医院气流流向的控制设计
1 综述
众所周知，医院的空气中除了弥漫着消毒水、麻醉剂等具有刺激性气味的气体以外，还存在着多种危害人体健康的病菌、医疗设备产生的一些化学物质、烟气、浮尘等危害健康和安全的物质，这一切都使得医院的空气环境极其复杂。如果对这些有害气体和物质不能有效的控制和及时排放，势必使得有害物质和气体通过空气在医院中蔓延，危害人体健康[1]。
防止交叉污染和污染物扩散最有效的方法是控制气流流向并及时排放。但是目前规范对医院气流流向设计的基本方法并无明确规定，使得该方面的设计相当混乱。
气流流向控制是根据特定的功能要求控制气流流向或流出房间，或者单向的流过房间或指定清洁区域[2]。
气流流向控制最理想的方法就是压差控制法,该控制方法有体积流量准则和房间压差准则。本文主要讨论最常用的一种控制准则——体积流量准则。体积流量准则通过控制被控区域（需要气流流向控制的区域）的送风量减去排风量和回风量这个差值大小来控制房间压差的大小，进而控制被控区域的空气流动方向。若这个差值大于0，即被控区域处于正压，气流流出被控区域，反之亦然[2]。
2 气流流向设计的基本步骤
2.1 确定气流流向
气流流向控制设计的基本原则是：气流由清洁区域流向污染区域，并保证这种有序的压力分
布在任何时间、任何运行状态下均维持不变[3]。有以下几种情况：
2.1.1 被控区域内不产生有害和刺激性气味的气体，而且被控区域内的气流环境不被周边气流所影响，此类控制区域需要控制为正压，如分娩室、重症监护室等。
2.1.2 被控区域内产生有害和刺激性气味的气体，且周边的空气质量高于被控区域内的空气质量（空气质量是反映空气中包含有害和污染物浓度高低的一个参数，污染物浓度越低，空气质量越高，反之亦然），此类控制区域需控制为负压。例如：产生蒸气及余热的洗衣房、厨房、制剂室、中药煮成等场所；产生刺激性气味的各类内窥镜检查室（内窥镜检查以把光学仪器插入人体特殊的体腔进而进行显像和操作作为特征。各种内窥镜病房诊断过程中，都会产生一些具有传染性和抵抗力很强的微生物）、蜡疗、太平间、尸体解剖室及配置室等，产生粉尘和气味的牙科模型室和牙科、隔离病房的房间等[1]。
2.1.3 不满足上述两种情况的被控区域，应根据被控区域的特殊功能，在气流流向控制的基本原则下进行具体分析。
2.2 确定被控区域和参考点的压差△P
对于非洁净类的被控区域的压差值可参考《医院洁净手术部建筑技术规范》中对压差的选用的原则：
1) 相互连通的不同空气质量的被控区域之间，空气质量高的用房应对空气质量低的用房保持不小于10Pa的正压。最大静压差不应大于30Pa。
1) 相互连通的不同空气质量的被控区域之间，空气质量高的用房应对空气质量低的用房保持不小于10Pa的正压。最大静压差不应大于30Pa。
2) 相互连通的相同空气质量的区域之间，应按要求或按保持由内向外的气流方向，在两区域之间保持略大于0的压差。
3) 被控区域对室外或对与室外直接相通的区域应保持不小于15Pa的正压。
3) 被控区域对室外或对与室外直接相通的区域应保持不小于15Pa的正压。
2.3 确定渗漏风量
渗漏风量的计算有以下三种方法：
2.3.1 缝隙计算法[1]
保持正压所需的风量，是针对门窗缝隙的渗漏量而定的，而某些管口、顶棚等缝隙由于采取了堵塞的办法，故不予计算。即使这样，由于缺少可靠的实验数据，而且门窗制造质量也千差万别，良莠不齐，故计算值往往也不可能可靠，当采用计算方法时，可采用（1）式：
式中：Q为渗漏风量，m3/h；P1、P2分别为被控区域和参考点的压力值，Pa；a，n和密封程度有关的系数，见表1；l为门窗缝隙总长度，m。
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表1 a、n系数表
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窗的型式
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密封程度
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a
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n
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单开窗
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密封性能优良
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0.2
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1.4
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|
密封性能良好
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1.2
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1.5
|
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对开窗
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密封性能优良
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0.1
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1.3
|
|
密封性能良好
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1.7
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1.5
|
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推拉窗
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用一般的橡胶密封
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5
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1.5
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没有密封措施
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10.5
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1.8
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上下启闭的窗
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用一般的橡胶密封
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1.9
|
1.5
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2.3.2 经验统计数据法[1]
除采用计算方法求得漏风量之外，也常采用统计方法得到的换气次数作为送（排）风量，《空气洁净技术措施》中推荐的维持正压的换气次数为2～6次/h，相当于表2中单扇门的情况。
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表2 漏风量相当的换气次数
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∆P
（Pa）
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换气次数n（次数/h）
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换气次数n（次数/h）
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双扇门
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单扇门时
