Как рассчитать необходимую производительность кислородной системы

Недостаток производительности в кислородной системе редко проявляется в первый день работы. Он обнаруживается позже — ночью, когда в реанимации одновременно работают несколько аппаратов, давление на манометре ввода опускается к нижней границе, а дежурный техник видит на панели сигнализации предупреждение о переходе на резерв.

Производительность системы закладывается расчётом на стадии проекта, и от него зависят три решения: какой источник кислорода выбрать, сколько запаса держать в резерве и какого сечения прокладывать трубопроводы. Расчёт выполняют по СП 158.13 330.2014 «Здания и помещения медицинских организаций. Правила проектирования» в действующей редакции, а пример для хирургического корпуса показывает, как одни и те же цифры приводят к разным решениям для концентраторов, рамп и газификаторов.

Расчёт расхода кислорода для медицинского учреждения начинается не с формулы, а со списка помещений. Для каждого из них нужно знать тип по таблице 7.3 СП 158.13 330.2014 и количество точек потребления — медицинских газовых розеток у кроватей, в операционных, процедурных и перевязочных.

Инженеру понадобятся:

• поэтажные планы с назначением помещений;
• число коек по отделениям и число точек кислорода в каждой палате;
• количество операционных, наркозных и мест в отделении реанимации и интенсивной терапии (ОРИТ);
• перечень процедурных, перевязочных и диагностических кабинетов с подводкой кислорода;
• паспортные расходы аппаратуры, если она потребляет больше нормы;
• режим работы учреждения и планы по расширению.

По СП кислород подводят в помещения, перечисленные в таблице 7.3. В палаты реабилитационных отделений, палаты на 3 и более койки дневных стационаров и другие помещения подводку предусматривают по технологическому заданию. Если какое-то помещение в задании не указано, его точки не попадут в расчёт, и система окажется меньше фактической нагрузки.

Для каждого типа помещения свод правил задаёт номинальный расход на одну точку в нормальных литрах в минуту, продолжительность использования в течение суток и средний коэффициент использования. Основные значения действующей редакции:

• операционные — 20 л/мин, 5 ч, 0,7; малые операционные — 20 л/мин, 5 ч, 0,4;
• наркозные — 10 л/мин, 1 ч, 0,5;
• послеоперационные палаты — 8 л/мин, 24 ч, 0,5;
• палаты интенсивной терапии для взрослых — 8 л/мин, 24 ч, 1,0; для детей — 2 л/мин, 24 ч, 1,0;
• реанимационные залы для взрослых — 9 л/мин, 24 ч, 1,0; для детей — 2 л/мин, 24 ч, 1,0;
• манипуляционные, процедурные ангиографии, эндоскопии и бронхоскопии — 10 л/мин, 5 ч, 0,4;
• перевязочные, процедурные отделений, смотровые, помещения экстренной помощи, залы гемодиализа и ряд других кабинетов — 6 л/мин, 2 ч, 0,2;
• палаты кардиологического отделения — 4 л/мин, 6 ч, 0,3; ожогового — 6 л/мин, 6 ч, 0,3;
• палаты гинекологического отделения и отделения патологии беременности — 4 л/мин, 10 ч, 0,3;
• послеродовые палаты для родильниц — 8 л/мин, 10 ч, 0,3; для новорождённых — 2 л/мин, 9 ч, 0,3; родовые — 9 л/мин, 12 ч, 0,4;
• палаты прочих отделений для взрослых, кроме психиатрических (на 1−2 койки), — 4 л/мин, 1,5 ч, 0,3;
• отделение выхаживания недоношенных детей — 2 л/мин, 24 ч, 0,8.

Коэффициент использования учитывает, что точки работают не одновременно и не весь день. В интенсивной терапии и реанимации он равен единице: каждую точку считают работающей круглосуточно.

Расчётный минутный расход группы однотипных точек:
Q = q x n x K,

где q — номинальный расход на одну точку, л/мин; n — количество точек; K — средний коэффициент использования.

Суточный расход той же группы:
Qсут = q x n x K x τ x 60,

где τ — продолжительность использования в течение суток, ч. Результат получается в литрах, для перевода в кубометры его делят на 1000.

