Инженерные системы медицинских учреждений: новые решения
Опубликовано: 03.09.2018
Summary:
Описание:
Два недавних примера реализации инновационных инженерных решений в медицинских учреждениях наглядно показывают, каким образом возможно сочетать соблюдение требований по качеству воздуха с комфортом пользователей и энергоэффективностью.
L. Stefanutti
"Смотр". Выпуск от 3 февраля 2018 года
Два недавних примера реализации инновационных инженерных решений в медицинских учреждениях наглядно показывают, каким образом возможно сочетать соблюдение требований по качеству воздуха с комфортом пользователей и энергоэффективностью.
Большая часть систем климатизации, обслуживающих медицинские учреждения, особенно стационары, имеет в своей основе традиционные сети централизованной вентиляции или вентиляторных конвекторов с приточным воздухом.
Инвестиции в здравоохранение
Системы централизованной вентиляции с регулируемой мощностью, будучи вполне эффективными с энергетической точки зрения, представляются, однако, весьма непростыми в настройке и балансировке расхода по точкам. Достаточно очевидны ограничения и вентиляторных конвекторов в отношении комфорта, функционального шума и технического обслуживания. Таким образом, небезынтересно будет рассмотреть потенциальные возможности альтернативных систем, основу которых составляют такие элементы, как индукторы и излучающие потолочные панели, известные достаточно давно и вновь обратившие на себя внимание в силу появления на рынке новых типов аппаратов, обладающих весьма привлекательными свойствами.
Европейская больница им. Жоржа Помпиду (Париж)
Новая Европейская больница им. Жоржа Помпиду, разместившаяся в 15-м округе Парижа, появилась в результате переезда сюда и последующего объединения трех ранее существовавших поликлиник, помещения которых на момент решения о слиянии уже не удовлетворяли правилам безопасности и санитарно-гигиеническим требованиям. Больничный комплекс занимает площадь 12 000 м2 – это 9 соединенных между собой корпусов, имеющих максимум 8 надземных этажей и два подземных. В больнице на три отделения (интенсивной терапии, сердечно-сосудистое, онкологическое) 827 койко-мест, 24 операционных и 12 кабинетов рентгенологии и ультразвуковых исследований. Система климатизации комплекса проектировалась с упором на то, чтобы качество воздуха в помещениях сочеталось с экономичностью энергопотребления. Решение отличается специфичностью и новизной систем регенерации тепла и терминалов, установленных в кабинетах и палатах.
Обработка приточного воздуха
В целях соответствия требованиям стандартов качества воздуха и энергосбережения в системе предусмотрены установки централизованной вентиляции наружным воздухом, оснащенные регенераторами тепла отводимого воздуха и тепловыми насосами «воздух-воздух». Регенераторы – трубчатые тепловые – состоят из независимых параллельных вертикальных труб с охлаждающей жидкостью. В зимнем режиме (рис. 1) по нижней части труб, выполняющей функцию испарителя, проходит отводимый воздух, который охлаждается с 21 до 10°C; по верхней части, выполняющей функции конденсатора, проходит приточный воздух, которому отдается регенерированное тепло, при этом его температура повышается с -5 до 6,5°C. За регенератором установлена конденсационная батарея теплонасосной системы, обеспечивающая дальнейший нагрев приточного воздуха с 6,5 до 17°C за счет отводимого воздуха, который охлаждается испарителем с 10 до 6°C. Регенерация тепла посредством тепловых труб не требует дополнительного энергоснабжения, а потребность в тепловых насосах обусловлена климатическими условиями. В комплексе такое решение позволяет организовать регенерацию тепла с общим коэффициентом эффективности на уровне от 9 до 10. Тепловые трубы используются только в зимний период и отключаются на лето, поскольку в силу необходимости соблюдения правил бактериологической санитарии переводить в реверсивный режим их нельзя. Обратный (реверсивный) режим потребовал бы использования наклонных опрокидывающихся теплообменников, при этом достаточно проблематичной представляется организация движения обоих потоков и весьма вероятным становится риск загрязнения сменного воздушного потока. Таким образом, в летний период используются только тепловые насосы в режиме охлаждения, обеспечивающие понижение температуры с 31 до 21°C (рис. 2). Холодильная батарея с охлажденной водой позволяет снизить температуру до 17°C. Таким образом, блоки обработки воздуха во всесезонном режиме дают воздух температурой 17°C, а обслуживающие терминалы обеспечивают интеграцию отопления или охлаждения.
