摘要：现代医疗卫生行业中，需要用到各种各样的先进设备，如彩超机、CT机等，这些设备的运行需要以电能作为支撑，如果电能供应质量差或者出现突然断电，可能引发严重后果。对此，医疗建筑一般都需要在保证正常供电的同时，设置相应的应急供电措施，确保在出现突发状况时能够迅速做出反应。本文从负荷等级的角度，对医疗建筑应急供电方案进行了讨论，希望能够为建筑电气设计提供参考。
关键词：医疗建筑；负荷等级；应急供电
前言
经济的快速发展，带动了人们生活水平的提高，也使得民众对于医疗卫生服务提出了很多新的需求。最近几年，政府部门越发重视医疗卫生建设，各类专业性和综合性的医疗建筑迅速增加，建筑的规划设计也受到了有关部门的关注，而在医疗建筑电气设计中，应急供电方案的设计非常关键，必须得到足够的重视。
1.医疗建筑负荷等级
在医疗建筑电气设计中，需要结合医院的规模和运营情况，确定好负荷等级，例如，二三级医院需要面向地区乃至全国提供相应的医疗服务，因此电力负荷等级较面向社区的一级医院应该高出一级。在确定医疗建筑负荷等级的过程中，需要考虑两个方面的内容：
1.1医疗设备负荷等级
医疗建筑负荷等级可以参考《民用建筑电气设计规范》（JGJ 16-2008）等规范划分，在这个过程中，就有几个比较显著的特点：一是手术室、重症监护室、急诊室等医疗建筑中，无论是照明用电还是设备用电，都存在相应的负荷等级要求，应该尽量以科室为单位进行单独配电，避免管理环节的相互干扰和影响；二是病理室、药剂室等场所，仅对于医疗设备的负荷等级提出要求，如恒温设备、放射诊断设备等，可以依照负荷容量及工作特点，直接从变电所引出；三是存在有对医疗环境设备提出负荷等级要求的医疗场所，包括易感染区的通风设备、重要手术部的空调设备、特殊区域的照明设备等；四是部分医疗设备如果配备在不同的场所，会出现用途乃至使用方式不同的情况，产生的负荷等级也会有所不同。
当然，上述提到的医疗设备主要是传统医疗设备，而对于一些现代医疗设备，负荷等级也会有所不同，相应的标准应该做出调整，如住建部颁布的《医疗建筑设计规范》（JGJ 312-2013）中，对于医疗建筑负荷等级做出了新规定，负荷等级的划分依据更加明确，将原本规范中不同洁净度手术室空调用电的负荷等级取消，并且补充了一些非医疗设备的负荷等级，如客梯、锅炉、水泵等，要求设计人员在进行设计的过程中，必须根据实际情况，确定好医疗设备的负荷等级[1]。
1.2建筑设施负荷等级
医疗建筑电气设计中，不仅需要关注医疗设备的负荷等级，还需要考虑建筑业基础设施的负荷等级，如消防设施、人防设施等。以消防设施为例，医疗建筑中的消防设施负荷等级主要受其本身的建筑类型影响，如果建筑高度超过24m，则将其定性为一类高层建筑，消防设备的负荷等级对应为一级；如果建筑高度小于24m，消防设备负荷等级的确定好看需要考虑室外消防用水量，其可以按照建筑投影面积与高度的乘积进行大致估算。
对于综合性医疗建筑的负荷，可以依照基本的负荷类型，进行负荷等级划分，结合相应的负荷统计表（见表1）进行展示，为供配电方案的设计提供参考依据。
表1 医疗建筑负荷等级统计表
负荷等级 建筑负荷 医疗负荷 消防负荷 人防负荷
一级负荷中的重要负荷
一级负荷
二级负荷
三级负荷
2.医疗建筑应急供电方案设计
医疗建筑所面对的人群是病患，在建筑内部设置有大量关乎患者生命安全的用电设施，对于供电质量以及供电的可靠性有着相当严格的要求，应急供电方案的设计关系重大，必须得到足够的重视。在《供配电系统设计规范》（GB 50052-2009）中明确提出，对于一级负荷中特别重要的负荷，在供配电设计中不仅应该设置双重电源供电，还应该增加应急电源。
而在对应急电源进行设置的过程中，在上述规范中同样给出了几个选择，一是独立于正常电源之外的发电机组，二是存在于供电网络中，与正常电源独立的专用馈电线路，三是蓄电池，四是干电池。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆这四类电源都可以作为应急电源使用，不过在实际应用中，需要做到具体问题具体分析，以干电池为例，相比较其他三类电源，干电池的容量较低，适用于电压和容量需求低的小型手持式设备[2]。应急电源的选择需要设计人员依照负荷的允许中断供电时间确定：首先，如果负荷允许中断供电时间超过15s，可以选择能够实现快速自启动的应急电源，以发电机组为最佳；其次，如果自投装置的动作时间可以满足其所对应的允许中断供电时间，则可以选择专用馈电线路，确保其能够独立于正常电源之外，同时附带有相应的自动投入装置；然后，如果负荷的允许中断供电时间为毫秒级，则应该选择不间断电源，如柴油机、蓄电池等。