Суммы по всем группам дают две величины, и у каждой своя задача. Минутный расход определяет производительность источника: по СП кислородный генератор должен обеспечивать суммарную расчётную часовую потребность всех точек с коэффициентами из таблицы 7.3. Суточный расход определяет запас кислорода там, где источник хранит газ, — в рампах и газификаторах.

Условный хирургический корпус лечебно-профилактического учреждения (ЛПУ) включает две операционные, одну наркозную, ОРИТ на 10 коек для взрослых, восемь точек в послеоперационных палатах, 30 коек в палатах на 1−2 места, четыре перевязочные и один эндоскопический кабинет.

Минутный расход по группам:

• операционные: 20×2×0,7 = 28 л/мин;
• наркозная: 10×1×0,5 = 5 л/мин;
• ОРИТ: 8×10×1,0 = 80 л/мин;
• послеоперационные палаты: 8×8×0,5 = 32 л/мин;
• палаты: 4×30×0,3 = 36 л/мин;
• перевязочные: 6×4×0,2 = 4,8 л/мин;
• эндоскопия: 10×1×0,4 = 4 л/мин.

Суммарный расчётный расход — 189,8 л/мин.

Суточный расход считают с учётом ограничения для ОРИТ. В отделении 10 коек, это меньше 12, поэтому суточный расход принимают не больше круглосуточной потребности шести коек: 8×6×1,0×24×60 = 69 120 л. По остальным группам: операционные — 8 400 л, наркозная — 300 л, послеоперационные палаты — 46 080 л, палаты — 3 240 л, перевязочные — 576 л, эндоскопия — 1 200 л. Итого около 128,9 м³ кислорода в сутки.

Обратите внимание на разницу: ограничение для ОРИТ уменьшает суточный расход, но не минутный. Источник всё равно подбирают на 189,8 л/мин, потому что в пиковый момент все десять коек интенсивной терапии могут работать одновременно.

Свод правил требует, чтобы система централизованного кислородоснабжения имела три независимых источника. Первичный обеспечивает всю расчётную потребность объекта, вторичный автоматически включается при отказе первичного и тоже обеспечивает всю потребность. Резервный включается при отказе обоих и обеспечивает операционные и отделения реанимации и интенсивной терапии не менее 3 часов с коэффициентом использования, равным единице.

Расчёт из примера показывает, как требования к каждому типу источника меняют решение.

Кислородные концентраторы. Первичный и вторичный источники должны выдавать не менее 189,8 л/мин каждый. Расход превышает 100 л/мин, поэтому по пункту 7.4.2.18 СП генераторы размещают в отдельно стоящем или пристроенном здании либо в специальном контейнере с освещением, отоплением и кондиционированием. Для такого расхода удобна контейнерная кислородная станция, в которой модули концентраторов, компрессоры, ресиверы и автоматика собраны в одном инженерном модуле.

Баллонные рампы. Если рампа служит первичным или вторичным источником, каждый из них должен хранить запас на 3 суток и более. Для корпуса из примера это 128,9×3 ≈ 387 м³ кислорода. СП принимает выход газообразного кислорода из 40-литрового баллона равным 6000 л, значит, на один источник нужно 65 баллонов, а на первичный и вторичный вместе — 130. При суммарном количестве баллонов более 10 штук их размещают в центральном кислородном пункте на расстоянии не менее 12 м от зданий. При таком количестве баллонов служба эксплуатации ежедневно занята их заменой и учётом, поэтому для подобного расхода рампу разумнее оставить резервным источником.

Газификатор. Для первичного или вторичного источника на газификаторе запас должен покрывать не менее 5 суток: для примера это около 645 м³ кислорода в газообразном состоянии на каждый источник. Кислородно-газификационная станция требует отдельной площадки и регулярных поставок жидкого кислорода.
Резервный источник. Операционные и ОРИТ при коэффициенте 1,0 дают 20×2 + 8×10 = 120 л/мин. За 3 часа это 21 600 л, то есть 21,6 м³, или четыре 40-литровых баллона по норме выхода 6000 л. Резерв такого объёма размещают в рампе в шкафу у стены здания или в пристройке, а при источнике на концентраторах баллоны резерва можно заправлять кислородом собственной станции.

