前言

放射性治療在醫(yī)院扮演著重要角色，最為常見(jiàn)的放療設(shè)備是電子加速器，電子加速器分為兩種，一類是直線加速器；另一類是感應(yīng)加速器，直線加速器的散熱量約為7kW，其散熱部位主要在機(jī)架區(qū)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使空調(diào)送風(fēng)先到達(dá)該區(qū)域；感應(yīng)加速器散熱量約41kW。調(diào)制柜、配電室散熱量約為3kW，加速器控制室發(fā)熱量為1.0kW。

本文針對(duì)醫(yī)院放療設(shè)備的快速發(fā)展，對(duì)暖通空調(diào)的設(shè)計(jì)提出了更高要求。結(jié)合某醫(yī)院放療機(jī)房的空調(diào)通風(fēng)設(shè)計(jì)實(shí)例，詳細(xì)介紹了醫(yī)院放療機(jī)房空調(diào)通風(fēng)設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)與方法，包括合理確定空調(diào)負(fù)荷、空調(diào)通風(fēng)方案、排風(fēng)換氣量及防輻射措施等。

01、空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

首先必須正確計(jì)算直線加速器機(jī)房的冷/熱負(fù)荷，其包括：通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳入的熱量、透過(guò)外窗和天窗進(jìn)入的太陽(yáng)輻射熱量、人體散熱量、照明和設(shè)備等內(nèi)部熱源的散熱量、新風(fēng)與補(bǔ)風(fēng)帶入的熱量。

這要求設(shè)計(jì)人員準(zhǔn)確了解到相關(guān)設(shè)備的散熱量以及直線加速器機(jī)房對(duì)通風(fēng)換氣量的要求，一般情況下，新風(fēng)換氣量較大，新風(fēng)與補(bǔ)風(fēng)的負(fù)荷占總負(fù)荷的比重大，確定安全、合理的通風(fēng)換氣量顯得尤為重要，與一般公共建筑空調(diào)負(fù)荷相比，另一個(gè)負(fù)荷特點(diǎn)是設(shè)備發(fā)熱量，因?yàn)樵O(shè)備發(fā)熱量大，計(jì)算確定負(fù)荷時(shí)，務(wù)必調(diào)查清楚實(shí)際設(shè)備的發(fā)熱量，在沒(méi)有具體數(shù)據(jù)的情況下，可參考上面提供的參數(shù)。

由于設(shè)備的重要性，這些場(chǎng)所空調(diào)方式可采取全空氣系統(tǒng)或冷劑直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)形式。載冷劑管和冷凝水管或風(fēng)管進(jìn)出機(jī)房可按照“迷宮”形式迂回布置，同時(shí)管路穿越機(jī)房處應(yīng)采用一定長(zhǎng)度鉛板外包防護(hù)，以防放療設(shè)備工作時(shí)射線通過(guò)管路泄露。放療機(jī)房應(yīng)采用獨(dú)立的冷凝水管路系統(tǒng)，防止直線加速器工作期間污染物和射線通過(guò)冷凝水管串流到其他房間，放療機(jī)房冷凝水的排放應(yīng)通過(guò)相應(yīng)部門的檢驗(yàn)和批準(zhǔn)。

圖1所表示的是某直線加速器機(jī)房冷劑管道與新風(fēng)管布置圖。該直線加速器機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)形式為：VRV+獨(dú)立新風(fēng)系統(tǒng)，新風(fēng)采用直接蒸發(fā)冷卻新風(fēng)機(jī)組處理。

