（土木工程专业论文）手术室空调自控系统的优化研究.pdf

摘要 摘要 本文针对目前医院洁净手术室所面临的温湿度难控制以及冷热抵消的高能 耗控制等实际问题，旨在寻找一种能有效控制医院手术室内温湿度同时又节能 的空调系统方案及其控制方案。为此，本文以湿度优先控制的思想为指导，从 热湿处理过程以及空调系统设置入手，在新风集中处理的基础上对一次和二次 回风方案进行了详尽比较，认为对新风进行集中处理，取消一次回风，强化新 风机组湿度优先控制的系统作用、弱化循环机组作用的系统构架方案对控制手 术室内的温湿度最有效同时也最节能。在此基础上，又针对现有大多医院手术 部过渡季节冷水供应不足、机组末端冷冻水温不够低等问题，进行了分析解决， 从而开发出了一套新型新风处理专用机组，即双冷源除湿再热系统，该系统在 温湿度控制和节能方面表现出良好的效果。最后对配置了新型新风专用处理机 组的双位定风量空调系统的控制策略和系统方案进行了深化与再开发，设计出 一套实用的医院空调系统的控制体系。希望本文的研究成果对今后医院手术室 净化空调系统的优化以及控制系统研究能有所帮助。 关键词：综合医院，洁净手术部，空调系统，湿度优先，双冷源大焓差新风机 组，控制系统 a b s t r a c t a b s t r a c t t h i sd i s s e r t a t i o na i ma tt h ed i f f i c u l tp r o b l e m so fc l e a no p e r a t i n gd e p a r t m e n ti n c u r r e n t h o s p i m l ，s u c h a s t e m p e r a t u r e h u m i d i t yc o n t r o la n dh i g he n e r g y c o n s u m p t i o nc o u n t e r b a l a n c eb e t w e e nc o o la n dh e a t ，t os e e kam e t h o dw h i c hc a nn o t o n l ya d j u s tt h et e m p e r a t u r e & h u m i d i t ye f f e c t i v e l yb u ta l s oe n e r g yc o n s e r v i n gf o rt h e a i rc o n d i t i o n i n gs y s t e mo fo p e r a t i n gd e p a r t m e n t t h e r e f o r e ，t h i sa r t i c l et a k e st h e h u m i d i t yc o n t r o lp r i o r i t yt h o u g h ta st h ei n s t r u c t i o n p r o c e e d sw i t ht h eh e a t h u m i d i t yt r e a t m e n ta n da i rc o n d i t i o n i n gs y s t e ms e t t i n g , m a k e saf u l lc o m p a r i s o n b e t w e e nt h es c h e m e so fp r i m a r yr e t u r na i ra n ds e c o n d a r yr e t u r na i rb a s e do nt h e c e n t r a l i z e df r e s ha i rh a n d l es y s t e m ，e d u c e st h es y s t e ms k e l e t o nt h a tc e n t r a l i z e df r e s h h a n d l i n g , c a n c e l i n gp r i m a r yr e t u ma i r , s t r e n g t h e n i n gt h eh u m i d i t yc o n t r o lp r i o r i t y f u n c t i o no ff r e s ha i rh a n d l i n gu n i ta n da t t e n u a t i n gt h ea c t i o no fc i r c u l a t eu n i ti sm o s t e f f e c t i v ef o ro p e r a t i o nr o o mt e m p e r a t u r e h u m i d i t yc o n t r o la tt h es a m et i m ea l