Сравнение источников по расходу, площади, логистике и стоимости эксплуатации — на странице о кислородном оборудовании для медицинских учреждений.

Производительность источника бесполезна, если трубопровод не пропустит расчётный расход с допустимыми потерями давления. СП 158.13 330.2014 ограничивает скорость кислорода в медных трубопроводах 10 м/с и задаёт рабочее давление во внутренних сетях 0,45 МПа с допустимым отклонением 0,05 МПа.

Нормы таблицы 7.3 даны в нормальных литрах, то есть приведены к атмосферному давлению. При давлении 0,45 МПа по манометру газ сжат примерно в 5,4 раза, и 189,8 нормальных литров в минуту занимают в трубе около 35 л/мин. Условие по скорости 10 м/с даёт для магистрали из примера минимальный внутренний диаметр около 9 мм. Окончательный диаметр выбирают больше — по расчёту потерь давления на длину трассы до самой удалённой точки, с учётом фасонных элементов и перспективы расширения.

Наружные сети кислородопровода СП требует дублировать: от источника до потребителя прокладывают два трубопровода с автономной запорной арматурой — рабочий и резервный. Каждый из них рассчитывают на полный расчётный расход.

Расчёт диаметров, трассировку и испытания сетей выполняют при монтаже медных трубопроводов медицинских газов: от сечения магистрали зависит, получит ли дальняя палата кислород с нормальным давлением в час пиковой нагрузки.

Число коек удобно для первой оценки, но в формулу входят точки потребления. Ошибки при пересчёте повторяются из проекта в проект.

Койки считают одинаковыми. Десять коек кардиологического отделения дают 4 × 10 × 0,3 = 12 л/мин, а десять коек ОРИТ — 80 л/мин. Разница почти в семь раз.

Ограничение для ОРИТ применяют к минутному расходу. Правило о шести и двенадцати койках относится к суточному расходу. Источник и трубопроводы подбирают по фактическому числу точек.

Забывают помещения без коек. Операционные, наркозные, процедурные эндоскопии и перевязочные дают заметную часть минутного расхода, хотя коек в них нет.

Не учитывают расширение. Если учреждение планирует новые койки ОРИТ, запас закладывают сразу в сечение магистралей и площадку под источник: расширить трубопровод в действующей больнице сложнее, чем добавить модуль концентратора.

Для предварительной оценки достаточно электронной таблицы со следующими столбцами:

1. Помещение по таблице 7.3 СП 158.13 330.2014.
2. Номинальный расход на точку q, л/мин.
3. Количество точек n.
4. Коэффициент использования K.
5. Продолжительность использования τ, ч/сут.
6. Минутный расход Q = q x n x K.
7. Суточный расход Qсут = Q x τ x 60 с ограничением для ОРИТ.

Итоги таблицы дают четыре проектные величины: производительность первичного и вторичного источников (сумма столбца 6), запас для рампы или газификатора (сумма столбца 7, умноженная на 3 или 5 суток), объём резерва на 3 часа для операционных и ОРИТ и расчётный расход для подбора сечения магистралей.

Предварительная таблица не заменяет проект: в нём сверяют нормы с паспортным потреблением аппаратуры, выбирают схему резервирования и рассчитывают сети. ООО «Интегра-РУС» выполняет расчёт мощностей, подбор оборудования и проектирование систем медицинского газоснабжения с сопровождением при экспертизе, а затем поставку, монтаж, пусконаладку и обслуживание. Как устроена система целиком — от источника до конечной точки — описано на странице о системе медицинского кислородоснабжения.

Расчёт кислородной системы, в котором указан только суточный расход в кубометрах, годится для сравнения с поставками, но не для проекта. Проектировщику и службе эксплуатации нужны обе величины: минутный расход — для источника и трубопроводов, суточный — для запаса в рампах и газификаторах. Если в расчёте есть обе, а резерв на 3 часа для операционных и ОРИТ посчитан отдельно, ночное предупреждение о переходе на резерв остаётся проверкой сигнализации, а не признаком нехватки кислорода.

Вы можете связаться с нами любым удобным способом:

• Позвонить: +7 (499) 677-56-36
• Написать: info@integra-o2.ru
• Заполнить форму на сайте