寒冷季節(jié)凈化手術(shù)室供冷系統(tǒng)

摘要：潔凈手術(shù)室一般位于醫(yī)院大樓的內(nèi)區(qū)，存在冬季過(guò)熱的現(xiàn)象。文章簡(jiǎn)要敘述了手術(shù)室凈化系統(tǒng)中溫度控制的原理，分析了在寒冷季節(jié)，“凈化手術(shù)室供冷系統(tǒng)”可以從室外“免費(fèi)取冷”，很好地解決凈化手術(shù)室冬季過(guò)熱的問(wèn)題。一方面解決了手術(shù)室溫度問(wèn)題；另一方面節(jié)省了大量的運(yùn)行經(jīng)費(fèi)，降低了運(yùn)行損耗。

關(guān)鍵詞：凈化手術(shù)室；溫度過(guò)熱；免費(fèi)取冷；空冷器

中圖分類號(hào)：TU246 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）01-0164-02

1 凈化手術(shù)室過(guò)熱

手術(shù)室一般位于建筑的內(nèi)區(qū)，當(dāng)整棟建筑都有空調(diào)系統(tǒng)時(shí)，手術(shù)部的維護(hù)結(jié)構(gòu)基本處于恒溫狀態(tài)，不受外部環(huán)境溫度變化的影響。維護(hù)結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)可以保證手術(shù)室在不開(kāi)空調(diào)系統(tǒng)時(shí)，也能維持與周圍房間相同的溫度（例如冬季供暖18℃～22℃）。目前國(guó)內(nèi)流行的凈化手術(shù)室平面布局為雙通道型，手術(shù)室外圍為清潔走廊和潔凈走廊（設(shè)計(jì)溫度22℃～24℃），手術(shù)室內(nèi)人員、燈具、設(shè)備散熱需要依靠手術(shù)室自身的凈化空調(diào)系統(tǒng)來(lái)調(diào)節(jié)。

下面以百級(jí)手術(shù)室（送風(fēng)10000m3/h、新風(fēng)1000m3/h）為例討論手術(shù)室的過(guò)熱情況。手術(shù)室得熱量為圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱Qw、室內(nèi)設(shè)備人員散熱Q、得冷量為Qs，則手術(shù)室內(nèi)熱量變化ΔQ為：

ΔQ=Qw+Q+Qs

熱量變化就是空氣處理機(jī)組要消除的負(fù)荷，下面逐項(xiàng)分析：

1.1 維護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱Qw

維護(hù)結(jié)構(gòu)通過(guò)周圍房間的熱傳導(dǎo)維持手術(shù)室的室內(nèi)溫度，使手術(shù)部溫度趨于平衡。

1.2 手術(shù)室設(shè)備人員散熱Q

手術(shù)部的熱負(fù)荷由醫(yī)療設(shè)備、燈具、人員的散熱組成，根據(jù)手術(shù)室級(jí)別類型的不同，百級(jí)手術(shù)室熱負(fù)荷一般估算為6kW，其中燈具散熱1.68kW，設(shè)備散熱1.5kW，人員散熱2.82kW。

Q=Q1+Q2+Q3

式中：

Q—總散熱量

Q1—手術(shù)室燈具散熱量

Q2—手術(shù)室設(shè)備散熱量

Q3—手術(shù)室人員散熱量

1.3 得冷量Qs

供暖季，一般空調(diào)系統(tǒng)無(wú)制冷能力，得冷量等于新風(fēng)所提供冷量。以東北某地區(qū)為例：冬季新風(fēng)干球溫度為-29℃、相對(duì)濕度為74%，回風(fēng)溫度為24℃、相對(duì)溫度為50%，將新風(fēng)預(yù)熱至5℃后，新回風(fēng)混合后為干球22.1℃、相對(duì)濕度50.6%，計(jì)算得新風(fēng)焓差為18.6kJ/（kg·干空氣），得冷量=-6.2kW。

