摘要：由于医用直线加速器的设备散热量大、具有辐射性、对工作环境有严格要求，使得加速器机房的空调通风设计具有一定的特殊性。因此，本文结合实际的设计案例，详细介绍了医用直线加速器机房在改建过程中，空调及通风设计的注意事项与方法，包括冷热源的确定、空调和通风系统的设计、以及辐射防护的措施等。
关键词：医用直线加速器；机房空调；通风系统；辐射防护
Design of air conditioning and ventilation system in medical linear accelerator room
Guo Chao
Shanghai No.1 Hospital for Women and Infants Shanghai 201204
Abstract：Due to the high heat dissipation, radiation and strict requirements on working environment of the equipment of medical linear accelerator, the design of air conditioning and ventilation in the machine room has certain particularity. Therefore, based on specific cases, this paper introduces in detail matters needing attention and methods of air-conditioning and ventilation design in the reconstruction of accelerator room, including reasonable determination of heat and cold sources, air-conditioning and ventilation system, air exchange rate and radiation protection measures.
Key words：Medical linear accelerator; computer room air conditioning; ventilation system; radiation protection
引言
近年来，我国医院建筑进行大规模的新建、扩建和改建，各种大型医疗设备逐渐被引进和使用，医用直线加速器作为肿瘤放射治疗的主要设备也进入越来越多的医院。它的工作原理是借助电磁场使带电粒子加速，从而获得较高的能量，高能粒子轰击靶后，轫致辐射产生射线可以杀死患者体内的肿瘤细胞[1]。值得注意的是加速器对工作环境的温湿度有较为严格的要求，并且高能射线照射到空气时会使空气电离，产生臭氧、氮氧化合物和感生放射性气体，因此机房的空调通风系统和辐射防护设计不容忽视。
1 工程概况
上海市第一妇婴保健院（东院）位于浦东新区白莲泾以东，沪南路以西，高科西路以北地块，占地40528.1平方米，总建筑面积71344平方米，设有住院楼、门诊医技楼、行政教学楼、后勤保障楼等4个单体，于2013年8月正式投入使用。
随着我院医、教、研全面发展，妇科肿瘤（含乳腺肿瘤）患者接诊及手术量呈逐年上升趋势，预计2019年将超过2000例。对于妇科肿瘤患者，围手术期的辅助性放疗、进展期的根治性放疗及晚期姑息性放疗已成为我院发展必不可少的治疗手段。妇科肿瘤放疗方式包括经典的以直线加速器为主的外照射和后装为主的腔内照射。外照射历经传统的二维普放、三维适形放疗，目前已发展到精准放疗时代，如影像引导放疗（IGRT）、机器人立体定向放疗（Cyberknife）等。后装腔内放疗在妇科肿瘤放疗中同样占据重要地位，目前已发展到三维后装放疗时代，极大降低患者的毒副作用，提高了疗效。由于我院暂无放疗科，部分患者只能进行转院治疗，给患者和主诊医师带来诸多不便，所以我院启动加速器和后装治疗区域大修改造项目。
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图1 加速器机房平面图
该工程为上海市第一妇婴保健院（东院）的改建项目，将地下一层的防空地下室在平时改为直线加速器机房区域，该区域的建筑面积约1600㎡，层高为4.95m，主要包括直线加速器机房、后装治疗室，及其控制室、设备机房，其余空间主要为诊疗室、候诊区以及配套辅助用房，直线加速器机房的平面布局如图1所示。本工程的直线加速器放置在地下室，不仅能够充分的利用大地屏蔽功能，同时还能降低工程成本。直线加速器机房的墙体选取高标混凝土一次性浇注，并通过对机房主屏蔽墙加厚的方式，进行X射线的防护，以防止其泄露给周围人群带来危害。此外，加速器机房屏蔽辐射的迷路形式包括L型和Z型两种，考虑到Z型迷路的防护门开在迷路末端的侧面，透出的射线较少，更利于防护，因此本工程的机房迷路设计为Z型迷路。
2 直线加速器机房的空调通风系统设计
2.1冷热源设计分析
由于直线加速器机房区域在战时仍要恢复人防功能，受到人防区域分隔处预留管径的限制，本工程以风冷热泵和常年制冷模块作为冷热源。考虑到直线加速器机房、后装治疗区域和CT室位于地下一层，维护结构传入的冷、热负荷占比很小，几乎可以忽略不计，且都有大型设备散热，使得在冬季运行时仍以制冷为主，因此对机房独立设置2台60kW制冷量的风冷冷水机组作为冷源；在其他区域则选取3台制冷量为60kW、制热量为64kW的风冷涡旋热泵机组作为冷热源，将其设置在一层地面上。
2.2空调系统设计
