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共戰疫情 | 雷神山醫院如何做到避免交叉感染

來(lái)源:山東康德萊凈化工程有限公司 時(shí)間:2020-02-22 15:26:47 瀏覽次數:

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武漢加油 中國加油

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武漢第二所專(zhuān)門(mén)用于收治新型冠狀病毒肺炎患者的醫院——雷神山醫院火速建成的背后,凝聚著(zhù)建筑師和工程師的智慧和力量。作為一所呼吸類(lèi)臨時(shí)傳染病醫院,如何確保醫院內部的空調與通風(fēng)設計為病人及醫護人員提供安全的、舒適的就醫及工作環(huán)境,如何避免因空氣流通造成的交叉感染,又如何在通風(fēng)系統中,進(jìn)行過(guò)濾、殺菌、凈化裝置的設置和選擇?暖通工程師需要考慮到方方面面。中南建筑設計院參與此次雷神山醫院設計的暖通工程師就為你解讀這所特殊時(shí)期、特殊條件下的傳染病醫院如何進(jìn)行通風(fēng)空調的設計。




01


 項目建設背景


  Background


2020年跨年之際,一場(chǎng)突如其來(lái)的疫情從武漢波及全國,生命重于泰山,疫情防控牽動(dòng)著(zhù)每個(gè)人的心??箵粢咔楣ぷ鲉?dòng)以來(lái),中南建筑設計院堅決貫徹落實(shí)黨中央及湖北省委、省政府,中南設計集團各項工作部署,第一時(shí)間由主要領(lǐng)導牽頭建立應急設計應對機制,以國企大院的使命和擔當,充分發(fā)揮設計專(zhuān)業(yè)優(yōu)勢,全力以赴參與抗擊疫情工作。疫情如火,刻不容緩,雷神山醫院中南院暖通設計團隊從1月24日晚接到任務(wù),開(kāi)始圖紙設計,到2月5日開(kāi)始驗收,10天10夜與時(shí)間賽跑,毫不松懈。3天交付全部施工圖,全程在項目現場(chǎng)配合施工,突破常規,及時(shí)根據現場(chǎng)實(shí)際需要進(jìn)行圖紙優(yōu)化,直至轉入使用運維配合服務(wù)階段。



02


 項目概況  


  Introduction


雷神山醫院建設用地面積約22萬(wàn)m2,總建筑面積約7.9萬(wàn)m2,整體規劃按照傳染病醫院標準設計,設計用于收治已確診的新型冠狀病毒感染肺炎患者的醫院。根據用地情況將東、西兩區分別規劃為隔離醫療區和醫護生活區,并配備有相關(guān)運維用房,病床總床位數建設目標為1600床,可容納醫護人員約2300人。


隔離醫療區總建筑面積為52200m2,為新建一層臨時(shí)建筑,設有衛生通過(guò)單元、病區護理單元、醫技單元、接診區。護理單元為集裝箱拼接式建筑,外形尺寸(長(cháng)×寬×高)為3m×6m×2.6m,室內凈高2.4m;醫技區為鋼結構板房建筑,建筑高度4.5m。隔離醫療區北側設有污水處理站、微波消毒間、垃圾暫存庫、垃圾焚燒間、液氧站、正負壓站房等配套設施。




03


 通風(fēng)空調系統設計原則


  Design Principles


空調設計參數

設計空調室外參數主要考慮疫情爆發(fā)期間的武漢冬季氣象條件并考慮預期氣候條件。參照國家相關(guān)規范,病房區、醫護區、醫技區主要房間冬季室內設計溫度為18~22℃,主要病人及醫護通道的設計溫度不低于18℃。


空調通風(fēng)系統

為避免交叉感染,病房區、醫護區、醫技區的主要房間均采用熱泵型分體空調。醫技區負壓檢驗、負壓ICU、負壓手術(shù)室采用直膨式全空氣型凈化空調機組全新風(fēng)運行,送風(fēng)管道設有電加熱器。電加熱器設置分檔調節并采取無(wú)風(fēng)斷電保護措施。


