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学术活动

严寒地区医用直线加速器通风及空调系统的设计(下)

来源:www.sdjzsj5y.com 关键字: 医院设计 医院建筑设计 医院规划设计 绿色医院设计 发布时间:2017-03-17

山东省建筑设计研究院  白淑鑫

摘要   医用直线加速器是指用于放射肿瘤治疗的微波电子直线加速器,是目前最主要的放射治疗设备,是治疗肿瘤的一种新方法, 大型医用直线加速器正在进入各类医院用于肿瘤患者的治疗。本文通过对医用直线加速器原理及污染源分析,在实际设计工作中降低直线加速器对周围环境及患者的影响。并通过介绍严寒地区实际工程,介绍了在设计工作中医用直线加速器室的通风及空调系统的设计。

关键词   严寒地区  通风  空气加热器  空调

医用电子直线加速器是指用于肿瘤放射治疗的微波电子直线加速器microwave electron linear

AcceleratorLINAC, LINAClinear accelerator的缩写,中文简称“直加”是指电子从微波电磁加速场获得能量并延直线轨道加速运动医用电子直线加速器按加速的电磁场形态不同分为行波直线加速器和驻波直线加速器[1] [2] [3] [4]

医用直线加速器是一种能对肿瘤病人进行放射治疗的设备,属乙类大型医用设备。它通过对中子进行加速轰击肿瘤细胞从而杀死肿瘤细胞和病变组织达到治疗的效果。由于电子直线加速器对病人产生的副作用小、疗效显X线和电子束输出量大,射野大的特点,医用电子直线加速器成为了目前最常用的放疗设备。并且随着科学技术的发展,设备不断推陈出新,从上世纪80年代以前的常规放疗到当今的图像引导放射治疗,各类医院都正在建设直线加速器机房用于肿瘤患者的放射治疗[5]

在严寒地区,由于其气候因素使得加速器通风及空调系统的设计有异于其他地区的设计

2、医用直线加速器实际案例分析

该工程为严寒地区某医院的新建工程。两个直线加速器位于地下一层。每个直线加速器室带一间控制室和水冷控制室。设置患者候诊区、模具等设备存放间、设备用房等。风机房位于地下一层直线加速器室的旁边。

 

2.1 冷热源设计

由于直线加速器的使用时间与其他科室有差别,放射科室部分房间空调进行独立设计,功能房间采用多联机+新风系统的空调方式,本工程放射科采用变频多联机+换热站热水作为冷热源,室外机设在本工程屋面。根据直线加速器厂家提供的设备热负荷为基础进行冷热源选型依据,见表2。冬季室内空调计算温度为24℃,相对湿度为40%;夏季室内空调计算温度为25℃,相对湿度为60%(室外设计参数选用新疆乌鲁木齐的室外参数)。

在严寒地区,直线加速器换气次数为10次/h,导致室内空气温度不能保证,本工程选用附加热盘管的直流式新风机,附加空气加热器选用SRL型加热器,热源采用一次热水120/70℃,加热器换热面积计算采用式2-1、式2-2、式2-3、式2-4

                                            (2.1)

                                                 (2.2)

 

                                            (2-4)

式中  Q—直线加速通风热负荷,KW

      cp—空气比热容,1.01kJ/kg·

      G—被加热空气量,kg/s

      t1—加热前空气温度,℃;

      t2—加热后空气温度,℃;

      Q—加热前供给热量,KW

      K—加热器传热系数,W/(m2·K)

—热媒与空气之间的平均温差,℃。

冬季直线加速器室室内机不需承担新风负荷,只作为备用热源及夏季使用,所以直线加速器室所选室内机以夏季冷负荷选取,取两台制冷量为12.5 KW嵌入式四面出风室内机(自带冷凝水提升泵)。控制室选室内机制冷量为3.6Kw,四面出风型。直线加速器自身的冷却由配套的冷却水系统冷却。

2.2  通风设计

加速器在运行过程中空气在强电离辐射的照射下,会产生少量对人体有害的O3NOX。当用X射线>10MV时还会产生微量感生放射性物质。在相同的条件下,O3的辐射产额为NOX3倍,而O3的允许浓度比NOX约低17倍,感生放射性物质的寿命很短。由于臭氧的毒性大,产额高,且能使橡胶等材料加速老化,全面通风系统按稀释O3所需的空气量计算通风次数,取臭氧的浓度限值为0. 3mg /m3。通风管道和电缆管道设计成Z”形,并避开加速射束的方向和辐射发射率峰值方向。

直线加速器室产生的O3一部分由通风系统排到室外,另一部分自然分解。治疗室某时刻平均浓度可用式2-5计算。

 

