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某肿瘤医院质子治疗中心空调通风系统设计

2024-11-04 149 上传者：管理员

摘要：质子治疗使用质子束，其射线粒子质量很大，能对肿瘤区域进行“立体定向爆破”，对病灶区进行精准定位治疗，将身体其他部位功能细胞损伤降到最低，治疗效果良好,我国已越来越重视质子治疗中心的建设。介绍了某肿瘤医院质子治疗中心空调、通风、工艺冷却水系统的设计要点，根据设备工艺需求，提出了冷热源选取需注意的事项及节能措施，为该类医疗建筑的设计提供了借鉴。

关键词：
冷热源
工艺冷却水系统
空调系统
质子治疗中心
通风系统
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运用质子治疗肿瘤是当今国际公认的最尖端的放射治疗技术，该技术具有杀癌效果好、毒副作用小、局部空置率高等特点。2020年7月31日，国家卫生健康委印发了《国家卫生健康委关于调整2018-2020年大型医用设备配置规划的通知》，决定对2018-2020年大型医用设备配置规划进行调整，质子放射治疗系统规划总数为16套，其中华北地区3套，东北地区2套，华东地区3套，中南地区4套，西南地区3套，西北地区1套。目前我国质子重离子治疗项目共70个，5个已运营(其中2个在中国台湾)，25个在建，拟建40个[1]。

质子治疗使用质子束，其射线粒子质量更大，能对肿瘤区域进行“立体定向爆破”，对病灶区进行精准定位，将身体其他部位功能细胞的损伤降到最低。我国已越来越重视质子治疗中心的建设，本文以某质子中心暖通空调系统为例，介绍其系统设计要点，注意事项等，为类似项目提供参考。

1、工程概况

该项目包括门诊楼、病房楼、质子放疗区等多个单体楼/区，其中质子放疗区建筑面积4 192 m2。质子治疗装置由回旋加速器、能量选择系统、束流输运线及5个治疗终端（4个旋转机架治疗室+1个固定束治疗室）组成。由于人体肿瘤生长病灶一般位于皮肤下3.5～30 cm处，为使质子束能有足够的能量射入人体，配置了一台加速器加速质子束流。回旋加速器质子束流能量固定，为照射不同深度的肿瘤，需通过能量选择系统来改变质子束能量[2]，从加速器内引出的质子束流被送到各个治疗室治疗头出口处。质子设备机房一般为3层，底层为底坑及拉线室，用于旋转机架治疗室电气设备的安装，治疗层包括病人治疗区、主控制室、治疗控制室等，上层为质子设备专用配电室、质子设备工艺冷却水机房、质子设备人员办公室等辅助区域[3]。质子（PT）治疗装置原理图见图1，质子（PT）区域底坑平面图见图2，质子（PT）区域地下一层平面图见图3，质子（PT）区域夹层平面图见图4。

图1质子（PT）治疗装置原理图

图2质子（PT）区域底坑平面图

图3质子（PT）区域地下一层平面图

图4质子（PT）区域夹层平面图

2、冷热源系统

该项目主要用于质子治疗，主要冷负荷为工艺冷却水用冷、工艺空调用冷及候诊区等舒适性空调负荷。经计算，项目总冷量为2 402 k W，空调热负荷为1 029.8 k W。项目设置了3台1 232 k W的水冷变频螺杆式冷水机组，2台运行，1台备用，以保证质子设备运行过程中不间断提供冷冻水。制冷机组选用变频机组，设置在地下一层制冷机房内，冷冻水供回水温度7/12℃。冷却水夏季和过渡季供回水温度32/37℃，冬季20/25℃。考虑到质子设备区的全年供冷，设置了一台换热机组回收冷凝热，用作新风夏季再热和过渡季加热热源，以节省费用。通过调节冷却水管上的电动三通调节阀，调节冷却水流量，满足末端用热需求。回旋加速器在待机状态时，也有最小排热量，故冷机可降频运行，满足回旋加速器所需的最小排热量，热源由市政统一提供。冷热源系统图见图5。

