新时期现代医院电气设计的一些思考

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1 关于医院的供电系统

    医院的供电系统已由简单日益发展成为较为复杂的系统。目前较为常见的供电系统,多为双路10kV 市电,单母线分段。对于手术部、ICU 等场所,停电将对患者生命产生重大影响。除市电外,也有配置柴油发电机或UPS 等自备电源。

目前我国对医院电气安全的技术要求已经有了明确的规范,就是等同采纳国际IEC 标准的60364-710 章节。其中最大的特点就是将医疗场所分为三类。

0 类场所 :不使用医疗电气设备接触部件的医疗场所。

1 类场所 :医疗电气设备接触部件需要与患者体表、体内(除2 类医疗场所所述部位以外)接触的医疗场所。

2 类场所 :医疗电气设备接触部件需要与患者体内(指心脏或接近心脏部位)接触以及电源中断危及患者生命的医疗场所。

60364-710 关于2 类场所划分的进化过程是从单纯考虑患者微电击, 到系统考虑停电对患者的生命安全。

我国医院大部分医疗场所为1 类场所,医疗电气设备的部件需要和患者接触。而1 类场所的医疗设备需要恢复供电的时间需<15s。如果第二路电源作为市电,则完全满足此要求。关键是第二路电源的可靠性有多大,因此,很多大城市要求医院设置自备电源,以解决市电突发故障时的电源问题。

对于医院电气系统,作为区域的急救中心,首先应该保证两路路由的市电完全独立。如果医院规模较大,建议可以考虑三路进线,同时自备发电机组的容量应该包含更多的负荷,如锅炉房、营养厨房等。安全医院在设备配置上也应考虑多能源的情况,如高压灭菌装置建议考虑采用蒸和电力双能源驱动。

医院采用热电联供系统,应该是未来能源多级利用的方向。特别是三北地区的医院本身供热的时间长、生活热水需要量大,通过能源的梯级利用, 可将高品质的热能用于发电, 低品质的热能用于采暖和生活热水。此外,还可以在市电出现问题时,利用热能发电,解决一部分的用电,以能源形式来提高医院用电可靠性、提高医院电气系统的效率。

2 关于医院的配电系统

    目前医院低压电气系统、大型设备和相对独立的部门多采用放射式供电 ;照明与一般配电采用树干式配电的方案。空调系统容量较大,独立形成系统,或与电梯、水泵等组合在一个系统中 ;而照明与医疗用配电、插座系统组合为一个系统。大型医疗设备较多的医院,要独立设置大型医疗设备专用变压器。诊室、检查室、病房多为照明、插座、空调分别设置配电系统。而有些设计院习惯将住院病房按照酒店客房进行设计, 每个病房独立设置一个配电箱。

大型医疗设备在其样本上和日本等国家的医院设计手册中经常会提出设置单独的变压器供电,以满足设备的电源内阻的要求。过去对于大型医院,大型的设备较多的情况下也多由独立的变压器给大型设备供电,以保证设备瞬时压降不超过设备要求。仔细分析一下,可以看出过去的配电变压器容量较小,一般在800 1 000kVA, 而大型设备容量有的达到4300kVA,设备瞬间电降很大。因此设置独立的配电变压器,一方面满足设备要求,也减少对系统其他设备的干扰。目前1 600 2 500kVA 的变压器是医院系统经常使用的容量,在如此大的系统中,大型医疗设备的瞬间启动对系统的影响相对会降低很多。

大容量配电变压器,对于大型医疗设备的配电能力有很大的提升,不再独立设置医疗设备专用变压器条件已经成熟。

医用IT 系统主要用于医疗手术室、ICU CCU 室等2 类场所。隔离变压器一般设置为单相,作为IEC 标准中确定单台容量不大于10kVA。欧洲大部分国家设定容量不超过8kVA ;日本不超过7.5kVA ;而澳大利亚、新西兰容量不超过4.8kVA。目前《综合医院建筑设计规范》中将单台容量设置为不大于8kVA,已经完全满足一般医院手术室2 类场所特殊设备的容量要求。在CU 病房设置中,可将4 CU 病床为一组设置,尽可能地减少线路电容电流,减少误报的危险。

