关键词：方舱医院 仓库 气流组织 通风 空调设计
引 言
从2019年12月30日国家首次发布新型冠状病毒感染的肺炎疫情相关公告开始，全国确诊人数快速增加，为了应对疫情，武汉市组织各方力量快速建成了火神山医院、雷神山医院，以及多所方舱医院。武汉市陆续建设了洪山体育馆方舱医院、武汉国际会展中心方舱医院、长征方舱医院等十几所方舱医院，这些医院都是以既有的体育场馆、展览馆、厂房等大空间改建而成，设计主要依据为湖北省“方舱医院设计和改建的有关技术要求”及国家卫生健康委员会和住建部批准的“新型冠状病毒肺炎应急救治设施设计导则（试行）”及其相关的国家规范。这一批方舱医院建设周期短、工程量大，设计师要从时间、安全、规范、成本等方面综合考虑，既要高效快速建成，又要基本满足规范及使用要求。本文以长征方舱医院的暖通设计为例，来探讨仓库、厂房类建筑改建方舱医院通风空调设计方法及措施，为同行提供一些参考。
1.工程概况
“疫情就是命令，防控就是责任”。2020年2月18日市政府决定将位于武汉市洪山区白沙四路长征工业园厂区有一处废弃仓库改造为方舱医院。经过现场踏勘、综合区划用地、检查水电设施情况等一系列紧锣密鼓的前期工作，确定最终方案，把总面积14452m2的12间空旷仓库，建成可容纳2200张床位的方舱医院（图1～图2）。
图1 长征方舱医院卫星视图
图2 长征方舱医院总图
12间空旷仓库均为单层建筑物，普通塑钢门窗，防盗大门，彩钢板屋顶，门、窗及屋顶缝隙大，漏风严重。图3～图4是长征方舱医院改造前后实景图。
图3 改造前仓库实景图
图4 改造后病房实景图
建筑平面按照“三区两通道”（污染区、半污染区、清洁区、医务人员通道、患者通道）的格局进行设计改造。
2.通风空调改造设计原则
方舱医院是以部队野战机动医疗系统为模板，充分利用既有建筑，以最短时间、最小成本满足最基本的防护要求为原则来快速改造的临时收治场所，可以极大地缓解当地医疗资源紧张的问题，解决当前大量新冠确诊轻症患者收治难的问题，从而实现有效控制传染源、防止疫情扩散、最大限度救治患者的目标。
方舱医院的建设关系到病人、医护人员及外界环境的健康及安全，通风空调总体设计原则如下。
（1）采取压差控制措施，确保卫生通过区域气流合理的流向；
（2）采取较大风量通风换气措施，稀释隔离区内病毒的浓度，保护隔离区内病人及医护人员的安全；
（3）充分利用既有建筑的防排烟系统，通过合理的改造手段，使得防排烟系统基本满足规范需求，保证消防安全；
（4）充分利用既有建筑的空调系统，通过合理的改造手段，使室内温度环境基本满足要求；
（5）应充分考虑设备采购的便利性，以最短时间、较小成本为原则来考虑设计方案。
3.通风系统设计
应急医疗设施隔离病区应设置机械通风系统。机械通风系统的设计及压力梯度控制参考负压隔离病房的设计原则：机械送、排风系统应按清洁区、半污染区、污染区分区设置独立系统。半污染区、污染区的排风机应设置在建筑室外，高空排放。通风系统应形成合理的室内空气气流方向，即气流从清洁区半污染区污染区方向有序流动，保证相对的压力梯度（相对室外气压），即清洁区（+）>半污染区（-）>污染区（--），通过机械通风系统产生的压力差维持污染区处于负压状态，清洁区处于正压状态。
3.1
卫生通过区通风设计
（1）气流组织
卫生通过区的气流组织措施，目前没有明确的规范参考，也未见相关气流模拟分析研究，仅有临时性技术要求指导，湖北省“方舱医院设计和改建的有关技术要求”规定，医护人员通过“一次更衣—二次更衣—缓冲间”后，从清洁区进入到污染区，在“一次更衣”设置不小于30次/小时的送风，各相邻隔间设置D300通风短管，气流流向从清洁区至隔离区。医护人员通过“缓冲间—脱隔离服间—脱防护服间—脱制服间—淋浴间—一次更衣”后，从隔离区返回清洁区，在“缓冲间—脱隔离服间”设置不小于30次/h的排风，各相邻隔间设置D300通风短管，气流流向从清洁区至污染区。该规定的设计思路是参考人防滤毒式通风超压排气的气流组织方式（图5）。
图5 人防滤毒式通风超压排气示意图