医用直线加速器对工作环境的温度要求为22-24℃，且在采取其他保护措施的情况下不得超过26℃；对工作环境的湿度的要求为40%-60%，考虑到加速器机房对室内环境要求的特殊性，本工程在机房内采用“恒温恒湿精密空调+独立排风系统”以确保室内温湿度保持在所要求的范围内，空调机组的总制冷量为92.8kW，制热量为101.8Kw，风量为7000m³/h。由厂家提供的资料可知，加速器在正常治疗时散热量主要集中在机架区域，直线加速器自带水冷系统冷却。
直线加速器控制室、CT控制室以及后装操作室设置四管制风机盘管，CT室和TSP室由于有大型设备散热则常年供冷；诊疗室及一般功能房间设置风机盘管+新风送风+排风系统。
2.3通风系统设计
由医用直线加速器的工作原理可知，设备在不运行时不产生辐射及污染物，仅在放射治疗过程中产生辐射危害，并且空气在高压电离作用下会产生臭氧和氮氧化物[2]。在相同条件下，氮氧化物发生量仅为臭氧发生量的三分之一，且氮氧化物的允许浓度远高于臭氧，因此在本工程的通风设计之中以臭氧的浓度为控制对象。根据《工作场所有害因素职业接触限制》的规定[3]，臭氧不允许超过的浓度限值为0.3mg/m3，在《室内空气质量标准》规定中[4]，臭氧不允许超过的浓度限值为0.16mg/m3，综合考虑排除室内污染物、承担房间所需新风量和《电子加速器放射治疗放射防护要求》中所要求的4次/h的换气次数，本工程中加速器机房的换气次数取为13次/h。另外，送、回风口均配置有初效过滤器对空气进行过滤，以满足直线加速器机房的空气中固体颗粒物不大于10μm的要求。
由于臭氧及氮氧化物的密度大于空气，因此室内排风口设置在房间的下部，更利于有害物质的排出，排风经排风井通向地面后，直接在人员数量较少的地点排入大气之中，这是由于虽然排放的臭氧及氮氧化物具有一定的污染性，但其含量相对较少，对环境不会产生较大的影响。
当放射治疗中使用高于10MW的X射线时，空气受到高能粒子的照射之后会产生感生放射性核素，不同的感生放射性核素的半衰期长短从几秒到数天也不同，因此在直线加速器完成一次治疗过程之后，仍有部分感生放射性核素存在于加速器机房的空气之中，此时不应该立即打开防护门，而应继续通风一段时间，以便臭氧、氮氧化物以及感生放射性核素的排除，避免对室内人员造成伤害。
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图2 加速器机房通风平面图
2.4气体消防
大型医用设备室内的消防系统不能安装喷洒式装置，故本工程中的直线加速器机房采用气体消防的方式，以七氟丙烷作为消防材料，其特点是不导电、挥发性强，在使用过程中不留残余物，且不会对精密设施造成损坏。同时，考虑到机房屏蔽墙的厚度较大、埋管较为困难，为减少机房屏蔽墙的预埋管件数量，将日常通风与火灾时的事故排风设计为一套系统。送、排风管道穿机房屏蔽墙处，设置70℃的防火阀，当机房内发生火灾时，首先关闭通风系统的风机及防火阀，待气体灭火之后再开启风机及防火阀排除机房内烟气。同时，七氟丙烷的密度相比于空气较大，排风口的位置宜设置在房间下部，这一点与上送下排的平时通风系统相吻合。
3 加速器机房的埋管设计
直线加速器机房的屏蔽墙采用一次性混凝土浇筑而成，次屏蔽墙的厚度为1.3m，主屏蔽墙的最大厚度处可达2.8m，空调系统管道穿机房墙壁时需设预埋管，其中包括尺寸为320×200mm的预埋排风管、尺寸为630×320mm的预埋送风管和尺寸为630×320mm的预埋回风管，其中送回风管道穿过迷宫门上方进出房间，以减少向室外的辐射。
在直线加速器机房空调设计中必须做好预埋管施工，所有预埋管件跟混凝土浇铸同时进行，一次到位。同时考虑在满足预埋管使用功能的前提下，应避开主辐射区域，且尽可能的减少埋管面积，以尽量减少辐射量。医用直线加速器机房的预埋管设计通常包括斜45℃埋管、Z形埋管和U形埋管三种方式[5]，本工程采用斜45℃埋管，最大限度减少通过空调管道的辐射量，以预埋排风管为例，其剖面图如图3 所示。
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图3 加速器机房预埋排风管剖面图
4 结语
由于核技术应用的特殊性，使得医用直线加速器机房的设计与建造是一项复杂的工程，在保证工作人员和公众的健康的基础上，更应合理利用现有场地条件和施工技术，达到直线加速器的经济效益最大化。通过本工程案例可以得到如下结论：
a.医用直线加速器机房由于其使用时间及房间特性与其他区域具有较大差异，应当设置独立的冷源及通风系统，在受到预留管径的限制时可采用风冷冷水机组作为冷源。
b.直线加速器机房在治疗过程中会产生臭氧和氮氧化物，所以应当综合考虑污染物质的浓以确定合理通风换气次数，且排风口宜布置在房间下部。
c. 本工程中所有通风预埋管均采用斜45℃埋管的方式，以减少通过空调管道的辐射泄露量，同时应经当地的放射防护权威部门校核达到防护要求后方可实施。
参考文献
[1]冯宁远.实用放射治疗物理学[M].北京医科大学、中国协和医科大学联合出版社, 1998.
[2]李朋起,楚彩芳,赵艳芳,等.某医用电子直线加速器机房防护改造方案及效果分析[J].中国辐射卫生, 2016, 25(1):51-54.
[3]GBZ 2.1-2007工作场所有害因素职业接触限值•化学有害因素[S]. 北京:人民卫生出版社,2007:3-12．
[4]GB/T 18883-2002室内空气质量标准[S].北京：中国标准出版社，2002.
[5]GB 18871-2002电离辐射防护与辐射源安全基本标准[S].北京：中国标准出版社，2003.
论文作者:郭超
论文发表刊物:《基层建设》2020年第2期
论文发表时间:2020/4/29
标签：加速器论文; 机房论文; 直线论文; 臭氧论文; 工程论文; 氧化物论文; 屏蔽论文; 《基层建设》2020年第2期论文;