洁净空调设计.doc

您的查询字词都已标明如下：洁净空调设计 (点击查询词，可以跳到它在文中首次出现的位置)(百度和网页/2002/zrkx/hj/0001.htm的作者无关，不对其内容负责。)窗体底部当前位置为：=自然科学=建筑=环境工程洁净手术室空调设计浙江大学建筑设计研究院 胡吉士 奚康生论文摘要：介绍了医院洁净手术室空调设计的原理、净化设计计算及室内气流组织方法，给出洁净手术室空调负荷计算方法，自动控制系统的流程及原理，提出洁净手术室专用空调机组的模式。关键词：空调设计、医院手术室、空气净化、专用机组论 文 随着社会文明的进步及人民生活水平的提高，人们对医院的环境要求不断提高，特别是在控制手术感染方面，也有了更高的要求。改革开放以来，西方发达国家的一些医院的设施情况也不断影响着我国医务界的有识之士。因此近几年来，各医院的新建及改建工程中大都面临洁净室的建造问题。特别是手术室、血液病房、烧伤病房、抢救中心等要害部门，都希望有一个符合不同等级要求的洁净环境。为此暖通空调领域中也出现了一些专门从事医院洁净室设计及建造行业的企业，洁净手术室则是各企业的重点，可以肯定地说，随着社会的不断进步，这一领域必定会有更大的发展。由于历史的原因，迄今为止，我国尚没有一部可在全国推行的医院手术室洁净空调设计的规范，不少的设计单位和施工单位，都是借鉴工业厂房洁净室的做法及一些境外公司的做法，虽然一定程度上也能满足要求，但很难出“精品”。实际上手术室空调与工业洁净有很多不同之处，国外的一些作法也不一定符合中国国情。有些洁净手术室在刚投运时能满足洁净等级的要求，但使用不久即发生菌生超标的现象，有些系统的高效过滤器在很短时间内即发生失效现象，所有这些，与系统的设计都有较大关系，本文介绍的是笔者通过对医院洁净手术室的空调设计的多年探讨与实践，总结出的一套比较适合中国国情的设计方法。1医院手术室空调设计的理论依据过去，大多数暖通工程师都认为医院手术室空调设计必须是全新风系统，不能使用循环风，这种观点沿用了多年。后来，由于对细菌及病毒的深入研究后发现，细菌的颗粒直径是15m，病毒的颗粒直径是001003m，两种颗粒均以群体存在，细菌及病毒把尘粒作为载体附着在尘埃中，并以尘埃中的水分及营养维持其生命。由此可以推断以群体存在的细菌及病毒颗粒大大超过它们自身的尺寸，通常认为其粒径大于05m。用各类过滤器除尘即可达到除菌目的，而且，除菌效率大大高于除尘效率。这一研究奠定了手术室洁净空调技术中使用各类过滤器，除去直径0.5m以上的尘埃达到除菌目的的理论基础。并以每立方米空间中大于或等于05m粒径的尘埃粒子数为基准制订出各个洁净等级的标准。由此，手术室空调设计打破了全新风的概念，开始使用循环风。而且越是洁净度等级高的手术室，循环风量越大。当然，每一例手术发生感染的可能性有直接接触、自身感染及空气污染三种途径。空调工程解决的是空气污染问题，就是这一问题的解决对控制手术污染也有极为重要的意义，这不是本文的重点，不在这里详述。11医院手术部用房分级军队医院手术部建筑技术规范1中列出了洁净手术部用房分级标准，可作为各医院建设单位及设计单位参考，笔者征求了一些医院外科医生的意见，认为这种分级标准还是合适的。见表1。12洁净手术室设计环境参数：洁挣手术室空调设计的主要任务是要通过净化空调的手段达到能满足手术室医疗要求的环境指标。归纳起来，主要有温度、湿度、洁净度、新风量及噪声五要素，也就是洁净手术室空调设计的五个主要环境参数。由于目前国内对手术室的设计参数尚未有统一规定，大多数沿用洁净厂房设计规范或医用房类别 等级 用房名称 适 用 范 围 手 术 室 特殊洁净手术室 脑外科、全身烧伤、股关节置换、脏器移殖及感染率大的处置室 洁净手术室 心脏外科、眼外科、整形外科及非全身烧伤 一般洁净手术室 （心脏外科除外的）胸外科、沁尿外科、分娩室、皮肤科及耳鼻喉科 一般洁净手术室 门诊、急诊、一般外科 辅 助 区 无菌更衣室 准备室 后处置室 器械准备室 麻醉室 苏醒室 洁净走廊 更换手术衣 术前准备、过渡 手术后处置 手术器械准备 麻醉操作 术后苏醒 内走廊 无级别 其他用房 换鞋、一次更衣 1.2.1温度手术室对温度的要求是要保证手术正常进行，相对于洁净度来说它不是一个严格的因素，但是温度的确定必须有利于医生的操作，有利于伤口的愈合，减少感染的可能性。