漂浮在空氣中或附著(zhù)在灰塵顆粒上的病菌會(huì )附著(zhù)在空調機組的盤(pán)管上,并隨冷凝水排出,這些病毒可能導致人員致病。因此空調的冷凝水不應單獨散排至室外,均分區集中收集,并應隨各區污水、廢水排放集中收集。


在通風(fēng)空調設計中應致力于采用有序的壓力梯度控制措施,合理控制氣流流向,不同污染等級區域壓力梯度的設置應符合定向氣流組織原則,應保證氣流從清潔區→半污染區→污染區方向流動(dòng)。醫護區相對傳染區為正壓,控制負壓隔離病房、負壓檢驗室室內負壓值,避免潔凈空氣與污染空氣的交叉, 減少相互感染概率,有效阻斷病毒傳播,保證醫護人員安全健康。負壓隔離病房最小換氣次數為12h-1,污染區最小換氣次數為6h-1,清潔區最小換氣次數為3h-1。


所有區域送風(fēng)系統設粗、中、高三級過(guò)濾保證送風(fēng)潔凈度,同時(shí)應采取有效的空氣凈化消毒措施,最大限度降低負壓隔離病房等污染區的排風(fēng)對周?chē)h(huán)境的影響。送風(fēng)過(guò)濾單元、排風(fēng)高效過(guò)濾器前后設置壓差檢測、報警裝置,當壓差數值超過(guò)設定值時(shí)傳感器報警,相應進(jìn)行設備更換。



設備與材料

結合當前應急臨時(shí)醫院建設時(shí)間短、要求高,部分設備材料供應不滿(mǎn)足建設工期要求的特點(diǎn),因地制宜做好暖通空調的設計工作是我們重點(diǎn)考慮的問(wèn)題。設計過(guò)程中團隊派專(zhuān)人與各大設備供應商對接,盡量選用成熟可靠、庫存量大、運輸快速、廠(chǎng)商捐贈的設備,節省產(chǎn)品的采購、調貨時(shí)間。同時(shí)方便施工單位快速安裝、調試簡(jiǎn)單。選用的通風(fēng)空調管道滿(mǎn)足建設周期要求,制作安裝簡(jiǎn)單,氣密性好。通過(guò)上述措施,在保證系統運行可靠的前提下極大地縮短了施工周期。








04


 病房區氣流組織與壓差控制措施


  Control Measure


區域功能

病房區主要由安置病人的負壓隔離病房及其衛生間、緩沖間、醫護人員通行的走廊等部分組成。


設計方案

負壓隔離病房區域采取壓差控制措施,保證氣流從半污染區→污染區方向流動(dòng),病房維持-10~-15Pa,相鄰房間維持不小于5Pa的壓力梯度。病房與醫護走廊的墻面上裝有顯示不同區域壓力差值的微壓差計,便于醫護和維護人員實(shí)時(shí)觀(guān)察房間壓力梯度與送排風(fēng)系統運行是否正常。


污染區、半污染區分別設置獨立的送/排風(fēng)系統,風(fēng)機采用低噪音高效離心風(fēng)機箱且一用一備,排風(fēng)口至距地4.5m以上。設計將5~6間病房及其衛生間合用一套送/排風(fēng)系統,極大的方便了系統調試,同時(shí)有效保證了壓力梯度,風(fēng)機風(fēng)量的合理控制也避免了風(fēng)機運行噪音和振動(dòng)對病房人員的影響。病房區送/排風(fēng)系統及氣流組織示意圖如下:


氣流組織模擬

為檢驗病房氣流組織設計效果,對病房的氣流組織進(jìn)行了模擬論證。


模型描述:建立5.8m×3m×2.4m(長(cháng)×寬×高)的病房空間,2張單人床尺寸為2m×0.9m,床頭柜尺寸為0.6m×0.6m×0.6m,分體空調室內機尺寸為1.0m×0.4m×0.32m(長(cháng)×高×深),房間采用上側送風(fēng)下側排風(fēng)的通風(fēng)系統,2個(gè)送風(fēng)口尺寸均為Ф150,排風(fēng)口尺寸400mm×400mm,三維物理模型如圖所示:



