手術(shù)室潔凈空調(diào)系統(tǒng)空氣處理方案分析與總結(jié)

摘 要：在設(shè)計(jì)醫(yī)院手術(shù)室凈化空調(diào)的過(guò)程中，空氣處理過(guò)程對(duì)室內(nèi)環(huán)境至關(guān)重要。根據(jù)具體工程項(xiàng)目，對(duì)空氣處理過(guò)程進(jìn)行分析，主要對(duì)3種空氣處理過(guò)程進(jìn)行分析，推薦采用溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)，新風(fēng)承擔(dān)全部濕負(fù)荷，與回風(fēng)在空調(diào)機(jī)組混合，經(jīng)空調(diào)機(jī)組等濕冷卻處理后送至室內(nèi)。潔凈手術(shù)室溫濕度獨(dú)立控制、新風(fēng)濕度優(yōu)先的控制模式，控制邏輯簡(jiǎn)單、靈活，空調(diào)機(jī)組干工況運(yùn)行，不易滋生細(xì)菌，保證手術(shù)室內(nèi)環(huán)境安全、舒適。

關(guān)鍵詞：節(jié)能；凈化空調(diào)；溫濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)；深度除濕

中圖分類號(hào)：TU 831" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

手術(shù)室溫濕度控制為病患和醫(yī)生提供安全、潔凈的手術(shù)環(huán)境，對(duì)病人的康復(fù)及抑制細(xì)菌繁殖有重要作用?？諝馓幚矸桨高x擇及空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)是手術(shù)部?jī)艋照{(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心問(wèn)題。本文以濟(jì)寧太白湖新區(qū)石橋鎮(zhèn)衛(wèi)生院項(xiàng)目手術(shù)部為例，介紹凈化空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案及經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。

1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介及負(fù)荷計(jì)算

石橋鎮(zhèn)衛(wèi)生院項(xiàng)目位于濟(jì)寧市，手術(shù)室及輔房位于四層，該項(xiàng)目?jī)砷g手術(shù)室1#、2#均屬于Ⅲ級(jí)手術(shù)室，1#手術(shù)室面積為50.7m2，2#手術(shù)室面積為36.5m2。

1.1 空調(diào)室外計(jì)算參數(shù)

空調(diào)室外計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表1。

1.2 手術(shù)部主要技術(shù)指標(biāo)

手術(shù)部主要技術(shù)指標(biāo)[1]見(jiàn)表2。

1.3 熱濕負(fù)荷計(jì)算

本項(xiàng)目四層手術(shù)室不靠近外墻，無(wú)外圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱，適當(dāng)考慮與相鄰房間圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱。室內(nèi)負(fù)荷主要由醫(yī)護(hù)人員、醫(yī)療器械組成，手術(shù)室除醫(yī)療設(shè)備外，熱濕負(fù)荷相對(duì)穩(wěn)定[2]。

根據(jù)《醫(yī)院潔凈手術(shù)部建筑技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，當(dāng)設(shè)計(jì)送風(fēng)系統(tǒng)時(shí)，包括手術(shù)臺(tái)在內(nèi)的一定區(qū)域須處于潔凈氣流形成的主流區(qū)內(nèi)，Ⅲ級(jí)潔凈手術(shù)室送風(fēng)口面積≥1.4×2.6=3.64m2[3]；Ⅱ級(jí)～Ⅳ級(jí)手術(shù)室對(duì)最小換氣次數(shù)有一定要求，1#、2#手術(shù)室面積不同，集中式送風(fēng)裝置送風(fēng)面下方0.1m處截面的送風(fēng)速度分別取0.25m/s和0.2m/s。

1#手術(shù)室送風(fēng)量G1=3.64m2×0.25m/s=3276m3/h，2#手術(shù)室送風(fēng)量G2=3.64m2×0.20m/s=2620m3/h。

1#、2#手術(shù)室新風(fēng)量分別為800m3/h、700m3/h，排風(fēng)量均為400m3/h；室外新風(fēng)焓值hW=87.6kJ/kg，室內(nèi)空氣狀態(tài)點(diǎn)焓值hN=48.2kJ/kg。1#手術(shù)室設(shè)計(jì)送風(fēng)量為3300m3/h，冷負(fù)荷Q1=5.72kW，濕負(fù)荷W1=1.55kg/h，熱濕比ε1=13285kJ/kg，新風(fēng)冷負(fù)荷=800×1.2×（87.6-48.2）/3600=10.5kW；2#手術(shù)室設(shè)計(jì)送風(fēng)量為2700m3/h，冷負(fù)荷Q2=4.16kW，濕負(fù)荷W2=1.24kg/h，熱濕比ε2=12077kJ/kg，新風(fēng)冷負(fù)荷=700×1.2×（87.6-48.2）/3600=9.2kW。手術(shù)室均設(shè)置獨(dú)立空調(diào)機(jī)組，共用新風(fēng)機(jī)組[4]。