图5冷热源系统图

如图5所示，冷水机组提供了舒适性空调及工艺冷却水所需的冷水。水系统分为四个环路，分别为工艺冷却、质子区新风机组、舒适性空调系统新风机组、舒适性空调系统风机盘管回路。第三、四个环路设手动关断阀门3、4，夏季开启，过渡季和冬季关闭。冷却水管路上设阀门1和2，夏季和过渡季开启，冬季关闭。夏季和过渡季一部分冷却水经换热机组换热后为质子区新风提供再热用水。

3、空调系统

根据设备厂家要求，PT区域温湿度要求见表1。

表1 PT区域温湿度要求

为此，ESS/BTS、固定束流治疗室、旋转束治疗、水冷机房、质子设备配电房、PTEV储藏室、UPS间、主控室、服务器、TPS服务器机房设置精密空调加新风系统，回旋加速器区域、ESS/BTS、固定束流治疗室、旋转束治疗设置四管制新风机组作为排风的补风，热水盘管再热通过室内状态点送入室内，避免了新风对室内温湿度的影响，保证室内温湿度处于稳定状态。

质子治疗室空调水系统采用四管制系统，办公、诊室等小房间采用风机盘管加新风系统，水系统采用两管制系统。夹层空调送风平面图见图6。

4、通风系统

由于质子区域的排风有放射性，为防止活化的粒子在气流间扩散传播，空调系统需分区设置。质子治疗区的回旋加速器区、束流传输区和各治疗室均设计了通风系统，回旋加速器区和束流传输区连通为一个区域，日常通风1次/h。每个治疗室均为一个区域，通风4次/h。维修或紧急情况下,工作人员要进入到加速器大厅，必须手动将回旋加速区和束流传输区的通风换气次数切换到6次/h，同时监测通风系统运行状态，待满足要求后方可进入。排风设在屋顶，且装有活性炭过滤吸附装置以满足环评要求，质子系统运行时通风系统需保持开启。过滤吸附装置为可更换式，可定期更换，或根据排风压差评估过滤器堵塞情况。夹层空调送风图见图7。

图6夹层空调送风平面图

图7夹层空调送风图

5、工艺冷却水系统

由于质子设备用电量大，且全年24 h不间断运行，因此需冷却水带走热量[3]。质子设备工艺冷却水换热系统参数由设备厂家提供，设计时需预留冷源。根据厂家要求，工艺冷却水系统要求的排热量见表2。

表2工艺冷却水排热量要求[4]

工艺冷却水系统冷源来自冷水机组，当一台机组故障时，备用机组即刻投入。由于工艺冷却水系统全年处于制冷状态，故须考虑冷却塔冬季防冻措施。冷却塔冬季运行时有最小流量要求，低于最小流量会出现结冻情况。该项目采用闭式冷却塔，运行过程中保持100%流量运行，集水盘及冷却水管设有电伴热、辅助风机变频、供回水管设旁通阀、冷却水泵入口处设热水接口等防冻措施。

6、结语

1）考虑质子设备的成本及运行可靠性要求，PT区域需设置备用冷源，以完全保障工艺冷却水的全年连续供给，制冷机组需有良好的调节性能，保证设备待机小负荷工况下亦可保证设备所需的供水温度。

2）质子治疗区域工艺散热量相对稳定，此部分热量可用于新风机组再热，以节约能耗。

3）排风由于含放射性气体，在屋顶高空排放，需装设活性炭吸附装置，以满足环评要求。

4）冷却塔需考虑冬季防冻措施，确保系统在冬季供冷工况下系统依旧稳定运行。

5）鉴于质子设备对环境温湿度的严格要求，在设备进场前，各区域空调系统需安装和调试到位，室内环境参数达到要求后再安装质子设备。

参考文献:

[1]彭亮,尹银涛,王羽珊,等.武汉协和医院质子中心暖通空调设计[J].暖通空调,2022,52(5):85.

[2]袁帅.质子治疗旋转机架的关键技术分析[D].华中科技大学.2017:6-7.

[3]医院建筑电离辐射防护与电磁屏蔽建设指南[M].北京:中国标准出版社,2019.

[4]IBA质子建筑规划手册.

文章来源:王玮,年卫琦,张文帅.某肿瘤医院质子治疗中心空调通风系统设计[J].上海节能,2024,(10):1714-1718.