意事项与方法，包括合理确定空调负荷、空调通风方案、排风换气量及防辐射措施等。

关键词：放疗设备空调系统通风系统

0  引言

    随着科学技术的进步，医疗设备的发展如雨后之春笋充满了生机。目前我国正处于医疗卫生事业改革的关键时期，不难预见在不远将来会有更多高新技术的医疗设备被引进和使用。这就要求暖通空调设计人员及时了解现代医学技术发展动态，以便研究、设计合理、正确的暖通空调系统，保障医疗设备的正常使用，保证人员与环境卫生安全。

    放射性治疗在医院扮演着重要角色，最为常见的放疗设备是电子加速器，电子加速器分为两种，一类是直线加速器；另一类是感应加速器，直线加速器的散热量约为7 kW，其散热部位主要在机架区，设计时应使空调送风先到达该区域；感应加速器散热量约41 kW。调制柜、配电室散热量约为3 kW，加速器控制室发热量为1.0 kW。

1  空调通风系统设计

1,1空调系统设计

    首先必须正确计算直线加速器机房的冷／热负荷，其包括：通过围护结构传人的热量、透过外窗和天窗进入的太阳辐射热量、人体散热量、照明和设备等内部热源的散热量、新风与补风带人的热量。这要求设计人员准确了解到相关设备的散热量以及直线加速器机房对通风换气量的要求，一般情况下，新风换气量较大，新风与补风的负荷占总负荷的比重大，确定安全、合理的通风换气量显得尤为重要，与一般公共建筑空调负荷相比，另一个负荷特点是设备发热量，因为设备发热量大，计算确定负荷时，务必调查清楚实际设备的发热量，在没有具体数据的情况下，可参考上面提供的参数。

    由于设备的重要性，这些场所空调方式可采取全空气系统或冷剂直接蒸发冷却空调形式。载冷剂管和冷凝水管或风管进出机房可按照“迷宫”形式迂回布置，同时管路穿越机房处应采用一定长度铅板外包防护，以防放疗设备工作时射线通过管路泄露。放疗机房应采用独立的冷凝水管路系统，防止直线加速器工作期间污染物和射线通过冷凝水管串流到其他房间，放疗机房冷凝水的排放应通过相应部门的检验和批准。

    图1所表示的是某直线加速器机房冷剂管道与新风管布置图。该直线加速器机房空调系统形式为：VRV+独立新风系统，新风采用直接蒸发冷却新风机组处理。由于放疗机房新风（补风）采用冷剂直接蒸发冷却设备处理，现有设备难于将新风处理到所需状态点，另外该房屋一侧外墙（靠近土墙）渗水严重，增加了室内湿负荷，故室内机需承担部分新风负荷与额外的湿负荷，所以直线加速器机房所选室内机额定总制冷量达20 kW(如果室内湿负荷过大，可考虑配备一台移动式除湿机)，选用两台额定制冷量10 kW四面出风型室内机，控制室选用2.5 kW侧送风室内机。

1.2通风系统设计

    放疗机工作时，会使空气发生电离，从而产生对人有害的氮氧化物和臭氧，而臭氧和氮氧化物的密度均大于空气密度，同时考虑到气体灭火通常采用的灭火气体是七氟丙烷，其密度比空气大，基于上述考虑，采用上送下排的气流组织形式，房间内排风口应设置在房间下部并远离门口以及人员经常走动区域。为防止放疗机工作结束后开门瞬间污染物的外泄，可采用维持房间负压这一设计思路，新风量与排风量可按0.8比值配置。为防止排风管内污染物泄漏，可将风管设于地下土建风道内。

    医院的贵重设备如加速器、MRI和ECT等房间均设置了气体灭火系统，暖通专业设计时要求设置火灾后的事故排风系统，为精简管路，本设计中采用了一套系统两用的设计方法，即平时排风和事故后排风共用一套系统，同时也可减少穿越防护墙的管路数。环境评估报告要求放疗机房的换气次数大于4次m，出于安全考虑，放疗机房的排风换气量可按6次／h设计，故排风风机按4个机房同时使用来确定排风风量。氮氧化物和臭氧对空气虽然有污染，但产生的数量少，对环境的影响较小，可以直接排至大气中。另外为防止新风中混入排风中的污染物，室外排风口应远离新风口．并将新风口布置到来流上游位置或将排风口用风管接到屋顶以上排放。

