層流手術室在設計中出現的問題及解決方案

引言

自2002年執行《醫院潔淨手術部建築技術規範》以來，已有14年的時間，規範的出台及人們對於醫療環境要求越來越高推動了手術部的建設。在層流手術室完成建設投入使用中暴露了不少設計不足的問題，特別是在潔淨空調係統中尤為突出。潔淨空調係統是手術部各項技術指標的保證，所以潔淨空調係統中的問題要引起我們的重視。其中比較突出的也是比較關鍵的問題主要有；夏季除濕、過渡季節製冷、空調係統的節能、新風空調機組盤管的防凍等。本文就這幾個問題可以采取的解決方案進行了初步的探討。

1  夏季除濕

1.1  夏季濕度過離的原因

據研究，相對濕度50%時，細菌浮遊10min後即死亡；相對濕度更高或更低時，即使經過24h大部分細菌還活著。在常溫下，相對濕度60%以上可發黴，80%以上則不論高低都會發黴。規範中手術室要求的相對濕度為30%-60%，當然50%最理想。而很多醫院夏季空調係統往往會出現濕度偏高的問題。要達到除濕的目的是將空氣中的水蒸汽凝結出來，層流手術室的除濕是通過潔淨空調機組的冷水盤管將空氣的溫度降到送風狀態點的露點溫度來實現的。送風狀態點的露點溫度一般在12℃左右，如冷水盤管出風溫度過高，將無法保證送風露點溫度，從而室內的濕度也將無法保證。造成濕度超標的原因主要有：一、空調水係統供水量不足；二、空調水係統供水溫度過高，三、空調機組使用年限較長時，冷水盤管的表麵汙垢較厚時，影響風水換熱效果，使冷水盤管換熱麵積不足。

1.2  濕度過高的解決方案

空調水係統供水量不足有很多原因，如水泵選型過小、空調水係統水力不平衡等。水力計算是水泵選型的依據，也是空調水係統能否平衡的依據，可見空調水係統的水力計算非常重要。水泵的流量及揚程，水管的管徑應根據水力計算的數據進行選擇，水力計算時應考慮合適的水流速。

現在很多醫院層流手術室夏季冷熱源是大樓集中供給的，病房區為溫度優先控製，對濕度的要求不是很嚴格，隻要溫度舒適即可，所以對冷水的供水溫度要求不用太低，有的醫院冷水供水溫度高達10℃以上。手術部潔淨空調係統為濕度優先控製，要求冷水溫度為7℃，10℃的冷水溫度是滿足不了潔淨空調機組除濕要求。部分醫院大樓空調主機在空調機房處提供的冷水溫度能達到7℃，但由於手術部淨化空調機組的設備層距空調主機遠，再加上部分空調水管道的保溫層損壞，冷量損耗較大，不能滿足潔淨空調機組除濕要求的冷水溫度。以上兩種情況比較普遍，設計人員也在尋求解決方案，現階段主要有下以3種解決方案：一、采用雙冷源深度除濕係統（圖1），即新風空調機組內有兩種冷盤管，一套是水盤管，接大樓冷水係統，另一套是氟盤管，在新風機組內設置一套製冷係統。大樓提供的冷源作為新風空調機組的主冷源，在主冷源冷水溫度達不到除濕要求時，新風機組內的製冷係統啟動工作，氟盤管將新風的溫度進一步拉低，到達露點溫度，達到除濕的目的；二、考慮手術室需要製冷時間長的特殊性，為手術室設計單獨冷熱源係統（圖２） ， 也是現階段常選用的方案， 即不再使用大樓提供的冷熱源，而是為手術部單獨設置冷熱源，冷熱源一般采用風冷模塊冷熱水機組；三、針對小型的手術部，空調機組台數不多，可以用直接蒸發係統（圖3）。

1.3  三種方案的優缺點

   雙冷源深度除濕係統的優點是可以使用大樓的公共資源，因增設的冷源在新風空調機組內，沒有增加單獨的設備，減小了設備的管理費用，節能效果好，運行費用少，節省初投資。缺點是因為氟係統的蒸發器、冷凝器都放置於新風空調

機組內，新風經過蒸發器降溫除濕後又經過冷凝器加熱，新風的溫度會上升至20℃左右，所以此方案不能作為過渡季節室內溫度過高時的降溫處理方案，而且存在冬季盤管凍裂的風險。

   單獨冷熱源係統的優點是不受大樓空調水係統的影響，冷水溫度能得到有效的保障。缺點是增加空調機組的維護費用，初投資費用大，存在冬季盤管凍裂的風險。

直接蒸發係統的優點是管路簡單，也不用補水係統，控製靈活。缺點是氟係統冬季製熱時結霜需除霜，所以室外機組隻能選單冷的室外空調機組，再熱用電再熱；此方案管路不易過長，過長影響空調係統的製冷效率，隻適合小型手術部使用。