温度过高，医生感到闷热，就不可能做好手术，过高的温度还可能增加感染的可能性，温度过低会使病人产生低温机能性障碍，也不利于手术。我国和一些发达国家的温度指标比较，见表2。日 本2澳大利亚3军队医院规范1夏 季22-262022-25冬 季22-262222-25笔者认为日本的标准2226比较合适，一般来讲夏季可取上限2426，冬季可取下限2225。有些医院要求冬季温度达27甚至28，他们主要考虑病人有可能裸体，但就医护人员来说，这个温度就过高，实际上室温在211239的环境下有13病人会发生低温机能性障碍，当室温211时，几乎所有病人都能发生低温机能性障碍4。我们曾遇到某医院把工况定到冬季27，医护人员普遍感到受不了，特别是南方的医院，人们更不习惯冬季如此高温。此外温度过高不容易控制医护人员的发菌量，也会影响手术切口的感染率和愈合率。122湿度湿度的标准也不是一个非常重要的因素，在药用GMP。对手术室来说，这两个规范都不能完全适用，笔者参考了有关文献并结合实践经验，对这几个环境参数有一些总结与体会，分述如下。南方的医院里，只有冬季才发生湿度偏低的情况，在北方则冬季加湿显得较为必要。现将我国和一些发达国家的湿度指标比较，见表3。日 本2军队医院规范1澳大利亚3夏 季45%-60%50%-60%60%冬 季45%-60%50%-60%40%一般来讲，相宜的湿度为5060，条件放宽一点则考虑4565。在这个湿度下，湿表面水份蒸发适量，不会因创面过于干燥而影响日后伤口的愈合，也不会因湿度过高而产生器械锈蚀或霉菌。笔者认为日本的标准也是比较适合我国国情的，从I-d图分析，如果下限控制为45的话。在南方相对湿度较大的地区有可能不设加湿装置，这可免除一些加湿装置对净化系统的负面影响，另外对节约初投资也是有利的。由于洁净手术室的特殊情况，真正要达到一定的湿度标准也还是需要一定的控制手段的。123洁净度洁净度的标准是洁净手术室空调设计的主要因素，洁净室的等级在国内已比较统一，对手术室而言，目前有100级、1000级、10000级及100000级四种，尚未有10级标准的手术室，其尘埃粒子数、悬浮游菌、沉降菌浓度的标准也较统一。军队医院建筑技术标准中对此有较明确的标准，实际上国外的标准也是如此，可见表4。13最小新风量最小新风量也是洁净手术室设计的一个重要因素，有些洁净手术室设计制作完成并通过洁净度验收，但医护人员却不愿意用，有些手术室做了洁净空调，医生还开着门手术，这样完全没有利用洁净手术室的功能，造成了资源的浪费。其主要原因是医护人员感到气闷，尤其是南方地区，人们不习惯在没有窗户的房间内活动，除温湿度的原因外，新风量也是很重要的一个因素。我国洁净厂房设计规范中规定洁净厂房中“保证室内每人每小时的新鲜空气量不小于40m3（hP），对手术室来说这个取值显然偏低，因为医护人员在手术中处于高度紧张状态，洁净手术室又是完全密闭状态，军队医院洁净手术部建筑技术规范中规定最小新风量为60m3（hP），应该说比较合适。另外，还应考虑最小新风比及维持正压所需的新风量，我国一般取维持正压的换气次数为6次h，而日本则要求15次h，这与能源消耗水平有关，因为新风量的大小直接影响整个手术室的空调负荷。设计时应在人均指标、最小新风比及维持正压三者中取大值。14噪声洁净厂房设计规范中规定空态测试时乱流洁净室的噪声级不宜大于60db（A），层流洁净室的噪音级不应大于65db（A），显然这对于手术室来说是不允许的。为此，我们查阅了一些参考文献，列表比较，见表5。