則手術(shù)室熱量變化為：

ΔQ=Q-Qs=-0.2kW

即供暖季百級(jí)手術(shù)室有0.2kW的熱負(fù)荷，需要執(zhí)行空調(diào)供熱模式。但在凈化手術(shù)室的實(shí)際應(yīng)用中存在以下五個(gè)因素，使得手術(shù)室出現(xiàn)過(guò)熱的情形：

（1）為防止機(jī)組盤(pán)管凍裂，新風(fēng)往往預(yù)熱到大于5℃才送入空氣處理機(jī)組；（2）由于系統(tǒng)老化，過(guò)濾器更換不及時(shí)等原因造成新風(fēng)量達(dá)不到設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)；（3）《GB50333醫(yī)院潔凈手術(shù)部建筑技術(shù)規(guī)范》征求意見(jiàn)稿中有減少新風(fēng)量的趨勢(shì)，降低了通過(guò)加大新風(fēng)量以控制手術(shù)室過(guò)熱的可能性；（4）空氣循環(huán)機(jī)組風(fēng)機(jī)的散熱變相增加了手術(shù)室的熱負(fù)荷；（5）冬季一般采用的蒸汽加濕會(huì)造成手術(shù)室顯熱的增加。

綜合上述幾個(gè)方面，類比夏季制冷工況，在手術(shù)室過(guò)熱時(shí)，我們?cè)O(shè)定與夏季相同的送風(fēng)溫度（一般為21℃），根據(jù)送風(fēng)量的不同，百級(jí)手術(shù)室具有10kW左右的制冷能力，千級(jí)、萬(wàn)級(jí)手術(shù)室分別有5kW、3kW的制冷能力，完全可以實(shí)現(xiàn)消除冬季手術(shù)室室內(nèi)過(guò)熱的目的。

但在寒冷季制冷機(jī)組制冷能力受到很大限制，許多冷水機(jī)組在氣溫5℃以下就停止工作，所以需要尋找節(jié)能環(huán)保的替代冷源。

2 冷卻塔供冷方案

當(dāng)室外空氣溫度低于一定數(shù)值時(shí)，可以直接利用空氣中的“免費(fèi)冷源”直接或間接向空調(diào)系統(tǒng)供冷。對(duì)于普通空調(diào)系統(tǒng)，可以采用將室外新風(fēng)直接引入的方式利用“免費(fèi)冷源”；而凈化空調(diào)系統(tǒng)對(duì)空氣的質(zhì)量有較高要求，需要在不增加新風(fēng)量的情況下消除室內(nèi)冷負(fù)荷，即間接“免費(fèi)取冷”。間接取冷一般通過(guò)冷卻塔，根據(jù)各地氣候條件的差異，采用不同的冷卻塔供冷形式。

2.1 開(kāi)式冷卻塔供冷

開(kāi)式冷卻塔（簡(jiǎn)稱開(kāi)塔）直接冷卻噴淋水，得到15℃的高溫冷水，可以作為空調(diào)機(jī)組在過(guò)渡季和冬季等不除濕工況下的冷源。考慮冷幅為4℃，在室外濕球11℃以下（此時(shí)干球溫度在16℃左右）的環(huán)境下均可以使用此種方式取冷。

此系統(tǒng)效率較高，但是也存在以下問(wèn)題：（1）開(kāi)塔不能在0℃以下使用；（2）開(kāi)塔冷卻的工質(zhì)直接接觸大氣，水質(zhì)較差。

如果將開(kāi)塔冷卻的噴淋水經(jīng)過(guò)板換得到清潔的冷媒水，則屬于開(kāi)塔間接供冷。考慮板換帶來(lái)的換熱溫差，為得到15℃高溫冷水，系統(tǒng)可以在室外濕球溫度10℃以下，0℃以上的環(huán)境使用。

2.2 閉式冷卻塔供冷

系統(tǒng)等同于將開(kāi)塔間接供冷系統(tǒng)的板換放置到開(kāi)塔內(nèi)組成閉塔，從而保證冷媒水的清潔的形式，系統(tǒng)運(yùn)行溫度區(qū)間等同于開(kāi)塔間接供冷系統(tǒng)。