圖 1 直線加速器機(jī)房空調(diào)圖

由于放療機(jī)房新風(fēng)（補(bǔ)風(fēng)）采用冷劑直接蒸發(fā)冷卻設(shè)備處理，現(xiàn)有設(shè)備難于將新風(fēng)處理到所需狀態(tài)點(diǎn)，另外該房屋一側(cè)外墻（靠近土墻）滲水嚴(yán)重，增加了室內(nèi)濕負(fù)荷，故室內(nèi)機(jī)需承擔(dān)部分新風(fēng)負(fù)荷與額外的濕負(fù)荷，所以直線加速器機(jī)房所選室內(nèi)機(jī)額定總制冷量達(dá)20kW（如果室內(nèi)濕負(fù)荷過(guò)大，可考慮配備一臺(tái)移動(dòng)式除濕機(jī)），選用兩臺(tái)額定制冷量10kW四面出風(fēng)型室內(nèi)機(jī)，控制室選用2.5kW側(cè)送風(fēng)室內(nèi)機(jī)。

通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

放療機(jī)工作時(shí)，會(huì)使空氣發(fā)生電離，從而產(chǎn)生對(duì)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氣密度，同時(shí)考慮到氣體滅火通常采用的滅火氣體是七氟丙烷，其密度比空氣大，基于上述考慮，采用上送下排的氣流組織形式，房間內(nèi)排風(fēng)口應(yīng)設(shè)置在房間下部并遠(yuǎn)離門口以及人員經(jīng)常走動(dòng)區(qū)域。為防止放療機(jī)工作結(jié)束后開(kāi)門瞬間污染物的外泄，可采用維持房間負(fù)壓這一設(shè)計(jì)思路，新風(fēng)量與排風(fēng)量可按0.8比值配置。為防止排風(fēng)管內(nèi)污染物泄漏，可將風(fēng)管設(shè)于地下土建風(fēng)道內(nèi)。

醫(yī)院的貴重設(shè)備如加速器、MRI和ECT等房間均設(shè)置了氣體滅火系統(tǒng)，暖通專業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)要求設(shè)置火災(zāi)后的事故排風(fēng)系統(tǒng)，為精簡(jiǎn)管路，本設(shè)計(jì)中采用了一套系統(tǒng)兩用的設(shè)計(jì)方法，即平時(shí)排風(fēng)和事故后排風(fēng)共用一套系統(tǒng)，同時(shí)也可減少穿越防護(hù)墻的管路數(shù)。環(huán)境評(píng)估報(bào)告要求放療機(jī)房的換氣次數(shù)大于4次/h，出于安全考慮，放療機(jī)房的排風(fēng)換氣量可按6次/h設(shè)計(jì)，故排風(fēng)風(fēng)機(jī)按4個(gè)機(jī)房同時(shí)使用來(lái)確定排風(fēng)風(fēng)量。

氮氧化物和臭氧對(duì)空氣雖然有污染，但產(chǎn)生的數(shù)量少，對(duì)環(huán)境的影響較小，可以直接排至大氣中。另外為防止新風(fēng)中混入排風(fēng)中的污染物，室外排風(fēng)口應(yīng)遠(yuǎn)離新風(fēng)口，并將新風(fēng)口布置到來(lái)流上游位置或?qū)⑴棚L(fēng)口用風(fēng)管接到屋頂以上排放。

放療設(shè)備的主要散熱部位（機(jī)架區(qū)）布置在靠近排風(fēng)口的區(qū)域，方便及時(shí)排出設(shè)備的散熱量或盡可能將冷氣送到發(fā)熱部位，以便對(duì)直線加速器快速降溫，起到保護(hù)和延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命的作用。排風(fēng)管在機(jī)房處做好保溫措施，防止在機(jī)房處排風(fēng)管結(jié)露。

02、防射線措施

為防止直線加速器在工作時(shí)產(chǎn)生的射線對(duì)非射線區(qū)域的污染，空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)既要滿足室內(nèi)空氣溫濕度和潔凈度要求，又要采取有效措施防止射線通過(guò)管壁和管道外漏。

由于射線在金屬中具有傳導(dǎo)效應(yīng)，故進(jìn)出放療機(jī)房的管道應(yīng)避免使用金屬管材?？照{(diào)送、回風(fēng)管道和排風(fēng)管道等采用非金屬管材（如玻璃鋼、玻鎂復(fù)合風(fēng)管等），以防射線傳出。