    放疗设备的主要散热部位（机架区）布置在靠近排风口的区域，方便及时排出设备的散热量或尽可能将冷气送到发热部位，以便对直线加速器快速降温，起到保护和延长设备使用寿命的作用。排风管在机房处做好保温措施，防止在机房处排风管结露。

2  防射线措施

    为防止直线加速器在工作时产生的射线对非射线区域的污染，空调通风系统既要满足室内空气温湿度和洁净度要求，又要采取有效措施防止射线通过管壁和管道外漏。

    由于射线在金属中具有传导效应，故进出放疗机房的管道应避免使用金属管材。空调送、回风管道和排风管道等采用非金属管材（如玻璃钢、玻镁复合风管等），以防射线传出。

    射线会经过风口等传至风管内，若不采取措施，射线易通过风管传输到直线加速器机房外，给外部人员带来射线危害。可利用射线低反射率原理，设计风管等管路时可设计多个直角弯，使射线经多次反射后所剩无几，如图2所示。冷媒管／冷凝水管进出直线加速器机房时使管子与射线方向成45⁰，如图3所示。

预埋管会使防护墙的局部厚度减少，如图2和图3所表示。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0.02 mSv/w），核算局部厚度最小处是否满足要求。采用公式(1)进行计算：

    根据不同的U，T取值，可以计算出不同朝向的墙体减弱因子，再通过查《y射线屏蔽参数手册》，可得出所需屏蔽墙体的厚度，在厚度不足的情况下，应采用铅板对管道进行外包，铅板的厚度和所包裹的管道削弱墙的厚度有关，大致是1 mm厚的铅板相当于100 mm厚混凝土墙对射线的衰减。

    直线加速器机房的屏蔽墙应一次性浇注而成，故在施工时应预埋送风管、冷凝水管、载冷剂管等管路。如图2和图3所示预埋管的主要方式有斜450埋管、“Z”字形埋管和“U”字形，为减少射线的外漏，预埋管应遵循在满足其使用功能前提下保证射线辐射对人体危害在安全范围内的原则，把预埋管布置在辐射量小的区域，同时尽量减少埋管的面积，在施工时必须保证所有的预埋管跟混凝土浇注同时进行，一次完成。

    感生放射性来源于直线加速器治疗室内的空气受到高能粒子照射时产生的感生放射性核素，如³H、⁷Be、¹¹C、¹³N、¹⁵O、⁴¹Ar等。射线能量在10 MV以上时，会产生感生放射性，感生放射性核素的半衰期长短不一，短者只有7.3 s，长者达121.53 d。所以在加速器关机的状态下，短时间内感生放射性衰减的速度非常快，长时间内感生放射性的变化趋于平缓。长半衰性感生放射性核素的存在，使得停机状态下机房仍然存在一定水平的感生放射性。因此在加速器停止工作后，不应及时打开防护门，而应继续通风排气一段时间，时间控制在使机房至少能进行一次换气，便于氮氧化物、臭氧和感生放射性核素的排出，从而创造一个干净的室内环境。由于本设计换气次数按6次／h设计，因此医护人员应在加速器停止工作不小于10 min之后方可进入机房。

3  热回收形式对比

    所谓热回收是指回收建筑物内外的余热（冷）或废热（冷），据调查，空调工程中处理新风的能耗大致占建筑总能耗的25%～30%，高级宾馆和办公建筑更是高达40%。可见，空调处理新风所消耗的能量甚大。而空调房间排风中可利用的能量是相当可观的，若对其加以回收利用可在节能和环境上获得很好的效益。为此，我国在2005年4月发布的《公共建筑节能设计标准》( GB50189-2005)中明确提出：在技术经济分析合理时，设计人员应优先考虑排风能量的回收。