┃ 三維物理模型示意圖


房間上部單個(gè)送風(fēng)口送風(fēng)量為250m3/h,總送風(fēng)量為500m3/h,送風(fēng)溫度為20℃,水平送風(fēng);下部排風(fēng)口排風(fēng)量為700m3/h,水平排風(fēng)。分體空調風(fēng)量為1000m3/h,送風(fēng)溫度為30℃,斜向下45°出風(fēng)。內墻和外墻分別依據房間溫度和環(huán)境溫度采用等壁溫邊界條件,計算中不考慮輻射模型。通過(guò)模擬得到如下結果:


(1)病房速度場(chǎng)和溫度場(chǎng)

病人平躺時(shí),頭部處的速度為0.25~0.35m/s,溫度為19~22℃,滿(mǎn)足舒適度的要求。


病人站立時(shí),病房?jì)戎饕顒?dòng)區(除空調出風(fēng)口處)頭部處的速度為0.3~0.5m/s,溫度為18~25℃。


(2)病房?jì)葰饬鹘M織


通過(guò)模擬得到如圖所示的速度跡線(xiàn),采用設計方案(上側送風(fēng)下側排風(fēng))時(shí)床頭處于回流區,整個(gè)房間易形成良好的定向氣流,通風(fēng)系統可以有效及時(shí)排除病房?jì)任廴練怏w。


安裝與調試


負壓隔離病房及其緩沖間的送/排風(fēng)口布置應符合定向氣流組織原則,防止送排風(fēng)氣流短路。送風(fēng)口應設置在房間靠近醫護入口上部的上側,送風(fēng)需經(jīng)過(guò)粗、中、高三級過(guò)濾;排風(fēng)口應設置在病房?jì)瓤拷差^的下部并設高效過(guò)濾器,利于污染空氣就近盡快排出且對周邊大氣環(huán)境不造成污染。


負壓隔離病房及衛生間的送/排風(fēng)管均由側墻接入室內,減小管道對室內吊頂高度的影響,避免屋面開(kāi)設太多洞口增加漏水隱患,管道穿墻處做好相應的密封處理有效保證房間氣密性。醫護走廊及緩沖間的送風(fēng)管由醫護走廊頂部進(jìn)入后分別開(kāi)設側送風(fēng)口,既減小了管道對走道凈高的影響,同時(shí)避免管道穿越污染區,所有屋面洞口都做好相應的防水密封處理。


送/排風(fēng)支管上均設置與設計風(fēng)量匹配的定風(fēng)量風(fēng)閥,病房送/排風(fēng)支管同時(shí)裝有可單獨關(guān)斷的電動(dòng)密閉風(fēng)閥。




經(jīng)過(guò)現場(chǎng)調試,各區域的壓差值均在設計范圍內,病房、緩沖間、醫護走廊之間可以形成有效的壓力梯度。


05


 醫護區氣流組織與壓差控制措施


  Control Measure


區域功能

醫護區由中央潔凈通道連通,每個(gè)醫護單元對應4個(gè)隔離病房單元。醫護單元可分為潔凈區(含中央潔凈通道及與其連通的潔凈房間)和潛在污染區(通向隔離病房區的走道及與其連通的房間)。


設計方案

醫護區相對傳染區為正壓,有效阻斷病毒傳播,保證醫護人員安全健康。通過(guò)合理的送/排風(fēng)氣流組織,保證整個(gè)醫護單元為正壓區域,同時(shí)保證氣流從清潔區→潛在污染區流動(dòng)。送/排風(fēng)系統支管設置定風(fēng)量閥,通過(guò)送/排風(fēng)量精準控制相鄰房間不低于5Pa的壓力梯度。


醫護區的的潔凈區和潛在污染區分別設置相應的送/排風(fēng)系統,風(fēng)機采用低噪音高效離心風(fēng)機箱。每個(gè)送風(fēng)系統均設置粗、中、高三級過(guò)濾,保證送入醫護單元的空氣潔凈度,排風(fēng)口至距地4.5m以上。醫護區送/排風(fēng)系統及氣流組織示意如下圖:



