073低温手术室空调系统设计思路探讨

1、低温手术室空调系统设计思路探讨中国建筑科学研究院 建筑环境与节能研究院 梁磊摘要 结合具体案例，分析低温手术室净化空调系统的设计思路和方案，探讨在无法采用二次回风的情况下，采用旁通风形式代替一次回风的节能效果，以及北方地区在适当放宽室内相对湿度上限的前提下，仅使用冷水盘管达到低温要求的可行性，以简化工程难度，提高控制效率，降低工程造价。关键词 低温手术室、旁通风、冷水盘管0 引言近年来，伴随着我国国民经济的快速发展和人民生活水平的提高，国家医疗卫生事业同样也得到了迅猛发展，新的医疗技术对室内环境的要求不断提高。低温手术室，作为一种特殊的专用手术室也越来越多的出现在国内知名专科医院的洁净手术部建

2、设之中。在低温条件下，人体的代谢会变得缓慢，各种损耗由此减少，同时机体需要的供血、供氧量也相应减少，心脏甚至可以短暂停止跳动。一些心脏类手术如心内直视手术，要求手术视野平静、无血，所以要阻断循环，使心脏暂时停跳。然而在常温37时脑细胞耐受缺氧的安全时间仅为34分钟，而当体温降至30时，基础代谢率可降至正常的50%，体温降至20时代谢率可降至14%。低温手术室正是利用这一原理，在一段特定时间内，手术室室温从常规的2224降至1618，从而降低人体温度，保证对人体心、肺、脑、肾等各主要脏器无明显损害，待手术处理结束后，再将室温迅速恢复到正常温度，一般低温持续时间约为30分钟左右，降低和回升温度的过

3、程需要在510分钟内完成。本文拟结合实际案例建模，对低温手术室的净化空调设计思路进行探讨。1 设计模型 以北京市某知名心血管专科医院在建手术室为例建模。该手术室为DSA手术室，应用DSA进行心血管疾病的诊断和介入治疗。考虑到术中突发情况的应急措施，将手术室空调通风形式按级手术室考虑，并设计为低温手术室。当简单的介入手术由于突发情况转变成需要大开胸的心脏类手术时，不再更换手术室， 现场即可开展复杂手术，及时挽救病人生命。手术室位于综合门诊大楼四层，被洁净走廊、清洁走廊、控制室及辅房包围，如图1所示。手术室长11米，宽8米，配有控制室，通过观察窗可对手术室进行监控。手术室内设有落地C型臂、旋转式床

4、体、挂床式控制台、监视器吊架、悬吊式铅防护屏等设施。工作人员按15人考虑。大楼无手术室专用设备层，送、排风机房设于本层。新、排风均连接至建筑竖井。大楼外墙为玻璃幕墙，不允许开洞或外挂设备。大楼空调水系统为两管制，提供5/12冷水、 60/50热水，冬夏季切换。2 空调设计由于室内低温要求，表冷器背侧的送风露点温度要求达到较低值，只靠冷水盘管实现起来有一定难度。较常见的做法是氟直冷盘管与冷水盘管结合分级降温。但本工程由于客观原因，无法安装直接蒸发式空调机组的室外机，使笔者不得不拓宽思路，另辟蹊径。最终，本方案确定只采用5低温冷水盘管进行降温。考虑到手术要求的低温持续时间有限（一般2530分钟），

5、可以适当放宽低温运行时室内相对湿度的上限要求，只保证核心参数温度达标。对于5进水，如果供回水温差t设定在34时，送风露点温度可达到11左右，经过试算，基本能够满足低温要求。这样不仅简化处理过程，提高控制效率，同时降低工程造价，在北方地区具有一定推广价值。图1：手术室布置平面图1、 保温箱 2、器械柜 3、备用气源 4、悬吊式铅防护屏5、 观片灯 6、12、吊塔 7、备用电源 8、落地C型臂 9、药品柜10、观察窗 11、麻醉柜 13、监视器 14、控制面板2.1 设计参数确定在GB50333-2002医院洁净手术部建筑技术规范（以下简称规范）中，对级手术室室内温湿度要求有着明确规定：温度222

6、5；相对湿度4060%。本设计室内计算参数定为23、 50%。当进行低温手术时，室温降至1618，此时计算温度为17，相对湿度放宽至65%。2.2 负荷计算由图1可知，该手术室可视为内区，且被布置成内衬小室的形式。与其相关的隔墙除控制室观察窗外，均为无窗墙面。在该模型中，空调室内负荷由围护结构负荷、人体负荷、照明负荷、设备负荷及散湿负荷几个方面组成。不考虑低温情况，对于位处内区的手术室而言，其负荷特性与一般公共建筑物的冷负荷特性相似，全年建筑维护结构负荷基本可以忽略，冬夏季热湿比线相近。此时主要考虑人体、照明、设备负荷及散湿负荷等1。经计算得室内冷负荷为10.11kW；湿负荷为2.678kg/

7、h；热湿比：13591。低温运行时，手术室与相临房间温差超过3，需要考虑维护结构的传热负荷，按下式计算：2其中：围护结构冷负荷（W）； 内墙或楼板的传热系数； 传热面积（m2）； 邻室室内计算温度（）；手术室壁面材料为5mm卡索板，内衬8mm硅酸钙板。两种材料的复合传热系数经计算约6.40；内衬小室宽度约为300mm，计算热阻时可视为空气间层，复合传热系数经计算为0.28；地面厚120mm，面层铺2mm防静电PVC地材，两种材料的负荷传热系数约为2.03。邻室空调计算温度24，吊顶温度约25。可得低温运行时新增围护结构冷负荷为6.87kW。此时室内总冷负荷为16.98kW。湿负荷近似不变。如在