在環(huán)境溫度低于0℃時(shí)，可以停掉管外噴淋水，只利用空氣冷卻管內(nèi)工質(zhì)，即采用空冷的形式，但會(huì)降低閉塔的換熱效率，并且也存在凍壞閉塔換熱盤(pán)管的風(fēng)險(xiǎn)。

系統(tǒng)適用于我國(guó)長(zhǎng)江中下游冬季不易結(jié)冰的區(qū)域，以南京為例，每年有1～3月、12月的平均濕球溫度低于10℃，可采用此系統(tǒng)。

2.3 空冷器供冷

系統(tǒng)包括設(shè)置于戶外的空冷器、機(jī)房?jī)?nèi)的換熱器以及管路系統(tǒng)，空冷器中的乙二醇水溶液等抗凍工質(zhì)經(jīng)空氣冷卻后輸送到機(jī)房?jī)?nèi)，再通過(guò)換熱器冷卻蓄水箱中的冷媒水，此冷媒水作為凈化空調(diào)機(jī)組冷源使用。

由于空冷器的冷卻極限是環(huán)境的干球溫度，為得到15℃高溫冷水，環(huán)境干球溫度需低于10℃（濕球溫度約為6℃）。在我國(guó)北方地區(qū)，此系統(tǒng)有半年左右的可利用時(shí)間。以哈爾濱為例，每年有1～4月、10～12月的平均干球溫度低于10℃。endprint

3 凈化手術(shù)室供冷系統(tǒng)

以哈爾濱某醫(yī)院的氣候條件為例，我們選取空冷器冬季供冷方案。系統(tǒng)如圖1，主要包括空冷器、換熱水箱、水泵等設(shè)備，還需要特殊定制的空氣處理機(jī)組與之配合。在傳統(tǒng)空氣處理機(jī)組中再加入一冷卻段，此段不能與夏季表冷段共用，考慮到冬季加濕比較困難，此段需位于加濕段后，出風(fēng)口前。

圖1 空冷器冬季供冷系統(tǒng)圖

3.1 系統(tǒng)實(shí)施過(guò)程

3.1.1 系統(tǒng)包括兩個(gè)循環(huán)，分別是乙二醇水溶液循環(huán)和冷媒水循環(huán)，其中除空氣冷卻器（2）放置于室外，其他設(shè)備均放置于室內(nèi)，做好保溫。

3.1.2 乙二醇水溶液首選通過(guò)變頻泵（3）輸送至空氣冷卻器（2），在其中通過(guò)換熱，得到室外環(huán)境中的冷量，然后流回?fù)Q熱水箱（5）的換熱管內(nèi)，進(jìn)入下一個(gè)

循環(huán)。

3.1.3 經(jīng)過(guò)換熱水箱（5）冷卻的冷媒水送入空氣循環(huán)機(jī)組（7）的換熱盤(pán)內(nèi)，冷卻室內(nèi)空氣后流回?fù)Q熱水箱（5）中進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)。

3.2 系統(tǒng)控制過(guò)程

3.2.1 為便于空氣循環(huán)機(jī)組（7）制冷量的控制和節(jié)省乙二醇變頻泵（3）的泵功，需要控制出水溫度恒定，通過(guò)測(cè)溫點(diǎn)T1的反饋值調(diào)節(jié)乙二醇變頻泵的轉(zhuǎn)速。

3.2.2 通過(guò)測(cè)溫點(diǎn)T2得到的溫度反饋至調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)（1）的起停，當(dāng)T2高于設(shè)定值時(shí)，啟動(dòng)風(fēng)機(jī)（1），加速乙二醇水溶液的冷卻；當(dāng)T2低于設(shè)定值時(shí)，關(guān)閉風(fēng)機(jī)（1），這樣既可以保護(hù)管殼式換熱器不被凍裂，也節(jié)省了風(fēng)機(jī)電耗。

