أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء في المستشفيات

7.1.1 الغرض من التدفئة والتهوية وتكييف الهواء في المستشفيات

الغرض من أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء في المستشفيات هو خلق بيئة داخلية مريحة وصحية، مع الوقاية الفعالة من العدوى المكتسبة في المستشفى، والحفاظ على البيئة الطبية والصحية الأنسب المطلوبة أثناء العمليات الطبية، وتطبيق تدابير الوقاية من الكوارث المناسبة، وضمان سلامة وفعالية وموثوقية معدات وأنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء. بالإضافة إلى ذلك، يجب اتخاذ تدابير لمنع انتشار التلوث وتوفير الطاقة على أساس حماية البيئة العالمية.

غالبًا ما تحقق أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء أغراضها من خلال نظام واحد يتكون من سلسلة من المكونات والمعدات. ومن بين هذه الأنظمة، يشتمل نظام تكييف الهواء على أكبر عدد من المكونات والمعدات، ويشمل بشكل عام مصادر البرودة والحرارة، ووحدات معالجة الهواء، ومعدات التوزيع، وأنظمة التحكم الآلي. تتمتع الغالبية العظمى من أنظمة تكييف الهواء بالوظائف التالية:

(1) توفير سعة التبريد والتدفئة المطلوبة.

(2) الاعتماد على معدات التدفئة والتبريد والتهوية وتكييف الهواء لتسخين الهواء المورد وتبريده وترطيبه وإزالة رطوبته وإزالة الملوثات منه، بالإضافة إلى تقليل الضوضاء.

(3) توزيع الهواء المكيف (الذي يحتوي على كمية كافية من الهواء النقي) على كل مساحة مكيفة، وتوزيعه بشكل منظم داخل الغرفة.

(4) التحكم في المعلمات البيئية الداخلية والحفاظ عليها، مثل درجة حرارة الهواء والرطوبة وجودة الهواء وحركة الهواء والضوضاء والفرق الضغطي بين الغرفة المكيفة والمناطق المحيطة بها، ضمن النطاقات المحددة مسبقًا.

غالبًا ما يُوصف التدفئة بأنه إمداد المبنى بالحرارة في فصل الشتاء والحفاظ على درجة حرارة داخلية معينة عن طريق المشعات الإشعاعية أو المشعات ذات الحمل الحراري الداخلية. المهمة الرئيسية للتهوية هي التحكم في المواد الضارة والحرارة والرطوبة الزائدة في المساحة عن طريق إمداد الهواء أو إخراج هواء العادم أو مزيج من الاثنين، مع التركيز على حماية صحة القاطنين داخل المبنى. ويشير تكييف الهواء إلى التحكم في معلمات متعددة في نفس الوقت والحفاظ على استقرار البيئة الداخلية. على سبيل المثال، يتم التحكم في درجة الحرارة والرطوبة وحركة الهواء وجودة الهواء والضوضاء والفرق الضغطي في مساحة ما ضمن نطاقات محددة مسبقًا، مع التركيز على ضمان راحة القاطنين في المساحة المكيفة أو تلبية متطلبات عمليات الإنتاج.

7.1.2 المهام والمتطلبات

(1) يمكن عادةً تصنيف تكييف الهواء، وفقًا لمتطلبات المستخدمين، إلى تكييف هواء للراحة وتكييف هواء للعمليات.

يوفر تكييف الهواء للراحة للقاطنين بيئة داخلية مريحة وصحية مناسبة لطبيعة عملهم؛ وبالنسبة للمباني المكتبية، يُطلب أيضًا من البيئة الداخلية الموفرة أن تساعد في تحسين كفاءة عمل القاطنين داخلها.

يوفر تكييف الهواء للعمليات البيئة الداخلية الخاصة المطلوبة لتصنيع المنتجات أو تخزينها أو غيرها من عمليات البحث والتطوير.

[مرجع] تضم المستشفيات العديد من الأقسام الداخلية، وتختلف وظائف ومتطلبات كل قسم عن الآخر. بشكل عام، يمكن تقسيم المستشفى العام إلى ثلاثة أقسام رئيسية: قسم العيادات الخارجية، وقسم المرضى الداخليين، وقسم التشخيص والعلاج.

قسم العيادات الخارجية هو المكان الذي يتم فيه تشخيص الغالبية العظمى من المرضى أو علاجهم أو قبولهم للدخول؛ ويتميز بتدفق بشري كبير وتنوع واسع من الأمراض، حيث يختلط المرضى المصابون بأمراض مختلفة. أما قسم المرضى الداخليين فهو مكان مخصص لعلاج المرضى وإعادة تأهيلهم، وكذلك مكان إقامتهم. باستثناء المناطق الخاصة مثل غرف العمليات النظيفة والأجنحة المعقمة ووحدات العناية المركزة، يتطلب قسم العيادات الخارجية وقسم المرضى الداخليين بشكل عام تكييف هواء من نوع تكييف الراحة.

يعد قسم التشخيص والعلاج مركز الخدمات التشخيصية والعلاجية في المستشفى بأكمله، وكذلك مركز إمداد المعدات والأدوات الطبية والأدوية. وهو القسم الذي يضم أكثر المعدات تقدمًا وأكثر الوظائف تعقيدًا في المستشفى، ويشمل أقسام العلاج الطبيعي والأشعة والفحوصات المخبرية والتشخيص الوظيفي وغرف النظائر المشعة وغيرها، كما يشمل مرافق التعقيم المركزي وإمداد الأدوات والضمادات وتحضير الأدوية وصرفها وتوزيعها وغير ذلك. يتم تحديد غالبية متطلبات التحكم في البيئة الداخلية وفقًا لمواصفات المعدات ومتطلبات العمليات. وبالمثل، يخضع التحكم في البيئة الداخلية لأماكن مثل غرف العمليات النظيفة والأجنحة المعقمة ووحدات العناية المركزة لمتطلبات العمليات الطبية؛ لذلك، يمكن تصنيف معظم أقسام قسم التشخيص والعلاج ضمن فئة تكييف الهواء للعمليات.

(2) مهام نظام التدفئة والتهوية وتكييف الهواء في المستشفيات:

1. خلق بيئة مريحة وصحية قادرة على إمداد المرضى والطاقم الطبي بهواء نقي ونظيف، والتحكم في المعلمات الداخلية مثل درجة الحرارة والرطوبة وحركة الهواء بحيث يشعر الأشخاص بالراحة والاطمئنان.
2. خلق بيئات تعزز الفعالية العلاجية — فعلى سبيل المثال، الحفاظ على دفء الرضع حديثي الولادة، والتحكم في البيئات عالية الحرارة لرفع معدل الأيض لدى المرضى، أو البيئات منخفضة الحرارة لكبح معدل الأيض أثناء العمليات الجراحية، والحفاظ على أجنحة عالية الرطوبة لمرضى الأمراض التنفسية مثل الربو، وتوفير بيئة مناسبة لعمليات الأيض الرطب في العلاج المفتوح لمرضى الحروق التي تغطي كامل الجسم — وكل هذه التدابير مفيدة للعلاج.
3. تهيئة بيئات تضمن التشغيل الطبيعي للمعدات الطبية، مثل أجهزة التصوير المقطعي المحوسب بالأشعة السينية (يُختصر بـ أجهزة CT)، والمسرعات الإلكترونية، وأجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي (يُختصر بـ أجهزة MRI). وللحفاظ على وظائف هذه الأجهزة والاستفادة منها بالكامل، تكون المتطلبات المتعلقة بالبيئة الداخلية عالية جدًا. فبالإضافة إلى الغرف التشخيصية أو العلاجية الرئيسية، تشمل منظومات هذه الأجهزة أيضًا غرف آلات كبيرة، وغرف حاسوب، وسلسلة من الغرف المساعدة. غالبًا ما تفرض غرف الآلات أو غرف الحاسوب أو الغرف التشخيصية والعلاجية متطلبات خاصة على المعلمات الداخلية، كما أن للغرف المساعدة المختلفة متطلبات متباينة. كذلك تمتلك مراكز الحاسوب الكبيرة المستخدمة في إدارة المستشفيات الحديثة متطلبات معينة للبيئة الداخلية.

7.1.3 اختيار أنواع الأنظمة ومبادئ التصميم

(1) أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC).

يمكن تصنيف أنواع الأنظمة وفقًا للوسط الدائر داخلها إلى أنظمة الماء بالكامل، والبخار، والهواء بالكامل، والهواء-الماء، ومادة التبريد، وأنظمة أخرى. وعلى وجه التحديد، يجب اختيار نظام التدفئة والتهوية وتكييف الهواء المناسب عبر مراعاة العديد من الجوانب، مثل استخدام المبنى وطبيعته، وخصائص الأحمال الحرارية والرطوبية، والمعلمات التحكمية ودقتها، ومساحة وموقع غرفة آلات تكييف الهواء، والاستثمار الأولي وتكاليف التشغيل والصيانة.

أنظمة الهواء بالكامل تتحمل الهواء المعالج مركزيًا جميع أحمال الغرفة.

يمكن تقسيم أنظمة الهواء بالكامل بشكل أكبر، وفقًا لمدى تغير حجم الهواء المورد، إلى:

1. أنظمة حجم الهواء الثابت. تتغير حالة الهواء المورد مع تغيرات الحمل الحراري والرطوبي الداخلي، بينما يظل حجم الهواء المورد إلى الغرفة ثابتًا. فعندما يكون الحمل الحراري والرطوبي كبيرًا، يكون فرق درجة حرارة الهواء المورد كبيرًا؛ وعندما يكون الحمل الحراري والرطوبي صغيرًا، يكون فرق درجة حرارة الهواء المورد صغيرًا.

2. أنظمة حجم الهواء المتغير. يتغير حجم الهواء مع تغيرات الحمل الحراري والرطوبي الداخلي، بينما تظل حالة الهواء المورد دون تغيير بشكل أساسي. فعندما يكون الحمل الحراري والرطوبي كبيرًا، يتم توفير حجم هواء أكبر؛ وعندما يكون الحمل الحراري والرطوبي صغيرًا، يتم توفير حجم هواء أصغر.

أنظمة الهواء-الماء يتحمل الهواء المعالج مركزيًا جزءًا من حمل تكييف الهواء، بينما تتم معالجة الأحمال المتبقية بواسطة الماء كوسط يتم توصيله إلى الأجهزة داخل الغرفة المكيفة، حيث تُعالج الهواء الداخلي محليًا (التدفئة، التبريد، إلخ). تشمل أنظمة الهواء-الماء الأنظمة التي تجمع بين الهواء الخارجي ووحدات الملفات المروحية، والتهوية بالإزاحة الممزوجة بالأسقف المشعة، وما شابه ذلك.

أنظمة الماء بالكامل تتحمل المياه المبردة أو الساخنة الموردة مركزيًا جميع أحمال الغرفة، مثل أنظمة الملفات المروحية، وأنظمة الألواح المشعة المبردة (الساخنة)، وأنظمة التدفئة بالماء الساخن.

أنظمة مادة التبريد والبخار يتم توفير أحمال التبريد والتدفئة المطلوبة داخليًا بالكامل عن طريق تبخر مادة التبريد وتكثيفها داخل الغرفة. ووفقًا لطريقة تبريد المكثف الخارجي في فصل الصيف، يمكن تصنيفها إلى أنظمة مبردة بالهواء، ومبردة بالماء، وأنواع أخرى؛ ووفقًا لطريقة التركيب والدمج، يمكن تصنيفها إلى النوع النافذ، والنوع الخزانة العمودية (حيث تُجمع وحدة التبريد ومعدات تكييف الهواء في نفس الخزانة العمودية)، والنوع المنفصل (يتكون الضاغط والمكثف عادةً من الوحدة الخارجية بينما يشكل المبخر الوحدة الداخلية، بالإضافة إلى الوحدات متعددة الانفصال المزودة بعاكس تردد التيار)، وغيرها. كما تنتمي أنظمة التدفئة البخارية، التي تستخدم في فصل الشتاء تكثف البخار وإطلاق الحرارة في معدات تبديد الحرارة الداخلية (المدفئات الوحدوية، المشعات)، إلى هذه الفئة. ويمكن تقسيم أنظمة التدفئة البخارية بشكل أكبر إلى أنظمة تدفئة بخارية منخفضة الضغط وأنظمة تدفئة بخارية عالية الضغط.

