摘要：本文通过笔者参与的众多境外项目中比较有代表性的一个，针对暖通空调系统的设计，从设计规范与标准、冷热源、空气处理系统、空调末端配置和特殊排风等方面入手，介绍了中外双方设计差异。通过对比中美双方设计师对医院暖通系统的不同理念，对比两种做法的优缺点，并提出优化和深化设计过程中碰到的不同意见和解决方案，希望对同行以后碰到类似问题能有所帮助。
关键词：冷热源；空调系统；消声；净化；VAV；二次回风；开窗控制；隔离病房
1、项目背景介绍
该项目是位于加勒比海地区某岛国中外合作建设的一个儿童医院。该项目总包方为中方公司，方案是由美国建筑、结构和机电设计事务所联合完成，监理方为该国当地咨询公司。美方基本按照美国医院的常规做法进行设计，中方总包方的施工经验很难完全按照原方案实施，而且双方在系统的合理性和投资上存在较大分歧。总包单位为此聘请了中方设计院作为设计方案的优化和深化设计单位，与美方设计师、监理和业主进行沟通，在满足规范和功能要求的前提下，尽量减少初投资，节省运行费用。说服原设计方和业主同意中国的部分替代性施工方法和工艺。遗憾的是，由于参与项目的时间点较晚，某些中外设计双方达成一致的解决方案，因非技术性原因最终无法实施。
2、设计规范与标准
合同中的约定，这个项目的设计规范必须满足美国规范体系。因此，任何对原方案的设计优化调整都不能违反美国规范。经常一个微小的调整都要与原美方设计人员反复沟通，论证调整方案符合美国相关规范和标准。美国比较有代表性的NFPA和ICC规范体系是本项目中的主要规范，但这两种规范在不同专业间的应用差别较大。比如，建筑和暖通专业主要采用ICC规范系列，电气和给排水则采用NFPA的规范体系更多。另外，各个专业还要满足美国建筑师协会AIA编制的《Guidelines for Design and Construction of Hospital》导致。就暖通专业来说，有关消防和通风方面的强制性要求主要来自ICC系列规范的IBC和IMC。值得注意的是，美国不同的州，或者不同的项目采用的设计规范体系，甚至规范版本都相差较大。美国规范对医院类建筑的消防设计理念与国内规范甚至美国其它建筑的差异都很大。由于篇幅限制，在此不再展开描述，感兴趣的读者可以参考IBC和IFC的相关部分内容。
3、冷、热源设计
本项目地处加勒比海岛区域，常年室外温度在20℃以上，一年分旱季和雨季两季。医院本体建筑面积为35000平方米，无地下车库，整体3层，局部4层。在医院外300米处专门设置了一座能源中心，专门供应本医院的空调、生活用冷热水，屋顶放置冷却塔。冷冻水管、冷却水管和热水管道均埋地敷设至医院本体。
3.1 冷源设计
原方案采用3台700冷吨的离心机，2用1备，对应冷冻水泵、冷却水泵和冷却塔均为2用1备，同时为远期发展预留2台离心机机位。冷冻水泵出水合并后再分配进入离心机。冷冻水循环采用一次泵变流量系统，冷冻水供回水设计温度为5.6/14.5℃。在通过与美方设计师的充分沟通以后，我们对空调总负荷和关键区域的空调负荷分别进行了计算分析，并与业主沟通未来扩展用量的大小。经过与美方的反复沟通讨论，最终确定了将冷冻机组由每台700冷吨，2用1备改为3台500冷吨机组同时运行的冷源调整方案。此方案即使只考虑2台机组运行也可以满足极端气候下除行政、后勤区域以外的医用空调负荷需求。因冷冻水管径、冷却水管径和集分水器等均按照远期负荷确定，即使医院超负荷运行临时增加机组也比较方便。相比原系统，调整后的冷源方案既节省了初投资，又可以充分发挥一次泵变流量系统的节能特性——机组低负荷运行时制冷效率提高，变频水泵部分负荷高效运行。