 |
 |
|
Рисунок 1. ( подробнее ) Схема организации блоков обработки воздуха типа А в зимнем режиме |
Рисунок 2. ( подробнее ) Схема организации воздухообрабатывающих агрегатов в летнем режиме |
Система климатизации разработана с расчетом на максимальную автономию каждого больничного отделения. Это потребовало установки около 100 обрабатывающих агрегатов мощностью от 3 500 до 25 000 м3/ч. Общая мощность сети составила 800 000 м3/ч при среднем значении кратности воздухообмена 4 1/ч. В зависимости от типа обслуживаемого помещения это значение варьируется от 2–3 1/ч в палатах стационара до 15–30 1/ч в операционных. В любом случае система обеспечивает гигиеническую смену воздуха из расчета 25 м3/ч на человека.
Воздухообрабатывающие агрегаты, питаемые станциями приготовления горячей воды, охлажденной воды и стерильного пара, делятся на три вида в зависимости от типа обслуживаемого участка. Агрегаты типа А предназначены для обслуживания лабораторий, различных специализированных отделений (фармация, эндоскопия, радиотерапия, рентгенотерапия, реабилитация), конференц-зала на 300 мест, отделения реанимации и ресторана самообслуживания. Они обеспечивают подогрев и охлаждение воздуха и в обоих случаях дают температуру порядка 17°C, при этом влагоудаление в системе не предусмотрено. Схема организации агрегатов приведена на рис. 1. На данных участках оконечное оборудование (терминал) обеспечивает зимний подогрев воздуха до температуры на 3°C выше предусмотренной проектом здания и охлаждение летом до температуры 9°C. Станции типа Б предназначены для обслуживания операционных и смежных с ними кабинетов. Состав агрегатов тот же, что и у станций типа А, плюс батарея подогрева (последующего нагрева), установленная за батареей охлаждения, и паровой увлажнитель. Палаты стационаров и административные кабинеты обслуживаются станциями, аналогичными типу А, но с батареей охлаждения, следующей за батареей горячей воды.
Операционные
Каждая операционная со вспомогательными участками обслуживается отдельным блоком, оснащенным подогревающими и охлаждающими батареями с существенным запасом мощности на случай выхода из строя теплонасосной системы. Пропускная способность по воздуху составляет в операционной 3 500 м3/ч. Воздух здесь распределяется через потолочный диффузор, оборудованный абсолютным фильтром размером 2 800х1 400 мм, расположенный непосредственно над операционным столом и обеспечивающий вертикальный ламинарный поток. Воздух отводится как с верхнего уровня операционной (20%), так и с нижнего уровня (80%). Температурный градиент на участке составляет 2–3°C, а между потолком и операционным столом лишь 1°C. Система управления поддерживает постоянный приток воздуха независимо от степени загрязненности фильтра посредством регулирования скорости вращения вентиляторов, оснащенных инвертором. В период простоя объем пропускаемого воздуха сокращается вдвое. Во время проведения операции бригада хирургов имеет возможность регулировать температуру в пределах от 20 до 25°C с относительной влажностью в диапазоне от 40 до 60°C.