【مرجع】 يمكن تقسيم أنظمة الهواء بالكامل ذات حجم الهواء الثابت، وفقًا لكيفية الاستفادة من هواء الإرجاع، إلى أنظمة المرور لمرة واحدة (أنظمة الهواء الخارجي بنسبة 100%)، وأنظمة هواء الإرجاع الأولي، وأنظمة هواء الإرجاع الأولي والثانوي. يُطلق عادةً على خلط الهواء الخارجي بهواء الإرجاع الداخلي اسم هواء الإرجاع الأولي، بينما يُطلق على خلط هواء الإرجاع الداخلي بالهواء الذي خضع للمعالجة الحرارية والرطوبية اسم هواء الإرجاع الثانوي.

لا تُستخدم أنظمة الهواء الخارجي بالكامل إلا عندما يكون حجم هواء العادم للغرف المشمولة في النظام أكبر من حجم الهواء المورد المحسوب بناءً على الحمل، وفي الحالات التي تحتوي فيها الغرف على مواد خطرة أو غازات ضارة، أو عندما تفرض العملية متطلبات محددة ولا يُسمح بإعادة تدوير الهواء. عندما تسمح الغرفة المكيفة بفرق درجة حرارة أكبر للهواء المورد أو كان اكتساب الرطوبة الداخلي كبيرًا، يجب اعتماد نظام هواء الإرجاع الأولي. وعندما تتطلب الغرفة المكيفة فرق درجة حرارة أصغر للهواء المورد، أو كان اكتساب الرطوبة الداخلي صغيرًا ونطاق التقلب المسموح به للرطوبة النسبية كبيرًا، يُفضل نظام هواء الإرجاع الثانوي.

نظرًا لأن أنظمة المرور لمرة واحدة (أنظمة الهواء الخارجي بنسبة 100%) تستهلك الكثير من الطاقة، يجب الاستفادة من هواء الإرجاع قدر الإمكان بشرط ضمان توفير حجم الهواء الخارجي المطلوب.

【مرجع】 وفقًا لترتيب معدات نظام التدفئة والتهوية وتكييف الهواء، تُصنف الأنظمة إلى أنظمة مركزية، ولامركزية (محلية)، وشبه مركزية (هجينة). [مرجع] فيما يتعلق بتحديد أنسب أنواع تكييف الهواء لمباني المستشفيات، لا يمكن إطلاق تعميم يناسب جميع الحالات. فبسبب اختلاف الأقسام المختلفة لمبنى المستشفى في وظائفها ومتطلباتها لتكييف الهواء، من المستحيل اختيار نوع نظام موحد للجميع؛ ويمكن اختيار النظام المناسب بالرجوع إلى الجدول 7.1. وبالمقارنة مع المباني الأخرى، تتسم أنظمة تكييف الهواء في المستشفيات بالتعقيد وتشمل العديد من الأساليب، مما يفرض صعوبات أكبر في التصميم والبناء والإدارة.

الجدول 7.1 مقارنة بين أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء

البند	نظام التدفئة والتهوية وتكييف الهواء المركزي	نظام التدفئة والتهوية وتكييف الهواء شبه المركزي	نظام التدفئة والتهوية وتكييف الهواء اللامركزي بالكامل
طبيعة المساحة أو عملية الإنتاج	معامل استخدام متزامن مرتفع بين الغرف؛ تكون العمليات الطبية أو الإنتاجية مستمرة؛ مناسب لعمليات الإنتاج واسعة النطاق	تتمتع كل غرفة بدرجة معينة من الاستقلالية؛ ويمكن أن تكون العمليات الطبية أو الإنتاجية مستمرة؛ ويمكن تجنب التلوث المتقاطع بين الغرف	كل غرفة مستقلة، مع عملية طبية أو إنتاجية واحدة؛ مناسب لمشاريع التجديد
خصائص المساحة	الغرف كبيرة المساحة نسبيًا وكثيرة العدد، وذات موقع مركزي، ولكن يجب ألا تختلف درجة الحرارة أو الرطوبة أو النظافة أو درجة العقم في الغرف كثيرًا	الغرف ذات مواقع مركزية، ويمكن دمج غرف مختلفة في نظام واحد	غرف مفردة أو غرف مشتتة في الموقع
تكلفة المعدات لكل وحدة مساحة	منخفضة نسبيًا	تعتمد على سعر الوحدات الطرفية؛ وتقع التكلفة بين النوعين	مرتفعة نسبيًا
الصيانة والتشغيل	يتطلب مشغلين مدربين تدريبًا خاصًا، لكن عبء عمل الصيانة صغير؛ إدارة النظام معقدة نسبيًا، ولا يمكن للغرف الفردية إجراء تعديلاتها بنفسها	بين النوع المركزي واللامركزي بالكامل؛ يمكن لكل غرفة إجراء التعديلات بنفسها، والإدارة مريحة	بسيط التشغيل؛ يمكن لشاغلي الغرف تشغيله بأنفسهم، لكن عبء عمل الصيانة كبير نسبيًا؛ التعديل والإدارة بسيطان

(٢) مبادئ تصميم أنظمة تكييف الهواء في المستشفيات.

١) التقسيم المنطقي المعقول لتكييف الهواء. ينبغي تقسيم نظام تكييف الهواء بعناية. أولاً، يجب إجراء استقصاء مفصّل ومقارنات متكررة فيما يتعلق بوظائف الأقسام والغرف المختلفة في المستشفى، ومعلمات تصميم تكييف الهواء الداخلي، وحالة المعدات، والمتطلبات الصحية، وساعات الاستخدام، وأحمال تكييف الهواء؛ وبعد ذلك فقط يمكن تقسيم النظام بشكل معقول، لضمان المعلمات التي تتطلبها كل غرفة، وتقليل التأثيرات السلبية بين المناطق المختلفة، وتسهيل الإدارة والصيانة، وخفض تكاليف التشغيل. بشكل عام، يفضل جعل الغرف ذات المتطلبات العالية من النظافة، أو الغرف الملوثة بشدة، أو المناطق المستقلة القائمة بذاتها، أنظمة منفصلة.

٢) طرق تكييف هواء مناسبة. إلى جانب ضمان درجة الحرارة والرطوبة والنظافة الخاصة التي تتطلبها كل غرفة، يؤثر اختيار طريقة تكييف الهواء في المستشفى أيضًا على الاستثمار الأولي للنظام، وتكاليف التشغيل، والضجيج والاهتزاز الداخلي، والقدرة على إزالة التلوث. وعند اختيار طريقة تكييف الهواء، ينبغي التأكيد بشكل خاص على سهولة الاستخدام، وانخفاض متطلبات الصيانة، وارتفاع الموثوقية، خاصة لغرف العمليات، وغرف حديثي الولادة، ووحدات العناية المركزة، وما شابهها. ونظرًا لضعف قدرات إدارة وصيانة تكييف الهواء نسبيًا في المستشفيات المحلية، فإذا كان نظام التدفئة والتهوية وتكييف الهواء أو أوضاع تشغيله والتحكم فيه شديدة التعقيد، فغالبًا ما لا يمكن تحقيق النتائج المتوخاة في التصميم.

٣) ينبغي أن يكون النظام مرنًا ويتمتع بسعة احتياطية. تنعكس مرونة النظام بشكل أساسي في قدرته على التكيف مع تطور التكنولوجيا الطبية وتحديث معدات التشخيص والعلاج. إن التأكيد على مرونة النظام (بما في ذلك مصادر التبريد والتدفئة) وترك سعة احتياطية يهدف إلى استيعاب التغييرات في مخطط طوابق مبنى المستشفى، والتغيرات في الأحمال الداخلية، واحتياجات تجديد المبنى أو توسعته.

٤) متطلبات عالية لتخفيف الضجيج والاهتزاز. لدى معظم أقسام المستشفى متطلبات عالية لتخفيف الضجيج والاهتزاز؛ وإلا فسيتم إعاقة تعافي المرضى، وستتأثر الأعمال الطبية العادية للعاملين الصحيين، بل وقد يتأثر بعض معدات التشخيص والعلاج الدقيقة. ويجب مراعاة تخفيف الضجيج والاهتزاز بشكل شامل، مع الأخذ في الاعتبار تقسيم النظام، واختيار نوع النظام، واختيار المعدات، وموقع غرف المعدات.

٥) ينبغي أن يتضمن النظام تدابير موفرة للطاقة. إن معامل الاستخدام المتزامن لتكييف الهواء في المستشفى منخفض نسبيًا: فبعض الأقسام، مثل الأجنحة، تحتاج إلى التشغيل على مدار الساعة؛ وبعضها، مثل غرف العمليات، تحتاج إلى العمل لفترات قصيرة فقط؛ وبعضها، مثل غرف العلاج الطارئ، تحتاج إلى أن تكون قادرة على العمل في أي وقت، مما ينتج عنه فرق كبير بين أحمال الذروة والقاع. وتتطلب بعض الأقسام بدء تشغيل التدفئة أو تكييف الهواء مسبقًا وإيقافهما بتأخير، مما يزيد من تعقيد التبديل الموسمي للنظام. وبشكل عام، يتطلب تكييف الهواء في المستشفى كمية كبيرة من الهواء النقي، بل تتطلب بعض الأقسام هواءً نقيًا بنسبة 100%. كل هذا يستدعي مراعاة تدابير موفرة للطاقة مقابلة في تصميم النظام.

٦) حجم النظام المناسب. تختلف وظائف الأقسام المختلفة في مبنى المستشفى بشكل كبير، كما تختلف ساعات تشغيلها. لذلك، ينبغي ألا يكون نظام تكييف الهواء كبيرًا جدًا أو مركزيًا بشكل مفرط، ولكن ليس من الضروري أيضًا اعتماد أنظمة لامركزية بشكل مفرط. بشكل عام، يُستحسن اعتماد الإمداد المركزي لمصادر التبريد والتدفئة، مع التوزيع المناطقي …يُفضَّل النظام. في المستشفيات في الصين، باستثناء الأجنحة وما شابهها، يتم إيقاف تشغيل تكييف الهواء ليلاً. وينبغي الانتباه إلى مبدأ أن كل منطقة مكيفة يجب أن تكون قادرة على العزل عن المناطق الأخرى؛ وإلا فقد تحدث عدوى متقاطعة بسهولة بسبب حركة الهواء غير المنضبطة عبر القنوات أو آبار السلالم أو بين المناطق. [مرجع] في المستشفيات، تنشأ باستمرار عن العمليات الطبية والأنشطة الطبية، وكذلك عن الطاقم الطبي والمرضى، مواد ضارة تلوث الهواء الداخلي وتجعله غير مستوفٍ للمعايير الصحية. إن الطريقة الأكثر فعالية لمنع المواد الضارة من تلويث الهواء الداخلي هي التقاطها مباشرة عند نقاط تولدها، ثم تصريفها إلى الخارج بعد تنقيتها؛ وتُعرف طريقة التهوية هذه بالتهوية العادم الموضعية. يحتاج نظام تهوية العادم الموضعية إلى حجم هواء منخفض ويحقق نتائج جيدة، لذلك يجب منحه الأولوية في التصميم.

يتكون نظام تهوية العادم الموضعية بشكل عام من أغطية العادم الموضعية، والقنوات الهوائية، ومعدات التنقية، والمراوح، وغيرها.

[مرجع] إذا تعذر اعتماد تهوية العادم الموضعية بسبب قيود الظروف الطبية، أو عدم ثبات مصادر المواد الضارة أو تشتتها، أو لأسباب أخرى، أو إذا بقي تركيز المواد الضارة في الهواء الداخلي متجاوزًا للمعايير الصحية بعد اعتماد تهوية العادم الموضعية، فمن الضروري تهوية كامل المساحة، أي إمدادها بكمية كبيرة من الهواء النقي لتخفيف تركيز المواد الضارة في المنطقة بأكملها إلى ما دون الحد الأقصى للتركيز المسموح به؛ وتُعرف هذه الطريقة بالتهوية العامة. وتجدر الإشارة إلى أن فعالية التهوية العامة لا ترتبط فقط بمعدل التهوية، بل أيضًا بتنظيم تدفق الهواء للتهوية. ويتطلب ذلك الاختيار الصحيح لطريقة التهوية المناسبة، والترتيب المنطقي لمواقع فتحات الإمداد والعادم، وتوزيع أحجام الهواء، واختيار أنواع الفتحات، لتحقيق نتائج أفضل بحجم تهوية أصغر.