8、手术室四周加装保温层，则低温效果会更加明显，但工程造价亦会提高，而手术室进行低温手术的频率一般并不大，因此是否增加保温层需要院方视自身具体使用情况确定。本手术室暂不考虑额的外保温措施。2.3 通风系统及热湿处理过程本例中手术室面积较大（88m2），根据专业医疗设备厂家要求，长边须达到11m，集中送风天花面积也增加至 7.2m2，并在周边区适当位置布置2个高效送风口以保证周边区洁净度满足千级要求，系统总送风量为14000m3/h。系统新风量按6次换气计算为1600m3/h,大于1000m3/h 的最小取值，,按规范7.1.7的要求，本系统新风量应为1600m3/h。室内气流组织为顶送双侧下回风。

9、室内温、湿度采集点置于送风口处，对于低温工况，可以认为送风面的温度就是室内所需要的温度3。根据规范，级手术室每间采用独立净化空调系统。本楼手术室较为分散，分布于四至十层，因此本系统新风不适合与其他系统的新风集中处理。本手术室采用独立净化空调机组配独立新风机组的形式。新风不做热湿处理，经三级（初、中、亚高效）过滤后送入净化空调机组。净化机组承担手术室及新风负荷。这样系统灵活简单，方便操作，独立性强，尤其对于北方冬季寒冷地区，可以充分利用室外冬季冷空气作为冷源。经验数据表明，冬季采用新风冷源可将每年的供冷时间平均减少30d左右，节能效益可观4。空调系统原理图见图2：图2：空调系统原理图由于医用组合

10、空调器为消除积水杜绝细菌滋生，要求盘管均必须处于正压段5，因此传统意义上的二次回风已无法实现，但一次回风能耗较大，且盘管与风量匹配困难，再热量巨大。基于此，本设计空气处理过程采用旁通风形式，即新回风混合后只有部分通过表冷器降温除湿，再与其余旁通风混合后送入室内，该方式一定程度地节约了因再热引起的能量消耗，同时更有利于解决洁净空调机组常见的风、冷量匹配困难的问题。 旁通风形式夏季空气处理过程如下：旁通风、一次回风及二次回风夏季处理过程的h-d图见图3、图4、图5。图3：夏季手术室旁通风形式图4：夏季手术室一次回风形式图5：夏季手术室二次回风形式对3种处理过程分别进行盘管负荷及再热量计算，计算结果

11、见表2：表2：各种处理形式计算结果处理形式盘管冷量再热量kWkW一次回风75.0 37.9 旁通风56.8 19.7 二次回风39.7 - 可以看出，旁通风形式是介于一、二次回风形式之间的一种折中，虽然盘管负荷及再热量大于二次回风形式，但在无法采用二次回风的情况下，盘管冷量比一次回风减少24.3%；再热量减少48.0%。在满足工艺要求的前提下最大可能的节能降耗。对于新风不做热湿处理的系统而言，该处理形式具有一定的推广价值。2.4 空调水系统大楼已有5/12空调供回水系统，考虑到过渡季节及冬季制冷的需求，在与原大楼设计单位沟通后，新增一可全年制冷的小型冷水机组，供水温度可调至5。组合空调器内设两

12、组盘管，第一组盘管接大楼中央冷热水系统，冬季供暖，夏季供冷。第二组盘管接可全年制冷的小型冷水机组水系统，两组盘管相互独立（图6）。小型冷水机组的作用为（1）夏季，手术室进行低温手术需降温时，组合空调器内第二组表冷盘管启动制冷。（2）夏季，极端高温高湿天气且大楼中央冷冻水供水温度较难保证时，组空内第二组盘管启动，降温除湿。（3）过渡季节大楼中央冷热源关闭时承担冷负荷（手术室及ICU区域）。（4）冬季，当手术室进行低温手术需降温时，用于组合空调器内第二组盘管的制冷。 接大楼空调水系统 接独立冷水机组图6：组合空调器水系统连接在进行普通手术时，只需开启第一组盘管，即可满足工艺要求。当需要快速大幅降温

13、时，第二组盘管启动，加大组空内表冷盘管冷冻水量及盘管规模，同时旁通风阀关闭，变为一次回风形式，有利于提高降温速度。低温运行过程的h-d图见图7。经过试算，当低温设计参数为17、65%时，一次回风形式下的露点温度为11.8（由于热湿比已经很大，因此热湿比线可近似看作等d线，从而简化计算），如果根据进水温度5、供回水温差34原则确定组合空调器内的盘管选型，基本能够满足要求。混合风通过表冷器后，从露点经过再热达到送风状态点Od，从图中可以看出，Od点相对湿度72.1%75%，满足规范7.3.1的要求。图7：低温运行过程3 结论1、作为一种折中，手术室净化空调系统在无法采用二次回风的情况下，可采用旁通风形式代替一次回风。以北京地区级手术室为例，将旁通风与一次回风进行比较，盘管冷量可减少24.3%；再热量可减少48.0%，具有一定的推广价值。2、北方地区低温手术室在适当放宽室内相对湿度上限的前提下，仅使用低温（5）冷水盘管，也可满足温度要。本例中若机组供水温度5，供回水温差34，则低温运行时室内状态点可达17；65%，满足低温工艺要求。参考文献1 中国建筑标准设计研究院.洁净手术部和医用气体设计与安装07K