因各方舱医院建筑条件差异，卫生通过区的功能及方式不可能完全一致，设计的通风方案应因地制宜差异化设置，设计原则是确保气流有序流动，通风短管最好对角上下交错布置，尽量保证不留通风死角，且工程实施简单易行。为进一步探讨卫生通过口部处合理的气流组织方法，参考长征方舱医院及另一所方舱医院的两个口部方案。
图6是长征方舱医院卫生通过口部平面示意图，医护入口通道在一次更衣处送风，在缓冲间一处排风，出于安全考虑，在缓冲间1隔墙的短管上设电动密闭阀门与排风机连锁，当风机故障停运时，连锁电动密闭阀门关闭，确保缓冲间的密闭性。医护出口通道在脱制服走道处送风，在脱隔离服及缓冲间处排风；另一种通风形式就是在缓冲间两处正压送风，隔断脱隔离服及污染区的气流。
图6 方案一卫生通过区通风系统图
图7是另一所方舱医院卫生通过口部平面示意图，内走道区设置有少量办公用房及库房，此区域可视为一个半清洁区，在一次更衣处送风，在脱隔离服及缓冲间两处排风，在缓冲间1、3处正压送风，隔断污染区的气流。出于安全考虑，在缓冲间两隔墙的短管上设电动密闭阀门与排风机连锁，当风机故障停运时，连锁电动密闭阀门关闭，确保缓冲间的密闭性。另一种通风形式就是在缓冲间两处正压送风，隔断脱隔离服间及污染区的气流。
图7 方案二卫生通过区通风系统图
（2）风量平衡计算及压力梯度控制
卫生通过区域换气次数按下列两个条件计算确定：
a 参考人防二等人员掩蔽所虑毒通风方法，防毒通道最小换气次数为40h-1，即按最大更衣（或脱衣）室换气次数大于40h-1计算（大于湖北省“方舱医院设计和改建的有关技术要求”中30h-1的规定）；
b 按卫生通过区域换气次数均大于6h-1计算，比较上述两种计算结果得到的风量取二者大值。
压差的建立与建筑物的气密性、送风量、排风量三者相关，根据流体力学原理，开口流量与压差的关系满足公式（1）：
（1）
式中：
——流量系数；
——缝隙面积（m2）；
——缝隙两侧空间压差（Pa）；
——空气密度，取1.2kg/m2；
——泄漏风量（m2/h）
工程中采用压差法计算门窗缝隙泄漏风量可简化为公式（2）：
（2）
根据公式（2）可计算出各隔间门缝及短管的渗透风量，当送风量确定后，各隔间的压差关系及缝隙面积直接影响区域所需的排风量。参照上一小节的两个卫生通过区通风系统图，对口部的风量平衡进行计算从而推算出各房间的送排风量。
图8是方案一口部风量平衡示意图。图中SA.表示送风，EA.表示排风。
图8 方案一口部风量平衡示意图
当缓冲间2采用30h-1换气次数排风且不补风时，缓冲间2势必需要一定的负压值才能够通过套管补风，这样可能会导致污染区气流逆向流入缓冲间，这不符合定向气流原则，因此建议缓冲间2按不小于6h-1换气次数确定。另一种通风方式就是在缓冲间2处正压送风，气流阻隔效果好，也能控制好压力梯度，系统可靠性高，但系统较为复杂。对比这两种方案，考虑工程进度等因素，工程实施采用第一种方案。
图9是口部方案二风量平衡示意图。图中SA.表示送风，EA.表示排风。
图9方案通风系统更为简单，但需要更大的超压值，对于方案二出口通道的缓冲间2的送排风策略与方案一相同。
图9 方案二口部风量平衡示意图
需要说明的是，各区域压力、风量及套管的大小应根据风量平衡计算确定，一个D300的套管不一定能满足补风需求，可以设置更大一些的套管，或多个D300套管组合，并应满足气流从相对洁净的区域流向相对污染的区域。
3.2
隔离病房区通风设计
根据湖北省住建厅印发的《方舱医院设计和改建的有关技术要求》，呼吸道传染病的病房最小通风量150m3/h·人，此次改造设计按此标准设计通风量。长征医院隔离病房区由既有的单层厂房仓库改建，无现成的空调通风系统可利用，通风系统属重新设计及建造。
通风系统按6000m3/h一个系统设计，沿隔离病房内护士站对面方向均布，按规范要求设置下排风口并在排风口部H13高效过滤器，H13高效过滤器对粒径的颗粒计数效率可达99.99%，绝大部分病毒被高效过滤器截留，再补充紫外线消毒等方式，尽量消杀病毒。高效过滤器前后设置压差传感器，当压差数值超过设定值时传感器报警，相应进行设备更换。过滤器过滤排风中的病毒，使排风对室外污染的程度降到最低。排风系统模块化配置，可方便快速同时施工，节约了施工时间，模块化的通风系统尽量根据设备噪声来配风机，从源头上减小噪声。通风平面布置及部件设置参看图10～图12。