3.2 热源设计
原方案设计3台冷凝热水锅炉供生活热水和VAV BOX再热盘管，供回水温度为60/50℃。锅炉容量通过调整生活热水区域，最终方案调整为3台1000KW的热水锅炉，运行方式同样由2用1备改为3台同时运行。锅炉一次泵定流量运行，二次泵变流量运行。有关再热需求将在空气处理系统中的末端部分详述。
4、空气处理系统设计
4.1 空气处理系统综述
中国医院建筑最常用的空调系统是，病房、诊室等小空间通常新风加风机盘管系统，大堂等大空间采用全空气系统，这样设置系统的最大优点就是可以较好的避免不同空间产生空气交叉感染。医技区域通常采用恒温机组、VRV或分体空调，净化区域单独采用风冷热泵系统。这些区域采用单独的空调，可以保障系统一年四季灵活运行，可靠性较高。但是以新风加风机盘管为主的系统缺点也很明显，相对湿度和空气洁净度控制不如全空气系统。美方设计师认为上述系统不适合于医疗建筑，他们认为整个医院所有与医疗过程有关的区域（即除行政和后勤以外的所有医疗区域，下同），相对湿度和洁净度对细菌的控制非常重要。因此，美方设计师除能源中心采用了风机盘管以外，其余区域都采用了美国医院里最常用的VAV系统。VAV系统设计也是典型的美式系统，共20台较大的空调箱，风量在10000CMH到50000CMH之间，所有空调箱均为室外型，放置于屋顶。
4.2 过滤设计
原设计与医疗过程有关的区域空调箱配置了两级过滤器，普通空调箱前置MERV8过滤器，空调箱出口配置MERV14；手术区和产科的空调箱采用了HEPA过滤器，前置MERV8过滤器，空调箱出口配置MERV17过滤器，送风末端不再设置过滤器。这与国内医用净化区域的过滤器设计理念差别很大。国内要求医用净化区域送风末端必须设置高效或亚高效过滤器，以确保送风在过程中即使受到二次污染也可以在末端得到再次净化。美方坚持认为送风在空调箱里净化后，通过严格的风管加工保护和施工管理就不会受到二次污染。上文已提到，除行政后勤区域，其它区域均为净化区域，如果末端增加净化装置会对初投资和后期维护产生较大影响。因此，最终还是维持原设计的净化方案，对风管的加工和施工保护措施提出了更高的要求和监管。
4.3 消声设计
VAV系统的末端BOX均为毕托管测速，为保证末端风速满足测速要求，主送风管风速基本都在10m/s以上，最高达到了15m/s，空调箱的机外静压有的接近1000Pa。为了降低高风速、高静压产生的系统噪声，原设计将大量的送回风总管做了双层风管设计，内层风管采用孔板填充吸音棉。此做法类似于在微穿孔消声器空腔内填充吸音棉，通过特殊覆盖保护层隔开送回风与吸音棉的直接接触。我们认为中方的加工和施工工艺无法保证原设计的双层风管中的吸音棉不会被高速送风吹出，而末端已经没有过滤措施，一旦有少许的吸音棉或保护层的尘粒被吹出，都会严重影响末端的洁净度。且直接与低温送风接触的吸音棉难免会受潮滋生细菌。通过反复沟通，我们提出了取消双层风管，增加大量微穿孔消声器和消声弯头的做法，并对大多数噪声较高的系统都做了详细噪声计算，来说服美方接受此修改方案。最终的测试结果也表明我们的方案完全可以保证空调空间的噪声符合设计标准。
4.4 末端设计与再热系统优化
