手術(shù)室凈化空調(diào)系統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì)改進(jìn)

趙東升 張 龍 孔康輝

目前,潔凈裝備在醫(yī)療領(lǐng)域的發(fā)展改善了就醫(yī)環(huán)境,降低了手術(shù)感染率,尤其潔凈手術(shù)室的出現(xiàn),促進(jìn)了外科手術(shù)發(fā)展,使得一些疑難手術(shù)如心臟搭橋手術(shù)、骨關(guān)節(jié)置換手術(shù)、器官移植手術(shù)等能夠順利進(jìn)行.但潔凈裝備電氣控制設(shè)計(jì)在醫(yī)療領(lǐng)域使用中發(fā)現(xiàn)了一些問題,如設(shè)備電氣控制可靠性低,存在火災(zāi)隱患、雙路供電切換時(shí)設(shè)備故障停機(jī)等問題[1].河南省人民醫(yī)院綜合手術(shù)部共有40間手術(shù)室,其中有18間百級(jí)層流手術(shù)間,22間萬級(jí)層流手術(shù)間.針對(duì)手術(shù)室凈化空調(diào)系統(tǒng)的電氣控制設(shè)計(jì)存在的問題,進(jìn)行了改進(jìn).

1 手術(shù)室潔凈空調(diào)系統(tǒng)的組成及作用

手術(shù)間潔凈系統(tǒng)包含空氣處理機(jī)組、送回風(fēng)管道、手術(shù)室高效過濾器以及送風(fēng)天花和電氣控制系統(tǒng),室外新鮮空氣經(jīng)初效、中效及亞高效過濾器過濾,溫濕處理后進(jìn)入手術(shù)間循環(huán)機(jī)組.手術(shù)間循環(huán)機(jī)組包含混合段、過濾網(wǎng)段和冷熱加濕處理段,經(jīng)處理過的空氣通過風(fēng)管進(jìn)入手術(shù)間頂部靜壓箱,經(jīng)高效過濾器過濾,均流網(wǎng)均流進(jìn)入手術(shù)區(qū)域.在手術(shù)區(qū)域稀釋塵埃顆粒濃度,降低細(xì)菌含量,形成降低患者感染風(fēng)險(xiǎn)的安全區(qū)域.手術(shù)間墻面兩側(cè)貼近地面處設(shè)置回風(fēng)百葉口,室內(nèi)氣流經(jīng)回風(fēng)百葉匯合進(jìn)入手術(shù)間循環(huán)機(jī)組構(gòu)成循環(huán).手術(shù)間頂部靠近麻醉機(jī)上方設(shè)置排風(fēng)口,排出手術(shù)中的部分廢氣.手術(shù)室潔凈空調(diào)系統(tǒng)原理見圖1.

圖1 手術(shù)室潔凈空調(diào)系統(tǒng)原理

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)"醫(yī)院潔凈手術(shù)部建筑技術(shù)規(guī)范"(GB50333-2013)[2]要求,潔凈手術(shù)室按照每立方米中0.5 μm塵埃粒子數(shù)的濃度水平,將手術(shù)間潔凈度分為5~8.5級(jí).以5級(jí)手術(shù)間為例,要求每立方米中0.5 μm塵埃顆粒數(shù)>350粒,<3500粒,5 μm塵埃顆粒數(shù)為零,5級(jí)手術(shù)間主要用于心臟外科手術(shù)、骨關(guān)節(jié)置換手術(shù)和器官移植手術(shù)等,手術(shù)部位感染可能直接危及患者生命及術(shù)后生活質(zhì)量,潔凈手術(shù)間凈化空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須要求高可靠性,尤其是電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),應(yīng)考慮高可靠性、應(yīng)急替代性和安全性等因素.

2 手術(shù)室潔凈空調(diào)系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)存在的問題

潔凈空調(diào)系統(tǒng)的電氣控制設(shè)計(jì)在醫(yī)療領(lǐng)域使用中發(fā)現(xiàn)電氣控制可靠性低、電加熱交流接觸器燒粘連,并存在火災(zāi)隱患、排風(fēng)機(jī)控制電路設(shè)計(jì)不合理以及雙路供電切換時(shí)設(shè)備停機(jī)等問題.

3 手術(shù)室潔凈空調(diào)系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)改進(jìn)方案

3.1 電氣控制改進(jìn)

在醫(yī)院手術(shù)室潔凈空調(diào)系統(tǒng)使用中存在因電氣設(shè)計(jì)可靠性低造成的醫(yī)療影響:①機(jī)組故障,部件損壞無法立即修復(fù);②電加熱交流接觸器燒粘連,造成手術(shù)間溫度失控,產(chǎn)生焦糊味并存在火災(zāi)隱患;③排風(fēng)機(jī)控制電路不合理,風(fēng)機(jī)電機(jī)燒壞過流時(shí)造成控制電路保險(xiǎn)管燒毀,機(jī)組停止運(yùn)行.