[مرجع] تتمثل الطرق الثلاث الشائعة الاستخدام للتهوية العامة فيما يلي:

① تهوية التخفيف: هي الطريقة الأكثر شيوعًا في الاستخدام، وتُعرف أيضًا بالتهوية المختلطة. يتوزع تدفق الهواء النقي المُمدد بشكل مضطرب داخل الغرفة، وينتشر ويختلط باستمرار في أرجائها، مما يخفف المواد الضارة في الهواء الداخلي ويقلل من تركيزها، بينما يتم في الوقت ذاته تصريف الهواء الملوث باستمرار إلى الخارج، بحيث لا يتجاوز تركيز المواد الضارة في الهواء الداخلي الحد الأقصى المسموح به المحدد في المعايير الصحية.

لتحديد معدل تهوية التخفيف، تُجرى الحسابات أولاً بناءً على حالة مثالية، تتمثل في افتراض أن المواد الضارة تنبعث بشكل موحد في الغرفة (أن توزيع تركيز المواد الضارة في الهواء الداخلي موحد)، وأن الاختلاط بين تدفق الهواء الممدد والهواء الداخلي يكتمل بشكل لحظي، وأن تدفقات هواء الإمداد والعادم متساوية الحرارة. لذلك، بناءً على توازن الكتلة، يمكن حساب معدل تهوية التخفيف المطلوب لكي يصل تركيز المواد الضارة الداخلية إلى $y_2$ في الحالة المستقرة من خلال الصيغة التالية:

$$L = \frac{x}{y_2 - y_0}\ (\mathrm{m^3/s}) \tag{7.1}$$

حيث: $L$ — معدل تهوية التخفيف ($\mathrm{m^3/s}$)؛

$x$ — معدل انبعاث المواد الضارة (g/s)؛

$y_0$ — تركيز المواد الضارة في هواء الإمداد ($\mathrm{g/m^3}$)؛

$y_2$ — تركيز المواد الضارة في الهواء الداخلي ($\mathrm{g/m^3}$)، ويتم تحديده وفقًا للمعايير الصحية.

في الواقع، لا يمكن أبدًا أن يكون توزيع المواد الضارة في الغرفة وتدفق هواء التهوية موحدًا بشكل تام، ولا يمكن أن تكتمل عملية الاختلاط بشكل لحظي. حتى إذا كان متوسط تركيز المواد الضارة الداخلي متوافقًا مع المعايير الصحية، فقد يظل تركيز المواد الضارة في الهواء بالقرب من المصادر أعلى بكثير من المتوسط الداخلي. ولضمان الحفاظ على تركيز المواد الضارة في منطقة تنفس الأشخاص القريبين من المصادر تحت القيمة المسموح بها، فإن معدل تهوية التخفيف المطلوب فعليًا يكون أكبر بكثير من القيمة المحسوبة بالصيغة (7.1). لذلك، يتم إدخال معامل الأمان $K$ في الصيغة (7.1)، لتصبح

$$L = \frac{Kx}{y_2 - y_0}\ (\mathrm{m^3/s}) \tag{7.2}$$

يجب أن يأخذ تحديد معامل الأمان $K$ في الاعتبار العديد من العوامل، مثل سمية المواد الضارة، وتوزيع المصادر وعدم تجانس انبعاثاتها، وتنظيم تدفق الهواء الداخلي، وفعالية التهوية؛ وبشكل عام، يمكن اختياره بشكل تجريبي ضمن النطاق 3–10.

② تهوية الإزاحة، وتُسمى أيضًا تهوية الإزاحة الحرارية. غالبًا ما يتم تثبيت فتحات إمداد الهواء في الجزء السفلي من الغرفة، وتُثبت فتحات سحب الهواء العائد في الجزء العلوي. يتم إمداد هواء بارد قليلاً بسرعة منخفضة ($V<0.2\sim0.3$m/s)؛ وبسبب اختلاف كثافته عن كثافة الهواء الداخلي، يهبط هذا الهواء وينتشر ببطء، مكونًا طبقة من “البركة الضحلة للهواء النقي” في الجزء السفلي من الغرفة بأكملها. وفي الأماكن التي توجد بها حرارة زائدة (مثل الأشخاص، المعدات، وغيرها) بوجود تدرج حراري موجب في الاتجاه الرأسي. فالهواء النقي الذي يُزوَّد به الجزء السفلي، مع اضطراب صغير نسبيًا، يمر أولًا عبر منطقة العمل بفعل الطفو الحراري، ثم يتدفق فوق المصادر الحرارية (مثل الشاغلين والمعدات وغيرها)، ويجرف معه الهواء الساخن المحيط، فترتفع درجة حرارته؛ وبدفع هواء الإمداد اللاحق له، يصعد باتجاه محدد نحو مخرج هواء الراجع حيث يُسحب للخارج، مشكلًا بذلك جريانًا شبه إزاحي في الغرفة. ويستبدل الهواء الملوث في منطقة العمل باستمرار بهواء نقي أبرد قليلًا حتى تُستقر الحالة. ويظل الشاغلون في الغرفة محاطين دائمًا بتيار هواء الإمداد النقي. وبسبب تقييد السقف، يتكون توزيع طبقي للتركيز في الغرفة: يتميز الجزء العلوي بتركيز ملوثات أعلى واختلاط أكثر تامًا، بينما يكون الجزء السفلي أنظف وأكثر ركودًا نسبيًا، مما يضمن جودة الهواء الداخلي. ويتضح بذلك أن حجم هواء الإمداد المطلوب هنا أقل منه في تهوية التخفيف. تناسب تهوية الإزاحة عمومًا الأماكن التي تقترن فيها مصادر التلوث بمصادر حرارية، على ألا يقل ارتفاع الغرفة عن 2.4 متر.

③ تهوية الجريان أحادي الاتجاه (Unidirectional airflow ventilation). تُدعى أيضًا تهوية البثق؛ ويُسمى الجريان أحادي الاتجاه أحيانًا جريان المكبس. يُشكّل هواء الإمداد النقي، على كامل مقطع الغرفة (الذي يمكن أن يكون رأسيًا أو أفقيًا)، تيارًا ذي خطوط انسياب متوازية، واتجاه جريان واحد، وسرعة منتظمة، كمكبس كبير يدفع كامل الهواء الداخلي الملوث إلى الخارج. وبمجرد تولد الملوثات في الغرفة، تُزال عبر أقصر مسار ولا تنتشر. يتطلب هذا النمط من التهوية أكبر حجم هواء ويحقق أفضل فعالية. إلا أنه ينطوي على تكلفة إنشاء مرتفعة ونفقات تشغيل كبيرة، ولا يُستخدم إلا في الأماكن التي تتطلب نظافة عالية. ويُحدد حجم هواء الإمداد بالمعادلة التالية:

$$L = v \cdot S , (\mathrm{m^3/s}) \tag{7.3}$$

حيث: $L$ — حجم هواء الإمداد ($\mathrm{m^3/s}$)؛ $v$ — متوسط سرعة الهواء عند المقطع ($\mathrm{m/s}$)؛ $S$ — مساحة مقطع الغرفة ($\mathrm{m^2}$).

وفقًا لنمط الجريان السائد في الغرفة، يمكن تقسيم التيارات الهوائية السابقة إلى نوعين رئيسيين. فتهوية التخفيف التقليدية وتهوية الجريان أحادي الاتجاه تمثلان توزيعًا هوائيًا يُتحكم فيه ديناميكيًا للموائع، بينما تمثل تهوية الإزاحة الحرارية توزيعًا هوائيًا داخليًا يُتحكم فيه حراريًا. تحقق تهوية التخفيف المثالية تركيزًا منتظمًا في كل مكان من الغرفة، بحيث يساوي تركيز هواء الطرد التركيز في منطقة العمل الداخلية. أما تركيزات هواء الطرد في تهوية الجريان أحادي الاتجاه وتهوية الإزاحة فتكون أعلى بكثير من التركيز في منطقة العمل الداخلية، مما يوضح أن فعالية تهويتهما أفضل من تهوية التخفيف. ويُستخدم الجريان أحادي الاتجاه كثيرًا أيضًا في الغرف فائقة النظافة والمعقمة.

【مرجع】يعد التبريد بالإشعاع نوعًا حديثًا من طرق تكييف الهواء ظهر في أوروبا في السنوات الأخيرة. ويتمثل أحد الأساليب الأفضل في استخدام تهوية الإزاحة مع سقف مبرّد. يمكن تصنيع لوح السقف المبرّد وأنابيب الماء كوحدة متكاملة، بحيث تشكل مباشرة وحدة لوح سقف؛ أو يمكن ربط أنابيب الماء بلوح السقف المعدني عبر زعانف لتكوين وحدة؛ كما يمكن دفن أنابيب الماء في لوح السقف على شكل أنابيب شعرية، ثم تجميعها في وحدة تركيب. لا يستطيع السقف المبرّد إزالة إلا الحمل الحراري المحسوس، ولا يمكنه إزالة حمل الرطوبة. ولتجنب التكثف على لوح السقف، يجب أن تكون درجة حرارة ماء الإمداد أعلى من درجة حرارة نقطة ندى الهواء الداخلي، وتكون عادة فوق 14℃.

عندما يكون حمل التبريد كبيرًا، يجب على نظام تهوية الإزاحة أن يزيل على الأقل حمل الرطوبة الداخلي، وينبغي ضبط سعة تبريد السقف المبرّد عند 50%～60% من إجمالي سعة التبريد لضمان التشغيل الطبيعي لنظام تهوية الإزاحة. وتساعد تهوية الإزاحة أيضًا في إزالة المواد الضارة الداخلية ولا تسبب عدوى متقاطعة، لذا فهي مناسبة جدًا للاستخدام في أجنحة المستشفيات، لكنها مكلفة.

تشمل مصادر البرودة الشائعة ما يلي:

1. بما أن التبريد الأرضي يستخدم ماءً مثلجًا بدرجة حرارة حوالي 17℃، ففي الأماكن التي يتوفر فيها ماء الآبار أو المياه الجوفية تكون التكلفة منخفضة بشكل خاص.
2. المضخات الحرارية: بما أنها توفر التبريد والتدفئة معًا، فهي مناسبة بشكل خاص لأنظمة التبريد والتدفئة الأرضية وتتميز بموثوقية التشغيل؛ وتُستخدم المضخات الحرارية هواء/ماء في الغالب، وتُستخدم أحيانًا المضخات الحرارية ماء/ماء أيضًا.
3. الماء ذو الحرارة المناسبة الناتج عن العمليات التقنية.

【مرجع】إذا كان نظام التبريد الأرضي مستخدمًا في الصيف وكانت هناك حاجة إلى التدفئة في الشتاء أيضًا، فإن اعتماد أرضية مشعة منخفضة الحرارة يعد طريقة جيدة. ويستخدم هذا النظام الأرضية الداخلية للمبنى في التبادل الحراري. يُعتقد عمومًا أن درجة حرارة الماء المثلج للتبريد الأرضي يجب ضبطها عند 16～18℃؛ فإذا انخفضت درجة حرارة الماء كثيرًا، حدث تكثف على الأرضية وشعرت القدمان بعدم الراحة. ولضمان راحة الإنسان، يُفضل أن تكون درجة حرارة سطح الأرضية أعلى من 18℃. وفي هذه الحالة، ووفقًا لدرجة الحرارة المحيطة، يمكن خفض درجة حرارة الغرفة بمقدار 3～5℃. وفي المناطق الجافة نسبيًا، يمكن خفض درجة حرارة الماء حتى 13℃ دون حدوث تكثف، مما يعزز تأثير التبريد بدرجة كبيرة. تتأثر درجة حرارة سطح الأرضية بدرجة الحرارة الخارجية ودرجة العزل الحراري لغلاف المبنى، يجب أخذ هذا في الاعتبار بالكامل. فعلى سبيل المثال، في ظل ظروف الحمل العالي، عندما تصل درجة حرارة سطح الجدار إلى 30 درجة مئوية، فحتى لو كانت درجة حرارة الماء الداخل منخفضة حتى 10 درجات مئوية، فمن النادر أن تنخفض درجة حرارة الأرضية عن 20 درجة مئوية، ولذلك لا يحدث تكاثف.