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10
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4
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2.6
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15
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5.1
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3.3
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20
|
6
|
4
|
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30
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7.5
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4.9
|
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45
|
9.5
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6.2
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原机械工业部第四设计研究院推荐的维持正压的换气次数见表3。
2.3.3 阻抗计算法
阻抗计算法同缝隙法一样，是针对门窗缝隙的渗漏量而定的，其它缝隙的渗漏量不予计算，并作出如下假定：（1）门、窗的启闭对其缝隙渗漏
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表3 洁净室正压换气次数（次/h）
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室内正压值（Pa）
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有外窗、密封性稍差的洁净室
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有外窗、密封性较好的洁净室
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无外窗土建式的洁净室
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5
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0.9
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0.7
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0.6
|
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10
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1.5
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1.2
|
1.0
|
|
15
|
2.2
|
1.8
|
1.5
|
|
20
|
3.0
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2.5
|
2.1
|
|
25
|
3.6
|
3.0
|
2.5
|
|
30
|
4.0
|
3.3
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2.7
|
|
35
|
4.5
|
3.8
|
3.0
|
|
40
|
5.0
|
4.2
|
3.2
|
|
45
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5.7
|
4.7
|
3.4
|
|
50
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6.5
|
5.3
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3.6
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量的影响忽略不计；（2）门窗每次启闭的时间及其开启状态是相同的；计算式如下：
（3）
（4）
（5）
（5）式中：S
分别为门、窗每次启闭的时间，h。为被控区域的的总阻抗，Pa/(m3/h)2；S1、S3分别为门、窗关闭状态下阻抗，Pa/(m3/h)2；它只和门窗的结构有关，是门窗的固有参数。S2、S4分别为门、窗开启状态下阻抗，Pa/(m3/h)2；它只和门窗的结构有关，是门窗的固有参数。m1、m2分别为门、窗在单位时间内启闭的次数，次/h；
分别为门、窗每次启闭的时间，h。为被控区域的的总阻抗，Pa/(m3/h)2；S1、S3分别为门、窗关闭状态下阻抗，Pa/(m3/h)2；它只和门窗的结构有关，是门窗的固有参数。S2、S4分别为门、窗开启状态下阻抗，Pa/(m3/h)2；它只和门窗的结构有关，是门窗的固有参数。m1、m2分别为门、窗在单位时间内启闭的次数，次/h；因S1>> S2，S3>> S4，整理式（4）有：
（7）在实际中，被控区域内的窗一般处在关闭状态，而门由于人员的出入会频繁的启闭，即有：m
＞m，那么整理式（8）有：1＞02＝0，
＞m，那么整理式（8）有：1＞02＝0，
（8）上述三种方法均可以计算出被控区域的渗漏风量，但是三种方法的计算精度却有差别。经验统计数据法只能在被控区域的相关参数不了解的情况下作为一种近似计算方法；缝隙法是通过被控区域门窗缝隙来计算渗漏风量，但是没有考虑门窗的启闭而引起的气流损失，只能作为一种近似的计算方法；阻抗计算法不仅考虑了被控区域门窗在关闭状态下缝隙的渗漏风量，而且还考虑了门窗的随机启闭而引起的气流损失，是一种相对准确的计算方法。
2.4 确定系统的送排风量
2.4.1渗漏风量的合理匹配
通过以上分析发现，不论采用上述那种方法计算被控区域的漏风量
，都为一恒定值。实际中，被控区域所需的渗漏风量如图1所示，
为因门窗启闭而引起的渗漏风量，
为门窗关闭状态下的渗漏风量。即有：
，都为一恒定值。实际中，被控区域所需的渗漏风量如图1所示，为因门窗启闭而引起的渗漏风量，为门窗关闭状态下的渗漏风量。即有：
（9） 
图1 气流流通面积随时间变化曲线
由图1可以看出，被控区域的渗漏风量
是一个脉冲量，而被控区域的送排风量差值
为一个恒定值。由此可见，保证被控区域
恒定的关键是随变化。要做到这点，不仅要合理选择门窗在单位时间里面启闭的次数和时间，而且系统的送（排）风量必须为一个变化值。
是一个脉冲量，而被控区域的送排风量差值为一个恒定值。由此可见，保证被控区域恒定的关键是随变化。要做到这点，不仅要合理选择门窗在单位时间里面启闭的次数和时间，而且系统的送（排）风量必须为一个变化值。在被控区域与参考点间压差允许微小波动的前提下，可简化设计，被控区域的送排风量差值可以取被控区域渗漏风量的等效值。显然，实际中被控区域和参考点的压差是个变化值。
的等效值。显然，实际中被控区域和参考点的压差是个变化值。2.4.2 确定系统的排风量
被控区域的渗漏风量Q确定以后，即可计算被控区域所需的排风量，若被控区域需要维持正压则有：
（10） 若被控区域需要维持负压则有：
（11） 式中：
为被控区域的送风风量，m3/h；
为被控区域的排风风量，m3/h。
3 结论
为被控区域的送风风量，m3/h；为被控区域的排风风量，m3/h。3 结论
综上所述，医院气流流向的控制设计关键在于维持被控区域与参考点压力差值的恒定，而合理选择门窗的启闭次数和启闭时间是保证压力差值恒定的关键。本文提出的阻抗计算法有别于目前的缝隙计算法和经验统计数据法，相对二者而言，准确度更高，更适合对压差有严格要求的场所。同时，本文阐述的医院气流流向设计的步骤可供暖通设计人员参考使用。