式中  —治疗室t时刻O3的平均浓度,mg/m3

      Q0—臭氧的辐射化学产额,mg/h(根据中华放射医学与防护杂志,19944月第14卷第2P101,辐射所致臭氧的估算与分析),本工程臭氧产额为40g/a

      V—直线加速器体积(含迷道),m3

      T—有效清除时间,h

      tv—换气一次所需时间,h

td—抽烟有效分解时间,取0.83hh

根据不同加速器O3产额不同,计算相应的全面通风量,本工程选用10/h,工作场所O3浓度0.006<0.3mg/m3。通风设计时考虑压力梯度,感生放射性气体和有毒气体的区域的空气压力略低于周围其他区域的压力, 以避免有害气体扩散到其他区域。通风系统的排气口安装在建筑物外面, 并远离进气口, 防止排出气体的回流。O3NOX经过排风管道排至室外,经过大气的稀释和扩散作用其浓度进一步降低,远低于《环境空气质量标准》二级标准中O31小时平均浓度限值(0.2mg/m3),对周围大气环境的影响十分轻微,因此直接排至室外不会导致周围环境O3浓度的显著提高。

通风系统设计中,回风管道均设计粗效过滤器,以满足直线加速器室内空气中固体颗粒物不大于10μ的要求。直线加速器消防设计中采用气体灭火系统,由于机房屏蔽墙厚度较大,留洞难度大,所以平时通风和气体灭火后排风共用同一套管路。因此排风口设置在机房下部,利于有害物质排出。机房发生火灾时,由消防控制室或现场控制关闭通风系统风机和电控防火阀,待气体灭火完毕后,再控制开启风机和防火阀排除室内废气,直线加速器机房的室内外均设风机和阀门控制开关。

空调及通风系统精确控制室内温度, 但相对湿度控制不是非常精确,直线加速器内的电离室对环境干湿度要求很高, 一般湿度不得大于65%, 否则机内电离室将有可能潮解损坏, 在潮湿地区增加除湿器,保证直线加速器室内的相对湿度维持在65%以下。

 

2.3  通风及空调工程预埋管道设计

本工程直线加速器机房的屏蔽墙采用混凝土一次性浇铸而成,预埋管道墙体厚度为1200mm,墙体预埋管道主要为通风空调系统管道,包括:送风回风系统的预埋管、直线加速器冷却水系统的预埋管、室内机冷媒的预埋管和气体灭火泄压口预埋管共5套。由于圆形管道承压比矩形管道承压好,因此预埋管均采用圆形不锈钢管道,送回风管的预埋管均为φ400;气体灭火泄压口预埋管φ450;室内机冷媒的预埋管φ150。上述预埋管必须跟混凝土浇铸同时浇筑,一次成型。

为尽量减小穿混凝土屏蔽墙的面积,保证直线加速器外辐射满足限值要求。预埋管方式主要 “Z”字形埋管。通风管道在直线加速器防护门上方预埋管道进入室内。直线加速器室的空调通风平面参照图3,直线加速器室的预埋管剖面参照图4。预埋套管使剪力墙的局部厚度减小,因此,应根据关于职业放射工作人员剂量限值 ((周剂量限值取0.02msv/w),核算局部厚度最小处是否满足。本工程需核算电动门口上方屏蔽墙体的厚度。经计算,本工程的埋管做法满足理论要求。

3、设计过程中应注意的问题

3.1  直线加速器运行过程中产生高速电子及其X射线,治疗室中屏蔽墙体应充分考虑周围环境的辐射剂量,确保辐射剂量在限值内,杜绝对有关人群构成损害,在屏蔽墙体内预埋管道导致防护等级降低,应该进一步验算满足理论要求,并在施工前进行各管路综合分析,确保屏蔽墙一次浇筑。

3.2  本工程风管采用“Z 字形埋管,并保证在屏蔽墙体内完成Z 字形,保证射线通过风管管道泄漏。

3.3  空调系统设计中,在严寒地区热负荷与冷负荷差别较大,采用在新风机前加空气加热器,采用一次高温热水进行新风预热,保证送入直线加速器内空气温度达到送风要求,冬季减少多联机室内机的开启频率。

3.4 通风系统设计中,采用直流式空调系统,避免回风中有害气体进入新风。

 

参考文献:

[1] 仲茜,张继伟,张巍.电子加速器机房的建筑设计[J].山东建筑工程学院学报,1999,14(3):29-33.

[2] 杨绍洲,康立丽,刘曼芳.国外医用直线加速器的进展[J].医疗设备信息,2002,3:25-26.

[3] 李智慧,张金泉,刘勇.兰州重离子直线加速器设计初步[J].高能物理与核物理,2006,30:129-131.

[4] 黄山,吴虹.医用直线加速器机房的空调与通风设计[J].空调制冷,2013,43:144-145.

[5] 温莉琴.医用电子直线加速器及机房的屏蔽防护[J].海峡科学,2010,6:64-65.

[6] 王赟,邬家龙,罗伟立.甘肃省某医院新建医用电子直线加速器机房建设项目职业病危害因素控制卫生学评价[J].疾病预防控制通报,2013,28(4):28-30.

[7] 陈飞霞.某医院电子直线加速器运行期环境影响评价[J].海峡科学,2010,2:38-40.

[8] 王莹.某医院新建直线加速器项目环境影响评价[J].中国辐射卫生,2006,16(1):72-74.

[9] 陈登源,卢换平,张林燕.15MV医用直线加速器旧机房改建项目研究[J].医疗装备,2104,27(11):1-3.



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