أثناء التدفئة الشتوية، يستخدم هذا النظام ماءً ساخنًا منخفض الحرارة يمر عبر الأرضية بأكملها كسطح باعث للحرارة. وفيما تسخن الأرضية الهواء المحيط عن طريق انتقال الحرارة بالحمل، فإنها تتبادل الحرارة أيضًا بالإشعاع مع أغلفة المباني المحيطة، مما يرفع درجة حرارة سطح الغلاف؛ ويمثل انتقال الحرارة الإشعاعي حوالي 50% من إجمالي انتقال الحرارة. وإلى جانب مزايا مثل توفير المساحة الفعلية للغرف وتسهيل الديكور الداخلي والتأثيث، تبرز ميزتا التدفئة الأرضية المتمثلتان في الراحة وكفاءة الطاقة. ويمكن للتدفئة الإشعاعية أن تقلل من فقد جسم الإنسان للحرارة بالإشعاع الناتج عن انخفاض درجة حرارة الأسطح الداخلية للغلاف، مما يعزز راحة الإنسان. وعند استخدام التدفئة الإشعاعية، وبسبب ضعف حركة الهواء الداخلي، ينخفض معامل انتقال الحرارة بالحمل بين الأسطح الداخلية للغلاف وهواء الغرفة بشكل كبير، فينخفض فقد حرارة المبنى بدرجة كبيرة. حاليًا، لا تزال تكلفتها مرتفعة نسبيًا، وتُستخدم فقط لتدفئة المساحات المفتوحة في المستشفيات (مثل محطات التمريض) أو غيرها من الأماكن التي تتطلب درجة عالية من الراحة.

7.1.4 مصادر التبريد والتدفئة في المستشفيات

تتمثل مصادر الحرارة عمومًا في غلايات البخار وغلايات الماء الساخن، بوقود يشمل الفحم والنفط والغاز؛ كما يمكن استخدام البخار عالي الضغط أو الماء عالي الحرارة الذي تزود به محطات الطاقة الحرارية. وتشمل مصادر التبريد النوع الكهربائي الانضغاطي والنوع الامتصاصي، وغالبًا ما تُصنع في شكل وحدات لتزويد أوساط التبريد مباشرة (مثل الهواء والماء ووسائط التبريد، إلخ). وينقسم النوع الكهربائي الانضغاطي إلى أنواع ترددية ولولبية وطاردة مركزية، ويمكن أيضًا تصنيفه إلى نوع التبريد فقط ونوع المضخة الحرارية؛ أما النوع الامتصاصي فيشمل وحدات أحادية المفعول وثنائية المفعول وحتى ثلاثية المفعول، بالإضافة إلى مولدات الماء البارد/الساخن بالاحتراق المباشر. وترد قدراتها وأداؤها في الجدول 7.2.

الجدول 7.2 نطاق قدرة وأداء آلات التبريد

النوع		السعة/كيلوواط	معامل كفاءة الطاقة COP (طاقة أولية)	معامل كفاءة الطاقة COP (طاقة ثانوية)
انضغاط كهربائي	ترددي	70～140	3.2	1.12
انضغاط كهربائي	لولبي	75～1 800	3.3	1.16
انضغاط كهربائي	طرد مركزي	350～1 800	3.5	1.26
امتصاصي	أحادي المفعول	350～3 500	0.58	0.50
امتصاصي	ثنائي المفعول	350～3 500	1.30	1.11
امتصاصي	مولد ماء بارد/ساخن بالاحتراق المباشر	350～3 500	0.97	0.82

ملاحظة: درجة حرارة ماء التبريد الداخل/الخارج لآلات التبريد الانضغاطية الكهربائية هي 7 درجة مئوية/12 درجة مئوية، ودرجة حرارة الماء الداخل/الخارج لآلات التبريد الامتصاصية هي 8 درجات مئوية/13 درجة مئوية.

[مرجع] يُسمى COP (معامل الأداء) في الجدول معامل أداء آلة التبريد؛ وهو النسبة بين الشغل المُدخل (الضاغط) والشغل الناتج (قدرة التبريد) لآلة التبريد (أو المضخة الحرارية). ويُطلق عليه في الولايات المتحدة اسم معامل كفاءة الطاقة EER، بينما يُطلق على EER خلال فترة زمنية اسم معامل كفاءة الطاقة الموسمي (SEER).

[مرجع] يُعد اختيار مصادر التبريد والتدفئة في المرحلة المبكرة من إنشاء المستشفيات أمرًا بالغ الأهمية، ويجب أن يستند إلى السياسة الوطنية الأساسية المتمثلة في الاستخدام الرشيد للطاقة، وتحسين كفاءة استخدام الطاقة، والحفاظ عليها. ويجب أن تتمكن معدات مصادر التبريد والتدفئة الجيدة وتوليفاتها أيضًا من تقليل الحمل البيئي، وتتمتع بالموثوقية والأمان والاقتصاد، فضلاً عن سهولة الصيانة والإدارة والأداء العالي عند التطوير. ونظرًا لاختلاف بنية الطاقة وأسعارها من منطقة إلى أخرى، وتباين القوة الاقتصادية بشكل كبير، يخضع الاختيار أيضًا لقيود من جوانب عديدة مثل حماية البيئة والوقاية من الحرائق. علاوة على ذلك، تتغير كل هذه العوامل باستمرار، لذلك يصعب جدًا الحصول على مخطط توليفة ثابت وأكثر منطقية لمصادر التبريد والتدفئة. وفي الوقت الحالي، توجد مخططات توليفة مصادر التبريد والتدفئة التالية ومبادئ الاختيار المقابلة لها (الجدول 7.3).

الجدول 7.3 أنظمة مصادر الحرارة (التبريد) لتكييف الهواء

الطريقة	توليفة مصدر التبريد والتدفئة	مبادئ الاختيار
الطريقة التقليدية	آلة تبريد انضغاطية كهربائية وغلاية (تعمل بالفحم أو النفط أو الغاز)؛ آلة تبريد انضغاطية كهربائية وتدفئة بلدية (أو منطقة)	عندما يكون إمداد الكهرباء المحلي غير متوتر، تُفضل آلات التبريد الانضغاطية الكهربائية؛ تستخدم الأنظمة الكبيرة بشكل أساسي وحدات طرد مركزي، والأنظمة المتوسطة وحدات لولبية، والأنظمة الصغيرة وحدات ترددية؛ وحيثما تسمح الظروف، تُفضل التدفئة المركزية أو الغلايات التي تعمل بالنفط والغاز
آلة التبريد الامتصاصية ببروميد الليثيوم	النوع الامتصاصي أحادي المفعول وغلاية؛ النوع الامتصاصي ثنائي المفعول وغلاية	تُفضل عندما يكون إمداد الكهرباء متوترًا وكان هناك إمداد حراري من محطة طاقة حرارية أو غلايات كافية للتدفئة الشتوية، خاصة عند توفر حرارة مهدرة أو فائضة يمكن الاستفادة منها
آلة التبريد الامتصاصية ببروميد الليثيوم	مولد ماء مبرد/ساخن بالاحتراق المباشر	تُفضل عندما يكون إمداد الكهرباء متوترًا ويتوفر غاز رخيص في الصيف
طريقة المضخة الحرارية	مصدر حراري مائي	المباني ذات المناطق الداخلية والمحيطية التي تتطلب تبريدًا وتدفئة في آن واحد، أو التي تتوفر فيها مصادر مياه نظيفة
طريقة المضخة الحرارية	مصدر حرارة هوائي	المباني الصغيرة والمتوسطة التي تتطلب تكييف هواء على مدار السنة، أو التي يكون فيها استخدام الطاقة الأولية غير متيسر
طريقة المضخة الحرارية	مصدر حرارة أرضي	المناطق ذات الظروف الحرارية الأرضية الجيدة
طريقة المضخة الحرارية	استعادة الحرارة	يُفضل في الحالات التي تتوفر فيها حرارة مهدرة أو حرارة فائضة
طريقة خاصة	طريقة الطاقة الكلية	تطوير بنشاط تقنية التوليد المشترك للحرارة والطاقة والتبريد في الأماكن التي تسمح فيها الظروف بذلك
طريقة خاصة	التبريد والتدفئة المركزيان للمناطق	تطوير بنشاط محطات التبريد والتدفئة المركزية للمناطق في الأماكن التي تسمح فيها الظروف بذلك
طريقة خاصة	طريقة تخزين البرودة (الحرارة)	لموازنة فرق الذروة والوادي في إمداد الكهرباء، يمكن الترويج للأنظمة التي تجمع بين تكييف الهواء بتخزين الحرارة وتوزيع الهواء بدرجة حرارة منخفضة؛ إذا كانت هناك تعرفة كهربائية تفضيلية كبيرة، يمكن للأنظمة الصغيرة أيضًا استخدام الغلايات الكهربائية التي تخزن الحرارة باستخدام الكهرباء خارج ساعات الذروة

[مرجع] بشكل عام، يمثل الاستثمار في مصادر التبريد والتدفئة واستهلاك الطاقة التشغيلي لها حوالي 30% من نظام تكييف الهواء بالكامل، لذا فإن اختيار الوحدات ذو أهمية كبيرة. وفقًا للبند 4.8 من المعيار الوطني التشغيل الاقتصادي لأنظمة تكييف الهواء، يجب إعطاء الأولوية لوحدات التبريد ذات معامل الأداء (COP) المرتفع. بشكل عام، يتم تحديد اختيار مبردات المياه بناءً على الحمل المحسوب، ولا يجب تطبيق معامل اختيار إضافي.

[مرجع] في الصين، وخاصة في الجنوب، يزداد استخدام المضخات الحرارية مباشرة كمصدر للتبريد والتدفئة للتحكم في البيئة الداخلية. وتصنف حسب مصدر الحرارة إلى أنواع مصدر المياه، ومصدر الهواء، ومصدر التربة.

تُعرَّف المضخة الحرارية بأنها جهاز يمتص الحرارة من مصدر حراري ذي درجة حرارة منخفضة وينقلها إلى مصدر حراري ذي درجة حرارة أعلى. ويتضح من ذلك أن جميع معدات التبريد، بما في ذلك المكيفات وآلات التبريد التي تعمل وفق دورات تبريد، تُعد مضخات حرارية. ومع ذلك، في الممارسة الهندسية، يشير مصطلح المضخة الحرارية عادةً إلى الأنظمة التي يكون هدفها الأساسي التدفئة؛ حيث توجد مضخات حرارية توفر التدفئة والتبريد معًا، بالإضافة إلى مضخات حرارية مخصصة للتدفئة فقط، أو مضخات حرارية لاستعادة الحرارة توفر التدفئة والتبريد في آن واحد.

دورة التدفئة في المضخة الحرارية مماثلة لدورة التبريد، باستثناء أنها يمكنها، حسب الحاجة، التحكم في إمداد الغرفة المكيفة بالحرارة عبر مكثفها، أو إمدادها بالتبريد عبر مبخرها؛ ويتم في بعض الأحيان الاستفادة من كل من التدفئة والتبريد معًا.

① بالنسبة لأنظمة تكييف الهواء، من الأهمية بمكان اختيار وحدات المياه المبردة (الساخنة) من نوع المضخات الحرارية مصدر الهواء الشائعة الاستخدام وذات معامل الأداء (COP) المرتفع. يجب أن تتطابق سعة التدفئة للمضخة الحرارية مع حمل التدفئة للمبنى. ونظرًا لأن درجة حرارة الهواء الخارجي ورطوبته تختلفان بشكل كبير باختلاف المنطقة والموسم ووقت اليوم، فإن هذه التغيرات تؤثر بشكل كبير على تصميم واختيار وتشغيل المضخات الحرارية مصدر الهواء. وتكمن المشكلة الرئيسية للمضخات الحرارية مصدر الهواء في أنه مع انخفاض درجة حرارة الهواء الخارجي، تنخفض درجة حرارة التبخر، مما يقلل من كفاءة المضخة الحرارية ويخفض سعة التدفئة، في حين يزداد طلب المبنى على الحرارة. خاصة عندما تنخفض درجة حرارة الهواء إلى ما دون －5℃، تنخفض سعة التدفئة بشكل حاد، مما يؤدي إلى اختلال التوازن بين العرض والطلب. ومع تغير درجة الحرارة المحيطة، يحدث فائض أو نقص في سعة التدفئة خلال معظم فترات الوقت.