機(jī)組故障,部件損壞無法立即修復(fù).潔凈空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)采用變頻控制,手術(shù)進(jìn)行中若變頻器故障,無法立即復(fù)位,手術(shù)間潔凈空調(diào)機(jī)組將停止工作,手術(shù)間失去潔凈保護(hù),手術(shù)患者存在感染風(fēng)險(xiǎn);手術(shù)間溫濕度將無法控制,夏季造成手術(shù)間悶熱,冬季造成手術(shù)間溫度低,不僅影響到患者安全,也嚴(yán)重影響到醫(yī)務(wù)人員的舒適度.因手術(shù)室特殊環(huán)境,必須要求潔凈系統(tǒng)高可靠性,改進(jìn)潔凈空調(diào)機(jī)組風(fēng)機(jī)控制,增加接觸器和熱繼電器控制風(fēng)機(jī),當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時(shí),切換至工頻模式可繼續(xù)運(yùn)行,保障手術(shù)繼續(xù)進(jìn)行[3-4].手術(shù)室潔凈空調(diào)系統(tǒng)控制系統(tǒng)應(yīng)具有變頻、定頻和應(yīng)急三種模式.當(dāng)控制系統(tǒng)如CPU、輸入輸出模塊和控制電路等故障時(shí),為保障手術(shù)順利進(jìn)行,應(yīng)將機(jī)組轉(zhuǎn)換為應(yīng)急模式(圖2).

圖2 手術(shù)室潔凈空調(diào)系統(tǒng)三種模式控制電路

3.2 電加熱交流接觸器改進(jìn)

電加熱交流接觸器燒粘連,造成溫度失控,產(chǎn)生焦糊味.手術(shù)室潔凈空調(diào)機(jī)組電輔助加熱交流接觸器會(huì)出現(xiàn)燒粘連,原設(shè)計(jì)電輔助加熱控制電路見圖3,CPU輸出信號(hào)進(jìn)入R7、R8、R9中間繼電器線圈,R7、R8及R9中間繼電器的常開觸點(diǎn)分別控制三組電加熱交流接觸器的M3、M4及M5線圈,該潔凈空調(diào)機(jī)組電輔助加熱采用電熱管式,當(dāng)電加熱管連續(xù)長時(shí)間工作或經(jīng)過電輔助加熱管的風(fēng)量過小,電熱管表面溫度過高,運(yùn)行電流增大,導(dǎo)致交流接觸器起熱而粘連,造成溫度失控故障.

圖3 電加熱控制原理

電輔助加熱原設(shè)計(jì)在電加熱管組旁邊安裝溫度保護(hù)器,當(dāng)溫度>125 ℃時(shí)輸出斷開信號(hào)進(jìn)入CPU高溫報(bào)警輸入端口,CPU接到高溫報(bào)警信號(hào),輸出R7、R8及R9中間繼電器線圈斷開信號(hào),中間繼電器斷電驅(qū)動(dòng)電加熱交流接觸器線圈斷電,電加熱組停止工作.若電加熱交流接觸器觸點(diǎn)燒粘連,則發(fā)出高溫報(bào)警信號(hào),無法導(dǎo)致電加熱組斷電.

改進(jìn)措施為更換電加熱空氣開關(guān),安裝具有脫扣器連鎖的空氣開關(guān),脫扣器線圈串聯(lián)入高溫報(bào)警中間繼電器常開觸點(diǎn),兩端連接220 V控制電源.當(dāng)電加熱出現(xiàn)高溫報(bào)警信號(hào)時(shí),高溫報(bào)警中間繼電器線圈帶電,常開觸點(diǎn)閉合,脫扣器線圈帶電驅(qū)動(dòng)電加熱空氣開關(guān)跳閘,從而起到保護(hù)作用.對(duì)于選用電熱管加熱的潔凈空調(diào)系統(tǒng),控制系統(tǒng)配置大功率交流接觸器可避免燒粘連的現(xiàn)象.同時(shí)應(yīng)盡可能選用PTC陶瓷電加熱組,PTC陶瓷電加熱組表面工作溫度低,不會(huì)出現(xiàn)加熱器發(fā)紅起煙,工作電流會(huì)隨著風(fēng)量的大小改變,當(dāng)潔凈空調(diào)系統(tǒng)循環(huán)風(fēng)量減小時(shí),PTC電加熱組工作電流會(huì)相應(yīng)減小.控制電路改進(jìn)見圖4.