s o c o n s e r v ee n e r g ym o s t o nt h i s c o n d i t i o n , a n a l y z e s t h e p r o b l e m s i nm o s to f h o s p i t a lo p e r a t i n g d e p a r t m e n t sn o w a d a y s ，c h i l l e dw a t e ri n s u f f i c i e n ts u p p l yd u r i n gt r a n s i t i o n a ls e a s o n s ， t h et e m p e r a t u r eo fc h i l l e dw a t e ri nt e r m i n a lu n i t si sn o tl o we n o u g h ，a n ds oo n ，t h e n d e v e l o p e dan e wt y p eo fa i rh a n d l i n gs y s t e ma n di t sc o n t r o ls a r a t e g yf o r 打e s ha i r , n a m e l yd o u b l ec o l ds o u r c e sd e h u m i d i f ya n dr e h e a ts y s t e mw h i c hd i s p l a y sg o o d e f f e c t sb o t hi nt e m p e r a t u r e h u m i d i t yc o n t r o la n de n e r g yc o n s e r v a t i o n f i n a l l yc o n d u c t sad e e p e n i n gr e s e a r c ha n dr e d e v e l o po nt h ec o n t r o ls t r a t e g y a n d s y s t e ms c h e m ef o rt h eo n o f fc o n s t a n ta i rv o l u m ea i rc o n d i t i o n i n gs y s t e mw h i c h c o n f i g u r e dt h en e wt y p ef r e s ha i rh a n d l i n gu n i t ，d e s i g n sas e to fp r a c t i c a lc o n t r o l s y s t e mf o rh o s p i t a la i rc o n d i t i o n i n gs y s t e m ih o p et h er e s e a r c hr e s u l t sw i l lb e h e l p f u lf o rt h eo p t i m i z a t i o no fc l e a na i r - c o n d i t i o n i n gs y s t e mi nh o s p i t a lo p e r a t i n g d e p a r t m e n ta sw e l la st h ec o n t r o ls y s t e mr e s e a r c h k e y w o r d s ： g e n e r a lh o s p i t a l ，c l e a no p e r a t i n gd e p a r t m e n t ，a i r - c o n d i t i o n i n g s y s t e m ，h u m i d i t yp r i o r i t y , d o u b l ec o l ds o u r c ea n dl a r g ee n t h a l p y d i f f e r e n c ef r e s ha i ru n i t ，c e n t r e ls y s t e m i i 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本：学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提 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室内的温度和湿度是两个不同的控制参数，往往在温度和湿度的控制方面 存在着一些耦合。在传统空调机组中，是以热舒适为主的，一般采用温度优先 控制，湿度控制要求较低。”。而在生物净化空调中，由于室内湿负荷较大，而 室内相对湿度又涉及到微生物控制和医疗效果的问题，往往更加重视对湿度的 控制“1 。