目前,我国的低压配电系统中,除了消防的应急电源系统不能接一般设备以外,在同一个医疗场所一般采用同一个配电系统,如同一个医疗场所的所有插座都是由一个系统配置。实际上,在同样一个场所中由于医疗设备各自的性质不同,其对电源的要求也应该不一样,这些场所也有使用一般性负荷的机会。目前,所有的场所都是按照其场所的最高要求来进行配置的,这样虽然系统简单了,但是设备之间就有可能出现相互干扰的问题。

在发达国家, 特殊设备的插头都是特制的,只能插在特殊的插座上。这样可以保证设备的电源是特别的,保证其供电的可靠性。比如医院的实验室中,有红色、绿色、黄色、白色的各色插座,他们分别代表不同的配电系统,设备连接在哪个系统中一目了然。最应急的系统,是不允许次要的设备接入的。在系统配置上也是有明显区别的,要求从高到低,应根据场所配置医用不接地系统(含配置不间断电源系统)、不间断电源系统、双电源系统或单电源系统。目前,多数场所几乎都不考虑单电源的系统,一般性设备(如清洁设备等)也接入了高配置的系统中。

    目前我国市场上通用于交流故障剩余电流保护的AC 型剩余电流保护器,已不能满足医疗场所非正弦交流剩余电流较大的保护要求。因此,国际标准中要求采用A 型或B 型剩余电流保护器。

3 关于医院照明设计

医院对光源显色性的要求比较高。目前医院的照明设计多采用高显色性荧光灯作为普通照明,在患者视野内的通漫反射灯罩减少对患者的眩光。采用超高光效的荧光灯,通过智能控制系统达到节能及方便管理。

目前医院通常采用5 000 6 500K 的冷色荧光光源,且这个色温区域内的光源光效率较高。在实验室、检验科、手术室及急救室等照度要求高的场所是比较合适的,但在患者对环境感受比较强烈的诊室、治疗室、病房等区域,还是建议采用3 000 4 000K 的偏暖色温的光源,为患者提供温馨的视觉环境。

需要注意的是,目前的一次设计都是按照节能要求及每平米照明安装容量的限值进行的。但很多二次装修设计是根据装饰要求与效果,因此每平米的照明安装容量大幅度提高。

新规范对场所的应急照明要求有所提高,每个房间均至少要有一盏灯接自应急电源,以确保诊室、治疗室及病房等患者所在区域的照明来自不同的电源。

4 医院绿色建筑设计中电气系统的节能

IEC60364/TC64《建筑物低压电气装置》在着手制定低压电气装置的电能效率标准。补充为IEC60364-8 章节。

结合医院的建筑布局及电气装置的用电特点,可按照下列步骤考虑电气系统的设置

1)按用电设备功能类别, 进行负荷计算

医院的常规用电设备如电加热、照明、暖通空调及水泵风机等可以按照需要系数法进行计算 ;而大型医疗设备集中的区域可以根据二项式法进行计算。

2)计算负荷中心的二维或三维坐标通过计算负荷中心的二维或三维坐标,确定变电所供电面积和负荷容量,确定设置各低压变电所的数量及最佳位置。改变目前大多数医院因管理习惯、系统过于集中、变电所容量过大、变压器单台容量过大而造成能耗损失等问题。

3)选择节能变压器

从配电系统的生命周期考虑,选择节能变压器,确定电源设备的容量和台数 ;力争变压器运行平均负荷接近变压器最佳运行负荷。

4)配电线路的损耗

1)减少线路电压降 ;(2)提高功率因数 ;(3)减少谐波电流。分别考虑系统运行节能与节约一次投资的关系,寻求平衡点。

5)按主动电能效率的方式选择电能效率措施

设备选型时考虑最佳用电时间及最低用电价格条件。

6)化小电能计量单位

     通过划分用电区域、设置不同的用电管理系统,提高对建筑电气系统运行的控制。通过时间准则、控制技术准则、测量临界值准则、经济准则、费率准则、惯性准则、基于可再生能源经济准则进行用电管理系统的划分与管理。

 

本文摘选自《智能建筑电气技术》2013年第1期,作者为中国中元国际工程公司副总经理、总工程师王漪。

作者: 来源:本站原创 发布时间:2014年05月09日
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