1#手術(shù)室送風(fēng)溫度to1=tN-Q1/cG1ρ=24-5.72×3600/（1.01×3300×1.2）=18.8℃，送風(fēng)溫差?t1=5.15℃。2#手術(shù)室送風(fēng)溫度to2=tN-Q2/cG2ρ=24-4.16×3600/（1.01×2700×1.2）=19.4℃，送風(fēng)溫差?t2=4.58℃。c為送風(fēng)定壓比熱容，c=1.01kJ/（kg·℃）；ρ為送風(fēng)密度，ρ=1.2kg/m3。

2 空調(diào)系統(tǒng)空氣處理過(guò)程

2.1 溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)處理過(guò)程分析

深度除濕技術(shù)是實(shí)現(xiàn)溫濕度獨(dú)立控制的關(guān)鍵，通過(guò)精確控制制冷回路的運(yùn)行參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)新風(fēng)較低露點(diǎn)溫度，處理后新風(fēng)可承擔(dān)全部新風(fēng)負(fù)荷及室內(nèi)全部濕負(fù)荷。雙冷源深度除濕系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)新風(fēng)進(jìn)行深度除濕的功能，通過(guò)壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、冷凝器等部件組成制冷回路，利用兩級(jí)冷源串級(jí)控制，實(shí)現(xiàn)低溫露點(diǎn)控制。新風(fēng)機(jī)組雙冷源深度除濕系統(tǒng)由新風(fēng)系統(tǒng)、冷源系統(tǒng)（蒸發(fā)器、冷凝器等）、控制系統(tǒng)等組成。在新風(fēng)機(jī)組中集成雙冷源深度除濕系統(tǒng)，通過(guò)精確控制新風(fēng)系統(tǒng)的溫濕度參數(shù)，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)溫濕度的獨(dú)立控制[5]。雙冷源深度除濕系統(tǒng)具有高效、節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)勢(shì)。通過(guò)精確控制溫濕度參數(shù)，可以提高室內(nèi)環(huán)境的舒適度和穩(wěn)定性。

新風(fēng)深度除濕后與回風(fēng)混合，再經(jīng)空調(diào)機(jī)組處理后送至手術(shù)室內(nèi)。新風(fēng)機(jī)組采用雙冷源多級(jí)除濕新風(fēng)機(jī)，表冷段采用冷凍水供/回水（溫度為7℃/12℃）對(duì)新風(fēng)進(jìn)行冷卻除濕，另外新風(fēng)機(jī)組還設(shè)置直膨式深度除濕段。

為使新風(fēng)承擔(dān)手術(shù)室內(nèi)的全部濕負(fù)荷，根據(jù)1#手術(shù)室的含濕量為9.4g/kg、濕負(fù)荷為1.55kg/h確定處理后的新風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)（2#手術(shù)室的含濕量為9.4g/kg、濕負(fù)荷為1.24kg/h，因此1#手術(shù)室為最不利條件）。一級(jí)冷卻除濕后新風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)L1含濕量為11.8g/kg，溫度為18.1℃；采用直膨式深度除濕段，經(jīng)深度除濕后含濕量為7.8g/kg，新風(fēng)溫度降至13.0℃。經(jīng)新風(fēng)管道送至空調(diào)機(jī)組與回風(fēng)混合，風(fēng)機(jī)和送風(fēng)管道溫升取1℃。1#、2#手術(shù)室點(diǎn)N的室內(nèi)狀態(tài)相同，送風(fēng)溫度不同。1#手術(shù)室混合狀態(tài)點(diǎn)C的溫度為21.6℃，含濕量為9g/kg，混合狀態(tài)點(diǎn)未達(dá)到送風(fēng)所需溫度，經(jīng)空調(diào)機(jī)組表冷器溫度降至17.8℃，含濕量不變，經(jīng)風(fēng)機(jī)和送風(fēng)管道溫升1℃達(dá)到送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)O。2#手術(shù)室混合狀態(tài)點(diǎn)C的溫度為21.4℃，含濕量為8.98g/kg，混合狀態(tài)點(diǎn)未達(dá)到送風(fēng)所需溫度，經(jīng)空調(diào)機(jī)組表冷器溫度降至18.4℃，含濕量不變，經(jīng)風(fēng)機(jī)和送風(fēng)管道溫升1℃達(dá)到送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)O?？諝馓幚磉^(guò)程焓濕圖如圖1所示。