医院洁净手术部建筑技术规范和许多相关的论文强调采用湿度优先 的控制方案。这就要求在保证生物净化要求的前提下实现节能控制方案。 但是自控不是孤立的，它与平面布局、负荷特性、空调系统紧密结合在一 第一章绪论 起，因此首先要针对不同级别、不同平面布局生物洁净室的特点发展出各种形 式的空调系统，并开发出相应的适宜的湿度优先的控制方案。 综上所述，本课题在申菱空调设备有限公司的大力配合下，进行医院手术 部净化空调系统和控制系统的研究与开发。 1 2 国内外研究现状、发展动态： 空调技术发展到现在已经日趋成熟，其产品得到非常广泛的应用，这跟控 制技术的发展与应用有着密切的联系。自2 0 世纪5 0 年代出现以基地式控制器 等组成的控制系统后，空调系统就与控制技术结根而生，象自力式温度压力控 制系统等等，其功能往往限于单回路控制，时至今日，这类控制系统在空调领 域还有一些应用比如自力式压力平衡阀、调节风门等“。随着2 0 世纪6 0 年代 出现了单元组合仪表构成的控制系统后空调系统的发展开始突飞猛进；该控制 系统主要分为电动和气动两大类，其控制策略主要是通过中小规模集成电路的 逻辑元件、二极管矩阵电路和继电器线路来实现l ，m 控制和常用的复杂系统控 制( 比如串级、均匀、比值、前馈、分程和选择性控制等等) 5 1 ，目前国内一些 大型厂房的空调系统还有对它的应用；2 0 世纪7 0 年代出现了计算机控制系统， 有单片机( m c u ) 系统、直接数字控制( d d c ) 系统以及可编程控制器( p 蚴 系统等，它们取代了中小规模集成电路的逻辑元件、二极管矩阵电路和继电器 线路，进而逐步使顺序控制、连锁保护与模拟量回路控制相融合，即电控和仪 控一体化，目前这些系统在国内空调领域都有广泛应用“1 ：直接数字控制( d d c ) 系统主要用于局部机组控制和小区域系统的集中控制，可编程控制器( p l c ) 系统 以其结构紧凑、功能简单、速度快、可靠性高、价格低等优点，在多数的大型 空调系统中有应用，而单片机( m c u ) 系统主要是以嵌入式单片机系统( s o c ) 的形式应用于整体式机组的控制中”1 。随后8 0 、9 0 年代又出现了集散控制系统 ( d c s ) 技术，管控一体化系统( c i p s ) 以及现场总线网络控制系统( f c s ) 实现了全数字化、双向、和多站通信的多层次计算机网络的远程控制，它们在 大规模工业生产、楼宇自控等大型综合系统中有应用“1 。可见控制系统的发展 以为空调系统的发展铺平了道路，更为恒温恒湿空调、净化空调以及各种变频 空调系统的优化应用提供了良好的平台。 但目前，国内专门针对生物洁净室等温湿度无控制精度，控制范围较大( 温 2 第一章绪论 起，因此首先要针对不同级别、不同平面布局生物洁净室的特点发展出备种形 式的空调系统，并开发出相应的适宜的湿度优先的控制方案。 综上所述，本课题在申菱空调设备有限公司的大力配合下，进行医院手术 部净化空调系统和控制系统的研究与开发， 1 2 国内外研究现状、发展动态： 空调技术发展到现在已经吕趋成熟，其产品得到非常广泛的应用，这跟控 制技术的发展与应用有着密切的联系。自2 0 世纪5 0 年代出现以基地式控制器 等组成的控制系统后，空调系统就与控制技术结根而生，象自力式温度压力控 制系统等等，其功能往往限于单回路控制，时至今日，这类控制系统在空调领 域还有一些应用比如自力式压力平衡阀、调节风门等“1 。随着2 0 世纪6 0 年代 出现了单元组合仪表构成的控制系统后空调系统的发展开始突飞猛进；该控制 系统主要分为电动和气动两大类，其控制策略主要是通过中小规模集成电路的 逻辑元件、二极管矩阵电路和继电器线路来实现p i d 控制和常用的复杂系统控 制( 比如串级、均匀、比值、前馈、分程和选择性控制等等) “1 ，目前国内一些 大型厂房的空调系统还有对它的应用；2 0 世纪7 0 年代出现了计算机控制系统， 有单片机( m c u ) 系统、直接数字控制( d d c ) 系统以及可编程控制器( p l c ) 系统等，它们取代了中小规模集成电路的逻辑元件、二极管矩阵电路和继电器 线路，进而逐步使顺序控制、连锁保护与模拟量回路控制相融合，即电控和仪 控一体化，目前这些系统在国内空调领域都有广泛应用“；直接数字控制( d d c ) 系统主要用于局部机组控制和小区域系统的集中控制，可编程控制器( p l c ) 系统 以其结构紧凑、功能简单、速度快、可靠性高、价格低等优点，在多数的大型 空调系统中有应用，而单片机( m c u ) 系统主要是以嵌入式单片机系统( s o c ) 的形式应用于整体式机组的控制中 7 1 0 随后8 0 、9 0 年代又出现了集散控制系统 ( d c s ) 技术，管控一体化系统( c i p s ) 以及现场总线网络控制系统( f c s ) 实现了全数字化、双向、和多站通信的多层次计算机网络的远程控制，它们在 大规模工业生产、楼宇自控等大型综合系统中有应用”1 。