日 本2军队医院规范1澳大利亚335-40Db(A)40-50Db(A)50Db(A)我国民用建筑隔声设计规范中规定，医院手术室允许噪声级为：4550dB（A）。由于洁净手术室设计风量普遍高干一般的舒适空调，要求45dB（A）以下比较困难，初投资偏大。控制在4550dB（A）之间比较现实，当然以50dB（A）为较常见。选择合适的风速及消声装置是控制噪声的关键。2洁净手术室空调系统设计计算2.1关于净化计算的室内外计算参数的确定211室外环境含尘浓度在空气洁净技术中，最常见的是以大于或等于05m粒径的尘埃粒子数量为准的计数浓度。对于室外大气尘浓度，不同的地域差异较大，通常可以分三类典型地区来统计。大量统计资料分析可得到我国这三类典型地区的室外计数浓度：工业城市：计数含尘浓度一般不超过3X105粒/L，最高约为106粒/L（属严重污染程度）；城市郊外（不包括郊外工业区）：计数含尘浓度一般不超过2X105粒/L；非工业区或农村计数含尘浓度一般不超过1X105粒/L。大量的研究表明，对于高效空气净化系统100级及以下的洁净室，当大气尘浓度在106粒/L以内变化时，对洁净室合尘浓度的影响可以忽略不计，所以通常作净化设计计算时取106粒/L作为室外大气尘浓度，这在工程处理上也是保险的。212室内单位容积发尘量手术室内发尘量主要包括人和建筑表面、设备表面等。实践证明人的发尘量是最主要的，而且人的活动对发尘量的影响也较大，在一般情况下，设计计算中可取：静止时人的发尘量为：105粒/（Pmin）活动时人的平均发尘量：5x105粒（Pmin）地面表面发尘量：125x104粒9minm2）人员静止时：22洁净手术室布置目前国内洁净手术室的净化等级一般为100、1000、10000、100000级四个等级。少数超过100级的和低于100000级的。洁净手术室按室内洁净度的要求可布置为单向流洁净室、准单向流洁净室和乱流洁净室，分述如下。221单向流洁净手术室对于100级及100级以上的高洁净度手术室一般采用单向流洁净室。单向流洁净手术室一般布置为全顶棚送风，两侧回风，用两侧回风替代传统单向流洁净室的格栅地板回风。这样改善了人们视觉上不适之感，地板由格栅改为实体地板对手术室使用上也方便了许多。近几年来国内做了大量的研究工作，第一次从理论、实验以及实际应用方面比较全面地对两侧回风的方式给予了评价，得出了在6m室宽以内可以实现单向流，达到100级洁净度的结论。对于手术室来讲6m室宽己足够了。因此，只要将回风口布置在手术室的长侧边下部即能满足洁净室设计条件。222局部单向流洁净手术室手术室按医疗功能来划分可大致分为手术台区、手术操作区、设备仪器区、巡回护士通道区和辅助设备区这五个区域。从保证手术创口无菌感染为目的来讲，这五个区的洁净度是可以有差别的。其中手术台区、手术操作区净化要求最严格，其余区域可略低要求。因此，近几年来国内外均有大量采用局部单向流洁净手术室的报道。局部单向流洁净手术室把乱流洁净室的主流区扩大覆盖手术台区、手术操作区，在顶部以送风顶棚向下均匀送风，使主流区的气流完全符合单向流的技术条件。从而在手术室内形成局部的垂直单向流区。这种主流区的局部单向流高洁净区的应用在医院手术室方面获得了较理想的效果。气流从顶部送风顶棚送出并以活塞式推进至手术台平面后向四周分散，以乱流形式在室内其余部分扩散稀释室内的产尘后由侧墙回风口排出手术室。回风口形式取决于室内洁净度的等级，对于局部100级室内基准1000级的手术室一般用两长侧边回风，对于局部1001000级室内基准1000级的手术室，回风口一般只布置在八角形房间的四角。以局部单向流替代全室单向流的做法对减少室内送风风量、降低噪声进而减少初投资及日常的运行费用都是有利的。一般的100级洁净手术室均采用这种方案。223乱流洁净手术室对于1000级以下洁净度的手术室一般是采用乱流洁净室的模式。