② لقد وفّر التطور السريع لوحدات التبريد بالامتصاص ببروميد الليثيوم، وخاصة الوحدات العاملة بالحرق المباشر، خيارات أكثر مرونة لاختيار مصادر التبريد والتدفئة. وتتمثل أبرز سماتها في انخفاض استهلاكها للكهرباء؛ فعلى سبيل المثال، لا يزيد استهلاك الطاقة الكهربائية لوحدة المياه المبردة/الساخنة بالامتصاص ببروميد الليثيوم العاملة بالحرق المباشر عن 3%～4% من استهلاك مبرد الطرد المركزي، وحتى عند أخذ المعدات المساعدة في الاعتبار، يبلغ استهلاك الطاقة الكهربائية حوالي 23% فقط. لذلك، عندما يكون إمداد الكهرباء ضيقًا، أو عندما تتوفر لدى المستشفيات وشبكات الحرارة إمدادات بخار رخيص أو مياه ساخنة عالية الحرارة، أو عندما تتوفر كميات أخرى من الحرارة الفائضة، قد يكون اختيار آلة التبريد بالامتصاص ببروميد الليثيوم هو الحل الأمثل. ومع ذلك، فإن كفاءة استخدام الطاقة لوحدات التبريد بالامتصاص ببروميد الليثيوم أقل من كفاءة مبردات الانضغاط الكهربائي.

[مرجع] يجب تحديد آلات التبريد بالامتصاص ببروميد الليثيوم بشكل منطقي وفقًا لظروف مصدر الحرارة (أو الوقود) المتاحة للمستخدم؛ وذلك وفقًا للجدول

7.4 اختيار أنواع الوحدات بناءً على معلمات مصدر الحرارة.

الجدول 7.4　معلمات مصدر الحرارة لأنواع الوحدات المختلفة في الظروف الاسمية

نوع الوحدة	نوع ومعلمات مصدر الحرارة (أو الوقود)
وحدة عاملة بالحرق المباشر	الغاز الطبيعي، غاز المدينة، الزيت الخفيف
وحدة بخارية ثنائية التأثير	ضغط البخار المقنن 0.25، 0.4، 0.6، 0.8 (ميجا باسكال)
وحدة مياه ساخنة ثنائية التأثير	مياه ساخنة بدرجة حرارة ＞150℃
وحدة بخارية أحادية التأثير	غاز مهدر (0.1 ميجا باسكال)
وحدة مياه ساخنة أحادية التأثير	حرارة مهدرة (مياه ساخنة بدرجة حرارة 80～150℃)
【مرجع】يوفر التكوين القياسي لوحدة امتصاص بروميد الليثيوم ذات الاحتراق المباشر قدرة تسخين تعادل 80% من قدرة التبريد لديها، وهو تكوين اقتصادي ومعقول نسبيًا. لذلك، عند اختيار وحدة بروميد الليثيوم ذات الاحتراق المباشر، يجب مراعاة تطابق أحمال التبريد والتسخين للمبنى مع قدرات التبريد والتسخين الخاصة بالوحدة. عندما يتجاوز حمل التسخين قدرة التسخين للوحدة، لا يجب زيادة قدرة التسخين عن طريق تكبير حجم نوع الوحدة؛ وإلا سيزداد الاستثمار وتنخفض كفاءة الوحدة. يمكن تكبير المولد عالي الضغط أو الموقد بشكل مناسب، ولكن في حال التكبير المفرط، سيؤثر ذلك سلبًا على التطابق بين المولدات عالية الضغط ومنخفضة الضغط، مما يؤدي بدوره إلى انخفاض الكفاءة وزيادة استهلاك الطاقة.

قامت معظم المستشفيات في الصين بإنشاء غرف مراجل مركزية لتكون مصادر حرارية لها، وتعتمد جميعها على المراجل البخارية. يُفضل أن يكون عدد المراجل 2 أو أكثر لضمان إمداد البخار للمستشفى. بالإضافة إلى إمداد البخار لجميع مرافق المستشفى، يمكن للمراجل البخارية تزويد المستشفى بالماء الساخن المستخدم في التسخين والماء الساخن المنزلي عبر المبادلات الحرارية من نوع بخار-ماء الموجودة في محطة التبادل الحراري. بشكل عام، لا تتزامن ساعات ذروة استهلاك البخار في المستشفى وساعات ذروة التسخين خلال النهار، لذلك يمكن الاستفادة من البخار الفائض في إنتاج الماء الساخن للتسخين والماء الساخن المنزلي عبر المبادلات الحرارية. يمكن اختيار نوع المرجل وفقًا لظروف إمداد الوقود في المنطقة، حيث يمكن الاختيار بين المراجل التي تعمل بالفحم، أو الزيت، أو الغاز، أو مراجل التسخين الكهربائية.

ومع ذلك، تستهلك المستشفيات كميات كبيرة من الماء الساخن، لذلك يُفضل تجهيز غرفة المراجل بكل من المراجل البخارية ومراجل الماء الساخن. ويُفضل أن يكون وقود مراجل الماء الساخن مماثلاً لوقود المراجل البخارية، حيث يوفر ذلك مرونة في التشغيل، وتكاليف تشغيل أقل مقارنة بإنتاج الماء الساخن عبر التبادل الحراري بخار-ماء، كما يقلل بشكل كبير من استهلاك الطاقة أثناء النقل.

【مرجع】يجب تجهيز أنظمة تكييف الهواء التي تحصل على التسخين من الشبكات الحرارية الحضرية أو المصادر الحرارية لغرف المراجل الإقليمية (بخار، ماء ساخن) بمبادلات حرارية لإمداد الحرارة. ويجب أن تكون المبادلات الحرارية من الأنواع الحديثة عالية الكفاءة، ذات الهيكل المدمج، سهلة الصيانة، وذات عمر افتراضي طويل. يتم تحديد سعة المبادلات الحرارية بناءً على قيمة حمل التسخين المحسوبة. وعندما يكون استقرار المصدر الحراري الأساسي ضعيفًا، تُضرب مساحة سطح نقل الحرارة للمبادل الحراري بمعامل يتراوح بين 1.1～1.2. ويجب بشكل عام استعادة وإعادة استخدام تكاثف البخار الناتج عن المبادلات الحرارية بخار-ماء. كما يجب تجهيز المبادلات الحرارية بأجهزة تحكم أوتوماتيكية في درجة الحرارة.

【مرجع】في السنوات الأخيرة، وحرصًا على حماية البيئة الحضرية، حظرت العديد من المدن الكبرى حرق الفحم، وشجعت بقوة على استخدام الطاقات النظيفة مثل الغاز الطبيعي (وحتى الكهرباء). في الماضي، اعتمدت المستشفيات على غرف مراجل مركزية لتوريد البخار بشكل مركزي لأغراض التسخين، وهو نهج يقوم بالكامل على نموذج المراجل العاملة بالفحم، وكان الهدف منه في الأصل تحسين كفاءة هذه المراجل والحد من انبعاثات الملوثات. أما في حالة استخدام الغاز الطبيعي (أو الكهرباء)، فلم يعد التلوث يمثل مشكلة، كما لم يعد الفرق في الكفاءة بين المراجل الكبيرة والصغيرة ذا شأن يذكر. وبما أن شبكة أنابيب الغاز (أو الشبكة الكهربائية) في المستشفى تصل بالفعل إلى كل قسم، فلا حاجة إلى استثمارات ضخمة لبناء شبكة حرارية؛ حيث يمكن تركيب مراجل ماء ساخن ذات سعة صغيرة (أو ما يُعرف بالسخانات المائية الكبيرة) في نفس الموقع. ولا تفرض هذه الأجهزة تقريبًا أي متطلبات خاصة على مواقع التركيب، كما أن تشغيلها وإدارتها بسيطان للغاية. يتيح هذا النوع من التسخين اللامركزي المستقل إمكانية تقسيم المناطق ومد الأنابيب بشكل معقول بسهولة، كما يقصر مسافات نقل الحرارة بشكل كبير؛ ويمكن لكل قسم تشغيل المرجل وإيقافه في أي وقت وفقًا لاحتياجاته، وبذلك تُحل بسهولة مشاكل اختلاف مواعيد تشغيل الأقسام مبكرًا وإيقافها متأخرًا. ونظرًا لأن المستخدمين النهائيين يمكنهم الاستفادة من المصادر الحرارية بشكل أكثر ملاءمة وفعالية، تُحل صعوبات التصميم والإدارة التي كانت تواجه شبكات التسخين المركزية سابقًا -مثل التسخين حسب المناطق، والتسخين المسبق، والتسخين في حالات الطوارئ-، وفي الوقت نفسه يتم القضاء على ظواهر “التنقيط وهروب البخار والتسرب” في خطوط أنابيب نقل البخار، مما يقلل بشكل كبير من خسائر الحرارة أثناء النقل.

7.1.5　إنشاء غرف الماكينات ومتطلباتها

(1) يجب أن تعتمد المستشفيات بشكل عام أنظمة إمداد التبريد والتسخين المركزية. عند اختيار مبردات الماء، يجب ألا يقل عدد الوحدات بشكل عام عن وحدتين؛ وفي حال الحاجة إلى وحدة واحدة فقط، يجب اختيار وحدة متعددة الضواغط مزودة بنظام تحكم مشترك. ولا يجب أن يكون عدد مبردات الماء مفرطًا، بل يجب أن يتوافق مع أنماط تغير حمل تكييف الهواء ومتطلبات الضبط والتنظيم. ولا يُسمح باعتماد وحدات تكييف الهواء اللامركزية المعبأة أو المنفصلة المبردة بالهواء أو بالماء إلا عند استيفاء الشروط التالية.

1. المباني التي تكون فيها المساحة المكيفة صغيرة نسبيًا، أو التي يصبح فيها نظام إمداد التبريد والتسخين المركزي غير اقتصادي، أو التي يتعذر فيها ترتيب غرف الماكينات ومد الأنابيب.

2. المباني التي تكون فيها الغرف المطلوب تكييفها مبعثرة بشكل كبير في التخطيط.

3. الغرف القليلة الموجودة في المباني المزودة بأنظمة تبريد وتسخين مركزية، والتي تختلف فيها ساعات الاستخدام ومتطلباته عن باقي المبنى.

4. الغرف التي لديها متطلبات خاصة فيما يتعلق بدرجة الحرارة والرطوبة.

(2) يجب مراعاة النقاط التالية عند اختيار وحدات تكييف الهواء وتخطيط غرف الماكينات في المستشفيات.

1. يجب أن يؤخذ في الاعتبار عند تحديد موقع غرفة الماكينات ووضع الوحدات عوامل مثل الفحص الدوري، والصيانة، واستبدال الوحدات.

2. يجب اختيار وحدات تكييف الهواء القادرة على الوقاية الفعالة من التلوث الثانوي. ويجب أن تكون الملفات، وأحواض التصريف، وأجهزة الترطيب وغيرها من المكونات داخل وحدات تكييف الهواء ووحدات الملفات المروحية سهلة التنظيف والتعقيم.

3. لتسهيل أعمال صيانة وحدات تكييف الهواء أو استبدال المرشحات الداخلية بها، يُفضل تركيب وحدات تكييف الهواء في غرفة الماكينات أو في طبقة بينية تقنية. ولتسهيل إدارة أعمال التشغيل والصيانة، لا يجب تركيبها داخل الأسقف المعلقة.

4. يجب تحديد مساحة غرفة ماكينات التكييف وحجم المسافات الفاصلة بين وحدة التكييف ومختلف تركيبات الأنابيب، بحيث تتيح تشغيل المرشحات والصمامات وغيرها بسهولة وصيانتها بيسر.

[مرجع] في غرف الماكينات الكبيرة والمتوسطة الحجم، يُفضل فصل غرفة الماكينات الرئيسية عن غرفة المضخات، ويجب توفير غرفة تحكم (مزودة بنوافذ مراقبة أو فواصل زجاجية) وغرفة مخصصة للصيانة، مع تركيب الوحدات الطرفية للتكييف في هذه الغرف. ويجب تزويد غرفة الماكينات بمرافق إمداد المياه والصرف الصحي، وتشطيب الأرضيات وقواعد تثبيت المعدات بمواد سهلة التنظيف. كما يجب أن تحتوي غرفة الماكينات على مرافق تهوية جيدة. وتُزود غرف الماكينات المقامة في الطوابق السفلية بتهوية ميكانيكية، بحيث لا يقل معدل تبديل الهواء فيها عن 6 مرات في الساعة.

[مرجع] يجب ترتيب المعدات داخل غرفة الماكينات بشكل متراص، مع ضمان انسيابية منطقية لمسارات الأنابيب، وسهولة التشغيل، وتوفير مساحة صيانة مناسبة، كما يجب الالتزام بالمتطلبات التالية:

① ألا تقل المسافة الصافية بين الوحدة والجدار عن 1.0 متر، وألا تقل المسافة بينها وبين خزانة التوزيع الكهربائي عن 1.5 متر.

