一、工程概況
本工程為某綜合醫院的公共衛生應急樓（以下簡稱傳染樓）新建項目，項目位于陜西省漢中市，地上3層，建筑面積4926.5㎡，空調面積4455㎡，建筑高度13.2m。一層為消化道專科門診、呼吸道專科門診，設置DR、CT各一間、門診手術室一間、負壓隔離病房一間；二層為40床的消化科護理單元；三層為40床的呼吸科護理單元。在呼吸道傳染病疫情時期消化科護理單元可轉換為呼吸科護理單元使用，消化道專科門診停用。在本項目醫院建設整體規劃中，傳染樓屬于前期建設的一個單體，在院內其他單體投入使用前，傳染樓應能獨立運行。
二、設計原則
1、避免交叉感染
傳染病醫院最基本和最重要的要求就是必須避免交叉感染。為此，建筑平面布置應分區設計，劃分污染區、半污染區和清潔區，并明確潔污人流、物流通道。暖通專業要對建筑空間的氣流流向進行控制，通過營造合理的壓力梯度確保氣流由清潔區至半污染區再至污染區有序流動，同時還要避免不潔空氣在通風空調系統內部的擴散污染。此外，污染區的氣流組織應使醫護人員得到充分保護，清潔空氣首先流過房間中醫護人員可能的工作區域，然后流過污染源進入排風口，避免病人的飛沫在醫護人員呼吸區亂流。
2、節能
傳染病醫療用房的新風量與普通醫療用房存在明顯差異。考慮到人員舒適、氣味控制、稀釋空氣中細菌、病毒濃度等因素，《傳染病醫院建筑設計規范》（GB 50849-2014）明確非呼吸道傳染病的門診、醫技用房及病房新風量最小換氣次數為3次/h，呼吸道傳染病的門診、醫技用房及病房、發熱門診新風量最小換氣次數為6次/h。對于控制空氣中致命性的病原體的負壓隔離病房，由于目前空調機對回風的空氣處理不能保證100%阻隔或殺死病菌，所以要求采用全新風直流式空調系統，換氣次數為12次/h。相比綜合醫院普通醫療用房2次/h的新風量換氣次數要求，傳染病醫療用房數倍的新風量帶來巨大能耗，因此必須重視節能設計。
3、平疫結合
非呼吸道傳染病房平時新風量與突發呼吸道傳染病疫情時要求的新風量相差一倍，為了控制氣流流向，排風量也隨之改變，在設計通風空調系統時要著重解決平疫不同時期風量不同的矛盾。面對可能突發的未知傳染性疾病，由于病毒對人類、環境的影響尚不明確，應對排風采取必要的處理措施，在設計排風系統時應留有設置高效過濾器的條件。針對疫情傳播速度快的特點，通風空調系統應能快速完成平疫轉換，且疫時系統應便于維護。
三、通風空調系統設計
1、設計依據
設計主要依據的標準文件有《傳染病醫院建筑設計規范》（GB 50849-2014）、《醫院負壓隔離病房環境控制要求》（GB/T 35428-2017）、《綜合醫院“平疫結合"可轉換病區建筑技術導則（試行）》（國衛辦規劃函〔2020〕663號）等。此外設計還應遵守《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》（GB 50736-2012）、《建筑設計防火規范（2018年版）》（GB 50016-2014）等相關標準。
2、設計參數
項目地點的室外空氣計算參數為：夏季空調室外計算干球溫度32.3℃；夏季空調室外計算濕球溫度26℃；冬季空調室外計算干球溫度-1.8℃；冬季空調室外計算相對濕度80%；夏季通風室外計算溫度28.5℃；冬季通風室外計算溫度2.4℃；夏季大氣壓力947.8hPa；冬季大氣壓力964.3hPa。