可见控制系统的发展 以为空调系统的发展铺平了道路，更为恒温恒湿空调、净化空调以及各种变频 空调系统的优化应用提供了良好的平台。 但目前，国内专r j 针对尘物洁净室等温湿度无控制精度，控制范围较大( 温 但目前，国内专门针对生物洁净室等温湿度无控制精度，控制范刖较大( 温 第一章绪论 度2 2 2 5 ，湿度4 5 一6 0 ) 以湿度优先控制为前提的净化空调自控系统的研 究尚少，多数研究仅限于工业恒温恒湿空调的范围，以开关控制、模糊控制和 智能p i d 控制的综合应用为主，综合利用这些控制策略通过嵌入式单片机、p l c 控制器和c r t 设备相结合的控制结构实现大型多区域空调系统的恒温恒湿，另 有一些关于d d c 直接数字控制器以及p l c 可编程控制器的恒温恒湿空调系统 的应用研究，但这些研究偏重于控制模型的模拟和控制方法本身的优化，与净 化空调系统的综合性优化较少同时控制系统庞大不适合小型的净化系统。虽然 这些对医院洁净手术室的净化空调自控设计有帮助和借鉴意义，但比较完善而 切合实际的白控系统还没有形成。多数国内医院所选用的净化空调控制系统一 般沿用工业恒温恒湿空调的简单控制模式，耗能多运行费用高。这大大降低了 医院的经济效益，同时也给人们增加了医疗负担；或采取温度优先原则，控制 体系粗略，以致温湿度波动较大，室内环境失调，对箧疗造成了风险。国外也 有一些对湿度优先控制的净化空调系统研究，但尚未见到有比较适合中国实际 的理想产品，目前杨浦区中心医院手术部的净化空调系统就是利用了国外设计 的湿度优先控制系统，由于该控制不是从空调系统架构入手，自控系统逻辑模 糊，设计过于复杂，投资大而且实际运行效果并不理想。可见，要把湿度优先 控制全面有效的融入实际工程中，首先从空调系统架构入手，还需要进一步深 化控制逻辑优化过程控制，需要更多深入的研究。同时随着综合医院建筑技 术规范的出台以及医院间竞争的日趋激烈，这方面的研究势在必行。 即将颁布的欧洲新标准改变了传统的做法，突出保护关键部位( 手术区) ， 强调减少整个手术部净化面积，非手术区可采用非净化空调和末端高中效过滤 手段，增大室内辐射换热，降低送风量。并提出减小新风量，增大室内自循环 风；保持正压，利用渗透至相邻房间，解决辅助区域空调问题等1 。为我们开 发新型空调系统与节能控制提供了理论依据。 1 3 学术构想与思路、主要研究内容及关键技术 1 3 1 学术构想与思路 要减轻人们的医疗负担，提高对医院环境的控制能力，促进医疗事业的进 一步发展，不断提高医疗质量同时最大限度的降低医院净化空调系统的初投资 第一章绪论 和运行维护费用，这是一个很重要的因素。 为此本课题研究将以湿度优先原则从开发新型空气处理流程以及系统配 置，优化净化空调系统的运行控制入手，以求达到全过程有效控制、节能和降 低费用的效果。根据不同的应用环境，宏观把握空调系统特征，确定系统组成， 在满足医疗使用标准的同时最大限度的降低运行成本，形成节能高效的系统组 织框架。 针对以手术部为代表生物净化空调系统，根据不同级别的净化系统以及平 面布局特点，形成几种可行性方案，在通过理论分析和经验比较，进而得到优 化的空调系统配置和空气处理流程；摆脱以往单纯的恒温恒湿控制思想，从实 际出发深处着眼，实行湿度优先控制b ，对应具体的空调系统方案，确定各种 内外气候条件下的运行工况条件和转换逻辑，形成一个比较有效的控制体系， 从而使整个净化空调系统达到优化效果。 1 3 2 本课藏的主要研究内容； 1 根据全空气系统( 一次回风系统，二次回风系统，旁通系统) 或空气 水系统( 自循环系统、干盘管系统、围护辐射系统) 等不同的空气处理流程， 优化净化空调系统的系统配置。 2 优化手术部净化空调系统的空气处理流程 3 优化各级别手术部净化空调系统的控制方案，针对不同的负荷特性、空 气处理流程给出最优的运行控制方案，以及控制系统方案，进而达到有效控制 与节能目的。 1 3 3 关键技术 手术部净化空调系统的热湿处理方式 手术部净化空调系统新风处理机组的配置 湿度优先控制条件下，对手术部净化空调优化系统中的运行工况区和机组 运行模式控制范围的确定 湿度优先控制条件下，手术部整个净化空调系统的优化控制系统。 4 第2 章医院手术部净化空调系统的特点及要求 第2 章医院手术部净化空调系统的特点及要求 2 1 医院手术都净化空调的特点 现代生物洁净技术是在工业洁净技术的基础上发展起来的，现今已广泛应 用于宇宙航天、医学、制药、微生物学、生物实验、遗传学工程和仪器工业等 方面。生物洁净技术与医院手术部的天然联系可通过如下历史事实得到验证： 1 9 6 6 年1 月，第一问生物洁净室在美国建成，而它正是用于巴顿纪念医院的手 术室 1 0 o 脱胎于工业洁净技术母体的生物洁净技术继承了前者的许多特性，但是由 于二者的应用领域及服务对象大相径庭，生物洁净技术有其不同于工业洁净技 术的特别之处。