3.2.3 為在不同數(shù)量的空氣循環(huán)機(jī)組（7）的情況下節(jié)省冷媒水變頻泵功，設(shè)定冷媒水循環(huán)系統(tǒng)的壓力采集點(diǎn)，根據(jù)空氣循環(huán)機(jī)組（7）數(shù)量的不同帶來(lái)的系統(tǒng)循環(huán)壓力的變化，調(diào)整冷媒水變頻泵的頻率。

為防止加濕后的空氣有凝水析出，所以冬季冷盤(pán)管內(nèi)水溫要不低于15℃，按常規(guī)5℃溫差設(shè)定冷盤(pán)管進(jìn)水15℃，回水20℃；按照乙二醇水溶液與冷媒水5℃換熱溫差計(jì)算，乙二醇水溶液進(jìn)換熱水箱溫度為10℃，回空冷器溫度為15℃。此系統(tǒng)可在環(huán)境溫度低于10℃的環(huán)境中使用，溫度越低，空冷器換熱效果越好。

4 結(jié)語(yǔ)

位于建筑內(nèi)區(qū)的凈化手術(shù)室與外界“隔絕”，存在冬季過(guò)熱的問(wèn)題。

寒冷季節(jié)，大樓一般不提供冷源，冷水機(jī)組呈低溫保護(hù)狀態(tài)不能正常啟動(dòng)?！皟艋中g(shù)室供冷系統(tǒng)”可以從室外“免費(fèi)取冷”，很好地解決凈化手術(shù)室冬季過(guò)熱的

問(wèn)題。

以環(huán)境溫度為10℃為切換溫度，低于此溫度，可以使用此系統(tǒng)“免費(fèi)取冷”，當(dāng)環(huán)境高于此溫度時(shí)，手術(shù)室進(jìn)入過(guò)渡季工況，可以直接開(kāi)啟冷水機(jī)組制冷。

參考文獻(xiàn)

[1] 許鐘麟.潔凈室及其受控環(huán)境設(shè)計(jì)[M].北京：化學(xué)

工業(yè)出版社，2008：344-347.

[2] 李永安，常靜，徐廣利.閉式冷卻塔供冷系統(tǒng)氣象條

件分析[J].暖通空調(diào)，2005，35（6）：107-108.

作者簡(jiǎn)介：白亮，供職于上海德明醫(yī)用設(shè)備工程有限公司，碩士。endprint

3 凈化手術(shù)室供冷系統(tǒng)

以哈爾濱某醫(yī)院的氣候條件為例，我們選取空冷器冬季供冷方案。系統(tǒng)如圖1，主要包括空冷器、換熱水箱、水泵等設(shè)備，還需要特殊定制的空氣處理機(jī)組與之配合。在傳統(tǒng)空氣處理機(jī)組中再加入一冷卻段，此段不能與夏季表冷段共用，考慮到冬季加濕比較困難，此段需位于加濕段后，出風(fēng)口前。

圖1 空冷器冬季供冷系統(tǒng)圖

3.1 系統(tǒng)實(shí)施過(guò)程

3.1.1 系統(tǒng)包括兩個(gè)循環(huán)，分別是乙二醇水溶液循環(huán)和冷媒水循環(huán)，其中除空氣冷卻器（2）放置于室外，其他設(shè)備均放置于室內(nèi)，做好保溫。

3.1.2 乙二醇水溶液首選通過(guò)變頻泵（3）輸送至空氣冷卻器（2），在其中通過(guò)換熱，得到室外環(huán)境中的冷量，然后流回?fù)Q熱水箱（5）的換熱管內(nèi)，進(jìn)入下一個(gè)

循環(huán)。

3.1.3 經(jīng)過(guò)換熱水箱（5）冷卻的冷媒水送入空氣循環(huán)機(jī)組（7）的換熱盤(pán)內(nèi)，冷卻室內(nèi)空氣后流回?fù)Q熱水箱（5）中進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)。