2.2 傳統(tǒng)空氣處理過(guò)程分析

空調(diào)機(jī)組、新風(fēng)機(jī)組設(shè)計(jì)供/回水溫度為7℃/12℃。室外新風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)W經(jīng)表冷器處理至狀態(tài)點(diǎn)L1，溫度為17.8℃，含濕量為11.6g/kg。通過(guò)新風(fēng)管道送至空調(diào)機(jī)組與回風(fēng)混合，新風(fēng)經(jīng)風(fēng)機(jī)和送風(fēng)管道溫升取1℃。1#手術(shù)室混合狀態(tài)點(diǎn)C的溫度為22.5℃，含濕量為9.93g/kg；混合后經(jīng)空調(diào)機(jī)組表冷器處理至機(jī)器露點(diǎn)L，溫度為11.7℃，含濕量為9.0g/kg；再?gòu)腖加熱升溫至L'，風(fēng)機(jī)和送風(fēng)管的溫升取1℃，送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)O，溫度為18.8℃，含濕量為9.0g/kg。2#手術(shù)室混合狀態(tài)點(diǎn)C溫度為22.4℃，含濕量為9.98g/kg，混合后經(jīng)空調(diào)機(jī)組表冷器處理至機(jī)器露點(diǎn)L，溫度為13.9℃，含濕量為8.98g/kg；再?gòu)狞c(diǎn)L加熱升溫至L'，風(fēng)機(jī)和送風(fēng)管的溫升取1℃，送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)O，溫度為19.4℃，含濕量為 8.98g/kg。空氣處理過(guò)程焓濕圖如圖2所示。

2.3 深度除濕新風(fēng)與等濕冷卻回風(fēng)混合送至室內(nèi)過(guò)程分析

室外新風(fēng)經(jīng)兩級(jí)處理至狀態(tài)點(diǎn)L2。由于新風(fēng)機(jī)組與空調(diào)機(jī)組送風(fēng)溫度和壓力差異較大，導(dǎo)致手術(shù)室送風(fēng)溫度不穩(wěn)定。為了確保送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)穩(wěn)定，對(duì)處理后新風(fēng)等濕再熱至狀態(tài)點(diǎn)R，控制狀態(tài)點(diǎn)R與送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)O處于等溫線，然后與處理后回風(fēng)混合至送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)O，送至室內(nèi)。L2、R均按1#手術(shù)室熱濕負(fù)荷計(jì)算確定：dL2=7.8g/kg，tR=18.8℃。室內(nèi)回風(fēng)經(jīng)表冷器等濕冷卻至狀態(tài)點(diǎn)D，經(jīng)風(fēng)機(jī)溫度有所提高，取溫升0.5℃至狀態(tài)點(diǎn)D'。深度除濕新風(fēng)與等濕冷卻回風(fēng)混合圖如圖3所示。

3 空調(diào)系統(tǒng)空氣處理方案分析與總結(jié)

3.1 溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)分析與總結(jié)

