潔凈手術(shù)部空氣處理分析論文

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摘要：介紹了定二次回風(fēng)系統(tǒng)在潔凈手術(shù)部空氣處理過程中的應(yīng)用。通過與一次回風(fēng)系統(tǒng)的比較，得出在潔凈手術(shù)部空氣處理過程中的應(yīng)用定二次回風(fēng)系統(tǒng)，節(jié)能效果明顯，自控復(fù)雜程度不變的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：潔凈手術(shù)部空氣處理一次回風(fēng)系統(tǒng)定二次回風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能分析

1.引言

隨著《醫(yī)院潔凈手術(shù)部建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》和《醫(yī)院潔凈手術(shù)部建筑技術(shù)規(guī)范》（以下簡(jiǎn)稱《標(biāo)準(zhǔn)》和《規(guī)范》）的相繼頒布實(shí)施，國(guó)內(nèi)的潔凈手術(shù)部空調(diào)設(shè)計(jì)和施工人員在迅速轉(zhuǎn)變?cè)O(shè)計(jì)理念的同時(shí)，也提出了多種潔凈手術(shù)部的空調(diào)系統(tǒng)方案。《標(biāo)準(zhǔn)》和《規(guī)范》對(duì)潔凈手術(shù)部空調(diào)的氣流組織規(guī)定較為詳細(xì)明確，其主流區(qū)理論也得到了實(shí)踐的證明和業(yè)界的認(rèn)可，存在的爭(zhēng)論相對(duì)較少。相反，本應(yīng)是較為成熟的空氣處理和輸送方案卻存在較多爭(zhēng)論，國(guó)內(nèi)幾家大的醫(yī)院凈化工程公司也都形成了自己鮮明的空氣處理“風(fēng)格”。但是，這些方案往往都著重強(qiáng)調(diào)空氣凈化品質(zhì)參數(shù)的控制，而忽略了空氣處理過程的節(jié)能設(shè)計(jì)。筆者仔細(xì)分析了潔凈手術(shù)部空調(diào)的主要特點(diǎn)和現(xiàn)有的幾種系統(tǒng)，認(rèn)為在滿足潔凈手術(shù)部的工藝要求前提下，潔凈手術(shù)部空氣處理過程還有很大的節(jié)能設(shè)計(jì)空間。

2.潔凈手術(shù)部空調(diào)的主要特點(diǎn)

2.1潔凈手術(shù)部空調(diào)的設(shè)計(jì)參數(shù)和精度要求

受傳統(tǒng)的工業(yè)凈化空調(diào)和工藝空調(diào)要求恒溫恒濕的影響，往往過分強(qiáng)調(diào)潔凈手術(shù)部空調(diào)設(shè)計(jì)參數(shù)的控制精度。但是潔凈手術(shù)部空調(diào)是生物凈化空調(diào)，與工業(yè)凈化空調(diào)和傳統(tǒng)的工藝空調(diào)都有很大的區(qū)別，其工藝的主要保護(hù)對(duì)象是手術(shù)病人，更具體地說是手術(shù)切口，因此對(duì)溫濕度的精度要求一般并不太高，而《規(guī)范》對(duì)潔凈手術(shù)部用房的溫度和相對(duì)濕度的設(shè)計(jì)范圍分別為22~25℃和35~60%。

2.2潔凈手術(shù)部的空調(diào)負(fù)荷特點(diǎn)

潔凈手術(shù)部的熱濕負(fù)荷比較穩(wěn)定。從建筑的布置上來看，除清潔走廊外，潔凈手術(shù)部的大部分區(qū)域一般都沒有直接的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，其室內(nèi)熱濕負(fù)荷幾乎不受室外氣候條件的影響，人員和醫(yī)療用電設(shè)備是室內(nèi)熱濕負(fù)荷的主要影響因素。

2.3潔凈手術(shù)部的送風(fēng)量特點(diǎn)

為了滿足潔凈度的要求，潔凈手術(shù)部對(duì)不同級(jí)別的潔凈區(qū)域的送風(fēng)量有嚴(yán)格要求。送風(fēng)量比普通的舒適性空調(diào)大很多，并且要求送風(fēng)量固定不變，送風(fēng)溫差由送風(fēng)量和室內(nèi)熱濕負(fù)荷決定，一般比普通的舒適性空調(diào)小很多。