圖4 高溫報(bào)警控制原理

3.3 排風(fēng)機(jī)控制電路改進(jìn)

排風(fēng)機(jī)控制電路不合理,風(fēng)機(jī)電機(jī)燒壞漏電時(shí)造成控制電路保險(xiǎn)管燒毀,機(jī)組停止運(yùn)行.手術(shù)間排風(fēng)機(jī)通過風(fēng)機(jī)運(yùn)行中間繼電器常開觸點(diǎn)并連入控制電路,當(dāng)排風(fēng)機(jī)電機(jī)損壞時(shí),電流增大導(dǎo)致控制電路保險(xiǎn)管燒毀,電路設(shè)計(jì)見圖5.

圖5 原設(shè)計(jì)排風(fēng)控制電路原理

改進(jìn)排風(fēng)機(jī)控制電路安裝獨(dú)立保險(xiǎn)管,應(yīng)小于總控制電路保險(xiǎn)管,為能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)排風(fēng)機(jī)報(bào)警,應(yīng)設(shè)置排風(fēng)機(jī)故障報(bào)警中間繼電器,排風(fēng)機(jī)故障報(bào)警中間繼電器線圈串入排風(fēng)機(jī)控制電路,電路改進(jìn)見圖6.電路經(jīng)改進(jìn)后,避免排風(fēng)機(jī)故障導(dǎo)致控制系統(tǒng)斷電故障,提高潔凈系統(tǒng)可靠性.

圖6 排風(fēng)控制電路原理

3.4 雙路供電改造

手術(shù)室供電通常采用雙路供電,當(dāng)一路電斷開時(shí),另一路電自動(dòng)切換投入,電路設(shè)計(jì)見圖7.

圖7 雙路供電電路原理

手術(shù)室雙路供電切換在夏季高負(fù)荷情況下,供電部門需要倒閘頻率偏大,在用電高峰時(shí)段,一天中曾發(fā)生4次斷電倒閘故障,每次倒閘均會(huì)使大量潔凈機(jī)組故障停機(jī),故障內(nèi)容多因變頻器過流或欠壓保護(hù),必須由人工到每臺(tái)機(jī)組控制柜現(xiàn)場進(jìn)行變頻器復(fù)位后潔凈機(jī)組才可正常工作,頻繁的停機(jī)和需要大量時(shí)間去復(fù)位,嚴(yán)重影響到手術(shù)的順利進(jìn)行.以手術(shù)室潔凈空調(diào)機(jī)組使用ABB510系列變頻器為例,當(dāng)出現(xiàn)倒閘切換時(shí),變頻器通常出現(xiàn)F0001故障,更改內(nèi)部參數(shù)設(shè)置可保障雙路供電切換時(shí)變頻器能夠重新啟動(dòng),ABB510系列變頻器自動(dòng)復(fù)位參數(shù)調(diào)整方法見表1.根據(jù)設(shè)備特點(diǎn),將相應(yīng)參數(shù)設(shè)置為允許自動(dòng)復(fù)位,當(dāng)出現(xiàn)雙路電切換時(shí),可保障變頻器能夠重新啟動(dòng)[5-6].

表1 ABB510系列變頻器參數(shù)調(diào)整表

原設(shè)計(jì)無延時(shí)啟動(dòng)電路,根據(jù)變頻器參數(shù)3103設(shè)置,保障潔凈空調(diào)機(jī)組延時(shí)啟動(dòng).若潔凈控制系統(tǒng)切換至工頻或應(yīng)急模式,則雙路供電切換會(huì)導(dǎo)致風(fēng)機(jī)電機(jī)未停穩(wěn)后立即啟動(dòng),易損壞風(fēng)機(jī)電機(jī),控制電路應(yīng)設(shè)置延時(shí)繼電器,延時(shí)風(fēng)機(jī)的啟動(dòng).

4 小結(jié)

潔凈手術(shù)室對(duì)外科手術(shù)起到重要作用,通過改進(jìn)醫(yī)院潔凈手術(shù)室電氣設(shè)計(jì)的不足之處,提高電氣控制可靠性,解決了火災(zāi)隱患,同時(shí)改進(jìn)了電路設(shè)計(jì)和雙路供電切換停機(jī)等問題,使醫(yī)院潔凈手術(shù)室具備高度可靠性和安全性,可有效的避免患者感染,保障手術(shù)的順利進(jìn)行.