溫濕度獨(dú)立控制，新風(fēng)機(jī)組除承擔(dān)自己的全部負(fù)荷外，還承擔(dān)手術(shù)室內(nèi)部分顯冷負(fù)荷及全部濕負(fù)荷，空調(diào)機(jī)組只承擔(dān)手術(shù)室部分顯冷負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)干工況運(yùn)行。為使手術(shù)室達(dá)到溫濕度獨(dú)立控制效果，二級(jí)除濕需要根據(jù)濕負(fù)荷最大的手術(shù)室確定處理后新風(fēng)最終狀態(tài)點(diǎn)，新風(fēng)機(jī)組狀態(tài)點(diǎn)L1、L2已知，各手術(shù)室室內(nèi)狀態(tài)點(diǎn)可通過(guò)計(jì)算確定；1#、2#手術(shù)室室內(nèi)設(shè)計(jì)工況相同，送風(fēng)溫度相差不大，各手術(shù)室設(shè)置獨(dú)立空調(diào)機(jī)組，因此可調(diào)節(jié)空調(diào)機(jī)組冷凍水流量，適當(dāng)調(diào)整各房間送風(fēng)溫度。兩級(jí)處理后新風(fēng)與回風(fēng)在空調(diào)機(jī)組內(nèi)混合，混合后狀態(tài)點(diǎn)C的溫度高于設(shè)計(jì)送風(fēng)溫度，經(jīng)空調(diào)機(jī)組表冷器等濕冷卻至狀態(tài)點(diǎn)D。如果新風(fēng)量占比過(guò)高，混合后干球溫度可能低于送風(fēng)溫度，就需要再熱；因此合理設(shè)置新風(fēng)量有利于節(jié)能。規(guī)范規(guī)定手術(shù)室室內(nèi)空氣狀態(tài)是范圍值，根據(jù)公共點(diǎn)R計(jì)算2#手術(shù)室室內(nèi)溫濕度，滿足規(guī)范要求。雖然1#、2#手術(shù)室送風(fēng)溫度有所不同，分別為18.8℃、19.4℃，但是共用新風(fēng)仍可確定合理共用新風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)。

根據(jù)焓濕圖計(jì)算，新風(fēng)機(jī)組深度除濕后狀態(tài)點(diǎn)L2焓值hL2=32.8kJ/kg；1#手術(shù)室空調(diào)機(jī)組內(nèi)新風(fēng)與回風(fēng)混合后狀態(tài)點(diǎn)C焓值hC=44.7kJ/kg，空調(diào)機(jī)組處理后狀態(tài)點(diǎn)D焓值hD=40.8kJ/kg；2#手術(shù)室空調(diào)機(jī)組內(nèi)新風(fēng)與回風(fēng)混合后狀態(tài)點(diǎn)C焓值hC=44.2kJ/kg，空調(diào)機(jī)組處理后狀態(tài)點(diǎn)D焓值hD=41.3kJ/kg。1#手術(shù)室的新風(fēng)處理冷量、空調(diào)機(jī)組處理冷量分別為Q1=1.2×800×（87.6-32.8）/3600=14.61kW、Q2=1.2×3300×（44.7-40.8）/3600=4.29kW；2#手術(shù)室的新風(fēng)處理冷量、空調(diào)機(jī)組處理冷量分別為Q1'=1.2×700×（87.6-32.8）/3600=12.79kW、Q2'=1.2×2700×（44.2-41.3）/3600=2.61kW。

3.2 傳統(tǒng)空氣處理系統(tǒng)分析與總結(jié)

新風(fēng)機(jī)組僅承擔(dān)新風(fēng)全部顯冷負(fù)荷及室內(nèi)部分顯冷負(fù)荷，空調(diào)機(jī)組承擔(dān)手術(shù)室全部濕負(fù)荷及新風(fēng)部分濕負(fù)荷。新風(fēng)、回風(fēng)混合后經(jīng)空調(diào)機(jī)組表冷器冷卻除濕達(dá)到機(jī)器露點(diǎn)L，此狀態(tài)點(diǎn)溫度較低，未達(dá)到送風(fēng)溫度，需要再熱至送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)O。此空氣處理方式空調(diào)機(jī)組濕工況運(yùn)行，易細(xì)菌滋生，同時(shí)存在再熱負(fù)荷，造成能源浪費(fèi)。

根據(jù)焓濕圖計(jì)算，新風(fēng)機(jī)組處理新風(fēng)至狀態(tài)點(diǎn)L1焓值hL1=47.3kJ/kg；1#手術(shù)室空調(diào)機(jī)組內(nèi)新風(fēng)與回風(fēng)混合后狀態(tài)點(diǎn)C焓值hC=48.2kJ/kg，空調(diào)機(jī)組處理后狀態(tài)點(diǎn)L焓值hL=36.7kJ/kg，再熱至狀態(tài)點(diǎn)L'焓值hL'=40.8kJ/kg；2#手術(shù)室空調(diào)機(jī)組內(nèi)新風(fēng)與回風(fēng)混合后狀態(tài)點(diǎn)C焓值hC=48.2kJ/kg，空調(diào)機(jī)組處理后狀態(tài)點(diǎn)L焓值hL=36.7kJ/kg，再熱至狀態(tài)點(diǎn)L'焓值hL'=41.4kJ/kg；1#手術(shù)室的新風(fēng)處理冷量、空調(diào)機(jī)組處理冷量分別為Q1=1.2×800×（87.6-47.3）/3600=10.75kW、Q2=1.2×3300×（48.2-36.7）/3600=12.65kW，再熱負(fù)荷Q3=1.2×3300×（40.8-36.7）/3600=4.51kW；2#手術(shù)室的新風(fēng)處理冷量、空調(diào)機(jī)組處理冷量分別為Q1'=1.2×700×（87.6-47.3）/3600=9.4kW、Q2'=1.2×2700×（48.2-36.7）/3600=10.35kW，再熱負(fù)荷Q3'=1.2×2700×（41.4-36.7）/3600=4.23kW。