射線會(huì)經(jīng)過(guò)風(fēng)口等傳至風(fēng)管內(nèi)，若不采取措施，射線易通過(guò)風(fēng)管傳輸?shù)街本€加速器機(jī)房外，給外部人員帶來(lái)射線危害?？衫蒙渚€低反射率原理，設(shè)計(jì)風(fēng)管等管路時(shí)可設(shè)計(jì)多個(gè)直角彎，使射線經(jīng)多次反射后所剩無(wú)幾，如圖2所示。冷媒管/冷凝水管進(jìn)出直線加速器機(jī)房時(shí)使管子與射線方向成45°，如圖3所示。

圖2 風(fēng)管穿越屏蔽墻示意圖

圖3 冷煤管/冷凝水管穿越防護(hù)墻示意圖

預(yù)埋管會(huì)使防護(hù)墻的局部厚度減少，如圖2和圖3所表示。因此應(yīng)根據(jù)關(guān)于職業(yè)放射工作人員劑量限值（周劑量限值取0.02mSv/w）, 核算局部厚度最小處是否滿足要求。采用公式（1）進(jìn)行計(jì)算：

γ=r2 ·HLW/(W·U·T·n)（1）

式中：γ為減弱因子；HLW為周劑量限值，取0.02mSv/w；r 為靶（出束口）距防護(hù)點(diǎn)距離；W 為周工作負(fù)荷，取720mSv/w；U為束定向因子，可取1、1/4、1/8…；T為居留因子，可取1、1/4、1/8…；n 為安 全系數(shù)，取2。

根據(jù)不同的U，T取值，可以計(jì)算出不同朝向的墻體減弱因子，再通過(guò)查《γ射線屏蔽參數(shù)手冊(cè)》，可得出所需屏蔽墻體的厚度，在厚度不足的情況下，應(yīng)采用鉛板對(duì)管道進(jìn)行外包，鉛板的厚度和所包裹的管道削弱墻的厚度有關(guān)，大致是1mm厚的鉛板相當(dāng)于100mm厚混凝土墻對(duì)射線的衰減。

直線加速器機(jī)房的屏蔽墻應(yīng)一次性澆注而成，故在施工時(shí)應(yīng)預(yù)埋送風(fēng)管、冷凝水管、載冷劑管等管路。如圖2和圖3所示預(yù)埋管的主要方式有斜45°埋管、“Z”字形埋管和“U”字形，為減少射線的外漏，預(yù)埋管應(yīng)遵循在滿足其使用功能前提下保證射線輻射對(duì)人體危害在安全范圍內(nèi)的原則，把預(yù)埋管布置在輻射量小的區(qū)域，同時(shí)盡量減少埋管的面積，在施工時(shí)必須保證所有的預(yù)埋管跟混凝土澆注同時(shí)進(jìn)行， 一次完成。

感生放射性來(lái)源于直線加速器治療室內(nèi)的空氣受到高能粒子照射時(shí)產(chǎn)生的感生放射性核素，如3H、7Be、11C、13N、15O、41Ar等。射線能量在10MV以上時(shí)，會(huì)產(chǎn)生感生放射性。感生放射性核素的半衰期長(zhǎng)短不一，短者只有7.3s，長(zhǎng)者達(dá)121.53d。所以在加速器關(guān)機(jī)的狀態(tài)下，短時(shí)間內(nèi)感生放射性衰減的速度非?？欤L(zhǎng)時(shí)間內(nèi)感生放射性的變化趨于平緩。

長(zhǎng)半衰性感生放射性核素的存在，使得停機(jī)狀態(tài)下機(jī)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，不應(yīng)及時(shí)打開(kāi)防護(hù)門，而應(yīng)繼續(xù)通風(fēng)排氣一段時(shí)間，時(shí)間控制在使機(jī)房至少能進(jìn)行一次換氣，便于氮氧化物、臭氧和感生放射性核素的排出，從而創(chuàng)造一個(gè)干凈的室內(nèi)環(huán)境。由于本設(shè)計(jì)換氣次數(shù)按6次/h設(shè)計(jì)，因此醫(yī)護(hù)人員應(yīng)在加速器停止工作不小于10min之后方可進(jìn)入機(jī)房。