高效过滤送风口布置在手术台上方的顶棚上，在侧墙四角（1000级）或对称两角（10000级及以下）布置国风口。见图4、5。将室内产尘压向回风口，达到洁净的目的，这种手术室在洁净手术室中占有较大比例。综上所述各类手术室的送回风方式归纳为以下几种形式，如表6所示。洁净度 手术室形式 送风形式 回风形式 100级 单向流洁净手术室 顶棚满布高效过滤器，送风形成平行单向流 长侧边满布统长回风口 局部100级 基准100-1000级 局部单向流洁净手术室 局部顶棚满布高效过滤器（覆盖手术台区、手术操作区）局部单向流 长侧边满布统长回风口 局部100-1000级 基准1000级 局部单向流洁净手术室 局部顶棚满布高效过滤器（覆盖手术台区、部分手术操作区）局部单向流 四角回风 1000级 乱流洁净手术室 高效过滤送风口乱流送风 四角回风 10000级 乱流洁净手术室 高效过滤送风口乱流送风 三对角回风 100000级 乱流洁净手术室 高效过滤风口乱流送风 三对角回风 23高效净化系统计算231高效净化系统的组成目前国内外空气高效净化系统一般由三级空气过滤器即初级空气过滤器、中间空气过滤器和末级空气过滤器串联组成。其滤尘的总效率为：=1-（1-1）（l-2）（1-3）式中1初级空气过滤器计数效率：2中间空气过滤器计数效率；3末级空气过滤器计数效率；三级串联后总的计数效率。其中初级空气过滤器设在新风入口或回风口上（兼作回风阻尼层）一般为粗效空气过滤器，在额定风量下粒径5m时，计数效率2080，初阻力50Pa。中间空气过滤器设在空调机组风机的压出段内，一般为中效空气过滤器或高中效空气过滤器，在额定风量下粒径1m时，中效过滤器计数效率为2070，初阻力80Pa；高，中效过滤器计数效率为7099，初阻力100Pa。末级空气过滤器设在送风管路的末端进风口处，一般为高效空气过滤器或在高效空气过滤器，在额定风量下，高效空气过滤器对于粒径05m尘粒计数效率可达9999999%，其初阻力为190250Pa。亚高效空气过滤器在额定风量下对于粒径05m尘粒计数效率可达95999，其初阻力为120Pa。232单向流洁净手术室经过三级过滤的空气，其含尘量已接近于0，所以，对于满足单向流条件的手术室来讲无需再核算室内的尘粒浓度和菌落数。为了达到单向流洁净手术室的效果，室内气流组织必须满足手术室内流线平行度、室内流速乱流度和送风下限风速的三项特性指标”。对于流线平行度的要求为流线倾角的最小值约65，流线从直线逐渐倾斜，其倾斜程度不大于05cm。对于流速的乱流度要求室内各点流速的均方差根与平均流速比值不大于02。为了达到以上两项技术指标，在单向流洁净手术室的布置上要保证：a送风顶棚高效过滤器的满布比要大于80；b防止高效过滤器出现漏洞，以免漏尘破坏工作区的洁净度和漏风干扰室内气流场；c.为了保证送风顶棚上各高效过滤器均匀出风要求，送风静压箱内的压力分布要均匀。必须控制静压箱内风速不超过lm/s，其入口进风风速不超过6ms。或者加设阻风档板调整静压箱内的压力分布；d保证送风顶棚上各高效过滤器的阻力要均匀，每个过滤器的额定阻力与平均阻力之间的差值不超过5；e.提高回风均匀度，回风口应满布在两长侧边的下方，用以拉动送风的均匀。为了控制室内各方面的污染源的污染，并能迅速使室内空气自净，送风顶棚的送风风速应大于下限风速。空气调节研究所专题研究表明7，垂直单向流的下限风速为025m/s，水平单向流的下限风速为035ms。在具体工程设计时，送风风速应略高于下限风速。垂直单向流洁净手术室设计风量为：QFv3600（23）式中Q一一垂直单向流洁净手术室送风量，m3h；F送风顶棚面积，m2；V一送风风速，建议取030035ms。2.33乱流洁净手术室洁净度为1000级和1000级以下的手术室均可设计成乱流洁净手术室。乱流洁净手术室内气流流线不平行，速度场的流速不是单一方向，速度大小也不均匀，室内存在涡流，由于其净化原理是靠洁净送风稀释渗混室内产尘，把含尘高于送风浓度（此浓度也应符合洁净度标准）的空气排出室外，从而带走室内产尘。