Инженерные системы медицинских
учреждений: новые решения

L. Stefanutti

Большая часть систем климатизации, обслуживающих медицинские учреждения, особенно стационары, имеет в своей основе традиционные сети централизованной вентиляции или вентиляторных конвекторов с приточным воздухом.

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.

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.