    目前，有以下的热回收形式：第一，通过全热回收装置（如转轮换热器、全热换气机等），新风直接从排风中获取余热（冷），如果采用全热回收装置，在夏季工况下，新风则达到降温除湿的目的，冬季时新风则可升温加湿；第二，通过显热回收装置（如热管等），新风达到降温／升温的目的；第三，就风冷热泵而言，夏季时通过冷凝器回收排风中冷量，冬季则通过蒸发器回收排风中热量，这样不仅可以提高机组的能效比，而且冬季时可省去机组的化霜流程。

    考虑到直线加速器工作会使空气发生电离，产生N _x O _y（氮氧化物）和O₃（臭氧）。如采用第一种热回收方式的机组，不能避免新风和排风间交叉污染。采用第二种热回收装置，又面临换热效率低的局面，无法最大化地利用排风中能量。

    综上所述，第三种形式是最能满足卫生需求和节能要求的热回收方式。如选用一体化热回收新风机组，则应考虑机组中新风和排风渗透率的问题，要求厂家做好新风机组排风风道和新风风道的气密性检查，同时保证污染空气处于负压区，新风处于正压区。

4案例分析

    由于放疗机房的排风量很大，在对新风机组选型时应优先考虑排风热回收新风机组。由于该项目是改造工程，受机房大小的限制，无法采用排风热回收新风机组。

    以南京地区某医院放疗机房空调通风设计为例。由于直线加速器散热量达7 kW，与一般办公建筑相比夏天的热量明显增加，相比较而言，冬季的热负荷因为设备发热量大而明显减少，放疗机房空调主要矛盾出现在夏季，因此对夏季设计工况进行分析。南京地区夏季空调室外计算干球温度t₁=34.8℃，夏季空气调节室外计算湿球温度t₂=28.1 0C，从焓湿图可知室外空气焓值h_w=91 kJ/kg，放疗机房温度控制在20～22℃，相对湿度不大于60%。通过焓湿图可知室内空气焓值h _n=43-48 kJ/kg，新风量V=4100 m³/h，则把新风处理到室内状态点的冷量Q-V(h_w-h _n)／3600，由此可得要求新风机组的制冷能力Q₁=58.8～65.6 kW。然而，在对新风机组选型时要特别注意所选机组处理新风的实际能力，特别是现有定型的直接蒸发冷却新风机组。按处理新风量依据现有样本选择通用直接蒸发冷却新风机组，往往新风处理后的状态不能达到室内设计空气参数，此时，需要通过室内空调机来承担部分新风负荷。

    综上所述，在采用有源新风时，应优先考虑采用排风热回收新风机组来实现节能减排的目标，选择合理新风机组，综合考虑新风最终所能处理到的状态点，围护结构传人的热量，放疗设备的散热量，人员密度，照明等各方面因素来确定空调室内机的制冷量，从而为空调设备选型提供合理而又科学的依据。

5  结论

    日新月异的医疗设备要求暖通设计人员具备与时俱进的精神，在对医院放疗机房进行空调通风设计时应做到知己知彼，敢于革新，综合考虑各方面的影响因素，确定出合理方案，方可设计出满足相应医疗设备要求的空调通风系统。

    医院放疗机房的排风量很大，应优先选用排风热回收新风机组，这不仅可以给业主带来经济上的收益，而且还能达到节能减排目的。选择排风热回收方式时应做到具体问题具体分析，针对不同问题选择满足其要求的排风热回收方式，医院放疗机房可采用通过冷凝器／蒸发器回收排风中冷量／热量的方式来实现排风热回收，同时能最大程度地降低排风与新风之间的交叉污染

为防止医院放疗机房工作时射线通过风管外漏，在风管、载冷剂管和冷凝水管穿越防护墙处应采用一定长度铅板外包防护，还可精简通风系统，本设计将平时通风和事故后通风合二为一。

为防止医院放疗机房工作时污染物的泄漏与串流，设计时采用了独立的冷凝水管路、地下排风，还有就是排风管进出机房处做好气密性防护和保温措施。