因此，对于乱流洁净手术室的设计计算的任务主要是计算室内空气含尘浓度的变化，按预定的洁净度要求确定送风量（或换气次数）。将乱流洁净手术室作一个封闭体系，建立由送、回风带进、带出尘粒和室内产生尘粒而引起的室内含尘浓度变化的动态平衡模型，可得：a 室内平均含尘浓度：式中 N室内稳定含尘浓度，粒/L；Na主流区内含尘浓度，粒/L；Nv涡流区内含尘浓度，粒/L：NS一一送风含尘浓度，粒/L：G一室内单位容积发尘量，粒m3min）：N一一手术室换气次数，次h；不均匀系数，按表7取值：Na一主流区含尘浓度，粒/L；一主流区中发尘量占总发尘量的比，可按表8取值：涡流区至主流区的引带风量和送风量之比，可按表9取值。对于乱流洁净手术室可由（24）式推导出换气次数的计算公式：Ns可由下式计算：式中 M大气含尘浓度，粒/L，取106粒/L；S回风量对于全风量之比；见前式。室内稳定含尘浓度N此时可理解为设计含尘浓度，直取该洁净度最高含尘浓度的1213。再求出Na和Nb，就可从理论上推出在该手术室要控制的较洁净的主流区和最不利的涡流区的含尘浓度，要求Nb不大于设计要求洁净度的最高合尘浓度为合格，否则应作调整。最后还需计算该洁净手术室的自净时间：式中No一一洁净室原始合尘浓度，一般围护结构可取08m；t一达到自净时间，min；其余同前。自净时间对洁净手术室来讲也是一个重要指标，要求它与医务人员的手术准备时间同步，若此项指项指标不满足，仍需调整换气次数，重新作设计计算。234局部单向流洁净手术室局部单向流洁净手术室目前应用较广，一般100级1000级的洁净手术室大都采用此种形式。其设计计算分两步进行：首先，确定单向流送风区域，应覆盖手术台区和手术操作区，部分覆盖设备仪器区。其最小的区域建议为手术操作区每边外扩150mm，有条件时可扩大到设备仪器区1/2到全部。以此单向流送风面积按单向流下限风速计算出系统的总送风量。再由总送风量推出换气次数用（24）、（25）、（26）式计算出Nb、N、Na，并用（29）式复核自净时间，Na、Nb、t应均能符合设计要求，否则再调整单向流送风区域，重新计算直至符合要求为止。3洁净手术室内空调冷热负荷计算按照GBJl9-87有关条文计算洁净手术室空调冷热负荷。31手术室计算模型由于洁净环境的装修要求，洁净手术通常布置成内衬小室的形式，内衬小室的壁面材料一般为多层复合板，常用的有：簿钢板粘贴保温材料、内夹保温材料的彩色钢板制成的复合板，带表面防潮保护层的石膏板。与其相关的外墙（隔墙）均为无窗墙面。北方采暖地区可在建筑外墙（隔墙）与内衬小室之间布置值班采暖。如图6所示。在该模型中，空调负荷以围护结构负荷、人体负荷、照明负荷、设备负荷及散湿负荷几个方面组成。32空调冷负荷321通过围护结构传入室内的热量手术室内衬小室的围护结构均属内围护结构，用下式计算其传入室内的热量：CL1KF(t1stn)（3.1）式中 CL1内围护结构传热形成的冷负荷，W；K一一内围护结构的传热系数，W/(m2)：F一内围护结构的面积，m2；tn一一手术室夏季空气调节室内计算温度，；twp邻室计算平均温度，。对于洁净手术室来讲，邻室是一个技术夹层（或顶棚空间）可以认为是散热量23w/m3的非空调房间。tistwp3（3.11）式中twp夏季空气调节室外计算日平均温度（）。按GBJ1987第229条规定采用壁面的复合板传热系数可由下式计算：式中 R一一内表面对流换热器，按GBJ1987表3143规定采用；R外表面对流换热器，按GBJ1987表3143规定采用；R组成围护结构的第i层单一材料的热阻（m2W）；RI=J（3.13）1第i层材料层厚度，m；ci一第i层材料层计算导热系数，W/(m）。322人体散热量手术室内人员数量及活动规律较难掌握，为简化计算，可以不考虑人体散热冷负荷系数的影响：CL2nq（32）式中CL2人体散