而医院手术部作为生物洁净技术的一个重要应用对象，其自身 又带有诸多的独特性质，因此有必要明晰医用净化空调与工业净化空调之间甚 至与其他领域的生物洁净系统之间的区别，从而为采取正确的、更具针对性和 经济性的措施打下基础。在此将这种区别归纳为以下几个方面： 2 1 控制的对象不商 工业净化空调是为工业生产过程服务的，其应用领域主要有电子行业、照 相制版业、光学机械行业等。这些行业对洁净技术的共同要求是控制其生产过 程中的所有微粒的污染，提高产品的成品率以达到预期的经济性要求。 医院手术部净化空调则以控制治疗过程中的生物微粒( 如细菌、病毒等) 的 污染、造就一个无菌空间为主要任务，对于洁净手术部而言，便是确保手术尤 其是深部手术能够在安全的空气环境中进行，降低术后感染率从而提高手术成 功率。在确定系统的控制措施时，必须考虑到生物粒子的生命特性 1 1 1 。 2 1 2 控制的思路不同 工业生产中，在解决了生产工艺的问题后，空气净化就成为了需要考虑的 主要矛盾：对于某些行业( 如超大规模集成电路的制造) 来说，没有洁净的环 境，几乎无法进行生产。因此工业净化空调的控制思路是不惜花费巨额投入， 针对每一生产环节的工艺要求严格控制空气的洁净度，为产品制造提供必要的 第2 章医院手术部净化空调系统的特点及要求 条件 1 2 1 。环境控制巨额投入靠产品成品率提高得到补偿。 而在医院手术部的治疗活动中，尽管统计表明，采用了净化空调确实提高 了治疗( 手术) 的成功率，但未能如工业净化领域那样找到空气净化级别与术后 感染率下降之间确切的因果联系。因而，包括我国医院洁净手术部建设标准 在内的多个国家的同类标准、规范都指出，医用净化空调强调的是无菌控制的 综合措施、全过程控制以及治疗( 手术) 环境的完整保障体系，净化技术则作为 该体系中一种必要的保障手段。 2 1 3 控制对象的要求范围不同 以工业洁净技术主要应用领域之一的电子行业为例。在集成电路的制造工 艺过程中，控制粒径是指能引起致命伤害的“杀伤粒子”( k i l l e r p a r t i d e s ) 的粒径， 一般考虑为特征线宽的二分之一或更小。只要有一颗处于关键部位的微粒便能 毁掉整个集成电路，从而使生产过程的质量控制失败。因此工业生产中常常要 求将空气中的尘粒浓度控制在极至的水平，使杀伤粒子几乎不复存在，即所谓 的“零污染”的概念。 而对于医院手术部来说，空气中尘粒的控制固然是一个方面，但更主要的 则是控制细菌和病毒等生物粒子。与工业生产不同的是，生物微粒首先须是致 病菌、且要达到一定的浓度才能对医疗过程构成危害，是一种累积性危害微粒 ( p r o g r e s s i v ef a i l u r ep a r t i c l e ) 。因此只需将其浓度限定在一定范围即可，而不一 定要做到完全无菌e 1 3 1 。 2 1 4 控制体的级别划分不同 工业中对洁净厂房等控制体的净化级别是根据控制体内空气中容许尘埃浓 度来划分的，这种容许浓度随不同生产过程的工艺要求及预期的成品率而变化， 并可通过成品率计算获得。 医院手术部中应用洁净技术的目的是造成一种良好的控制环境，消除一切 可能发生的差错。简单地说，即降低发生感染的风险。因此，在医用净化空调 中，须根据医疗过程的质量控制要求来确定空气中的容许微粒浓度。我国医 院洁净手术部建设标准中对洁净手术室以细菌浓度进行分级，并按不同手术 切口要求和手术内容来确定其细菌浓度要求。同时，为了利用现有完善的洁净 度验收体系来保证设计与施工质量，又将手术室等级和洁净度级别联系起来， 具体划分见表2 - 1 1 4 1 。 第2 章医院手术部净化空调系统的特点及要求 表2 1 手术室沽净度划分 瞢手术室 蠛嘲潜辨埔i 曹量太平均帐崖空气漓棒髓尉 袭撕太 矗名甓赫密度 孚木蒜一边区手术区 晨边医 特嗣谵净0 2 十，3 撕n 虬0 4 十凸伽如夺 i5 叶甜 l 盔 i 砷o 龋 手术童 9 0 ，卟妇，) 曩“o 十，一， 撑堆精蘸i 旧o _ k 雅2 夸口h l 虮9 0 nl 呻耐 1 0 0 0 i l ll 撼 乎木耋a t 措十j 时)t 靳舶咿) 一麓涫攮2 妇岫，i4 十播撼椎l 粕日 u ls 呻橱o 1 0 0 0 0 盔 乎木童( 鹤十描，)雕i 如钠曰】 囊撼净 摊 i m 鞭甑釉t ( 1 l 柏时)，巾知一釉曩 乎木童 2 1 5 室内嶷气品质的影响嗣素翔簟境程度苓廊 对于工业净化系统以及部分的生物洁净系统而言，其控制环境中对室内操 作者的密度一般不会很大，且其工作的强度和复杂性不高，因而控制体中的空 气的洁净度级别往往成为主要的控制参数，对其中的室内空气品质则不作特别 要求。 医疗活动有其自身的特点，如外科手术进行过程中往往伴随产生大量的有 害或有强烈臭昧的气体，若不对之采取有效措施将给室内环境造成污染。