3.2 系統(tǒng)控制過(guò)程

3.2.1 為便于空氣循環(huán)機(jī)組（7）制冷量的控制和節(jié)省乙二醇變頻泵（3）的泵功，需要控制出水溫度恒定，通過(guò)測(cè)溫點(diǎn)T1的反饋值調(diào)節(jié)乙二醇變頻泵的轉(zhuǎn)速。

3.2.2 通過(guò)測(cè)溫點(diǎn)T2得到的溫度反饋至調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)（1）的起停，當(dāng)T2高于設(shè)定值時(shí)，啟動(dòng)風(fēng)機(jī)（1），加速乙二醇水溶液的冷卻；當(dāng)T2低于設(shè)定值時(shí)，關(guān)閉風(fēng)機(jī)（1），這樣既可以保護(hù)管殼式換熱器不被凍裂，也節(jié)省了風(fēng)機(jī)電耗。

3.2.3 為在不同數(shù)量的空氣循環(huán)機(jī)組（7）的情況下節(jié)省冷媒水變頻泵功，設(shè)定冷媒水循環(huán)系統(tǒng)的壓力采集點(diǎn)，根據(jù)空氣循環(huán)機(jī)組（7）數(shù)量的不同帶來(lái)的系統(tǒng)循環(huán)壓力的變化，調(diào)整冷媒水變頻泵的頻率。

為防止加濕后的空氣有凝水析出，所以冬季冷盤(pán)管內(nèi)水溫要不低于15℃，按常規(guī)5℃溫差設(shè)定冷盤(pán)管進(jìn)水15℃，回水20℃；按照乙二醇水溶液與冷媒水5℃換熱溫差計(jì)算，乙二醇水溶液進(jìn)換熱水箱溫度為10℃，回空冷器溫度為15℃。此系統(tǒng)可在環(huán)境溫度低于10℃的環(huán)境中使用，溫度越低，空冷器換熱效果越好。

4 結(jié)語(yǔ)

位于建筑內(nèi)區(qū)的凈化手術(shù)室與外界“隔絕”，存在冬季過(guò)熱的問(wèn)題。

寒冷季節(jié)，大樓一般不提供冷源，冷水機(jī)組呈低溫保護(hù)狀態(tài)不能正常啟動(dòng)?！皟艋中g(shù)室供冷系統(tǒng)”可以從室外“免費(fèi)取冷”，很好地解決凈化手術(shù)室冬季過(guò)熱的

問(wèn)題。

以環(huán)境溫度為10℃為切換溫度，低于此溫度，可以使用此系統(tǒng)“免費(fèi)取冷”，當(dāng)環(huán)境高于此溫度時(shí)，手術(shù)室進(jìn)入過(guò)渡季工況，可以直接開(kāi)啟冷水機(jī)組制冷。

參考文獻(xiàn)

[1] 許鐘麟.潔凈室及其受控環(huán)境設(shè)計(jì)[M].北京：化學(xué)

工業(yè)出版社，2008：344-347.

[2] 李永安，常靜，徐廣利.閉式冷卻塔供冷系統(tǒng)氣象條

件分析[J].暖通空調(diào)，2005，35（6）：107-108.

作者簡(jiǎn)介：白亮，供職于上海德明醫(yī)用設(shè)備工程有限公司，碩士。endprint

3 凈化手術(shù)室供冷系統(tǒng)

以哈爾濱某醫(yī)院的氣候條件為例，我們選取空冷器冬季供冷方案。系統(tǒng)如圖1，主要包括空冷器、換熱水箱、水泵等設(shè)備，還需要特殊定制的空氣處理機(jī)組與之配合。在傳統(tǒng)空氣處理機(jī)組中再加入一冷卻段，此段不能與夏季表冷段共用，考慮到冬季加濕比較困難，此段需位于加濕段后，出風(fēng)口前。

圖1 空冷器冬季供冷系統(tǒng)圖

3.1 系統(tǒng)實(shí)施過(guò)程

3.1.1 系統(tǒng)包括兩個(gè)循環(huán)，分別是乙二醇水溶液循環(huán)和冷媒水循環(huán)，其中除空氣冷卻器（2）放置于室外，其他設(shè)備均放置于室內(nèi)，做好保溫。