② ألا تقل المسافة الصافية بين الوحدات المختلفة، أو بين الوحدة والمعدات الأخرى، عن 1.2 متر.

③ يجب توفير مسافة صيانة لا تقل عن طول المبخر أو المكثف أو المولد منخفض الحرارة.

④ ألا تقل المسافة الصافية بين الوحدة والأنابيب أو أنابيب المداخن أو رفوف الكابلات الممتدة فوقها عن 1.0 متر.

⑤ ألا يقل عرض الممرات الرئيسية داخل غرفة الماكينات عن 1.5 متر.

[مرجع] عند تصميم غرفة ماكينات الامتصاص ذات الاحتراق المباشر، يجب أن يتوافق تصميم خزانات تخزين الزيت وخزانات الزيت اليومية، ونظام إمداد الزيت (الغاز)، ونظام طرد غازات المداخن مع الأحكام ذات الصلة الواردة في المعايير الوطنية السارية.

7.1.6 حساب أحمال تكييف الهواء وكمية هواء الإمداد

(1) تنشأ الاضطرابات الحرارية والرطوبة المؤثرة على البيئة الداخلية من مصدرين اثنين: أحدهما طبيعي، والآخر ناتج عن عمليات الإنتاج والأنشطة البشرية. فمن الجانب الطبيعي، تؤثر التقلبات في درجة حرارة ورطوبة الهواء الخارجي وشدة حرارة الإشعاع الشمسي على المعلمات البيئية الداخلية عبر غلاف المبنى والهواء الوارد إلى الداخل؛ أما من الجانب الداخلي، فيتم إطلاق الحرارة أو الرطوبة أثناء العمليات التشغيلية وعمل المعدات الإنتاجية، وحتى في المباني المدنية، تتولد الحرارة أو الرطوبة أيضًا من الأجسام البشرية، وأنظمة الإضاءة، والمعدات، والأجهزة الكهربائية وغيرها — وكل هذه العوامل تؤثر على المعلمات البيئية الداخلية. تتباين الحرارة الزائدة والرطوبة الزائدة بشكل عام مع تغير الظروف الداخلية والخارجية؛ وبناءً على ذلك، يجب تحديد الحرارة الزائدة والرطوبة الزائدة ذات التأثير الأكبر، أو التي تؤثر بشكل متكرر على التوازن الداخلي، كقيم “أحمال” تُستخدم في حسابات تكييف الهواء؛ ويُطلق أحيانًا على الحرارة الزائدة الداخلية في الصيف مسمى “الحمل التبريدي الداخلي”، بينما يُطلق على الحرارة الزائدة في الشتاء مسمى “الحمل التدفئي الداخلي”. إن مقدار الأحمال الحرارية والرطوبة له تأثير حاسم على معدات وحجم نظام تكييف الهواء، كما يرتبط بمدى منطقية وجدواه الاقتصادية. لذلك، يجب النظر في اتخاذ تدابير معقولة بشكل متكامل من جوانب التصميم المعماري والعمليات الصناعية وغيرها لخفض الأحمال.

بالإضافة إلى أحمال الغرف المذكورة أعلاه (الأحمال الناشئة داخل الغرف المكيفة)، تشكل الأحمال النظامية (الأحمال الناشئة خارج الغرف المكيفة) جزءًا من أحمال تكييف الهواء. فعلى سبيل المثال، حمل الهواء النقي الناتج عن اختلاف حالة الهواء النقي عن حالة الهواء الداخلي، والأحمال الناتجة عن انتقال الحرارة عبر قنوات الهواء والحرارة المتولدة من المراوح، لا تؤثر بشكل مباشر على المساحة الداخلية، ولكن يتحملها نظام تكييف الهواء في النهاية. لذلك، يجب اختيار معدات معالجة الهواء أيضًا بناءً على الحمل النظامي.

يتميز حمل غرفة العمليات النظيفة بخصائص أحمال الغرف النظيفة البيولوجية. ولا يجب اعتبار المعدات الطبية الموجودة في غرفة العمليات بمثابة حمل حراري (تبريدي) مستقر ومستمر، لأن ذلك من شأنه أن يجعل تقدير حمل غرفة العمليات مرتفعًا بشكل مفرط.

في الوقت الحالي، تمثل معظم غرف العمليات غرفًا صغيرة محكمة الإغلاق مقامة داخل هياكل أغلفة المباني المدنية، تمر عبر الممرات البينية الفاصلة بينها أنابيب متنوعة. فإذا في تخطيط الطوابق ذي الممرين المزدوجين أو التخطيطات المشابهة، تقع غرفة العمليات في المنطقة الداخلية. إن نسبة حمل تكييف الهواء المنسوبة إلى غلاف المبنى أصغر حتى من ذلك، ويمكن معالجة حساب الحمل بالكامل كانتقال حرارة في الحالة المستقرة. قبل الجراحة، لا يوجد تقريبًا أي حمل رطوبة في الغرفة؛ وأثناء الجراحة، يتجمع الأفراد حول طاولة العمليات، لذا يتركز توليد الرطوبة. علاوة على ذلك، على الرغم من أن عدد الأجهزة الطبية في الغرفة يتزايد بشكل مستمر، إلا أن القليل منها يُستخدم بشكل مستمر طوال العملية، ومعامل الاستخدام المتزامن صغير أيضًا – وهذا ينطبق حتى على الجراحات العميقة مثل جراحة القلب. علاوة على ذلك، بين الأجهزة التي تم تطويرها حديثًا، تسود الأجهزة ذات الأغراض الخاصة بينما تقل الأجهزة ذات الأغراض العامة. بالنسبة للعمليات الروتينية، تتكون المعدات الطبية الشائعة الاستخدام من بضعة عناصر فقط مثل وحدات الكي الكهربائي وأجهزة التخدير. نسبيًا، يتباين اكتساب الحرارة من الإضاءة وتوليد الحرارة والرطوبة من قبل الأفراد تباينًا ضئيلًا. بمعنى آخر، تتمثل خصائص الحمل أثناء الجراحة في أن الحمل الحراري يتباين بشكل كبير بينما يظل حمل الرطوبة مستقرًا نسبيًا، مما يسبب تباينات كبيرة في نسبة الحرارة إلى الرطوبة الداخلية – وهذا هو السبب الرئيسي لتجاوز الرطوبة النسبية الداخلية للحد المحدد. لذلك، يمكن تحديد حجم قدرة التبريد لنظام تكييف الهواء في غرفة العمليات وفقًا للحمل الحراري (التبريد) الذروي، ولكن يحتاج تكوين النظام إلى إيلاء اهتمام أكبر لتباينات نسبة الحرارة إلى الرطوبة؛ كما أن التطبيق المباشر لوحدات درجة الحرارة والرطوبة الثابتة الصناعية غير مناسب أيضًا.

(2) سعة ومعدات نظام تكييف الهواء. يتم تحديدهما بشكل عام بناءً على حمل التبريد الصيفي. نظرًا لأن اضطرابات الحرارة والرطوبة التي تتعرض لها الغرفة المكيفة تختلف بين الشتاء والصيف، مع كون درجة التأثير في الصيف أكبر منها في الشتاء، ولأن التدابير والأجهزة المستخدمة لتبريد الهواء وإزالة رطوبته أكثر تعقيدًا من تلك المستخدمة لتسخين الهواء وترطيبه، كما أن استثمار المعدات وتكاليف التشغيل في الصيف أكبر منها في الشتاء، يتم عادةً تحديد حجم هواء الإمداد وسعة المعدات وفقًا للحمل الصيفي. باستثناء الغرف التي تتطلب تكييف الهواء على مدار العام، يُستخدم تكييف الهواء في جنوب الصين في الغالب خلال الموسم الحار. وحتى في المناطق الباردة التي تتطلب التدفئة، لا تزال المناطق الداخلية لبعض المباني تُدفأ بواسطة معدات التدفئة في الشتاء، ويُستخدم تكييف الهواء فقط في الصيف.

[مرجع] تُحدد اكتسابات الحرارة والرطوبة المحسوبة صيفيًا للغرفة أو المنطقة المكيفة وفقًا للبنود الواردة في الجدول 7.5:

الجدول 7.5 اكتسابات الحرارة والرطوبة المحسوبة صيفيًا

الرقم	اكتساب الحرارة المحسوب صيفيًا للغرفة أو المنطقة المكيفة	اكتساب الرطوبة المحسوب صيفيًا للغرفة أو المنطقة المكيفة
1	الحرارة المنتقلة عبر غلاف المبنى	اكتساب الرطوبة عبر غلاف المبنى
2	الحرارة المنبعثة من جسم الإنسان	الرطوبة المنبعثة من جسم الإنسان
3	الحرارة التي يجلبها الهواء المتسلل	الرطوبة التي يجلبها الهواء المتسلل
4	الحرارة المنبعثة من الأغذية أو المواد	الرطوبة المنبعثة من الأغذية أو المواد
5	الحرارة المنبعثة من المعدات والأجهزة والأنابيب وغيرها من مصادر الحرارة الداخلية	الرطوبة المنبعثة من المعدات
6	الحرارة الإشعاعية الشمسية الداخلة عبر النوافذ الخارجية	الرطوبة المنبعثة في عمليات التفاعل الكيميائي
7	الحرارة المنبعثة من الإضاءة	الرطوبة المنبعثة من مختلف الأسطح المبللة أو الأسطح السائلة أو التيارات السائلة
8	الحرارة الكامنة المتولدة جنبًا إلى جنب مع عمليات انبعاث الرطوبة المختلفة

[مرجع] يتم التحكم في بيئة الحرارة والرطوبة الداخلية عن طريق إمداد الغرفة بكمية معينة من الهواء (تُسمى هواء الإمداد) لإزالة أحمال الحرارة والرطوبة الداخلية، بحيث تصل حرارة ورطوبة الهواء الداخلي إلى حالة توازن نسبي ويمكن التحكم في معلمات البيئة الداخلية ضمن نطاق معين. لذلك، يجب تحديد حجم هواء الإمداد أو معلمات هواء الإمداد لنظام تكييف الهواء وفقًا لقيم أحمال الحرارة والرطوبة للغرفة المكيفة، ويجب معالجة هواء الإمداد بواسطة أجهزة معالجة الهواء مثل التبريد والتسخين وإزالة الرطوبة والترطيب. إذا كان حجم هواء الإمداد ثابتًا، فإن قيمة الحمل تحدد معلمات هواء الإمداد؛ وإذا كانت معلمات هواء الإمداد ثابتة، فإن قيمة الحمل تحدد حجم هواء الإمداد. أثناء إزالة اضطرابات الحرارة والرطوبة، يجب أيضًا إمداد كمية معينة من الهواء النقي (تُسمى الهواء الخارجي) وتفريغ كمية معينة من الهواء الداخلي (تُسمى هواء العادم) للحفاظ على نظافة الهواء الداخلي بشكل مناسب. في الحالات العامة، يُشترط أن يكون حجم هواء التعويض أكبر من حجم هواء العادم لمنع تسرب الهواء الخارجي، بحيث تتأثر نظافة الهواء الداخلي وغيرها من المعلمات بالظروف الخارجية بشكل أقل. من أجل توفير الطاقة، غالبًا ما يتم إعادة استخدام جزء من الهواء الداخلي عن طريق إعادته إلى النظام ليصبح جزءًا من هواء الإمداد؛ ويُسمى هذا الجزء من الهواء هواء الراجع.