2  過渡季節的製冷

   由於手術部密閉性好，手術室、潔淨走廊及大部分的潔淨輔房在內區，再加上燈光、人員及各種醫療設備的散熱，在停止集中供冷的過渡季節，手術部仍存在內熱的問題，因此，手術部過渡季節需要有提供冷源的空調設備。在單獨配置冷源的空調係統中，冷源的形式一般為風冷模塊冷水機組。常用的風冷模塊冷水機組製冷時的環境溫度範圍為15℃-48℃，這種風冷模塊冷水機組在過渡季節是不能使用的，應選擇低溫製冷的風冷模塊冷水機組，低溫製冷的風冷模塊冷水機組製冷時的環境溫度範圍為5℃-48℃。單獨冷熱源係統中的風冷模塊冷熱水機組如果選用的是低溫製冷的風冷模塊冷熱水機組，在過渡季節是可以使用的。采用低溫製冷技術的直接蒸發係統，在過渡季節也是可以使用的。由此可見，在定購空調機組時一定要說明機組的使用技術參數，這樣可以達到一機多用，節省設備投資，簡化管道的目的。

3 空調係統的節能

   潔淨手術室為濕度優先，存在著大量的潛熱負荷，加上手術室的設備多，密閉性好，現已成為能耗最大的公共建築之一。淨化行業在我國起步比較晚，還處於研究試驗不斷成熟的階段。節約能源、提高能源利用率逐漸成為淨化行業的一個重要內容。在手術部淨化空調係統中常用的節能方案分有以下幾種：

   3.1完全二次回風係統節能方案

完全二次回風係統是循環空調機組將一部分回風與新風空調機組處理過的新風進行混合，混合後進行降溫除濕處理，處理後的混合風再與回風進行混合，混合點為送風狀態點，空氣處理過程如圖4。完全二次回風處理沒有降溫除濕後的再熱過程，減少冷熱相互抵消，節能效果明顯。完全二次回風是淨化行業較早采用的節能減排方案，此方案的節能效果已經得到很多論證。但完全二次回風方案控製及管路複雜，因此，主要在I級手術室、百級血液病房等空調係統中運用。

3.2雙冷源深度除濕係統節能方案

雙冷源深度除濕係統是新風空調機組對新風進行深度除濕處理，獨立承擔室內濕負荷，循環空調機組隻承擔降溫負荷，不需要將所有空氣降到露點，不存在過度冷卻，空氣處理過程如圖5。因此，夏季不需要再熱，雖然也存在一定冷熱量相互抵消的能量浪費過程，但較傳統一次回風空調係統還是節能的，而且循環空調機組在幹工況下工作，有效避免因濕度造成的細菌滋生，因此在實際工程應用推薦采用。

3.3熱回收型熱泵空調機組係統

夏季傳統一次回風空調係統需要通過再熱措施調整送風溫度，達到控製相對濕度的目的，過度冷卻和再熱也是傳統一次回風空調係統的原理性缺陷。熱回收型熱泵機組回收熱泵空調機組運行製冷模式時的冷凝熱，將傳統空調視為廢熱的能源用於循環空調機組的再熱（見圖6）。此方案節能效果顯著，但冷熱水是分開走管，管路為四管製，管路複雜，此方案優勢在夏季突顯，冬季會出現管道閑置，存在管路凍裂的風險，還處於推廣階段，對於手術部區域較大的推薦采用。

4新風空調機組盤管的防凍

冬季北方寒冷地區新風空調機組常出現盤管凍裂問題（見圖7），盤管凍裂主要有以下幾個方麵的原因：一、新風空調機組停止工作的情況下，機房內沒有采暖措施，溫度低於-0℃以下，係統水泵停止工作，並且新風空調機組盤管內沒有放水，或盤管設計不合理盤管內的水放不幹淨，又或是新風密閉閥關閉不嚴等；二、新風空調機組正常工作的情況下，空調水係統設計的水力失調，水流量不足，或是盤管水量設計偏小，又或是雙冷源蒸發溫度對水盤管的影響等。對於新鳳空調機組停止工作的情況下解決新風機組防凍的措施有：在施工時建議院方在機房內設置采暖設施；在冬季到來之前，將新風空調機組冷盤管內水放幹淨，定期檢查新風密閉閥的關閉情況，發現關閉不嚴及時修理；在空調機組定購時選擇有排空設計的冷水盤管，並設置停機保溫防凍裝置（見圖８）。

對於新風空調機組正常工作的情況下解決新風機組防凍的措施有：在空調水係統設計時進行水力計算，避免水力失調及水流量不足的問題；在新風機組進風處設置新風電預熱，將新風預熱到5℃。由於新風空調機組冷盤管凍裂現象出現比普遍，也引起空調機組廠家的重視，在新風空調機組的設計上也有不錯的措施：如新風機組組采用新風旁通設計、冷水盤管為順流式設計（見圖9）、雙冷源新風空調機組內的表冷器與蒸發器的布置、蒸汽盤管破真空閥、疏水閥的安裝等。

   5總結

   在潔淨空調係統設計初期，應該充分了解大樓資源情況，核對資源參數是否滿足潔淨空調係統的使用要求，確定大樓資源不能滿足要求後應選擇經濟實用、節能的冷熱源。並在定購機組時仔細注明對空調機組的技術要求，提前考慮周到，

避免因設計初期考慮問題不全麵而造成空調機組不能完全滿足使用要求的重大失誤及人力物力的浪費。在選擇空氣處理方案時，要進行技術經濟分析，優先選擇節能效果好的空氣處理方案，減少能源的浪費。在潔淨空調係統投入使用後，維護保養也是很重要的工作，係統可能會因為維護保養不及時或不當而不能正常工作。