3.1.2 乙二醇水溶液首選通過(guò)變頻泵（3）輸送至空氣冷卻器（2），在其中通過(guò)換熱，得到室外環(huán)境中的冷量，然后流回?fù)Q熱水箱（5）的換熱管內(nèi)，進(jìn)入下一個(gè)

循環(huán)。

3.1.3 經(jīng)過(guò)換熱水箱（5）冷卻的冷媒水送入空氣循環(huán)機(jī)組（7）的換熱盤(pán)內(nèi)，冷卻室內(nèi)空氣后流回?fù)Q熱水箱（5）中進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)。

3.2 系統(tǒng)控制過(guò)程

3.2.1 為便于空氣循環(huán)機(jī)組（7）制冷量的控制和節(jié)省乙二醇變頻泵（3）的泵功，需要控制出水溫度恒定，通過(guò)測(cè)溫點(diǎn)T1的反饋值調(diào)節(jié)乙二醇變頻泵的轉(zhuǎn)速。

3.2.2 通過(guò)測(cè)溫點(diǎn)T2得到的溫度反饋至調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)（1）的起停，當(dāng)T2高于設(shè)定值時(shí)，啟動(dòng)風(fēng)機(jī)（1），加速乙二醇水溶液的冷卻；當(dāng)T2低于設(shè)定值時(shí)，關(guān)閉風(fēng)機(jī)（1），這樣既可以保護(hù)管殼式換熱器不被凍裂，也節(jié)省了風(fēng)機(jī)電耗。

3.2.3 為在不同數(shù)量的空氣循環(huán)機(jī)組（7）的情況下節(jié)省冷媒水變頻泵功，設(shè)定冷媒水循環(huán)系統(tǒng)的壓力采集點(diǎn)，根據(jù)空氣循環(huán)機(jī)組（7）數(shù)量的不同帶來(lái)的系統(tǒng)循環(huán)壓力的變化，調(diào)整冷媒水變頻泵的頻率。

為防止加濕后的空氣有凝水析出，所以冬季冷盤(pán)管內(nèi)水溫要不低于15℃，按常規(guī)5℃溫差設(shè)定冷盤(pán)管進(jìn)水15℃，回水20℃；按照乙二醇水溶液與冷媒水5℃換熱溫差計(jì)算，乙二醇水溶液進(jìn)換熱水箱溫度為10℃，回空冷器溫度為15℃。此系統(tǒng)可在環(huán)境溫度低于10℃的環(huán)境中使用，溫度越低，空冷器換熱效果越好。

4 結(jié)語(yǔ)

位于建筑內(nèi)區(qū)的凈化手術(shù)室與外界“隔絕”，存在冬季過(guò)熱的問(wèn)題。

寒冷季節(jié)，大樓一般不提供冷源，冷水機(jī)組呈低溫保護(hù)狀態(tài)不能正常啟動(dòng)?！皟艋中g(shù)室供冷系統(tǒng)”可以從室外“免費(fèi)取冷”，很好地解決凈化手術(shù)室冬季過(guò)熱的

問(wèn)題。

以環(huán)境溫度為10℃為切換溫度，低于此溫度，可以使用此系統(tǒng)“免費(fèi)取冷”，當(dāng)環(huán)境高于此溫度時(shí)，手術(shù)室進(jìn)入過(guò)渡季工況，可以直接開(kāi)啟冷水機(jī)組制冷。

參考文獻(xiàn)

[1] 許鐘麟.潔凈室及其受控環(huán)境設(shè)計(jì)[M].北京：化學(xué)

工業(yè)出版社，2008：344-347.

[2] 李永安，常靜，徐廣利.閉式冷卻塔供冷系統(tǒng)氣象條

件分析[J].暖通空調(diào)，2005，35（6）：107-108.

作者簡(jiǎn)介：白亮，供職于上海德明醫(yī)用設(shè)備工程有限公司，碩士。endprint