龍 君

[同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院(集團(tuán))有限公司, 上海 200092]

0 引 言

為保證醫(yī)療建筑的可靠平穩(wěn)運(yùn)行,應(yīng)急電源系統(tǒng)是保證醫(yī)療建筑供電可靠性的重要一環(huán)。應(yīng)急電源系統(tǒng)主要為一級(jí)負(fù)荷中特別重要負(fù)荷設(shè)置,包含應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組、不間斷電源(UPS)裝置、應(yīng)急照明蓄電池EPS裝置等。

本文介紹了醫(yī)療項(xiàng)目中除消防負(fù)荷外的醫(yī)療工藝和醫(yī)院運(yùn)營(yíng)相關(guān)的應(yīng)急電源系統(tǒng)中柴油發(fā)電機(jī)組和UPS的設(shè)置。

1 醫(yī)療項(xiàng)目自動(dòng)恢復(fù)時(shí)間要求

JGJ 312—2013《醫(yī)療建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]表3.0.2“醫(yī)療場(chǎng)所及設(shè)施的類別劃分與要求自動(dòng)恢復(fù)供電的時(shí)間”中規(guī)定,急診搶救室、血液病房?jī)艋?、產(chǎn)房、燒傷病房、ICU、早產(chǎn)兒室、血液透析室的涉及生命安全的設(shè)備及照明的自動(dòng)恢復(fù)供電時(shí)間≤0.5 s;續(xù)表3.0.2中規(guī)定,手術(shù)室、術(shù)前準(zhǔn)備室、術(shù)后復(fù)蘇室、麻醉室、心血管造影檢查室、大型生化儀器的涉及生命安全的設(shè)備及照明的自動(dòng)恢復(fù)供電時(shí)間≤0.5 s。對(duì)于自動(dòng)恢復(fù)時(shí)間≤0.5 s的負(fù)荷,應(yīng)設(shè)置UPS裝置,以保證供電可靠性。

GB 51348—2019《民用建筑電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》[2]中第6.3.3條規(guī)定:為信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)供電時(shí),UPS的額定輸出功率應(yīng)大于信息網(wǎng)絡(luò)設(shè)備額定功率總和的1.2倍;對(duì)其他用電設(shè)備供電時(shí),其額定輸出功率應(yīng)為最大計(jì)算負(fù)荷的1.3倍。根據(jù)此規(guī)定,可以計(jì)算出UPS裝置的額定輸出功率。

2 應(yīng)急電源持續(xù)供電時(shí)間

JGJ 312—2013《醫(yī)療建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》中第4.4.1條規(guī)定,三級(jí)醫(yī)院應(yīng)設(shè)置應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組,二級(jí)醫(yī)院宜設(shè)置應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組;第4.4.5條規(guī)定,柴油發(fā)電機(jī)組的選擇應(yīng)符合下列規(guī)定:對(duì)于柴油發(fā)電機(jī)組的供油時(shí)間,三級(jí)醫(yī)院應(yīng)大于24 h,二級(jí)醫(yī)院宜大于12 h,二級(jí)以下醫(yī)院宜大于3 h;柴油發(fā)電機(jī)組應(yīng)配有電壓自動(dòng)調(diào)整裝置、快速自起動(dòng)裝置及電源自動(dòng)切換裝置,當(dāng)正常供電電源中斷供電時(shí)應(yīng)能自動(dòng)起動(dòng),并應(yīng)在15 s內(nèi)向規(guī)定的用電負(fù)載供電,當(dāng)正常供電電源恢復(fù)供電后應(yīng)延時(shí)切換并停機(jī);第4.4.6條要求,中斷供電時(shí)間≤0.5 s的一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷應(yīng)設(shè)UPS。

根據(jù)以上規(guī)范要求可知,三級(jí)醫(yī)院的應(yīng)急電源持續(xù)供電時(shí)間不小于24 h,二級(jí)醫(yī)院宜大于12 h,二級(jí)以下醫(yī)院宜大于3 h。為滿足醫(yī)院重要負(fù)荷的自動(dòng)恢復(fù)供電時(shí)間要求,各級(jí)醫(yī)院應(yīng)急電源設(shè)置如表1所示。

