我國南北氣候條件相差較大,手術室空調系統(tǒng)處理方案一直是設計人員關注的重點。雖然在過去十幾年的潔凈手術室建設中積累 了豐富經驗,但在實際運行中仍然存在諸多問題,有待進一步研究, 以便提高我國潔凈手術室整體建設水平。
本文就手術室空調系統(tǒng)處理方案進行討論,根據筆者在手術室設計方面的經驗,按照GB 50333-2013《醫(yī)院潔凈手術部建筑技術規(guī)范》(以下簡稱《規(guī)范》)的要求,提出手術室空調系統(tǒng)溫度濕度獨立控制、新風濕度優(yōu)先控制的方案,與同仁共同討論。
根據調査,目前大多數(shù)潔凈手術室空調系統(tǒng)的處理方案為:手術室新風空調系統(tǒng)集中處理,循環(huán)空調系統(tǒng)釆用一次回風或二次回風系統(tǒng),溫濕度實行冗余控制。由于醫(yī)院手術室由不同級別的手術室組成,潔凈度等級不同造成送風量相差很大,而且不同級別手術室的送風狀態(tài)點不同,難以組成一個空調系統(tǒng),或者說找不到集中新風空調系統(tǒng)的共同送風狀態(tài)點。
為了滿足不同級別手術室的使用要求,通常由新風空調系統(tǒng)集中處理新風,與手術室回風混合后送入循環(huán)空調箱內進行冷卻、加熱、加濕處理,循環(huán)空調系統(tǒng)采用一次回風加再熱系統(tǒng)(見圖1),這是一種所需風量與溫濕度耦合的處理方案,也是最傳統(tǒng)、最成熟,但最耗能的方案。其最大的缺陷是沒有將溫度和濕度分開獨立控制, 當負荷變化時,或者不同級別的手術室溫濕度變化時,各手術室溫 濕度(尤其是相對濕度)很難達到《規(guī)范》中技術指標的要求,在實際應用中也證明了這一點,如出現(xiàn)手術室濕度超標、能耗大等問題。
一次回風加再熱系統(tǒng)方案的空調系統(tǒng)耗冷量
典型冗余控制空調系統(tǒng)圖
為了有效控制潔凈手術室環(huán)境,實現(xiàn)手術室空調系統(tǒng)節(jié)能的目的,《規(guī)范》第8.1.1條規(guī)定,“潔凈空調系統(tǒng)應使?jié)崈羰中g部整體處于受控狀態(tài),并應使各潔凈手術室靈活運行“;第8.1.3條規(guī)定,“I、II級潔凈手術室與負壓手術室應每間釆用獨立凈化空調系統(tǒng), III、IV級潔凈手術室可2~3間合用一個系統(tǒng)”;第8.1.6條規(guī)定,有條件時,宜釆用新風濕度優(yōu)先控制模式”。根據《規(guī)范》要求, 潔凈手術室空調系統(tǒng)應該由集中新風空調系統(tǒng)(新風機組)和手術 室空調系統(tǒng)(循環(huán)機組)共同組成,并且《規(guī)范》還強調了新風濕度優(yōu)先控制與各手術室靈活使用的要求。
基于各潔凈手術室的使用特點以及對《規(guī)范》的理解,潔凈手術室空調系統(tǒng)應釆用集中新風空調系統(tǒng)消除手術室內濕負荷,循環(huán)空調系統(tǒng)調節(jié)手術室內溫度,2個系統(tǒng)分別對手術室內溫度和濕度進行獨立控制,使?jié)崈羰中g部整體處于受控狀態(tài),各手術室靈活使用。
溫度濕度獨立控制空調系統(tǒng)圖
潔凈手術部新風集中設置,有利于滿足各手術室的正壓要求,保證各手術室的壓力梯度。循環(huán)空調系統(tǒng)保證手術室的潔凈度,避免空氣交叉感染。排風釆用獨立系統(tǒng),并且與手術室自動門聯(lián)鎖,當手術室門關閉時排風系統(tǒng)自動開啟,使手術室始終處于正壓受控狀態(tài),各手術室也可以靈活使用。
由于新風空調系統(tǒng)承擔手術室內全部濕負荷,新風空調箱冷卻盤管的冷卻除濕能力加大,要求進表冷器的冷水溫度降低。當表冷器冷水進水溫度達不到要求時,可釆用直接蒸發(fā)冷卻器進行二級冷卻處理。
潔凈手術部(室)基本沒有外圍護結構,屬于建筑物內區(qū),其室內熱濕負荷幾乎不受外界氣候條件等因素的影響,因此手術室內人員數(shù)量、照明強度、狀態(tài)點相同并且是恒定的,各手術室循環(huán)空調系統(tǒng)自成獨立系統(tǒng),而且各手術室也可以靈活使用。