3現(xiàn)有的潔凈手術(shù)部空氣處理方案

目前較為常用的手術(shù)部空氣處理方案按照循環(huán)機(jī)組的回風(fēng)次數(shù)可分為一次回風(fēng)和二次回風(fēng)（或旁通）兩類。如果再結(jié)合各空氣處理段的不同組合排序，其種類可達(dá)到數(shù)十種之多。限于篇幅和方便上下文的方案作比較，本文以某醫(yī)院I級(jí)手術(shù)室為例，主要介紹現(xiàn)在最常用的一次回風(fēng)處理方式，其設(shè)計(jì)參數(shù)如表一中手術(shù)室1所示，其流程圖如圖一所示，空氣處理焓濕圖如圖三A）和圖四A）所示。以夏季工況為例，先將新風(fēng)集中處理到室內(nèi)等焓點(diǎn)LW，與回風(fēng)混合后處理至L點(diǎn)，然后加熱至K點(diǎn)，經(jīng)風(fēng)機(jī)升溫至O點(diǎn)送入室內(nèi)。由于I級(jí)手術(shù)室送風(fēng)量很大，送風(fēng)溫差很小，因此從L點(diǎn)到K點(diǎn)需要大量的再熱量，產(chǎn)生嚴(yán)重的冷熱抵消。

針對(duì)I級(jí)手術(shù)室系統(tǒng)的嚴(yán)重冷熱抵消，也有個(gè)別凈化工程公司嘗試在I級(jí)手術(shù)室中使用二次回風(fēng)，但終因控制方式不合理或控制系統(tǒng)復(fù)雜而難以實(shí)現(xiàn)，結(jié)果沒有得到廣泛應(yīng)用。也有人提出用新風(fēng)承擔(dān)室內(nèi)濕負(fù)荷來避免再熱帶來的冷熱抵消，又可以使循環(huán)機(jī)組實(shí)現(xiàn)干工況運(yùn)行的解決方案。這種思路從理論上可以實(shí)現(xiàn)，但在實(shí)際工程中卻很難行得通：由于手術(shù)部中往往是多個(gè)手術(shù)室循環(huán)機(jī)組共用一個(gè)新風(fēng)機(jī)組，在這種情況下，無法通過調(diào)節(jié)新風(fēng)處理參數(shù)來適用個(gè)別手術(shù)室濕負(fù)荷增加產(chǎn)生的波動(dòng)。定新風(fēng)量因?yàn)闊o法預(yù)知濕負(fù)荷增加量而無法實(shí)現(xiàn)；變新風(fēng)量勢(shì)必導(dǎo)致自控系統(tǒng)復(fù)雜。另外，由于要求的供水溫度過低等原因很難實(shí)現(xiàn)循環(huán)機(jī)組的絕對(duì)干工況運(yùn)行。

4固定二次回風(fēng)的潔凈手術(shù)部空氣處理方案

針對(duì)以上情況，本文提出在潔凈手術(shù)部空氣處理過程中采用固定二次回風(fēng)量的二次回風(fēng)系統(tǒng)，其流程圖如圖二所示，空氣處理焓濕圖如圖三B）和圖四B）所示。這樣按照實(shí)際熱濕處理所需要的回風(fēng)量來確定一次回風(fēng)量，并全年固定此風(fēng)量不變，既避免了大量的冷熱抵消，又利于控制。同時(shí)，由于經(jīng)過冷、熱盤管的空氣迎面風(fēng)速大大降低，有利于熱濕處理。循環(huán)機(jī)組的新風(fēng)和總的回風(fēng)都固定不變，在二次回風(fēng)支路上設(shè)定風(fēng)量閥，既可以起到固定一次回風(fēng)和二次回風(fēng)量的作用，又利于一次回風(fēng)和二次回風(fēng)的阻力平衡。

手術(shù)室投入使用時(shí)，循環(huán)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，同時(shí)聯(lián)鎖開啟排風(fēng)機(jī)、排風(fēng)管和總回風(fēng)管上的電動(dòng)密閉閥。手術(shù)室不使用時(shí)，循環(huán)風(fēng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)聯(lián)鎖關(guān)閉排風(fēng)機(jī)、排風(fēng)管和總回風(fēng)管上的電動(dòng)密閉閥。其空氣處理過程如下：

4.1夏季工況（圖三B，設(shè)計(jì)工況）

假定將新風(fēng)預(yù)處理至室內(nèi)等焓線與φ=90%的交點(diǎn)Lw，然后與一次回風(fēng)混合后(C點(diǎn))處理至L點(diǎn)，混合處理后的空氣與二次回風(fēng)混合到K點(diǎn)，經(jīng)風(fēng)機(jī)升溫至O點(diǎn)送入室內(nèi)。設(shè)計(jì)工況下的空氣處理過程避免了冷熱抵消現(xiàn)象，循環(huán)機(jī)組的制冷量理論上等于室內(nèi)全熱負(fù)荷加風(fēng)機(jī)熱量。點(diǎn)LW的確定可以根據(jù)實(shí)際情況靈活確定，以避免或減少不必要的冷熱抵消或加濕去濕抵消過程；夏季及夏季過渡季較低的LW可以減輕循環(huán)機(jī)組冷盤管去濕的負(fù)擔(dān)。