末端的VAV BOX采用了单风道和风机串联两种方式，均配置了热水再热盘管。有循环风量要求的医用区域，均采用单风道VAV BOX，定风量运行，空间温度由VAV BOX的热水盘管控制。其它区域采用风机串联方式VAV BOX末端，变风量运行，室温首先通过变风量控制，当风量达到最小设计值时开启末端热水盘管。这种再热方式必然会产生大量的冷热抵消现象。为减少冷热抵消量，我们提出采用二次回风系统，为减少传统二次回风量动态变化导致控制不稳定的情况发生，可以在计算量的基础上减少二次回风量，使二次回风定风量运行。这种固定二次回风比的系统在医院手术部的应用，笔者早在十几年前就已经提出并成功应用于某医院30多间的大型手术部，详见参考文献1。本项目的制冷出水设计温度低达5.6℃，更有利于一次回风冷盘管的深度除湿。遗憾的是，虽然经过多次交流沟通，最终美方设计师认可我们的系统优化，由于其它原因导致该系统优化方案没有被采纳。
4.5 开窗控制
当地的海岛气候比较特殊，即使是雨季，暴雨也是来去匆匆，雨过天晴，室外空气特别干净清新，温度也会迅速下降到20度左右。因此，虽然需要全年提供冷空调，原方案还是在靠外墙的普通病房设置了供病人开启外窗的人性化选择。可开启外窗处设置了探测外窗开关的窗户传感器。当窗户传感器探测到外窗打开时，会关掉服务该房间的VAV BOX，关闭回风管上的电动风阀，并关掉VAV BOX的热水再热盘管水阀。如果窗户传感器探测到外窗关闭，上述关闭的风阀和水阀会重新开启。这样，既可以为不同病人提供个性化的空调通风使用选择，又可以避免因开窗导致空调负荷增加。
5、隔离病房的通风空调系统
所有的ISOLATION ROOM（隔离病房）空调通风都采用直流系统。末端的送风VAV BOX与附件其它普通房间共用一个送风系统，但不设回风。每个隔离病房区域的1间或2间隔离病房设置一个单独的排风系统，房间靠近床头的墙角离地250mm处安装排风格栅，与该房间卫生间的排风集中后到屋顶排放。排风机均设置于屋顶，以保证整个排风系统处于负压状态。排风需要排放至屋面完成面的3米以上。每个隔离病房均安装连续压差控制面板，检测房间和走廊的压差维持在至少2.5Pa，如果压差不能保持，会现场激发红光报警，并同时将报警声音信号送至护士台。一旦排风机停止排风，服务该排风系统的VAV BOX自动关闭。我们认为2.5Pa的压力过低，容易导致频繁报警，建议调整为5Pa，如果低于2.5Pa报警。经过反复讨论，因为合适的压差数值还取决于最终的房间密封性能，因此最后将此数值设定为2.5Pa（可调），具体数值视以后的实际运行情况再确定。
6 结论与展望
虽然面临中美设计规范和标准差异明显，常规医院系统设计理念不同，施工工艺不同，12小时时差交流等困难，以及需要应对总包方、监理方、卫生部和医院使用方等利益相关者的不同要求，经过多次现场各方会议和现场咨询服务，最终该本项目的竣工交付得到了业主和当地政府的一致好评。在此过程中积累了不少非援建项目的设计和建设经验，但是也留下了很多遗憾。如果能够早一点参与，或者当时采用更有效的沟通方式，也许有些优化或调整便可以实现。近二十年来，尤其是随着“一带一路”的蓬勃发展，国内越来越多建筑承包商走出国门，积极参与国际建设市场。无论是在非洲、南美等发展中国家地区，还是欧美、阿联酋这样的成熟市场，都不可避免会遇到类似的中外设计规范、施工方法、施工工艺要求不同的困难。希望本文能抛砖引玉，亦或是引以为戒，使同行在碰到此类项目时少走弯路。
参考文献：
【1】唐会杰，宋莹，张富成. 洁净手术部空气处理的节能设计[J].建筑与设备净化技术，2006，5（6）：24-27