 
注：表中P表示正壓5Pa，N表示負壓-5Pa，NR表示不要求。
3、風系統
（1）避免交叉感染設計
從暖通專業的角度，傳染病可分為呼吸道傳染病和非呼吸道傳染病。非呼吸道傳染病的主要傳播途徑是手接觸、消化道攝入等，呼吸道傳染病的主要傳播途徑是吸入一定濃度的帶病菌氣溶膠。非呼吸道傳染病控制感染的措施主要是物理隔離與洗消，而呼吸道傳染病主要依賴于控制氣流流向和稀釋帶病菌氣溶膠濃度，因此呼吸道傳染病區是風系統設計時重點考慮的對象。無論是呼吸道傳染病還是非呼吸道傳染病，為避免交叉感染，受保護的醫護人員都不應與患者直接接觸。這要求建筑平面應按污染區、半污染區、清潔區設計，清潔程度不同的分區之間設置更衣、緩沖等衛生通過，患者、醫護人員分別在患者走道、醫護走道通行。在建筑平面分區的前提下，新風、排風系統均按照污染區、半污染區、清潔區獨立設置，不同樓層的污染區、半污染區的新風、排風系統也獨立設置。由于理論上不同樓層的清潔區不存在交叉感染可能，各層新風量、排風量也較小，為方便設備選型和機房排布，本項目一至三層的清潔區新風、排風分別合用一個系統。
對呼吸道傳染病區，通過營造合理的壓力梯度來控制氣流流向，清潔區相對半污染區為正壓，半污染區相對污染區為正壓。病房、診室等污染區房間維持負壓。壓差大小取決于機械送、排風量的差值和空間密封性。根據3.2節的新風量設計參數容易得到各房間的機械送風量，污染區房間的機械排風量設計值根據維持房間負壓5Pa的規則確定，清潔區的淋浴、衛生間等房間的機械排風量按照換氣次數經驗值估算。各分區的機械送、排風量設計值見表 2。表中二層消化科護理單元的風量按照呼吸道傳染病疫情時期的風量設計。

  
為控制呼吸道傳染病區各分區之間的氣流流向，除設計合理的風量差外，各分區的機械送排風系統必須設計聯鎖：各區之間的風機啟動先后順序為污染區、半污染區、清潔區；清潔區先啟動送風機，再啟動排風機；半污染區、污染區先啟動排風機，再啟動送風機；關閉風機時，清潔區先關閉排風機，再關閉送風機；半污染區、污染區應先關閉送風機，再關閉排風機。呼吸道傳染病區的污染區房間氣流組織設計為上送側下排，送風口采用散流器或百葉風口，下排風口采用自研圓筒形風口，其結構及安裝示意見3.3.3節。一般呼吸道污染區房間設風機盤管承擔其熱濕負荷，負壓隔離病房采用全新風直流式系統。普通呼吸道病房的風管平面布置圖見圖。
  

圖中各項設備編號含義如下：YSV170-圓形散流器，設計風量170m3/h；XPV170-圓筒形下排風口，設計風量170m3/h；FD-動作溫度為70℃的防火閥；RSV-CG-變風量控制閥，規格為200×200mm；MD-電動風閥，密封性滿足規范要求；CAVC180/360-配開關型電動執行器的方型機械式定風量閥，能在風閥兩側壓差為50-1000Pa的條件下保持180/360m3/h兩態定風量，CAVC250/500同理。
對于呼吸道病房、負壓隔離病房等需要保持負壓的房間，本項目采用“定新風量、變排風量"的控制策略。具體措施為：在上述房間的送風支管上設置機械式定風量閥，排風支管上設變風量控制閥，病房與緩沖間的隔墻、緩沖間與醫護走道的隔墻上設微壓差計，在一層醫生辦公室、二/三層護士站分別設控制器，將微壓差計的壓差信號輸入控制器后經運算輸出控制信號調節變風量控制閥，達到保持房間負壓的目的。
（2）節能設計
傳染樓新風量大導致通風空調系統能耗大，考慮降低新風熱濕處理能耗。注意到傳染病區的污染區、半污染區排風為有組織的集中排風系統，它們在本層收集后統一于高出屋面3米處排放，此特點為回收排風中的冷熱量創造了得天獨厚的條件。本項目選用多臺分體式冷凝排風熱泵熱回收空調機組用于回收排風中的冷熱量，負壓隔離病房采用全直流新風系統，原理圖見下圖，普通呼吸道病房采用風機盤管加獨立新風系統，原理圖見下圖。
負壓隔離病房通風空調系統原理圖
  
圖中各項設備編號含義如下：1-風口，2-電動風閥，3-分體式熱泵熱回收空調機組送風段，4-連接其他空調設備的水管，5-空調水管，6-分體式熱泵熱回收空調機組送風段與排風段間的冷媒管，7-風冷熱泵，8-分體式熱泵熱回收空調機組排風段，9-手動風閥，10-變風量控制閥，11-排風管，12-亞高效過濾器送風口，13-設高效過濾器的圓筒形下排風口，14-直流無刷風機盤管，15-送風管，16-機械式定風量閥，17-微壓差計。
呼吸道病房通風空調系統原理圖
   