Оконечное оборудование (терминал)
Большая часть оконечного оборудования из общего числа 3 850 терминалов относится к типу Spilotair – особый вид индуктора цилиндрической формы (рис. 3). Приточный воздух поступает в терминалы под давлением около 350 Па, проходит через горячую или холодную батарею из свернутого в спираль двойного медного листа с продольными ребрами, имеющую эпоксидное покрытие. Воздух нагревается или охлаждается и параллельными курсами идет на подающий конус, где его скорость увеличивается до уровня, когда возникает эффект индуцирования воздуха в помещении, забираемого через решетку в стене. Объемы воздуха, подающегося в помещение, в два-три раза больше объемов приточного воздуха, поступающего на терминал, что позволяет обеспечивать корректную вентиляцию всех зон обслуживания. Подача воздуха идет через патрубок в стене (рис. 4). В противоположность традиционным индукторам здесь индуцированный воздух, который может быть слегка загрязненным (поскольку берется из помещения), всасывается в точке, расположенной за индуктором, и не проходит через батареи, которые таким образом остаются чистыми. Воздух, забранный из помещения, отводится через санузлы посредством системы вытяжки. Терминал имеет вид трубы диаметром, равным диаметру воздуховода приточного воздуха, и без особых сложностей монтируется в подвесном потолке. В случае, если на холодной батарее образуется конденсат, слоистость воздушного потока и избыточность давления по отношению к помещению обеспечивают эффективную эвакуацию конденсата по отводному каналу в нижней части терминала, предотвращая таким образом захват частиц воды. Что касается шума, обусловленного воздушным потоком и конфигурацией воздуховодов, то, проходя через терминал, он снижается примерно на 3 дБ (А). Дело в том, что воздушная струя на выходе из конуса окружена массой индуцированного воздуха, играющего роль своего рода глушителя. В помещениях уровень шума держится в пределах 30 дБ. Для комнаты объемом 60 м3 кратность воздухообмена порядка 2,5 1/ч обеспечивает подачу приточного воздуха около 160 м3/ч. Общий расход составит 320 м3/ч. Терминалы в палатах стационара не оборудованы холодной батареей, и в летний период палаты охлаждаются одним лишь приточным воздухом, имеющим температуру подачи 17°C. Остальные 1 700 агрегатов оснащены холодной батареей, которая может охлаждать воздух с 17 до 9°C, перед тем как он пойдет в терминал на индуцирование, что позволяет подавать в помещение воздух температурой 19°C и гарантировать общую температуру в комнате 24°C.
 |
|
Рисунок 3. ( подробнее ) Принцип функционирования аппарата Spilotair |
 |
|
Рисунок 4. ( подробнее ) Схема обработки воздуха в палате стационара объемом 60 м3 |
Крытый переход
Больница имеет крытый переход с монументальным остеклением, имеющий двойное назначение: это место прогулок пациентов, которым разрешено самостоятельно передвигаться, и соединительный коридор всех трех подъездов больницы. Зимой температура здесь держится выше 14°C, а летом поддерживается на несколько градусов ниже уличной. Переход обслуживается тремя подстанциями, каждая из которых обеспечивает пропускание 33 000 м3/ч и имеет холодильную мощность 210 и 215 кВт по теплу. Подстанции работают в режиме централизованного обслуживания с регенерацией тепла посредством батарей с водно-гликолевым раствором. В дополнение к воздушной сети в системе предусмотрены напольные излучающие панели из полиэтиленовых труб, по которым зимой циркулирует горячая вода, а летом – охлажденная (17–22°C). Воздух распределяется частично на уровне пола с расчетом на активное воздействие на воздушную массу в пределах 2–3 м высоты и частично на уровне остекления. На некоторых участках перехода, особенно в зоне магазинов, имеются точки подводки горячей воды, к которым могут подключаться терминалы по усмотрению пользователей.
 |
|
Рисунок 5. ( подробнее ) Вид излучающей панели в разрезе |
Рабочие жидкости
Общая холодильная потребность составляет 4 080 кВт, к которым надо прибавить 6 000 холодильных кВт, производимых тепловыми насосами,
установленными непосредственно в агрегатах. Вся мощность холодильной станции 4 160 кВт распределяется на 4 крышных блока по 1 040 кВт каждый. Каждый блок оснащен четырьмя спиральными компрессорами (хладагент R134а) с двумя холодильными контурами. В режиме нормального функционирования для обеспечения расчетной нагрузки достаточно трех блоков, четвертый блок – резервный.
Горячая жидкость обеспечивается паром, поступающим из городской магистральной сети и питающим 7 теплообменников пар/горячая вода по 2 200 кВт каждый.
Приготовление стерильного пара обеспечивается двумя теплообменниками пар/пар.