表1 各級(jí)醫(yī)院應(yīng)急電源設(shè)置

根據(jù)JGJ 312—2013《醫(yī)療建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》中第4.4.7條規(guī)定,應(yīng)急電源為柴油發(fā)電機(jī)組時(shí),UPS裝置的應(yīng)急供電時(shí)間不應(yīng)小于15 min。對(duì)于二級(jí)、三級(jí)醫(yī)院12 h以上的應(yīng)急電源持續(xù)供電時(shí)間,采用大容量柴油儲(chǔ)罐來滿足應(yīng)急電源供電時(shí)間是相對(duì)經(jīng)濟(jì)且滿足規(guī)范要求的選擇。另外,因?yàn)椴裼桶l(fā)電機(jī)起動(dòng)需要15 s的時(shí)間向重要用電負(fù)載供電,對(duì)于自動(dòng)恢復(fù)供電時(shí)間小于0.5 s的負(fù)載,應(yīng)采用UPS作為柴油發(fā)電機(jī)組起動(dòng)前的應(yīng)急電源供電過渡[3]。

3 應(yīng)急電源形式選擇

選擇柴油發(fā)電機(jī)組時(shí),應(yīng)根據(jù)柴油發(fā)電機(jī)組負(fù)載種類來確定柴油發(fā)電機(jī)組等級(jí)。柴油發(fā)電機(jī)組性能等級(jí)如表2所示。

表2 柴油發(fā)電機(jī)組性能等級(jí)

對(duì)于一般民用建筑設(shè)計(jì),使用較多的是G2級(jí)柴油發(fā)電機(jī)組;對(duì)于常規(guī)醫(yī)院項(xiàng)目,建議采用G3級(jí)柴油發(fā)電機(jī)組[4]。

選擇UPS時(shí)應(yīng)考慮規(guī)范要求和產(chǎn)品特點(diǎn)。

(1)根據(jù)JGJ 312—2013《醫(yī)療建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》第4.4.6條要求,中斷供電時(shí)間≤0.5 s的一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷,應(yīng)設(shè)UPS(宜為在線式)。

(2)UPS裝置分為在線式和后備式兩種。后備式在市電正常時(shí)直接由市電向負(fù)載供電,當(dāng)市電故障時(shí)通過轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)為電池組為負(fù)載供電,供電轉(zhuǎn)換有切換時(shí)間,不能滿足自動(dòng)恢復(fù)供電時(shí)間小于0.5 s的要求。在線式在市電正常時(shí),由市電通過逆變器向負(fù)載提供交流電,在市電故障時(shí)由電池組提供供電,逆變器始終處于工作狀態(tài),保證無間斷輸出,無切換時(shí)間,特別適合對(duì)電源要求較高的場(chǎng)合。

(3)設(shè)置UPS的負(fù)荷均為一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷,建議選擇在線式[5]。

4 設(shè)計(jì)實(shí)例

上海某三級(jí)醫(yī)院總建筑面積約為32 205 m2,其中地上建筑面積為19 605 m2,地下建筑面積為12 600 m2。其中,-1F為設(shè)備用房、民防急救醫(yī)院和停車庫,1F為住院大廳及食堂餐廳,2F為大型醫(yī)技設(shè)備機(jī)房,3F為DSA和檢驗(yàn)科,4F～12F為病房區(qū)。

4.1 供配電系統(tǒng)

由市政提供兩路10 kV電源供電,并設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)作為備用電源。當(dāng)一路電源發(fā)生故障時(shí),另一路電源不應(yīng)同時(shí)受到損壞。10 kV市政電源發(fā)生故障時(shí),15 s內(nèi)自起動(dòng)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組,以保證一級(jí)負(fù)荷中特別重要負(fù)荷的供電可靠性。

4.2 應(yīng)急電源系統(tǒng)(除消防)設(shè)置

(1)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組。-1F設(shè)置1處柴油發(fā)電機(jī)房,機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)柴油機(jī)組1套,為該項(xiàng)目中一級(jí)負(fù)荷中特別重要負(fù)荷提供應(yīng)急電源。

(2)UPS。火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警控制系統(tǒng)、重要通信機(jī)房、安保系統(tǒng)、緊急廣播系統(tǒng)等除采用雙電源末端切換外,還設(shè)置UPS,以保障其供電可靠性。UPS由弱電承包商提供,連續(xù)供電時(shí)間不少于15 min或根據(jù)設(shè)備要求。