7.1.7 توفير الطاقة لأنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC)

(1) المستشفيات من المباني مرتفعة استهلاك الطاقة، وتشمل أحمالها أحمال أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء، وأحمال إمدادات المياه والصرف الصحي، والطاقة الكهربائية والإضاءة، بالإضافة إلى الأحمال اللازمة لتقديم الخدمات الطبية. ومن بين هذه الأحمال، تشمل أحمال الخدمات الطبية إمداد المياه الساخنة، وخدمات المطابخ والتموين، وعمليات التعقيم والتطهير، وغسيل الملابس؛ وتعتمد هذه الخدمات بشكل أساسي على البخار، بينما يستخدم بعضها الغاز والكهرباء. يُعد حمل الخدمات الطبية أكبر أحمال المستشفى، حيث يمثل ما نسبته 25%～38% من إجمالي الحمل المستهلك سنويًا. في الماضي، كان الاهتمام يقتصر فقط على حقيقة أن الحرارة المنتقلة والمتسربة من أجهزة التعقيم بالبخار المضغوط والمعقمات والأنابيب الساخنة تتحول إلى أحمال إضافية على أنظمة تكييف الهواء؛ أما الآن، فقد أصبح تبديد الحرارة الصادر عن معدات التشخيص والعلاج الكبيرة، والمرافق الطبية الحديثة (مثل غرف إعادة التأهيل بالعلاج المائي)، وأنظمة الحوسبة الكبيرة، والمعدات التابعة لبعض أنظمة الغرف النظيفة بيولوجيًا، جميعها أحمال تكييف هواء لا يمكن تجاهلها، مما أدى إلى تغيير جذري في تكوين حمل تكييف الهواء لمباني المستشفيات ونسبة كل مكون من مكوناته. مع تطور وتحديث المستشفيات في الصين، يجب إيلاء اهتمام كبير لتوفير الطاقة في أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء، خاصة في الجوانب التالية:

1. كمية الهواء النقي المطلوبة في المستشفيات كبيرة، والمتطلبات المتعلقة بها مرتفعة؛ بل إن بعض الأقسام تتطلب الاعتماد على الهواء النقي بنسبة 100%. تحتاج العديد من الأقسام والوحدات الطبية أيضًا إلى طرد الغبار والبكتيريا والروائح الكريهة والحرارة الزائدة والرطوبة الزائدة والغازات الضارة الناتجة عن أنشطتها، لذلك تُطبق عمليات طرد الهواء في عدد كبير من المواقع وبكميات ضخمة. كما تضع بعض الأقسام متطلبات صارمة للتحكم في الضغط الإيجابي، حيث يتم طرد كميات كبيرة من الهواء النقي إلى الخارج كهواء تسرب غير خاضع للتحكم. يُعد الحفاظ على مستوى ضغط إيجابي مناسب هو المفتاح لتقليل استهلاك الهواء النقي. فإذا كان الضغط الإيجابي منخفضًا جدًا، لن تتم حماية المساحات النظيفة من تسرب الهواء الخارجي الملوث إليها؛ أما إذا كان الضغط الإيجابي مرتفعًا جدًا، فستزداد كمية الهواء النقي التعويضي التي يحتاجها النظام، وبالتالي ينمو حمل الهواء النقي. لتقليل استهلاك الطاقة المرتبط بالهواء النقي، تظل مسألة كيفية تقليل حجم الهواء النقي المستخدم، وحجم الهواء المطرود، وحجم هواء التسرب الناتج عن الضغط الإيجابي مع الالتزام بجميع المتطلبات، واحدة من القضايا الرئيسية في مجال تكييف هواء المستشفيات. وإلى جانب التحديد المعقول لحجم الهواء النقي المطلوب، يعد نظام التحكم في حجم الهواء النقي المتغير إجراءً فعالاً في الوقت الحالي.

2. عند توفر الظروف المناسبة، يجب اعتماد نظام المعالجة المسبقة المركزية للهواء النقي. لا يتيح هذا النظام فقط إمكانية جمع هواء نقي عالي الجودة وإجراء عملية ترشيح فعالة له، بل يجعل من السهل جدًا أيضًا تطبيق طرق معالجة مختلفة للهواء النقي وفقًا لاختلاف المواسم، أو استخدام المبادل الحراري الكلي لتبريد الهواء النقي مسبقًا؛ كما أنه يسهل عمليات الصيانة والإدارة. توجد بالفعل خبرات ناجحة في هذا المجال بالخارج: حيث لا يمكن فقط توفير هواء نقي بمعلمات تشغيل مستقرة، بل يتم أيضًا تقليل استهلاك الطاقة المرتبط بالهواء النقي بشكل كبير.

3. تمتلئ المستشفيات بكميات كبيرة من المياه الساخنة المستهلكة، والمياه المبردة، والمياه المتكثفة الناتجة عن الأنظمة المختلفة. وخوفًا من حدوث تلوث متقاطع، لا يتم عادةً استعادة هذه المياه إلى غرف الغلايات لإعادة استخدامها. ولكن إذا تم جمع المياه المستهلكة مركزيًا، واستخدام الجانب منخفض الحرارة في المضخة الحرارية لاستعادة الحرارة الموجودة في هذه المياه، بينما يقوم الجانب عالي الحرارة في الطرف الآخر برفع درجة حرارة هذه الحرارة لإعادة إمداد المنشأة بها، فهذه تعد طريقة غير مباشرة للاستفادة من الحرارة المهدرة. تعتمد هذه الطريقة بشكل مستقل على مدى وجود تلوث في مصدر الحرارة المهدرة، ولا تسبب حدوث عدوى متقاطعة، لذلك فهي مناسبة جدًا للاستخدام في المستشفيات. وعلى الرغم من أن تكلفة الاستثمار الأولية لهذا النظام أعلى إلى حد ما، إلا أن كمية الحرارة المهدرة التي يتم استعادتها سنويًا تكون كبيرة.

4. تعد شبكة أنابيب توزيع أنظمة إمداد الحرارة من المجالات الرئيسية التي يمكن تحقيق توفير الطاقة من خلالها. يمكن للتقسيم المناطقي المعقول والتصميم الجيد لمسارات الأنابيب تقصير مسافة نقل الحرارة؛ كما يجب تقليل عدد وصلات الفلانجات والصمامات قدر الإمكان، للحد من الهبوط غير الضروري في الضغط إلى أقصى درجة ممكنة. إن تعزيز إحكام إغلاق الأنابيب وتطبيق العزل الحراري الجيد لها، واختيار مصائد بخار عالية الجودة، والحد من ظاهرة “التنقيط والهروب والتسرب” في الأنابيب، من شأنه تقليل فقد الحرارة أثناء عملية النقل. بالإضافة إلى ذلك، لا يجب تثبيت مصائد البخار داخل آبار الأنابيب أو خلف الأسقف المستعارة، فمن شأن هذا الإجراء أن يقلل بشكل كبير من انتقال الحرارة والتسرب، ويخفض أيضًا حمل تكييف الهواء في الغرف المجاورة.

5. مع تحديث المستشفيات، يتبنى عدد متزايد من الأقسام والمرافق داخل المستشفيات تقنيات النظافة والتنقية الجوية. ونظرًا لضخامة حجم الهواء وارتفاع المقاومة في أنظمة التنقية، أصبح استهلاك طاقة النقل في هذه الأنظمة أكبر بند من بنود أحمال تكييف الهواء؛ بالإضافة إلى ذلك، يؤدي ارتفاع نسبة الهواء النقي في أنظمة التنقية إلى زيادة كبيرة في حمل الهواء النقي. ومن بين هذين الحملين، يعد استهلاك طاقة النقل للنظام حملًا مستقرًا، بينما يتغير حمل الهواء النقي بتغير المواسم. يكمن المفتاح لتقليل استهلاك طاقة النقل في النظام في تقليل حجم الهواء المورد وتقليل مقاومة النظام. لذلك، يجب حساب حجم الهواء المورد المعقول المطلوب وفقًا للظروف الفعلية للمنشأة، بدلاً من تقديره بالاعتماد على معدل تبديل الهواء الموصى به. علاوة على ذلك، يتم حساب حجم الهواء في مرحلة التصميم بناءً على المقاومة النهائية لمرشحات النظام؛ أما في مرحلة التشغيل الفعلي، فبما أن المرشحات لم تصل بعد إلى مقاومتها النهائية، فعادة ما يكون حجم الهواء التشغيلي أكبر بكثير من حجم الهواء المحدد في التصميم. لذلك، فإن تشغيل المروحة بسرعة متغيرة لتحقيق تشغيل النظام بحجم هواء ثابت له أهمية كبيرة من حيث توفير الطاقة.

6. على الرغم من أن حجم هواء الإمداد في نظام تكييف الهواء المخصص للتنقية كبير جدًا، فإن التمييز بين حجم هواء التكييف وحجم هواء التنقية داخل النظام له أيضًا أهمية كبيرة في توفير الطاقة. ويرجع ذلك إلى أن حجم هواء التكييف في هواء الإمداد يهدف أساسًا إلى إزالة أحمال الحرارة والرطوبة الداخلية ويجب معالجته بواسطة وحدة معالجة الهواء، بينما يهدف حجم هواء التنقية إلى تلبية متطلبات النظافة ولا يحتاج سوى إلى المرور عبر ترشيح مكرر. وكلما ارتفعت الفئة، قلت نسبة حجم هواء التكييف إلى حجم هواء التنقية. وإذا لم يُعَد حجم هواء التنقية إلى غرفة المعدات لمعالجته بواسطة وحدة معالجة الهواء، بل أُعيد مباشرة إلى الغرفة النظيفة عبر دورة قصيرة، أمكن توفير طاقة النقل بفعالية كبيرة، ويكون ذلك أكثر وضوحًا في أنظمة الغرف النظيفة عالية الفئة. كما أن التخلص من الحرارة المتولدة عن محركات المراوح داخل نظام تكييف التنقية له تأثير كبير في توفير الطاقة؛ ويمكن لتدابير مثل وضع محرك المروحة خارج وحدة معالجة الهواء، وعدم استخدام مخارج إمداد المرشحات المزودة بمراوح في النظام، أن تقلل بفعالية من الحرارة المتولدة عن المراوح. وبالنسبة للغرف النظيفة منخفضة الفئة، ينبغي استخدام مرشحات شبه عالية الكفاءة ومنخفضة المقاومة قدر الإمكان، مما يقلل بشكل كبير من مقاومة النظام، وبالتالي يقلل من قدرة خرج المروحة.

7. تعمل مدن كثيرة على مراجعة أنظمة تعرفة الكهرباء واعتماد التسعير حسب وقت الاستخدام؛ وقد أدى استخدام فرق الأسعار بين النهار والليل في تخزين الثلج أو تخزين الحرارة إلى تعزيز تطوير تقنية تخزين الطاقة الحرارية، ومن أكثر الأمثلة نجاحًا وحدات التبريد اللولبية ثنائية ظروف التشغيل ومعدات تخزين البرودة الخاصة بها. وتوجد أنواع مختلفة من تخزين الثلج، مثل نوع الملف الثلجي (نظام تخزين الثلج بالتبخير المباشر)، ونوع التجميد الكامل، ونوع الكرات الثلجية، ونوع حاصدة الثلج. وقبل تحديد وضع تشغيل تخزين الثلج، يجب أولًا حساب حمل التبريد الساعي لتكييف المبنى بدقة معقولة ورسم مخطط الأحمال؛ ثم يُحدد وضع التشغيل وفقًا لفترات الاستخدام الكهربائي المحلية ومتطلبات الاستثمار وما إلى ذلك. وبشكل عام، هناك متطلبان: الأول هو تعظيم تقليم ذروة إمداد شبكة الكهرباء وملء فترات القاع، والثاني هو تقليل الاستثمار لمرة واحدة إلى الحد الأدنى. ولإيجاد التوازن الأمثل بين هذين الهدفين المتعارضين، يُعتمد في الغالب التفريغ البارد وفق الوقت لاستيفاء كلا المتطلبين. وبشكل عام، يجب أولًا تحديد كميات التفريغ البارد خلال فترتي ذروة استهلاك الكهرباء وخلال ذروة حمل التكييف، وبعد ذلك فقط يمكن تحديد سعة تخزين البرودة المثلى وسعة المبرد، وذلك لتحقيق أقصى تأثير لتقليم الذروة وملء القاع، وتقليل سعة المبردات المركبة، ومن ثم خفض الاستثمار الأولي.

[مرجع] تُعد أحواض (خزانات) تخزين الماء الساخن أيضًا شكلاً من أشكال تخزين الطاقة. ويمكن أن يقلل تركيب حوض تخزين الماء الساخن من استثمار المعدات وتكاليف التشغيل، ولكن لتحقيق توفير في الطاقة، يقتصر استخدامه على الحالات التالية:

① عندما يمكن استخدام نظام استرداد الحرارة.

② عندما لا تُستخدم أنواع الوقود الأحفوري، كما في التسخين الشمسي.

③ عندما يتوفر كهرباء منخفض السعر في وقت متأخر من الليل أو حرارة مهدرة من المصانع.

