会展建筑改造方舱医院的暖通设计与探讨

引言

方舱医院作为定点传染病医院的补充,主要任务是收治新冠肺炎轻症及无症状患者,为充分利用既有建筑,以最少的社会资源、最快的速度改造完成且能够满足基本防护要求的临时收治场所。方舱医院能够有效控制传染源和切断传播链,缓解医疗挤兑现象:同时,疫情结束后,可以低成本恢复建筑原有功能。

根据国家联防联控机制要求,人口达一定数量以上的城市必须建设一个方舱医院,结合当前疫情防控极其严峻的形势,温州市相关部门启动方舱医院选址,按照大空间单体建筑,能够容纳2000张床位的要求,最终选定国际会展中心建设方舱医院。

本文针对会展建筑改造方舱医院的设计进行多方面梳理,以期为类似项目提供参考。

1工程概况

按照"三区两通道"的布置原则,本次改造利用会展一号楼、二号楼的一层及二层平面作为方舱医院患者收治区,另外在室外搭建部分医务及配套用房。指挥中心及医护办公、休息位于项目西侧酒店(不属于本次改造范围)。方舱医院患者收治区面积26000m2,室内总建筑面积36000m2,室外搭建医务等配套用房面积3062m2,合计总建筑面积39062m2,可提供床位数2000张。方舱医院总平分区及引导图如图1、图2所示。

项目暖通设计原则是对内保护医护、后勤人员的安全,对外防止污染区空气不经处理外排或外溢,同时保证建筑物原消防防排烟系统的正常运行。

本次改造时间紧促,由启动设计至项目完工仅约10天。考虑项目现实情况及会展建筑的特性,在保证方舱医院运营安全的前提下,最大化利用场馆原有暖通设施,按照相关导则并参照传染病医院的要求,对原建筑进行改造。

2患者收治区

会展一号楼、二号楼分两期建设,其中一号楼已投用近20年,二号楼近10年。空调均采用全空气系统,侧面喷口送风,顶回风。排风口设于高处,与排烟系统合用风管:一号楼采用双速排烟兼排风风机,二号楼排烟风机与排风机分设,风机均设于楼层风机房内。

依据浙江省《方舱式集中收治临时医院技术导则(试行)》,考虑到改造时间紧迫,改造最大化利用原建筑物空调和排风系统。关闭空调机组回风阀、封堵回风口,新风阀全开,以全新风模式运行,二号楼排风机入口处新增高效过滤器。考虑排烟风机无法24h持续运行,同时高效过滤器无法直接承受消防排烟高温,且机房内没有增加旁通管的空间,故一号楼利用室内原排风排烟系统,在屋面增加排风机。楼层至屋面排风竖管采用圆管设置于室外钢柱围合的三角造型内,如图3所示,提供施工便利的同时,减少对建筑的破坏。

图3室外排风竖管施工现场

方舱医院通风系统要求24h不间断运行,排风量按每人不小于150m3/h设计。卫生间、盥洗室及污物暂存、污洗等设置独立的排风系统。新风量小于排风量,产生一定的负压,防止污染空气外溢。送排风量差值折合换气次数根据建筑物密封程度控制在1~1.5次/h。由于所需新风量远小于组合式空调机组的额定风量,此时需采用机组变频方式并关闭部分喷口。

院感验收阶段部分疾控专家认为上排风不符合传染病医院要求,我方认为大空间设置上送下排与负压隔离病房保护医护人员安全的气流组织有所区别,更多的是为了空气龄和温度梯度。为顺利推进验收及后续项目,我方对一号楼一层气流组织进行了CFD模拟。

根据图4,大空间气流组织中起决定作用的是喷口送风,排风影响较小。需要注意的是,本次病床单元间隔板高度较大,阻挡了送风气流。调试阶段需调整喷口送风角度,避免气流阻挡造成病人不舒适。根据图5,静态环境下0.7m(卧床)高度,大部分区域空气龄为0.2~0.4h,局部最不利区域为0.5h。考虑轻症、无症状患者活动能力较强和红色区域增设空气净化机组产生的气流扰动,空气龄可满足基本要求。