(3)醫(yī)療UPS裝置。根據(jù)規(guī)范要求,DSA、大型生化儀器、重癥監(jiān)護(hù)室等重要醫(yī)療設(shè)備、涉及生命安全的電氣設(shè)備及照明均設(shè)置UPS配電系統(tǒng),以保障其供電可靠性,連續(xù)供電時(shí)間不小于15 min。另外,UPS均自帶檢修旁路。

4.3 UPS設(shè)置

各科室UPS裝置設(shè)置情況如表3所示。

表3 各科室UPS裝置設(shè)置情況

UPS裝置供配電系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 UPS裝置供配電系統(tǒng)

4.4 應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組設(shè)置

按穩(wěn)定負(fù)荷計(jì)算,重要負(fù)荷(需帶入柴油發(fā)電機(jī)組的)和消防負(fù)荷容量分別為760 kW、922 kW。根據(jù)對(duì)比,選擇按穩(wěn)定負(fù)荷中的消防負(fù)荷功率來計(jì)算柴油發(fā)電機(jī)組容量。根據(jù)計(jì)算,-1F設(shè)置1處柴油發(fā)電機(jī)房,機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)750 kW柴油發(fā)電機(jī)組1套。經(jīng)查柴油發(fā)電機(jī)組的產(chǎn)品樣本,750 kW柴油發(fā)電機(jī)組的耗油量為204 L/h,24 h總耗油量為4 896 L,暖通專業(yè)室外埋地油罐容量為6 m3,滿足24 h耗油量需求。

5 應(yīng)急電源系統(tǒng)選擇的經(jīng)濟(jì)性

5.1 柴油發(fā)電機(jī)組經(jīng)濟(jì)性

二級(jí)、三級(jí)醫(yī)院的柴油發(fā)電機(jī)組需維持12 h以上的應(yīng)急供電時(shí)間,選擇油耗低的柴油發(fā)電機(jī)組,可以適當(dāng)降低室外油罐容量,減少初期投資。同時(shí)后期使用過程中,柴油儲(chǔ)罐內(nèi)柴油需定期檢查更換,選擇油耗低的柴油發(fā)電機(jī)組,后期維護(hù)中柴油更換的費(fèi)用相對(duì)較低。

5.2 UPS裝置的經(jīng)濟(jì)型

(1)UPS中常用電池種類主要有兩種,分別是免維護(hù)鉛酸蓄電池和鋰電池。2種UPS電池比較如表4所示。

表4 2種UPS電池比較

通過對(duì)比可知,鋰電池循環(huán)使用次數(shù)和能量密度均遠(yuǎn)高于鉛酸蓄電池,但鋰電池造價(jià)是鉛酸電池的3倍多。對(duì)于不同類型的項(xiàng)目,業(yè)主可根據(jù)各項(xiàng)目實(shí)際需求情況來選擇采用何種類型的UPS電池組。

(2)鋰電池體積約為鉛酸蓄電池的2/3,對(duì)于機(jī)房面積緊張的醫(yī)療建筑,選擇鋰電池是一種解決機(jī)房面積不足的可選方案。同時(shí)鋰電池的重量常規(guī)只有鉛酸電池的1/3左右,如選擇鋰電池,UPS機(jī)房荷載可降低,對(duì)于土建成本有一定降低。

(3)鉛酸電池的電極主要由鉛及其氧化物制成,電解液是硫酸溶液;鋰電池主要由鋰金屬或鋰合金為電極材料,使用非水電解質(zhì)溶液。鋰電池在生產(chǎn)、回收方面,相對(duì)鉛酸電池更加環(huán)保。

6 結(jié) 語

醫(yī)療建筑一級(jí)負(fù)荷中特別重要負(fù)荷較多,特別是自動(dòng)恢復(fù)供電時(shí)間小于0.5 s的負(fù)載,因此此類負(fù)載設(shè)置完善的應(yīng)急供配電系統(tǒng)不僅可以保證供電的可靠性、穩(wěn)定性,也能減少電氣機(jī)房面積,提高電氣系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)型。