Больница Маджоре в Болонье
В настоящее время в больнице Маджоре в Болонье ведутся работы по реконструкции моноблока «Короткое крыло» – это 9-этажное здание, площадь каждого этажа около 600 м2 (15х40 м). На каждом этаже помимо палат стационара имеются служебные помещения, предназначенные для среднего и младшего медицинского персонала, туалет, кухня, бельевая, гостиная. В табл. 1 приведены размеры помещений и значения холодильной нагрузки по площадям 5-го этажа, где размещается отделение неврологии. Для обеспечения кондиционирования воздуха в летний и зимний периоды было решено использовать систему смешанного типа воздух/вода с потолочными излучающими панелями на приточном воздухе. Излучающие панели призваны выполнять функцию регулирования температуры воздуха в помещении, а приточный воздух обеспечивает санитарно необходимую смену и регулирование относительной влажности. В зимний период она в определенной мере способствует нагреву воздуха благодаря разнице температур подаваемого воздуха (25°C) и воздуха в помещении (22°C). Отдача тепла излучающих панелей осуществляется главным образом через иррадиацию (на 55%) от поверхности потолка в комнату. К этому дополнительно следует добавить своего рода конвекцию естественного движения воздуха в силу разницы температур между потолком и воздухом среды. Излучающие панели выполнены из стального оцинкованного проката, оборудованы змеевиком из медных трубок, по которым пропускается холодная или горячая вода. Трубки уложены в профиль из экструдированного алюминия. Профиль приклеен к панели и выполняет функцию оптимизатора теплопроводности (рис. 5). Размеры панелей варьируются в зависимости от геометрии конкретного помещения и конфигурации подвесного потолка. Стандартная ширина 600 мм, длина листа варьируется от 500 до 1 800 мм. Высота 40 мм, средний вес 15 кг/м2. Холодильная мощность панелей равна 75 Вт на м2 площади панели при расчетной разнице температур среды и панели 7,5°C. Расчетная летняя температура 26°C, средняя температура воды внутри панелей 18,5°C (подача 15°C, возврат 18°C на выходе). Тепловая мощность составляет 100 Вт/м2 при разнице температур среды и панели 13,5°C. Расчетная зимняя температура 22°C, средняя температура воды внутри панелей 35,5°C (подача 38°C, возврат 33°C). Излучающие панели соединены между собой и с гидравлической сетью посредством быстросъемных муфтовых соединений и гибких соединительных патрубков в металлической оболочке, не пропускающей кислород. Для обеспечения доступа и возможности технического осмотра подвесных потолков все панели оборудованы навесными петлями, при помощи которых они открываются вниз (рис. 6).
 |
|
Рисунок 6. Излучающие панели оборудованы навесными петлями, обеспечивающими возможность осмотра подвесных потолков |
Приточный воздух подается в помещение через вертикальные патрубки, располагающиеся в провесах подвесного потолка, оборудованных непосредственно у входа. Пропускной объем составляет 40 м3/ч на человека, температура поддерживается практически неизменной на уровне 26°C летом и 25°C зимой.
Система регулирования выполняет двойную функцию – это, во-первых, контроль термогигрометрических условий в соответствии с колебаниями нагрузки и, во-вторых, предотвращение образования конденсата влаги на холодной поверхности потолков. Регулирование холодильной и тепловой мощностей панелей осуществляется путем регулирования пропускных объемов воды посредством трехходовых клапанов, управляемых терморегуляторами. Образование конденсата на панелях предотвращается путем поддержания температуры воды на входе в панели на уровне не ниже 15°C, то есть всегда выше температуры точки росы воздуха среды. В силу того что подаваемый приточный воздух проходит предварительную обработку, относительная влажность в помещении удерживается на постоянном уровне и составляет 50%. Помимо прочего предусмотрена система обнаружения конденсата – это датчик, установленный в наиболее холодной точке помещения, а именно в точке подхода холодной воды в панелям. В случае обнаружения конденсата регулирующий клапан закрывается и прекращает циркуляцию воды в теплообменнике.
| Таблица 1 Площади и летние нагрузки помещений 5-го этажа Короткого Крыла | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
| Таблица 2 Проектные данные системы климатизации | ||||||||||||
|
Литература
Le Boeuf B. Installations de genie climatique de l’Hopital europeen Gearge Pompidou. Revue Generale du Froid. Aprile, 2000.
Перепечатано с сокращениями из журнала RCI .
Перевод с итальянского С. Н. Булекова.
Научное редактирование выполнено М. М. Бродач – доцентом МАрхИ.