3.3 深度除濕新風(fēng)與等濕冷卻回風(fēng)混合送至室內(nèi)過(guò)程分析與總結(jié)

該空氣處理方式與第一種處理方式均可實(shí)現(xiàn)溫濕度獨(dú)立控制。二級(jí)除濕后的新風(fēng)與等濕降溫后回風(fēng)在靜壓箱混合，混合后送風(fēng)溫度較低，需要提供熱量再熱至送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)。為使送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)穩(wěn)定，對(duì)二級(jí)除濕后新風(fēng)再熱至與送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)O處于等溫線，然后與回風(fēng)等溫混合，此過(guò)程產(chǎn)生再熱能耗。新風(fēng)機(jī)組二級(jí)除濕后再熱的新風(fēng)溫度與空調(diào)機(jī)組表冷器等濕冷卻后的溫度需要接近送風(fēng)溫度，該處理方式增大了控制難度，不易實(shí)現(xiàn)。

根據(jù)焓濕圖計(jì)算，新風(fēng)機(jī)組處理新風(fēng)至狀態(tài)點(diǎn)L2焓值hL2=32.8kJ/kg，再熱后新風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)hR=38.8kJ/kg；1#、2#手術(shù)室空調(diào)機(jī)組內(nèi)回風(fēng)混合后狀態(tài)點(diǎn)焓值hD=42.4kJ/kg；1#手術(shù)室的新風(fēng)處理冷量、空調(diào)機(jī)組處理冷量分別為Q1=1.2×800×（87.6-32.8）/3600=14.61kW、Q2=1.2×2500×（48.2-42.4）/3600=4.83kW，新風(fēng)再熱負(fù)荷Q3=1.2×800×（38.8-32.8）/3600=1.6kW；

2#手術(shù)室的新風(fēng)處理冷量、空調(diào)機(jī)組處理冷量分別為Q1'=1.2×700×（87.6-42.4）/3600=10.55kW、Q2'=1.2×2000×（48.2-42.4）/3600=3.87kW，再熱負(fù)荷Q3'=1.2×700×（38.8-32.8）/3600=1.4kW。

3.4 小結(jié)

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，第一種方案1#、2#手術(shù)室能耗分別是傳統(tǒng)處理方案的67.8%、64.2%，第三種方案1#、2#手術(shù)室能耗分別是傳統(tǒng)處理方案的75.4%、66.0%。采用第一種、第三種方案均可實(shí)現(xiàn)空調(diào)機(jī)組干工況運(yùn)行、溫濕度獨(dú)立控制，但第三種空氣處理方案控制復(fù)雜，系統(tǒng)送風(fēng)溫度不穩(wěn)定。傳統(tǒng)空氣處理系統(tǒng)的空調(diào)機(jī)組濕工況運(yùn)行，易滋生細(xì)菌。推薦采用溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)，新風(fēng)承擔(dān)全部濕負(fù)荷，與回風(fēng)在空調(diào)機(jī)組混合，經(jīng)空調(diào)機(jī)組等濕冷卻處理后送至室內(nèi)。

4 結(jié)語(yǔ)

潔凈手術(shù)室溫濕度獨(dú)立控制、新風(fēng)濕度優(yōu)先的控制模式，控制邏輯簡(jiǎn)單、靈活，此處理模式發(fā)展成熟。新風(fēng)機(jī)組由單冷源改為雙冷源，能耗比傳統(tǒng)空氣處理模式節(jié)約了67.8%左右，達(dá)到降低能耗的目的。空調(diào)機(jī)組實(shí)現(xiàn)干工況運(yùn)行，減少細(xì)菌滋生，提高凈化空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和可靠性。

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