03、熱回收形式對(duì)比

所謂熱回收是指回收建筑物內(nèi)外的余熱（冷）或廢熱（冷），據(jù)調(diào)查，空調(diào)工程中處理新風(fēng)的能耗大致占建筑總能耗的25%~30%，高級(jí)賓館和辦公建筑更是高達(dá)40%?？梢?jiàn)，空調(diào)處理新風(fēng)所消耗的能量甚大。而空調(diào)房間排風(fēng)中可利用的能量是相當(dāng)可觀的，若對(duì)其加以回收利用可在節(jié)能和環(huán)境上獲得很好的效益。

為此，我國(guó)在2005年4月發(fā)布的《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50189-2005）中明確提出：在技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析合理時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)優(yōu)先考慮排風(fēng)能量的回收。

目前，有以下的熱回收形式：第一，通過(guò)全熱回收裝置（如轉(zhuǎn)輪換熱器、全熱換氣機(jī)等），新風(fēng)直接從排風(fēng)中獲取余熱（冷），如果采用全熱回收裝置，在夏季工況下，新風(fēng)則達(dá)到降溫除濕的目的，冬季時(shí)新風(fēng)則可升溫加濕；第二，通過(guò)顯熱回收裝置（如熱管等），新風(fēng)達(dá)到降溫/升溫的目的；第三，就風(fēng)冷熱泵而言，夏季時(shí)通過(guò)冷凝器回收排風(fēng)中冷量，冬季則通過(guò)蒸發(fā)器回收排風(fēng)中熱量，這樣不僅可以提高機(jī)組的能效比，而且冬季時(shí)可省去機(jī)組的化霜流程。

考慮到直線加速器工作會(huì)使空氣發(fā)生電離，產(chǎn)生NxOy （氮氧化物）和O3 (臭氧)。如采用第一種熱回收方式的機(jī)組，不能避免新風(fēng)和排風(fēng)間交叉污染。采用第二種熱回收裝置，又面臨換熱效率低的局面，無(wú)法最大化地利用排風(fēng)中能量。

綜上所述，第三種形式是最能滿足衛(wèi)生需求和節(jié)能要求的熱回收方式。如選用一體化熱回收新風(fēng)機(jī)組，則應(yīng)考慮機(jī)組中新風(fēng)和排風(fēng)滲透率的問(wèn)題，要求廠家做好新風(fēng)機(jī)組排風(fēng)風(fēng)道和新風(fēng)風(fēng)道的氣密性檢查，同時(shí)保證污染空氣處于負(fù)壓區(qū)，新風(fēng)處于正壓區(qū)。

04、案例分析

由于放療機(jī)房的排風(fēng)量很大，在對(duì)新風(fēng)機(jī)組選型時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮排風(fēng)熱回收新風(fēng)機(jī)組。由于該項(xiàng)目是改造工程，受機(jī)房大小的限制，無(wú)法采用排風(fēng)熱回收新風(fēng)機(jī)組。

以南京地區(qū)某醫(yī)院放療機(jī)房空調(diào)通風(fēng)設(shè)計(jì)為例。

由于直線加速器散熱量達(dá)7kW，與一般辦公建筑相比夏天的熱量明顯增加，相比較而言，冬季的熱負(fù)荷因?yàn)樵O(shè)備發(fā)熱量大而明顯減少，放療機(jī)房空調(diào)主要矛盾出現(xiàn)在夏季，因此對(duì)夏季設(shè)計(jì)工況進(jìn)行分析。