医院 手术部净化空调须将室内空气品质作为一个重要的控制内容，其原因有二： 第一，人体缺乏对空气途径污染的强有力的免疫系统，尤其是对医院手术 部中的病人们来说，不良的室内环境往往会造成其生理或心理上出乎意料的伤 害从而影响到整个治疗效果“”； 第二，对于医务人员来说，良好的室内空气品质有助于提高其工作效率和 诊断的准确性，从而间接使治疗过程的质量得到人的主观性方面的保障。在进 行手术的过程中，众多的医务人员聚集在相对拥挤的固定空间内，室内照明强 度与医疗仪器的散热较大，其中主要的医务者( 如主刀医生) 进行的不仅是中等 强度的体力劳动，更是高强度的脑力劳动，如果此时室内空气品质控制失当， 势必对其工作效率产生不利影响，甚至有可能导致其在手术过程中的误诊和操 作失误，给病人带来不必要的损伤，严重者会直接威胁到患者的生命安全 1 6 1 0 因而，强调对室内空气品质的控制也是医院手术部净化空调的一个重要特点。 第2 章医院手术部净化空调系统的特点及要求 2 1 6 主要技术参数的控制要求不同 基于医院净化与工业净化的不同特点，其对温度、湿度、压差、换气次数 等主要技术参数的控制要求也有很大差别。对温湿度没有特殊要求的工业净化 厂房，其热湿参数的控制主要为人员的舒适性服务，控制精度较低：夏季温度 2 4 2 6 ，相对湿度5 0 7 0 ，冬季为温度2 0 2 2 ，相对湿度3 0 5 0 ；而对于一些有特殊要求的生产工艺，如现代洁净车间的代表性行业大 规模集成电路生产线，其中的0 1um 线宽光刻机的局部温度控制精度要求不大 于0 0 1 t 1 7 l 。而对于医院洁净手术部来说，以温湿度为例，无论冬季夏季， 通常温度允许范围为2 2 2 5 ，相对湿度为4 0 6 0 ，两者都是一个恒定的 范围要求。 2 2 医院手术部净化空调系统的要求 以上对医用手术部净化空调的一些主要特点进行了详尽分析。这些分析为 我们合理地设计系统、配置设备提供了指导方向。接下来，我们将分别从系统 和空调设备两个方面出发，论述医用净化空调对二者的基本要求。 2 2 1 对系统的要求 与应用于医院手术部的生物洁净技术的特点相对应，医院手术部净化空调 系统需要做到以下几点： ( 1 ) 将关键区域的悬浮菌浓度维持在限定的范围内； f 2 1 维持室内各项所需的参数； ( 3 ) 使麻醉气体和其他有害气体维持在限定的允许范围内； ( 4 ) 维持各房间的之间的正压气流流量和流向； ( 5 ) 无论系统处于何种运行状态，净化区域内有序正压梯度能够保持不变。 达到这些要求需要平面布置、建筑装饰等与空调系统之间的有效配合。其 中，净化空调系统作为室内合格空气的提供者，其自身设计上的合理性、运行 上的安全性、技术上的有效性等必须引起足够的重视，必须对净化空调系统的 系统形式、热湿处理方式及气流组织等作细致的分析，以期达到安全性、有效 性及经济性的统一。 第2 章医院手术部净化空调系统的特点及要求 1 系统形式 合理选择系统形式将从总体上使得保障体系持久有效地运转，减少意外的 发生。对于医院手术部这样高风险的部门来说，这种稳定性具有非常重大的意 义。 确定系统形式的工作包含系统区域的划分，空气处理设备的设置( 集中或 分散式，以及冷、热源的配置方式等) ，新风处理方案的选择( 集中或分散式处 理及其分配方式) 等。其原则应该是： ( 1 ) 系统运行可靠，调节便利，既能进行整体控制，又能满足灵活使用的 要求； 伫) 新风处理应做到三级过滤，将由新风带来的干扰降至最低： ( 3 ) 区域间的正压控制方式简单、稳定； ( 4 ) 注重对高级别区域的保护，降低交叉感染风险。 2 热湿处理方式 工业洁净空调系统中，为保证生产工艺高精度要求的传统热湿处理方式， 能耗巨大，已不再适应医院手术部的要求。在此需要一个适当的热湿处理方式 来保证对手术部温、湿度的合理控制，同时它又能充分体现节能和经济性的要 求。另外，由手术部医用净化空调的主要控制对象馓生物粒子的生命特性 决定了系统的湿度控制应受到格外重视。近年来湿度优先控制理念的诞生为医 院手术部净化空调热湿处理方案向更节能、更安全的方向发展奠定良好的基础。 3 气流组织 气流组织应根据医疗活动的特点，采用灵活多样的形式，在保证控制体中 关键区域的温、速度场及微生物浓度等符合要求的前提下，争取用较小的投入 获得更好的控制效果。目前这项研究已经比较成熟，并在现实工程中有广泛的 应用。 4 控制系统 为使净化区域的温湿度、压差等参数在始终保持在允许范围内，手术部净 化空调系统的运行需要适当的控制系统进行调节。对控制参数进行范围性区域 式的控制，相对工业洁净的恒温恒湿控制要复杂，更节能更安全的特点也正是 第2 章医院手术部净化空调系统的特点及要求 由此得到保证，因此在合理的热湿处理方案基础上构建与之相匹配的控制系统 显得格外重要。 2 2 2 设备要求 空调设备及其系统作为医用净化空调系统的一个重要组成部分，其安全性 应受到与室内环境同等的重视。