وعلى العكس، نظرًا لأن نظام حوض تخزين الماء الساخن يستهلك الطاقة الإضافية التالية، فإنه لا يوفر الطاقة باستثناء الحالات المذكورة أعلاه:

① يتسبب حوض تخزين الماء الساخن في فقد أكثر من 10% من الطاقة خلال فترة 24 ساعة متواصلة.

② نظرًا لضرورة اعتماد دائرة ماء مفتوحة، يجب زيادة رأس ضخ المضخة، مما يؤدي إلى زيادة حادة في قدرة المضخة.

(2) بخصوص بعض أساليب توفير الطاقة في المستشفيات، وجدوى تطبيقها، والمشكلات المحتملة، انظر الجدول 7.6.

الجدول 7.6　أساليب توفير الطاقة في المستشفيات وجدواها

النظام	أسلوب توفير الطاقة	الجدوى وتأثير التطبيق في المستشفيات	المشكلات القائمة
نظام مصدر التبريد والتسخين	اختيار السعة والعدد المناسبين للوحدات بحيث تحافظ المعدات على تشغيل عالي الكفاءة في جميع الفصول	عند الحمل الجزئي (0.5)، تكون كفاءة التشغيل ≥80%	كثرة الوحدات تزيد الاستثمار ومساحة غرفة المحطة
نظام مصدر التبريد والتسخين	اختيار معدات ذات معامل أداء عالٍ	يعتمد على نسبة السعر وتكلفة الصيانة إلى الفائدة
نظام مصدر التبريد والتسخين	الاستخدام المرن للطاقة الطبيعية (الطاقة الشمسية، المياه الجوفية، إلخ)	يعتمد على ظروف الطاقة الطبيعية في المنطقة	هبوط الأرض، تلوث المياه الجوفية
نظام مصدر التبريد والتسخين	الاستخدام الفعال لتخزين الحرارة (البرودة)	يعتمد على المساحة المشغولة، والفرق في أسعار الكهرباء، والفوائد	يزيد الاستثمار ومساحة غرفة المحطة
نظام مصدر التبريد والتسخين	مضخات حرارية لاسترداد الحرارة (الغاز العادم، ماء التكثيف، ماء التبريد، إلخ)	مناسبة للأماكن ذات التخطيط الصارم للصرف	إذا كانت مصادر الحرارة المهدورة مبعثرة، يصعب الاسترداد المنهجي
نظام مصدر التبريد والتسخين	اعتماد مبردات الامتصاص	الاستفادة الكاملة من البخار الفائض في الصيف	توفر الكهرباء لكنها لا توفر الطاقة؛ ويجب الانتباه إلى التلوث البيئي الناتج عن الغلايات
نظام التوزيع	نقل الماء أكثر كفاءة في استخدام الطاقة من نقل الهواء	استخدام أنظمة المياه قدر الإمكان لنقل مصادر التبريد والتسخين	وحدات ملف المروحة الداخلية غير ملائمة للظروف المعقمة
نظام التوزيع	زيادة فرق درجة حرارة النقل لتقليل حجم النقل	استخدام التخزين البارد لخفض درجة حرارة وسيط النقل	الانتباه إلى أداء الوحدات الطرفية
نظام التوزيع	نقل التدفق المتغير	استخدام تنظيم تدفق المياه المتغير قدر الإمكان في أنظمة تكييف الهواء	أجهزة تنظيم سرعة المضخات باهظة الثمن نسبيًا
نظام التوزيع	عزل خطوط أنابيب النقل	اعتماد السماكة العازلة المثلى	الانتباه إلى أداء مقاومة الحريق لمواد العزل
نظام تكييف الهواء	تقسيم المناطق الأنسب للنظام	تقسيم المناطق وفقًا لخصائص المستشفى	الانتباه إلى تدفق الهواء العكسي بين المناطق عند إيقاف تشغيل أنظمة المناطق
نظام تكييف الهواء	تنظيم حجم الهواء الخارجي المتغير	مفيد لتحسين جودة الهواء الداخلي	يصعب تطبيقه في الأنظمة غير المركزية
نظام تكييف الهواء	اعتماد المبادلات الحرارية الكلية	الانتباه إلى تخطيط قنوات الهواء الخارجي وقنوات هواء العادم في التصميم	تسرب الهواء الملوث في المبادلات الحرارية الكلية
نظام تكييف الهواء	اعتماد تقنية التنقية لزيادة حجم هواء الإرجاع	بضمان الحد الأدنى لحجم الهواء الخارجي، يمكن تقليل حجم الهواء الخارجي للنظام	يصعب إزالة بعض غازات الملوثات الداخلية بفعالية
نظام تكييف الهواء	تقليل خسائر الخلط وخسائر إعادة التسخين	تقسيم مناطق معقول	يزيد من تعقيد النظام
نظام تكييف الهواء	تحسين جودة الهواء الخارجي لتقليل حجم الهواء الخارجي للنظام	سحب هواء خارجي عالي الجودة، وتقليل مسافة النقل والتلوث على طول المسار
نظام التحكم	ضبط وقت البدء ووقت التشغيل الأمثل	تأثير توفير طاقة كبير للأقسام ذات التشغيل المتقطع	بالنسبة للمناطق التي تتطلب فروق ضغط متدرجة، يجب تطبيق التحكم بحذر
نظام التحكم	اختيار النسبة المثلى للمعدات (عدد الوحدات، السعة)
نظام التحكم	ضبط معلمات هواء الإمداد المثلى	اعتماد وضع تنظيم أولوية حجم الهواء	العديد من الأقسام غير مناسبة لتشغيل حجم الهواء المتغير
نظام التحكم	ضبط ظروف التشغيل المثلى وفقًا للتغيرات المناخية	تأثير توفير طاقة كبير	أوضاع التشغيل معقدة للغاية، مما يزيد من صعوبة الإدارة
نظام التحكم	الغرف مجهزة بشكل عام بمنظمات حرارة؛ وبعضها يتطلب منظمات لدرجة الحرارة والرطوبة	يمكن للشاغلين ضبط درجة الحرارة (والرطوبة) بأنفسهم	المنظمات تتلف بسهولة بسبب الضبط المتكرر

[مرجع] يجب حساب عزل المعدات والأنابيب وفقًا لدليل تصميم العزل الحراري للمعدات والأنابيب (GB8175-87). بشكل عام يمكن اختيارها وفقًا للجداول من 7.7 إلى 7.10، ويجب ألا تقل السماكة عن القيم الواردة في الجداول.

الجدول 7.7　السماكة العازلة الاقتصادية لأنابيب تبريد تكييف الهواء

مادة العزل	ساعات التبريد السنوية/ساعة	القطر الاسمي/مم	السماكة العازلة الاقتصادية/مم
أغلفة أنابيب وألواح من المطاط البلاستيكي	2 880	15～32	19
أغلفة أنابيب وألواح من المطاط البلاستيكي	2 880	40～150	25
أغلفة أنابيب وألواح من المطاط البلاستيكي	2 880	200～500	32
أغلفة أنابيب وألواح من المطاط البلاستيكي	3 600	15～50	25
أغلفة أنابيب وألواح من المطاط البلاستيكي	3 600	65～150	32
أغلفة أنابيب وألواح من المطاط البلاستيكي	3 600	125～500	38
أغلفة أنابيب وألواح من المطاط البلاستيكي	4 320	15～100	32
أغلفة أنابيب وألواح من المطاط البلاستيكي	4 320	125～500	38
غلاف أنابيب من الصوف الزجاجي الطارد المركزي (64 كجم/م³)	2 880	15～50	25
غلاف أنابيب من الصوف الزجاجي الطارد المركزي (64 كجم/م³)	2 880	65～150	30
غلاف أنابيب من الصوف الزجاجي الطارد المركزي (64 كجم/م³)	2 880	200～500	35
غلاف أنابيب من الصوف الزجاجي الطارد المركزي (64 كجم/م³)	3 600	15～50	30
غلاف أنابيب من الصوف الزجاجي الطارد المركزي (64 كجم/م³)	3 600	65～150	35
غلاف أنابيب من الصوف الزجاجي الطارد المركزي (64 كجم/م³)	3 600	200～500	40
غلاف أنابيب من الصوف الزجاجي الطارد المركزي (64 كجم/م³)	4 320	15～50	35
غلاف أنابيب من الصوف الزجاجي الطارد المركزي (64 كجم/م³)	4 320	65～150	40
غلاف أنابيب من الصوف الزجاجي الطارد المركزي (64 كجم/م³)	4 320	200～500	50

الجدول 7.8　الحد الأدنى للسماكة العازلة لأنابيب نظام تخزين الثلج

مادة العزل	ساعات التبريد السنوية/ساعة	القطر الاسمي/مم	السماكة العازلة الاقتصادية/مم
أغلفة أنابيب وألواح من المطاط البلاستيكي	2 880	15～32	25
أغلفة أنابيب وألواح من المطاط البلاستيكي	2 880	40～150	32
أغلفة أنابيب وألواح من المطاط البلاستيكي	2 880	200～500	38
أغلفة أنابيب وألواح من المطاط البلاستيكي	3 600	15～25	32
أغلفة أنابيب وألواح من المطاط البلاستيكي	3 600	32～50	38
أغلفة أنابيب وألواح من المطاط البلاستيكي	3 600	65～150	41
أغلفة أنابيب وألواح من المطاط البلاستيكي	3 600	200～500	45
أغلفة أنابيب وألواح من المطاط البلاستيكي	4 320	15～50	38
أغلفة أنابيب وألواح من المطاط البلاستيكي	4 320	65～150	41
أغلفة أنابيب وألواح من المطاط البلاستيكي	4 320	200～500	45
غلاف أنابيب من الصوف الزجاجي الطارد المركزي	2 880	15～125	40
غلاف أنابيب من الصوف الزجاجي الطارد المركزي	2 880	150～500	50
غلاف أنابيب من الصوف الزجاجي الطارد المركزي	3 600	15～50	40
غلاف أنابيب من الصوف الزجاجي الطارد المركزي	3 600	65～500	50
غلاف أنابيب من الصوف الزجاجي الطارد المركزي	4 320	15～100	50
غلاف أنابيب من الصوف الزجاجي الطارد المركزي	4 320	125～500	60

ملاحظة: درجة حرارة سائل التبريد في نظام تخزين الثلج هي $-6,^\circ\text{C}$، والتوصيل الحراري للمواد هو:

• بولي إيثيلين مثبط للهب　　$\lambda = 0.036 + 0.001t_m,[\text{W/(m·℃)}]$
• مطاط بلاستيكي　　　　　　　$\lambda = 0.0375 + 0.00125t_m,[\text{W/(m·℃)}]$
• رغوة البولي يوريثان　　$\lambda = 0.035 + 0.00125t_m,[\text{W/(m·℃)}]$

حيث: $t_m$ تشير إلى متوسط درجة حرارة الطبقة العازلة، وتُحسب عمومًا كمتوسط لدرجة حرارة الوسط داخل الأنبوب ودرجة حرارة الهواء المحيط.

الجدول 7.9　السماكة العازلة الاقتصادية لقنوات تكييف الهواء

مادة العزل	مدة التبريد السنوية/ساعة	سماكة العزل الاقتصادية/مم
غلاف أنبوب صوف زجاجي طرد مركزي (32 كجم/م³)	2 880	30
غلاف أنبوب صوف زجاجي طرد مركزي (32 كجم/م³)	3 660	40
غلاف أنبوب صوف زجاجي طرد مركزي (32 كجم/م³)	4 320	50
صفائح مسطحة من المطاط والبلاستيك	2 880	16
صفائح مسطحة من المطاط والبلاستيك	3 600	19
صفائح مسطحة من المطاط والبلاستيك	4 320	21

الجدول 7.10　سماكة العزل الاقتصادية لقنوات هواء الإمداد منخفض الحرارة لأنظمة تكييف الهواء

مادة العزل	مدة التبريد السنوية/ساعة	سماكة العزل الاقتصادية/مم
غلاف أنبوب صوف زجاجي طرد مركزي (32 كجم/م³)	2 880	50
غلاف أنبوب صوف زجاجي طرد مركزي (32 كجم/م³)	3 660	60
غلاف أنبوب صوف زجاجي طرد مركزي (32 كجم/م³)	4 320	70
صفائح مسطحة من المطاط والبلاستيك	2 880	21
صفائح مسطحة من المطاط والبلاستيك	3 600	25
صفائح مسطحة من المطاط والبلاستيك	4 320	32

ملاحظة: تُحسب درجة حرارة هواء الإمداد على أساس 7 درجة مئوية.