安裝與調試

為了保證潔凈區正壓,除了按設計要求組織送排風(fēng),通過(guò)定風(fēng)量風(fēng)閥精準調控送排風(fēng)風(fēng)量外,還需注重房間密閉性。實(shí)際施工過(guò)程中,對維護結構間的縫隙、管線(xiàn)穿墻及樓板的縫隙都要做密封處理,不留死角。



06


 醫技區氣流組織與壓差控制措


  Control Measure


區域功能

隔離區醫技單元分為A,B,D三個(gè)區,A區包括28床的負壓ICU、負壓檢驗及其配套用房;B區包括負壓手術(shù)室、CT、超聲、心電及其配套用房;D區包括33床的負壓ICU及其配套用房。


方案設計

主要房間排風(fēng)換氣次數:1、負壓檢驗/緩沖間13h-1;2、負壓手術(shù)室22h-1,走廊/輔房13h-1;3、負壓ICU/緩沖間/輔房13h-1;4、CT、超聲、心電及其配套用房8h-1。通過(guò)送/排風(fēng)量精準控制壓力梯度,各主要區域壓力梯度:1、負壓檢驗:-20 Pa,緩沖間:-10Pa;2、負壓手術(shù)室:-20Pa,復蘇室/消毒打包/前室:-15 Pa,走廊/存床/醫護前室/無(wú)菌間:-10Pa;3、負壓ICU:-20Pa,病人緩沖/污物/污洗/清洗槽/纖支鏡/脫防護服:-15Pa,脫隔離服/治療室/緩沖/設備間:-10Pa。


為方便快速安裝及調試,負壓檢驗、負壓ICU、負壓手術(shù)室采用直膨式全空氣型凈化空調機組全新風(fēng)運行,送風(fēng)管道加裝電加熱器,送排風(fēng)機均采用低噪音高效離心風(fēng)機箱。由于極短的供貨周期造成直膨機供應商無(wú)法根據設計參與進(jìn)行有針對性的生產(chǎn),在設計過(guò)程中設計團隊與供應商密切對接,將現有的庫存產(chǎn)品參數與設計值進(jìn)行對比并第一時(shí)間鎖定各地庫存設備,部分設備參數由于無(wú)法滿(mǎn)足設計要求廠(chǎng)家第一時(shí)間對設備部件進(jìn)行改造。


送風(fēng)系統均設置粗、中、高三級過(guò)濾,其中負壓檢驗、負壓ICU、負壓手術(shù)室設高效過(guò)濾風(fēng)口。所有區域排風(fēng)經(jīng)高效過(guò)濾器處理后高空排放,負壓ICU、負壓手術(shù)室、治療室、復蘇室等房間設下排風(fēng)口。以負壓ICU為例,其送/排風(fēng)系統及氣流組織示意如下圖:



安裝與調試




經(jīng)過(guò)實(shí)際調試,各區域的溫度及壓差值均在設計范圍內,負壓ICU、負壓檢驗、負壓手術(shù)室等重要區域內各房間之間均能形成有效的壓力梯度。下圖為負壓檢驗室內溫度、換氣次數、壓力梯度等參數的自檢報告。



檢驗科自檢報告



07


 醫用氣體系統設計原則


  Design Principles


設計方案

醫院設置氧氣、負壓吸引、壓縮空氣等醫用氣體,管網(wǎng)系統由管道、設備帶、儀表、閥門(mén)及終端等組成。病房氧氣終端用量按40~80l/(min·床),終端壓力按0.4~0.45MPa確定;負壓吸引終端用量按30~80l/(min·床),終端壓力按-0.03~-0.07MPa確定;壓縮空氣終端用量按15~25l/(min·床),終端壓力按0.4~0.45MPa確定。


氧氣氣源采用液氧罐,并預留罐車(chē)臨時(shí)供氧的接口。需根據應急臨時(shí)傳染病醫院的使用要求,充分考慮氧氣用量。共設6個(gè)20m3液態(tài)氧儲罐,液氧總儲量120m3;每個(gè)儲罐配置1200m3/h的汽化器,總汽化量7200m3/h,保證醫院整體氧氣供應量。