南京地區(qū)夏季空調(diào)室外計(jì)算干球溫度t1=34.8℃，夏季空氣調(diào)節(jié)室外計(jì)算濕球溫度t2=28.1℃，從焓濕圖可知室外空氣焓值hw=91kJ/kg，放療機(jī)房溫度控制在20~22℃，相對(duì)濕度不大于60%。通過(guò)焓濕圖可知室內(nèi)空氣焓值hn=43~48kJ/kg，新風(fēng)量V=4100m3/h，則把新風(fēng)處理到室內(nèi)狀態(tài)點(diǎn)的冷量Q=ρV(hw-hn)/3600，由此可得要求新風(fēng)機(jī)組的制冷能力Ql=58.8~65.6kW。

然而，在對(duì)新風(fēng)機(jī)組選型時(shí)要特別注意所選機(jī)組處理新風(fēng)的實(shí)際能力，特別是現(xiàn)有定型的直接蒸發(fā)冷卻新風(fēng)機(jī)組。按處理新風(fēng)量依據(jù)現(xiàn)有樣本選擇通用直接蒸發(fā)冷卻新風(fēng)機(jī)組，往往新風(fēng)處理后的狀態(tài)不能達(dá)到室內(nèi)設(shè)計(jì)空氣參數(shù)，此時(shí)，需要通過(guò)室內(nèi)空調(diào)機(jī)來(lái)承擔(dān)部分新風(fēng)負(fù)荷。

綜上所述，在采用有源新風(fēng)時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮采用排風(fēng)熱回收新風(fēng)機(jī)組來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)，選擇合理新風(fēng)機(jī)組，綜合考慮新風(fēng)最終所能處理到的狀態(tài)點(diǎn)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳入的熱量，放療設(shè)備的散熱量，人員密度，照明等各方面因素來(lái)確定空調(diào)室內(nèi)機(jī)的制冷量，從而為空調(diào)設(shè)備選型提供合理而又科學(xué)的依據(jù)。

05、小結(jié)

日新月異的醫(yī)療設(shè)備要求暖通設(shè)計(jì)人員具備與時(shí)俱進(jìn)的精神，在對(duì)醫(yī)院放療機(jī)房進(jìn)行空調(diào)通風(fēng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)做到知己知彼，敢于革新，綜合考慮各方面的影響因素，確定出合理方案，方可設(shè)計(jì)出滿足相應(yīng)醫(yī)療設(shè)備要求的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)。

醫(yī)院放療機(jī)房的排風(fēng)量很大，應(yīng)優(yōu)先選用排風(fēng)熱回收新風(fēng)機(jī)組，這不僅可以給業(yè)主帶來(lái)經(jīng)濟(jì)上的收益，而且還能達(dá)到節(jié)能減排目的。選擇排風(fēng)熱回收方式時(shí)應(yīng)做到具體問(wèn)題具體分析，針對(duì)不同問(wèn)題選擇滿足其要求的排風(fēng)熱回收方式，醫(yī)院放療機(jī)房可采用通過(guò)冷凝器/蒸發(fā)器回收排風(fēng)中冷量/熱量的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)排風(fēng)熱回收。

同時(shí)能最大程度地降低排風(fēng)與新風(fēng)之間的交叉污染為防止醫(yī)院放療機(jī)房工作時(shí)射線通過(guò)風(fēng)管外漏，在風(fēng)管、載冷劑管和冷凝水管穿越防護(hù)墻處應(yīng)采用一定長(zhǎng)度鉛板外包防護(hù)，還可精簡(jiǎn)通風(fēng)系統(tǒng)，本設(shè)計(jì)將平時(shí)通風(fēng)和事故后通風(fēng)合二為一。

為防止醫(yī)院放療機(jī)房工作時(shí)污染物的泄漏與串流，設(shè)計(jì)時(shí)采用了獨(dú)立的冷凝水管路、地下排風(fēng)，還有就是排風(fēng)管進(jìn)出機(jī)房處做好氣密性防護(hù)和保溫措施。

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