圖中各項設備編號含義如下：1-連接其他病房的送風管，2-連接其他病房的排風管，3-圓筒形下排風口（預留高效過濾器安裝空間），4-風機盤管，5-設雙位電動執行器的機械式定風量閥，其他未注明的設備編號含義同負壓隔離病房通風空調系統原理圖。
如圖所示，呼吸道病房的排風口通過排風管道連接屋頂的分體式熱泵熱回收空調機組排風段，分體式熱泵熱回收空調機組送風段通過送風管道連接新風口，排風段與送風段之間通過冷媒管道連接，排風段設備內包含壓縮機、換熱器、四通閥、膨脹閥等組件，送風段設備內包含換熱器、膨脹閥等組件。病房排風通過排風口送入排風段中對冷媒進行換執，換熱后的冷媒通過冷媒管送入送風段中對新風進行處理，處理后的新風通過新風口送入病房內，由此實現冷熱量由排風到新風的轉移。
選用熱回收裝置時送風狀態是不容忽視的問題。在3.2節的設計參數條件下，對本項目所選用的6ERM-AE(0500)型排風段和6EIV-D(0500)型送風段組成的熱泵系統進行模擬計算得知，當送排風比為1時，夏季送風狀態為干球溫度18.2℃，濕球溫度17.8℃，冬季送風狀態為干球溫度28.7℃，濕球溫度12.7℃。將送風狀態點繪制在焓濕圖上可知夏季送風狀態點的比焓52.6kJ/kg小于室內設計狀態比焓57.8kJ/kg，冬季送風狀態點的比焓37.3kJ/kg大于室內設計狀態比焓32 kJ/kg，呼吸道病房的風機盤管僅需承擔部分房間冷熱負荷即可達到室內設計狀態。
對于采用全新風直流式系統的負壓隔離病房，根據夏季送風狀態和房間熱濕比在焓濕圖上分析易知，經熱泵熱回收系統處理后的送風承擔全部室外新風冷負荷和室內冷負荷的能力不足。為解決此問題，如圖 2所示，負壓隔離病房的送風管連接直流無刷風機盤管，送風經過風冷熱泵提供的空調冷水間接二次降溫減濕后再送入室內，送風溫度可由盤管上的模擬量電動調節閥及控制器調節。
本項目選用兩臺風冷熱泵置于屋面作為空調設備冷熱源，相關參數見下表。
  
（3）平疫結合設計
建筑專業在設計平面布局時可按平時使用需求考慮，但應符合醫患分離、潔污分區的設計理念，疫情時通過改造隔墻、門窗、增設衛生通過等措施實現“三區兩通道"物理空間分隔。設計層高時考慮各專業的工藝要求，本項目設計層高為一層4.8m，二、三層4.2m，屋面機房3.9m。
為解決通風空調系統平、疫風量不同的矛盾，避免平、疫兩套系統共存，使用下列技術措施：
1）非呼吸道病房通風空調風管、設備均按照呼吸科護理單元的要求設計布置。
2）非呼吸道病房、呼吸道病房的新排風設備按照兩臺設計，且采用變頻控制技術，方便通過改變運行設備臺數、變頻調節系統風量。
3）非呼吸道病房、呼吸道病房的送風支管上設置機械式定風量閥，閥上設開關型電動執行器，可在平、疫不同送風量之間轉換。
4）非呼吸道病房、呼吸道病房、呼吸道門診的污染區、半污染區的送風管段預留亞高效過濾箱，平時抽掉過濾器，疫情時再裝。
5）非呼吸道病房、呼吸道病房的排風立管采用圓筒形排風口，預留安裝高效過濾器的條件。
6）非呼吸道病房在呼吸道傳染病疫情期的新排風量增大，且增設亞高效過濾器、高效過濾器，導致新排風機運行功率增大，電氣專業設計供配電系統時按照疫時設備電量考慮。
考慮突發疫情時快速安裝高效過濾器的可實施性及維護操作的方便性，降低使用成本，本項目采用自研的可裝高效過濾器的圓筒形排風口，其結構和安裝示意圖見下圖 。
圓筒形排風口結構示意圖

   

圓筒形排風口安裝示意圖
   
（4）其它系統
除了前述送排風系統，防排煙系統、空調冷熱水系統、空調冷凝水系統、冷熱源系統等同樣重要，但不作為本文重點，不再贅述。值得注意的是，非呼吸道病房、呼吸道病房、呼吸道門診的空調冷凝水應分區集中收集并隨生活污水排放消毒處理，非呼吸道病房及門診的空調冷凝水也要消毒處理后排放。
四、總結
本項目使用分區設置系統、控制氣流流向、采用上送側下排氣流組織等方法避免了因不合理的通風空調系統引起的交叉感染。節能方面，除了使用風冷熱泵作為空調冷熱源，還采用分體式熱泵熱回收空調將排風中的冷熱量轉移到送風中，大幅降低了送風熱濕處理能耗，而且優化了排風和新風系統的布局。為了疫情來臨時能快速轉換，在一次建設時把空調、風管、閥門等設備按照疫情工況安裝到位，預留過濾器安裝條件，通過改變設備運行臺數、變頻、使用兩態定風量閥和變風量控制閥等措施實現平疫轉換。