但长期以来，人们将注意力集中在对室内污染 的控制上，忽略了对空调系统设备自身产生的污染的控制，而后一种污染常常 具有更大的危害性。空调系统的二次污染容易引起的细菌污染与交叉感染，已 成为医院手术部院内感染的主要根源之一，而实践已经证明，系统内的空调机 组是二次污染的最主要发生地。 要解决空调机组的二次污染，首先要从根本上消除滋菌的两个基本条件， 即：除去尘粒，防止尘粒的存积；并控制水的产生、飞扬、积存与排除，避免 形成高湿度，这样才能从根本上消除由滋菌而引起二次污染的一切可能性。 传统的空调机组以及工业恒温恒湿空调机组显然无法真正实现这些要求。 因此，在讨论医用净化空调对系统要求的同时，须对其空调设备另作专门的科 学分析，开发出更具针对性和专业性的医用净化空调系统，为医院手术部各部 门提供满足其要求的空气环境。 2 3 小结 本章简要论述了医院手术部净化空调的主要特点，并根据这些特点提出了 对净化空调系统及其设备的要求。要实现医院手术部净化空调的控制目标，须 以全新的观念，从其系统方案、设备和控制系统等方面蓑手，发现并解决各种 实际问题。在以后的章节中，将对此进行展开讨论。 第3 章手术部净化空调系统方案的优化研究 第3 章手术部净化空调系统方案的优化研究 空调热湿处理方案是医院手术室净化空调系统设计的核心技术之一，只有 选择合理，才能保证手术部及其辅助房间空间的温湿度、洁净度条件，为医务 人员提供舒适而高效的工作环境，降低病人术后感染疾病传播等危害的产生， 保障手术部人群的安全。我国于2 0 0 2 年1 2 月颁布实施了医院洁净手术部建 筑技术规范g b 5 0 3 3 3 2 0 0 2 ( 以下简称规范) ，它在对手术部各区域规定 了相应的技术参数要求的基础上，更强调了净化空调系统对于手术全过程污染 控制的思路。规范提倡“湿度优先控制”的热湿处理理念，它把控制相对湿 度微生物生长和繁殖的必要条件彻底的付诸于实际，为今后手术部净化空 调熟湿处理技术的发展掀开新篇章。 3 1 手术室净化空调系统的技术参数指标 3 1 1 温度 对医院洁净手术部温度的规定：洁净手术室对温度的范围要求要高于手术 部内的其它房间i 级手术室及恢复室均为2 2 2 5 ，其辅助房间为2 1 2 7 ，这不仅基于手术部人群的舒适性，也考虑到有利于切口愈合、控制细菌繁 殖等因素：1 ) 病人在手术中全身裸露，如果室温过低，消毒剂吸收病人皮肤热 最迅速蒸发，易出现机体障碍性症状，据美国a a 菲尔特( a a f i e l d ) 介绍， 除非手术时间很短，否则几乎对所有病人在室温2 1 1 时，都能发生低温机 能性障碍，当手术时间超过一小时，室温在2 1 1 2 3 9 1 2 范围内，有三分之一 的病人会发生低温障碍；2 ) 室温也不能过高，病人皮肤消毒后应控制其排汗量 在最小程度，以免消毒后的皮肤受到随汗液排出的尘菌污染。另外，手术室内 医务人员集中且长时间处于非常紧张的状态度大，一个中型手术通常需要3 5 小时，在穿着较少衣服的情况下医务人员的排汗量也需予以控制。“” 3 1 2 湿度 医院洁净手术部的相对湿度指标，除对i 级手术室、恢复室、预麻醉 第3 章手术部净化空调系统方案的优化研究 室和更衣室作了上下限规定外其他房间均给出了上限值6 0 或6 5 。 相对湿 度不仅仅关系到人员舒适性，也对手术过程有重要影响。当室温在2 0 2 3 时， 通过蒸发的传热作用不大，湿度的变化对人体感觉没有显著影响，而当室温为 2 0 时，人体才刚刚感觉到相对湿度3 0 与7 0 之间的差别，通常普通衣着的 人在室温2 5 c 相对湿度6 0 才会出汗感到闷热1 1 9 1 。另一方面，相对湿度过高， 器械容易生锈，有些细菌生长很快，如葡萄球菌在相对湿度 1 6 5 时能很快繁 殖，同时也容易引起空调系统的二次污染造成隐患；而相对湿度偏低，手术切 口的水分散发过快；低于3 0 的相对湿度会导致人的呼吸道黏膜变干；切口干 燥不易愈合，而皮肤的皮屑增多易传播细菌，还有些细菌如肺炎球菌在相对湿 度2 0 时繁殖很快。啪1 另外据研究，相对湿度5 0 时，细菌浮游l o m i n 后即死 亡；相对湿度更高或更低时，即使经过2 l l 大部分细菌也仍存活。圯”在常温下， 相对湿度大于6 0 的环境可发霉；相对湿度大于8 0 的环境，无论温度高低都 要发霉1 2 2 1 0 由此可见相对湿度5 0 最理想，但考虑国情，仅要求i 、i i 级手术 室相对湿度在4 0 一6 0 ，h i 、i v 级手术室则放宽为3 5 棚。 3 1 3 风量 对于风量的规定主要针对手术室的新风量，换气次数和排风量三方面。 新风量取以下三个中的最大值： 1 ) 按最小新风换气次数6 次m 计算的新风量。 2 ) 补偿室内的排风并能保持室内正压值的新风量。 3 ) 按6 0 m 3 9 a 人计算的人员呼吸所需新风量。 当以上最大值低于下表指标时，则取表中相应数值。 