負壓系統由真空泵、水汽分離器、負壓真空罐、儀表及管道閥門(mén)組成,負壓吸引裝置的排氣經(jīng)過(guò)高效過(guò)濾器過(guò)濾并消毒滅菌后排出。壓縮空氣系統由壓縮空氣設備源與壓縮空氣管網(wǎng)系統組成,配置的螺桿式壓縮空氣組二用一備。




室外管網(wǎng)布置

氧氣、負壓吸引、壓縮空氣主管道由機房接出后埋地進(jìn)入隔離病區內。隔離病區內醫用氣體主管主要鋪設于醫護區屋面,各病區分支管穿越各自屋面后進(jìn)入相應區域內。南北區各分別設置一根DN150的氧氣總管及DN80負壓吸引總管,各區氧氣總管間設有旁通管,接入各護理單元的醫用氣體分支管上設有閥門(mén)。既可保證不同區域分批使用互不干擾,同時(shí)管道間互為備用有效提高供氧系統可靠性??倛D醫用氣體管道示意圖如下:



安裝與調試



目前各用氣區域已經(jīng)陸續通氣,氧氣輸送管道壓力平穩,輸送量較為穩定。液氧貯罐及汽化器根據實(shí)際使用量分批投入使用,可有效保證氧氣供應量。



08


 負壓隔離病房廢氣排放

 對環(huán)境的影響模擬分析


  Analysis


模擬方案

在設計過(guò)程中為充分評估污染區廢氣排放是否對項目周?chē)h(huán)境造成影響,設計過(guò)程中得到清華大學(xué)陸新征教授及團隊的大力支持。陸新征教授及團隊提出了臨時(shí)醫院排風(fēng)環(huán)境影響的快速模擬方法。本方法以開(kāi)源流體力學(xué)計算軟件FDS為基礎,實(shí)現了臨時(shí)醫院建筑的快速建模?;谠朴嬎闫脚_的分布式計算以及有害空氣流動(dòng)的監測和可視化,為臨時(shí)醫院設計階段的快速分析提供了專(zhuān)門(mén)工具。




主要結論及對設計的指導

1. 根據江億等研究,對于SARS病毒,稀釋1萬(wàn)倍后不再具備傳播性。模擬結果證明4.5m排風(fēng)口高程可以滿(mǎn)足要求新風(fēng)口空氣稀釋1萬(wàn)倍的要求。

2. 將排風(fēng)口高程提高到4.5m后,可有效降低新風(fēng)口高程面(3m)污染空氣相對濃度。

3. 為確保負壓隔離病房區域醫護人員的健康安全及保護室外環(huán)境,本項目送風(fēng)系統采用粗效(G2)+中效(F7)+高效(H13)三級過(guò)濾,排風(fēng)系統采用高效(H13)過(guò)濾后接至4.5m高空排放,設計方案符合模擬預期。



09


 結 語(yǔ)    


  Epilogue


此次雷神山醫院暖通設計先經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)評審確定技術(shù)方案,邊設計、邊校對、邊審核、邊修改,提高工作效率,避免返工,合理穩妥的設計方案就是雷神山醫院建設的最大保障。在項目施工過(guò)程中積極主動(dòng)與項目建設各方溝通配合,不分白天黑夜每天派有經(jīng)驗的設計師駐場(chǎng)巡檢,第一時(shí)間發(fā)現和解決施工環(huán)節中存在的問(wèn)題,同時(shí)對重點(diǎn)難點(diǎn)處的施工予以現場(chǎng)指導。在疫情發(fā)展迅猛、項目建設周期極短、設備采購壓力極大的背景下,設計團隊的每個(gè)人頂住壓力,迎難而上,為有力抗擊疫情作出了自己應有的貢獻,用中南院暖通人的專(zhuān)業(yè)水準和職業(yè)操守為雷神山醫院的順利建設保駕護航。


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