荷幾乎不受外界氣候條件等因素的影響,因此手術室內 人員數(shù)量、照明強度、醫(yī)療設備發(fā)熱量是影響手術室熱濕負荷變化 的主要因素,這也反應了手術室負荷的特點,即濕負荷相對穩(wěn)定, 而冷熱負荷瞬間變化較大。根據《規(guī)范》技術指標要求計算得出I級潔凈手術室送風量L=10000m3/h,熱濕比e=1100kf/kg,手術室送風量是一個定量,因此送風狀態(tài)點也就確定了。
通過計算,送風狀態(tài)點比焓45.76KJ/kg。
溫濕度獨立控制夏季處理過程h-d圖
溫濕度獨立控制冬季處理過程 h-d圖
表 潔凈手術室設計參數(shù)
表 夏季各級手術室空調耗冷量。
通過以上分析可知,在潔凈手術部實現(xiàn)溫度濕度獨立控制的關鍵是:手術室溫濕度有一個允許偏差范圍(符合《規(guī)范》要求), 且各手術室均有一個合適的新風處理狀態(tài)點(公共點),并且新風系統(tǒng)能帶走系統(tǒng)內所有濕負荷。滿足以上三個條件,溫度濕度獨立控制方案可在醫(yī)院手術部空調系統(tǒng)中推廣使用。
目前手術室空調系統(tǒng)廣泛釆的一次回風加再熱系統(tǒng)或二次回風系統(tǒng),是一種不節(jié)能的空調系統(tǒng)。溫度濕度獨立控制、新風濕度先控制是一種節(jié)能模式。從h-d圖上分析,從L1點加熱到T點,可利用余熱、廢熱進行加熱,如可釆用多功能熱泵機組的回收熱,也可以釆用直接蒸發(fā)冷卻器的冷凝熱,實現(xiàn)真正意義上的節(jié)能。
以上海一家三甲醫(yī)院潔凈手術部的16間潔凈手術室為例,將傳統(tǒng)的一次回風加再熱方案和溫度濕度獨立控制方案進行比較,結果如表所示。
經計算,醫(yī)院16間潔凈手術室,釆用一次回風加再熱方案,總冷量約為439kW,每年運行1500h,年耗能65.85萬kW-h電;釆用溫濕度獨立控制方案,總冷量約為281kW,每年運行1500 h,年耗能42.15萬kW-h電。兩方案比較,后者比前者每年少用電 23.7萬kW-h,節(jié)能率約為36%。
目前筆者所在單位設計的潔凈手術部空調系統(tǒng)放棄了一次回風加再熱方案,釆用溫度濕度獨立控制、新風濕度優(yōu)先控制方案。冷熱源釆用四管制多功能空氣源熱泵,取消空調箱內電加熱,利用多功能空氣源熱泵余熱作為再加熱熱源,節(jié)約了大量能源。通過幾年 的實際運行,取得了較好的節(jié)能效果。
目前潔凈手術室空調方案釆用新風集中處理、一次回風加再熱模式,是一種十分耗能的方案,二次回風系統(tǒng)雖然可降低一部分能耗,但控制調節(jié)困難,常常需要采用輔助電加熱器調節(jié),實行運行節(jié)能效率并不顯著。
溫度濕度獨立控制、新風濕度優(yōu)先控制空調系統(tǒng)特別適宜發(fā)濕量比較穩(wěn)定、溫濕度控制精度要求不太高的手術室。
空調系統(tǒng)釆用溫度濕度獨立控制,新風空調系統(tǒng)帶走手室內全部濕負荷,循環(huán)空調系統(tǒng)承擔室內冷熱負荷,實現(xiàn)了真正意義上的新風濕度優(yōu)先控制模式,而非傳統(tǒng)的自動控制層面上的濕度 信號先行控制模式。
釆用溫度濕度獨立控制手術室空調系統(tǒng),處理新風熱濕負 荷時,要求有低于手術室內露點溫度的低溫冷水,而處理手術室內 熱負荷時,僅要求冷水溫度低于手術室內干球溫度。
當潔凈手術部空調系統(tǒng)無獨立冷熱源,需外部供給站接入, 冷水出水溫度超過7 °C時,該空調系統(tǒng)方案新風第二級處理可釆用 直接蒸發(fā)冷卻器;循環(huán)風冷卻器可釆用較高溫度的冷水,有利提高 冷水機組(熱泵)的能效比。
潔凈手術部空調系統(tǒng)釆用溫度濕度獨立控制、新風濕度優(yōu)先控制模式,控制系統(tǒng)簡單,使用靈活方便,系統(tǒng)穩(wěn)定可靠,與傳統(tǒng)的一次回風空調方案相比更節(jié)能,對醫(yī)院節(jié)能更具有積極意義。
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