图10 隔离病房区通风平面图
图11 排风模块大样图
图12 排风系统过滤器及管道安装图
由于隔离病房为原废弃单层厂房仓库，区门、窗及屋顶缝隙大，漏风严重，因此不设送风系统，靠四周缝隙自然补风，室内排风口需布置在远离护士站的病床区，使护士站位于渗透风气流的上风侧，室内排风口距地高度≤2.0m。在有限的条件，尽量提高医护人员的安全。
关于风机选型，应根据系统实际需要的风量以及压头进行选择，风量及风压考虑不小于10%的安全余量。方舱医院隔离区的排风系统增加了多级过滤器，尤其是排风系统设置了高效过滤器，在进行风系统水力计算时需注意过滤器的阻力变化，风机压头选择应按过滤器终阻力计算。
4.空调系统设计
根据文献的建议，方舱医院应注重热分层控制，可优先通过提高新风量和在玻璃幕墙等冷壁面下方布置加热器等措施，抑制人员活动区域内的热分层现象，降低交叉感染风险。仓库、厂房类建筑一般各类门、窗、屋顶缝隙大，漏风带来的新风量已经非常大，因此重点在沿外墙布置加热器。
原厂房为仓库，室内未设置空调系统。本次改造为隔离病房，在室内增设了分体空调。同时沿外墙布置电热油汀，时间短，速度快，抑制人员活动区域内的热分层现象，降低交叉感染的风险。同时还在大门护士站等局部地区配置分体空调，每个床位配备电热毯，加强空调效果。
5.设计注意事项
5.1
噪声控制
厂房仓库维护结构密封性、隔声性较差，因此，除了在通风系统上采用软接隔振、设置消声器、降低风管风口风速等降噪措施外，还需要采取措施降低室外风机通过维护结构传入室内的噪声。排风机需采用小风量（额定风量≤6000m2/h）低噪声离心风机箱，风机的安装位置需尽量远离门窗洞口。风管利用窗洞穿入室内时，窗洞宜采用矿棉彩钢板等具有隔声能力的板材进行封堵，风管与板材之间缝隙需进行密封。
5.2
环境影响
污染隔离区排风应经过高效过滤器过滤后排放，排风口应远离进风口与人员活动区域，与任何进风口水平距离不得小于20m，或垂直距离不得小于6m，本工程采用的是门窗缝隙自然补风，此范围内的门窗缝隙均封堵。在厂房四周布置排风机时需注意避开医护通道、患者通道等人行通道。厂区外围厂房排风口需尽量远离厂区四周的居民楼，以确保安全，避免造成恐慌。
5.3
设计施工配合
设计施工配合。设计过程中应与设备厂家、施工单位充分沟通，按订购的风机、过滤器等设备实际尺寸进行设计，确保设备、材料到现场后能顺利组装，提高安装效率。施工安装中要注意的细节，譬如高效过滤器安装方式、维护结构孔缝封堵等需在设计和施工交底中交代清楚。
6.结语
疫情期间武汉市的方舱医院均由不同形式的建筑改造而成，其建筑共同点是空间高、体量大，针对暖通专业其不同点是仓库、厂房类建造改造，方舱建筑一般无通风空调系统，或原系统不满足防护隔离要求，需要全部重新设计建造。为快速方便建造，通风系统应尽量模块化设计，模块化的通风系统应根据设备噪声等因素合理控制风机容量，从源头上减小噪声。
卫生通过是方舱医院必要的重要功能区域，合理的气流组织及通风系统是保证清洁区不被污染区影响，确保隔离区内污染的空气不能扩散到医院内的其他场所的重要手段。考虑到建造时间极短的因素，本方舱医院的卫生通过区借鉴人防防毒通道的通风方式，以简单的气流组织形式，详实的风量平衡计算来设计通风系统，保证卫生通道区以最短建造时间、最小的建设成本来满足基本的隔离防护要求。
隔离病房区应采用机械排风系统维持房间微负压，排风口处设置不宜低于国家标准B类的高效过滤器。仓库及体育馆等高大空间建筑的隔离病房区，建议沿外墙布置电热油汀，抑制人员活动区域内的热分层现象，降低交叉感染风险。
本文结合长征工业园内厂房仓库改造方舱医院的设计工程案例，对厂房仓库类方舱医院暖通系统设计和改造进行介绍，探讨一些经验及总结，以供同行参考，如有考虑不全之处期盼指正。