对医疗建筑中各类设施所要求的自动恢复供电时间进行整理，0类医疗场所要求的自动恢复供电时间t不超过0.5s，一类医疗场所中，0.5s≤t≤15s，二类医疗场所中，t＞15s。在当前的技术条件下，常规快速自启动发电机组一般都能够将启动时间控制在15s内，而EPS、UPS等蓄电池电源能够将断电切换的时间控制在毫秒级，双电源自动切换装置ATS在实际应用中分为两个级别，一是PC级，本身的切换时间同样为毫秒级，二是BC电源，切换时间相对较长，不过也在1-2s左右。
依照《医疗建筑设计规范》的相关要求，不同级别的医院应该设置相应的应急电源，如二级医院应该设置柴油发电机组，三级医院应该设置应急柴油发电机组，从保证医疗建筑内部用电负荷正常运行的角度，应急供电方案可以采用柴油发电机组配合UPS电源的形式，如果能够合理利用ATS装置，应急供电可以采用几种不同的组合方案：一是利用EPS或者UPS电源为应急照明供电，电源切换时间基本可以忽略，能够满足安全照明和疏散照明的需求；二是借助在线式UPS电源，为医疗设备供电，电源的切换时间小于0.5s，可以满足特别重要负荷的需求；三是在现有的双重供电线路基础上，于末端配电箱设置ATS，电源切换时间可以满足一类医疗场所中医疗设备的需求。在实际应用中，三种应急供电方案都可以满足不同类型负荷对于电源切换时间的要求，在配置柴油发电机组的情况下，就可以保证医疗建筑整体应急负荷容量，实现供电的持续性。而对于蓄电池而言，容量不需要太大，主要能够保证15min左右的供电时间即可，确保工作人员能够通过应急母线段的合理配置，对各类负荷进行调整[3]。
3.供配电方案设计
结合上文分析，以某大型综合性医疗建筑为例，建筑中设置有大量的一级特别重要负荷，如呼吸机、核磁共振、X光机、血液透析设备等，以及部分二级负荷，如电子显微镜、客用电梯、高级病房照明用电等，对于电力系统有着相当严格的要求。在进行供配电方案设计的过程中，可以参考如下配置：
3.1高压系统
在条件允许的情况下，应该尽可能引入10kV高压系统，采用双重市政电源供电，这样即便其中一路电源发生故障，也可以切换到另外一路电源继续供电，保证供电的稳定性和连续性。
3.2变压器
在对变压器进行配置的过程中，可以参照《全国民用建筑工程设计技术措施规定》的相关标准：医疗建筑单位面积的负荷密度为40-70W/㎡，变压器设置指标应该控制在60-100VA/㎡，而考虑现代医疗建筑中的设备配置水平不断提高，在进行供配电设计的过程中，应该依照较高的面积指标开展负荷估算，将变压器指标设置为80VA/㎡。在医疗建筑中，主要的负荷类型包括照明设施、通风设施、动力设施以及医疗设备，考虑到设备数量众多，负荷较大，应该选择单独的专用变压器，将其依照负荷类型，分为相应的小组，为管理维护提供便利。
3.3低压系统
依照变压器分组配置标准，低压系统的设置应该关注照明与医疗变压器，于低压侧做好单母线分段，设置为应急母线Ⅰ，负责应急照明、重要医疗设施以及弱电设施的电源供应，动力与空调变压器同样于低压侧做好单母线分段，设置为应急母线Ⅱ，负责消防动力设施的电源供应。
3.4应急电源
应急电源可以设置快速自启动柴油发电机组，确保其能够在主电源供电中断后的15s之内，向规定负荷供电，发电机组容量设置环节，需要关注消防负荷、一级负荷、一级负荷中的重要负荷，同时也需要从医疗机构的要求出发，将必保负荷留出，在这种情况下，应急电源的容量应该为变压器装机容量的20%-30%。应急照明负荷可以选择EPS电源，容量需要保证连续供电20min以上，可以将电源设置在公共区域配电井内；弱电系统和医疗设备可以选择UPS电源，同样需要保证连续供电20min以上，可以将电源设置在机房或者科室配电间内[4]。
4.结语
总而言之，医疗建筑中设置有大量的用电负荷，很多负荷对于供电质量和供电连续性都有着严格要求，在这种情况下，技术人员在对建筑进行电气设计的过程中，应该充分考虑医疗建筑的负荷等级，做好应急供电方案配置，保证供配电方案的合理性和可行性，通过高压系统、变压器、低压系统、应急电源等的合理设计，实现医疗建筑的可靠供电。
参考文献：
[1]曾宪阳.高层医疗建筑电气设计消防安全探讨[J].武警学院学报，2018，34（08）：45-48.
[2].医疗建筑供配电系统一级负荷分供电要求[J].智能建筑电气技术，2018，12（01）：5.
[3]卢海峰，周晨亮.某大型综合医疗建筑供配电系统设计[J].现代建筑电气，2018，9（01）：9-13.
[4]蔡英琪，黄舒予.医疗建筑电气设计要点分析[J].建筑电气，2017，36（07）：28-32
论文作者:韩梓谦
论文发表刊物:《防护工程》2019年10期
论文发表时间:2019/8/12
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