牙侯專

重慶市江津區(qū)中心醫(yī)院放射治療中心空調(diào)通風設計探討

牙侯專

（重慶市設計院 重慶 400015）

概要介紹了重慶市江津區(qū)中心醫(yī)院醫(yī)用直線加速器放療中心空調(diào)、通風系統(tǒng)的設計方案，分析了醫(yī)用直線加速器治療室室內(nèi)工作環(huán)境、空調(diào)、通風的特殊性，對一些設計技術、施工要求、技術措施、管道預留預埋等問題進行了探討。

放療中心；直線加速器；空調(diào)；預埋管；輻射

0 前言

重慶江津區(qū)中心醫(yī)院放射治療中心位于江津區(qū)中心醫(yī)院內(nèi)，放射治療中心項目為多層建筑，建筑面積3210m2，用地面積約1000m2，建筑層數(shù)4層（其中地下一層，地上三層），建筑高度13.65m，建筑功能主要包括診斷、治療、檢查、辦公及各種設備間輔助用房。全樓除一般區(qū)域的空調(diào)、通風問題由建設方自行考慮外，著重要求解決位于地下一層的電子直線加速器治療室部分的空調(diào)、通風設計。直線加速器治療室包括有兩臺直線加速器（15MV，Ⅱ類射線裝置），一臺CT模擬定位機（140kV/500mA，Ⅲ類射線裝置）及其一些附屬房間，其平面布置如圖1所示。

圖1 直線加速器治療室平面圖

醫(yī)用直線加速器是產(chǎn)生高能電子束的裝置，為遠距離放射性治療機。當高能電子束與靶向物質(zhì)相互作用時產(chǎn)生輻射，即X射線，其最大能量為電子束的最大能量。因此，醫(yī)用電子直線加速器既可利用電子束對患者病灶進行照射，也可利用X線束對患者病灶進行照射，殺傷腫瘤細胞。這樣就可以在不用切開人體組織的情況下，把癌細胞消滅或抑制，其次射線可以把射線的能量集中在預定的位置上，從而保護周圍的正常組織。

醫(yī)用電子直線加速器通常是以磁控管為微波功率源的駐波型直線加速器，它的結(jié)構(gòu)單元為：加速管、電子槍、微波系統(tǒng)、調(diào)制器、束流傳輸系統(tǒng)及準直系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、恒溫水冷系統(tǒng)和控制保護系統(tǒng)。電子槍產(chǎn)生的電子由微波加速波導管加速后進入偏轉(zhuǎn)磁場，所形成的電子束由電子窗口射出，通過2cm左右的空氣射到金屬鎢靶，產(chǎn)生大量高能X線，經(jīng)一級準直器和濾線器形成劑量均勻穩(wěn)定的X線束，再通過監(jiān)測電離室和二次準直器限束，最后到達患者病灶實現(xiàn)治療目的。醫(yī)用電子直線加速器內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

圖2 加速器內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖

由加速器的工作原理可知，電子槍產(chǎn)生的電子經(jīng)過加速后，高能電子束與靶向物質(zhì)相互作用時將產(chǎn)生高能X射線。直線加速器在10MV以上的條件下工作時，加速器產(chǎn)生的X線或電子線，與物質(zhì)作用都可能發(fā)生光致核反應（γ，n），產(chǎn)生中子和感生放射性物質(zhì)：其中中子及種子俘獲γ射線屬于瞬發(fā)輻射，感生放射屬于環(huán)發(fā)輻射。中子在慢化、吸收過程中都將放出γ射線，引起緩發(fā)輻射。此外，X射線有很強的穿透力，能使周圍物質(zhì)電離、激發(fā)，與空氣作用產(chǎn)生臭氧和氮氧化合物，使周圍環(huán)境受到輻射污染和臭氧、氮氧化合物的影響。此時，主要的污染因子是X射線、電子線和中子污染、緩發(fā)γ輻射污染和有害氣體（臭氧和氮氧化合物）。如何確保治療設備的正常工作，同時盡可能減少或避免這些有害射線的泄漏及對人體的危害，這些問題顯得十分重要，除建筑、工藝方面采取必要的防護措施外，有待空調(diào)、通風設計一一加以解決。

1 主要設計參數(shù)與冷熱負荷

1.1 主要室外計算參數(shù)

夏季空調(diào)室外計算干球溫度為35.5℃，夏季空調(diào)室外計算濕球溫度為26.5℃；冬季空調(diào)室外計算干球溫度為2.2℃，冬季空調(diào)室外計算相對溫度83%。