3卫生通过区

卫生通过通风设置目的为保护医护人员免受病毒传染。为形成从清洁区至污染区的气流流向和压力梯度,在传染病医院及生化实验室中,通常一脱、二脱等各隔间内独立设置送、排风系统,采用动力分布(数字化)通风系统或送风末端设置定风量阀。

但上述系统较为复杂,安装与调试工作量大且造价高,考虑到方舱医院为应急临时收治场所,设计通常采用简化系统。从清洁区进入污染区,采取正压缓冲隔离方式:从隔离区返回清洁区,采取负压缓冲隔离方式。在"一次更衣"设置不小于30次/h的送风,在"脱防护服间"设置不小于30次/h的排风。各相邻隔间设置通风短管,气流流向为从清洁区至污染区。图6为按上述原则设置的本项目第一版卫生通过通风系统图。

第一版卫生通过通风系统由10组图6所示的单元组成,项目实施中途运营单位认为该建筑布局不利于实际操作,要求合并为2组一更、穿防护服(进入通道)和6组一脱、二脱、淋浴(返回通道),各一更与淋浴间均开门至室外连廊。同时疾控专家要求按传染病医院做法,在一脱、二脱等隔间设置送、排风,取消通风短管。考虑到项目快速通过院感验收且通风设备已采购和板房结构等问题,协商后采用简易做法:在一脱、二脱及淋浴分设排风,各隔间均分设带密闭阀通风管,由室外独立自然进风,封堵一脱、二脱之间的通风短管:考虑板房漏风较大,一更与穿防护服间仅设置送风口。经系统调试,最终进入及返回通道各隔间可形成正、负压压力梯度,达到基本防护要求。

4消防、空调系统安全

由于方舱医院均为既有建筑改造,如本案会展已使用多年,存在设备、管道老化现象。设计、改造施工过程中,同步督促业主方对原有防排烟系统、空调系统进行逐项排查,更换故障设备及相关阀门等,确保系统可靠运行。同时,对组合式空调机组、风口及空调机房等进行充分的清洁消毒,保证空气品质。

5总结与建议

(1)方舱医院通常沿用原排风系统,应急状态下患者收治区上排风可满足基本使用要求。但合理的下排风口设置可有效缩短空气龄及降低人员活动区的污染浓度,故在改造项目时间充足、硬件满足时,建议优先采用下排风系统。

(2)大空间建筑必定会存在通风死角,需采用移动式大风量空气净化机净化空气,同时加强该区域的气流扰动。

(3)调试阶段发现物资入口处有气流外溢现象,经排查为正对该入口的喷口送风风速过高。在保持该系统总送风量不变的前提下,关闭该处喷口,开启远端喷口,气流恢复正常。

(4)本项目调试验收,按疾控要求为检测所有风口风量,并按系统叠加与设计资料进行核对。检测单位判定标准为设计风量误差范围在±10%即合格。本项目系统调试初期,排风系统风量大多为负偏差,送风系统大多为正偏差,虽然单项数据符合检测标准,但送、排风风量差值偏小。后期根据实际排风量对送风量进行调整,形成应有的负压。

(5)由于初、中、高效过滤器初阻力与终阻力相差较大,造成后期系统风量变化明显。故需注重风机选型,并在使用过程中关注过滤器压差检测信号,及时予以更换。

(6)卫生通过区域正、负压缓冲隔离方式气流流向合理,完全可以满足应急方舱医院的防护要求。但院感评审、验收过程中,卫健委专家坚持各隔间独立送、排风,取消连通短管。如满足该要求,势必造成系统复杂、造价增加及施工周期延长,建议卫健系统与住建专家进行深入探讨,早日达成共识。