表3 1 各级别手术室最小新风量 手术室级别每间最小新风量( m 3 h ) i 1 0 0 0 ( 眼科专用8 0 0 ) i i 、i8 0 0 6 0 0 新风的作用在以上计算中得到体现：满足人员呼吸保持正压稀释室内污 染，保证室内空气品质。 换气次数与手术室净化级别一一对应，它的功能有两个：一是保证洁净度， 第3 章手术部净化空调系统方案的优化研究 一是保证自净时间。在实际设计中宜兼顾自净时间与节能性的问题。规范中 规定“i i i i 级洁净用房净化空调系统的高效过滤器之前系统内的空气相对湿 度不宜大于7 5 。”这对计算总风量很重要，一旦达不到规范标准需增大总风 量时，从节能角度考虑，最好加大回风量。 排风规定是每问手术室的排风量不宜低于2 0 0 m 3 h ，它主要是排出消毒气 体、麻醉气体和不良气味。 3 1 4 热滠负荷 洁净手术室的得热量主要包括( 1 ) 医务人员与病人的散热量；( 2 ) 照明散 热量：( 3 ) 设备器械及其他室内热源的散热量；( 4 ) 围护结构的传热量。其湿 负荷主要来自于室内人体散湿，手术换台时进行清洁所产生的散湿虽然较大( 可 利用移动式除湿机处理) ，由于作用时间短，通常不算入设计湿负荷内。 洁净手术室通常处于建筑物空调区域的内区，特别是双通道布局的手术室 其相邻房间的温差基数都小于3 1 2 ，固其围护结构的负荷通常可以忽略不计， 除非位于建筑物项层；另外手术人员全年的衣着和活动强度相同，而室内照明 和发热设备的配置一般也不变，因此手术室产湿量基本不变，而产热量会有变 化，可认为其设计状态的热湿比e 。变化不大。 3 2 手术室净化空调系统的设计参数确定 以上海地区的手术室为例，特大型i 级手术室4 5 m 2 ( 1 2 人) ，大型级手 术室3 5 m 2 ( 1 0 人) ，中型i 级手术室( 1 0 人) ，小型级手术室( 6 人) ；顶棚 高均为3 0 米，非顶层结构i 均为单门手术室。 3 2 1 洁净手术室热湿负荷确定 1 人员热负荷 人员散热的冷负荷按下式计算， q r = q ，n n 式中 q ，一手术室内人员散热所形成的冷负荷，w 第3 章手术部净化空调系统方案的优化研究 q r 一不同室温和劳动性质时每名成年男子全热散热量，此处手术室内医务 人员的劳动属于中度体力劳动，在室内设计温度2 44 c 条件下取2 3 5 w ： n 一手术室内医务人员总数，i 级取1 2 人，i i 级1 0 人，i 级1 0 人，级6 人； n ，一手术室内人员的群集系数取0 9 1 计算结果见表3 3 2 人员湿负荷 手术室内人员散湿所形成的湿负荷，也即为手术室正常运行时的总湿负荷， 可按下式计算， w s 2 w s n n w s - - 手术室内人员散湿所形成的湿负荷，k g h , w 5 一不同室温和劳动性质时每名成年男子散湿量，此处手术室内医务人员 的劳动属于中度体力劳动，在室内设计温度2 4 1 2 条件下取2 1 9 9 h 。 n 一手术室内人员总数，i 级取1 2 人，i i 级1 0 人，级1 0 人，级6 人； n 一手术室内人员的群集系数取o 9 1 计算结果见表3 3 。 3 设备与照明的冷负荷 实际运行中手术室内设备的配备和使用情况差异较大，参考下表配置可见， 除了一些常规设备外还存在一些其他的未知设备配景，根据规范中“洁净 手术室内医疗设备及装置的配电总负荷应安设计要求计算，并不应小于 8 k v a 。”的规定，同时为计算方便，此处取8 k w 为设备总安装负荷，乘上一 个同时使用系数。设备及照明配置表如下 表3 2 设备及照明配置表 手术室设备数量( 台)安装功率( w )最大值( w ) 无影灯 1 22 5 伊一1 0 0 02 0 0 0 电凝器 12 02 0 观片灯 35 01 5 0 呼吸机 15 05 0 高频电刀 1 1 0 小一4 5 04 5 0 监护仪 15 0 8 08 0 第3 章手术部净化空调系统方案的优化研究 心电图仪 l5 05 0 脑电图仪 11 0 0 6 0 06 0 0 麻醉机 1 3 03 0 监视器 12 02 0 肺功能测定仪 1 8 0 8 0 荧光灯 1 6 4 0 6 4 0 参考总配电负荷 保证室内循环机组干工况运行，从根本上解决了空调箱内部细菌繁殖问 题，避免由此引起的“二次污染”，提高了空气品质，有利于医务人员 和病人的身体健康； 相对二次回风系统的风量调节，冷水水量控制更为便利准确，同时控制 灵活稳定； 让新风承担几乎全部负荷，实现了对湿度的优先控制，进一步优化了室 内机组的系统控制，提高了系统的可靠性，为温湿度解耦控制创造前提； 系统结构简单，管路压力易于平衡； 节能性好，易于管理维护。 3 整体空调系统热湿处理方案 新风机器露点选定要对整个手术部净化空调系统来说是至关重要的， 集中处理后的新风状态直接影响各级手术室空调系统的形式及运