1.2 室內(nèi)空調(diào)設計標準

直線加速器機房、模擬定位機房和控制室的室內(nèi)設計標準如表1所示。

表1 室內(nèi)設計參數(shù)

1.3 空調(diào)設計冷熱負荷

為防止射線泄漏室外，治療室要建成全屏蔽鋼筋混凝土建筑物。直線加速器機房和模擬定位機房的外墻厚度分別達到1.5m，0.4m。相應地，其外墻傳熱系數(shù)值分別為0.78W/(m2·℃)，0.95W/(m2·℃)。在正常治療狀態(tài)下，通常治療室內(nèi)只有一個病人和一名操作人員。治療室內(nèi)照明設備主要是日光燈和白熾燈。加速器機房照明總功率達1000W，而模擬定位機房為400W。

加速器機房的用戶隔斷板后側(cè)，機架和接口柜的散熱在正常治療時接近5kW，通常，一天工作中治療狀態(tài)只占所有時間的一部分，所以最大的平均散熱為4.3kW；模擬定位機房平均散熱量均為1kW左右。

直線加速器治療室為全面保證空調(diào)效果，需要使用足夠的新鮮空氣量。按工藝要求，加速器機房需保持室內(nèi)通風在10～12次/小時；控制室和模擬定位機房通風量均為3次/小時。

結(jié)合以上給出的計算條件，作者利用暖通天正空調(diào)負荷計算軟件進行計算，得出直線加速機房、模擬定位機房的冷負荷分別為22.4kW、22.8kW、13.4kW（含新風冷負荷）；熱負荷分別為14.5kW、15.3kW、6.3kW。

2 空調(diào)、通風系統(tǒng)設計

2.1 設計特點

直線加速器在常規(guī)的治療模式下，即每個治療僅給很少的劑量時，通常不會產(chǎn)生有害氣體或使空氣活化。當直線加速器在10MV以上的條件下工作時，加速器產(chǎn)生的X線或電子線，與物質(zhì)作用都可能發(fā)生光致核效應，特別是高于12MeV時增加得更快。這樣會造成輻射源頭，室內(nèi)其他物質(zhì)包括周圍空氣在內(nèi)的放射性核的形成，同時產(chǎn)生少量有害的放射性氣體：O3及NO2。如果治療室的通風量足夠，那么有害氣體的累積不會達到危害人體的程度，而且良好通風還能有效地去除異味。本工程的加速器機房的直線加速器能量級為15MeV，在正常的治療狀態(tài)下不可避免地產(chǎn)生放射性氣體。

2.2 設計方案和主要設備

基于治療室在正常治療過程中有放射性氣體及臭氧等有害氣體的產(chǎn)生，故其空調(diào)、通風系統(tǒng)相應地采用獨立空調(diào)新風系統(tǒng)+分體空調(diào)+獨立排風系統(tǒng)。即將室外的新風經(jīng)過空調(diào)器冷卻（加熱），除濕后送到各治療室的頂棚內(nèi)，然后通過散流器直接送到室內(nèi)，新鮮空氣再將部分室內(nèi)的余熱、余濕帶走，并經(jīng)過排風口、排風地溝及豎井進行高空排放，而分體空調(diào)承擔大部分室內(nèi)冷、熱負荷。

由于直線加速器的使用時間與本大樓辦公等其他房間不同，本設計直線加速器機房采用單元（分體）式空調(diào)機組，空調(diào)室外機分別放置二層連廊平臺、一層室外地面。每個直線加速器機房分別設置兩臺單元式風冷柜機，單臺機組制冷量、制熱量分別為12kW、13kW；單臺機組額定風量為2500m3/h（側(cè)出風）。新風機組選用DBFP050Ⅰ型一臺，額定風量5000m3/h，制冷量64.1kW，制熱量65.7kW，電機功率1.6kW，出口余壓375Pa。新風機組置于地下一層的門廳吊頂內(nèi)。CT模擬定位機房、控制室空調(diào)末端及空調(diào)新風機組等均采用本大樓的集中空調(diào)系統(tǒng)。

由于治療室內(nèi)要求相對濕度在任何時間都不能超過70%，故在每個治療室內(nèi)加裝一臺自動控制除濕機，除濕機選用CF（Z）0.60D型，除濕量0.60kg/h，功率510W。屋頂排風機選用DWT-II-5型一臺，風量5438m3/h，靜壓485Pa，功率2.2kW。

2.3 送風管及地溝設計

加速器機房的迷路走廊外墻，屏蔽門及迷路入口的設計必須對散射輻射和中子輻射引起足夠的重視。一方面，當主射線射入某種物質(zhì)時，會產(chǎn)生一個各個方向上的次級散射輻射，這種散射線雖能量和劑量率比主射線低得多，但其劑量率卻決定于被照區(qū)域、初級射線能量和散射角度；另外，在高能X線模式會產(chǎn)生一定數(shù)量的中子，在通常情況下，無論在高能電子線或低能X線模式都只有很低的能級水平，在設計屏蔽和迷路通道時可以忽略。但在高于10MeV的X線模式中，迷路入口的設計必須對中子劑量率加以考慮。

圖3 排風管穿墻剖面圖

圖4 機房新風管穿墻剖面圖

空調(diào)送風管由屏蔽口上方穿過機房防護墻，通過防護迷路到達治療室，這些通道往往容易成為放射線的直通通道。為了避免輻射泄漏，風道在穿墻時必須使用折形通道，對于預埋在墻體內(nèi)的穿墻管道應與墻體成45度角穿出室外，同時，在迷路的風道出口處應有水泥或鉛板保護。風道穿墻做法如圖3、圖4所示。

2.4 排風口與排風機設計

加速器在治療區(qū)的散熱量很小，而在用戶隔斷板后側(cè)（放射治療機機尾后部），機架和接口柜的散熱在正常治療時接近5kW。另外，由于臭氧密度大，地面附近的臭氧濃度最高，故排風口應設在放射治療機機尾后部的地面上。排風口及排風機安裝參見圖5。

圖5 排風口、排風機剖面圖

3 空調(diào)冷熱源系統(tǒng)設計

本工程由于建筑規(guī)模較小，且建筑平面的醫(yī)療工藝用房布置得相當緊湊，所以無法設置中央空調(diào)冷熱源機房。屋頂有限面積同時布置供熱鍋爐和制冷主機也不可能。考慮到重慶地區(qū)的氣候特點比較適合用風冷熱泵機組。鑒此，本工程的空調(diào)冷熱源。采用風冷熱泵機組，選用30RQ432A型一臺，制冷量為405kW，制熱量為14463kW，功率147kW。機組帶內(nèi)置水力模塊：水泵、過濾器、安全閥、膨脹水箱、壓力表、防氣閥、流量開關、流量調(diào)節(jié)閥等。內(nèi)置循環(huán)水泵流量為70m3/h，楊程20m，功率8.5kW。風冷熱泵機組設置于屋面。

4 結(jié)束語

（1）放射治療室的所有通道空間不應降低放射防護強度，風道穿墻處減薄的局部預埋部分墻體如達不到防護厚度要求，局部要加厚防護墻體。

（2）直線加速器治療室面積為85m2，按現(xiàn)行的《建筑設計防火規(guī)范》GB 50016-2014相關規(guī)定，應設置機械排煙系統(tǒng)。但排煙管道、補風管道斷面積較大，穿越防護隔墻難度極大，難以實現(xiàn)?？紤]到直線加速器治療室內(nèi)平時不會有人經(jīng)常駐留，每次病人治療時間短，且有醫(yī)生全程監(jiān)控，發(fā)生火災不能及時疏散的概率非常小。為避免圖審時有違規(guī)之嫌，故把直線加速器后機架部分單獨隔離成設備間，把治療室面積縮小到50m2以下，從而滿足無需設置機械排煙的條件。

（3）本工程由于空調(diào)空間的濕負荷較小，而新風量較大，采用直流式空調(diào)系統(tǒng)，勢必造成一些能量浪費。如能設計一套熱回收裝置從排風中回收數(shù)量可觀的冷量或熱量，則系統(tǒng)就能更完善一些。

（4）兩個直線加速器治療室合用一個排風系統(tǒng)，從運行維護管理、防護安全性等角度考慮，不盡合理，這是本次設計有缺憾之處。

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Discussion on Air Conditioning and Ventilation Design of Radiotherapy Center in Chongqing Jiangjin District Central Hospital

Ya Houzhuan

( Chongqing Architectural Design Institute, Chongqing, 400015 )

Briefly introduces the design scheme of air conditioning and ventilation system for medical linear accelerator radiotherapy center of Chongqing Jiangjin district Center Hospital, and analyzes the particularity of indoor working environment, air conditioning and ventilation for medical linear accelerator treatment room, and some problems such as design technology, construction requirements, technical measures, pipeline reservation and embedment are discussed.

radiotherapy center; linear accelerator; air conditioning; buried pipe; radiation

TU831

A

1671-6612（2020）04-485-04

牙侯專（1971-），男，碩士研究生，高級工程師，E-mail：1070255924@qq.com

2020-06-01