4.2冬季工況（圖四B，設(shè)計(jì)工況）

假定室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)不變，將新風(fēng)預(yù)熱預(yù)處理至W’點(diǎn)，然后與一次回風(fēng)混合后降溫處理至D點(diǎn)，然后加濕（干蒸汽）處理至L點(diǎn)。從圖中還可以看出，W’點(diǎn)越高，所需冷量越大，另外，W’點(diǎn)越高，其相對(duì)濕度越低，過低的相對(duì)濕度容易使新風(fēng)在輸送過程中產(chǎn)生靜電。因此，W’點(diǎn)不宜過高，但不應(yīng)低于最低值班溫度（5℃）。

圖一潔凈手術(shù)部一次回風(fēng)系統(tǒng)空氣處理流程圖（I級(jí)手術(shù)室）

圖二潔凈手術(shù)部二次回風(fēng)系統(tǒng)空氣處理流程圖（I級(jí)手術(shù)室）

A）一次回風(fēng)B）二次回風(fēng)

圖三夏季潔凈手術(shù)部空氣處理過程對(duì)比（I級(jí)手術(shù)室）

A）一次回風(fēng)B）二次回風(fēng)

圖四冬季潔凈手術(shù)部空氣處理過程對(duì)比（I級(jí)手術(shù)室）

表一上海某醫(yī)院潔凈手術(shù)室設(shè)計(jì)參數(shù)房間凈化等級(jí)溫度濕度余熱余濕熱濕比風(fēng)機(jī)熱量新風(fēng)量總風(fēng)量

℃%kWkg/hkJ/kgkWm3/hm3/h

手術(shù)室1Ⅰ24508.52.847107486100011000

手術(shù)室2Ⅱ24506.42.409956428004000

手術(shù)室3Ⅲ24505.21.971949818002000

手術(shù)室4Ⅳ24504.71.97185840.56001100

表二上海某醫(yī)院潔凈手術(shù)室循環(huán)機(jī)組空氣處理過程對(duì)比（“非露點(diǎn)”控制）房間夏季冬季

一次回風(fēng)二次回風(fēng)節(jié)省冷量節(jié)省熱量一次回風(fēng)/二次回風(fēng)

冷量kW熱量kW冷量kW%kW冷量kW加濕kg/h

手術(shù)室139.124.514.616824.56.15.88

手術(shù)室215.87.48.4887.41.54.56

手術(shù)室38.81.67.2221.60.64.99

手術(shù)室45.960.75.2140.7-0.083.25

表三上海某醫(yī)院潔凈手術(shù)室循環(huán)機(jī)組空氣處理過程對(duì)比（“露點(diǎn)”控制）房間冬季*

一次回風(fēng)二次回風(fēng)加濕節(jié)省冷量節(jié)省熱量

冷量kW熱量kW冷量kW熱量kWkg/h%kW

手術(shù)室130.524.56.10.05.8840424.5

手術(shù)室28.97.41.50.04.564877.4

手術(shù)室32.21.60.60.04.992531.6

手術(shù)室40.670.750.00.083.25**0.75

*夏季與表二相同

**二次回風(fēng)無需制冷，可節(jié)省制冷量0.67kW。

5.固定二次回風(fēng)系統(tǒng)的節(jié)能分析

現(xiàn)以上海某醫(yī)院潔凈手術(shù)室空氣處理為例，通過計(jì)算對(duì)一次回風(fēng)系統(tǒng)和固定二次回風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行能耗分析比較，按照控制方式不同，每種系統(tǒng)又分為“露點(diǎn)”和“非露點(diǎn)”控制。其設(shè)計(jì)參數(shù)見表一，計(jì)算比較結(jié)果見表二和表三。

5.1夏季工況

從表二可以看出，在夏季設(shè)計(jì)工況下，對(duì)I級(jí)手術(shù)室，采用二次回風(fēng)系統(tǒng)可以節(jié)省168%(24.5kW)的制冷量，同時(shí)可以避免24.5kW的再熱量；II級(jí)手術(shù)室可以節(jié)省88%(7.4kW)的制冷量，同時(shí)可以避免7.4kW的再熱量；III級(jí)手術(shù)室可以節(jié)省22%(1.6kW)的制冷量，同時(shí)可以避免1.6kW的再熱量；IV級(jí)手術(shù)室可以節(jié)省14%(0.7kW)的制冷量，同時(shí)可以避免0.7kW的再熱量。由于手術(shù)室的負(fù)荷隨級(jí)別的降低不如送風(fēng)量降得快，因此，越是高級(jí)別的手術(shù)室產(chǎn)生冷熱抵消現(xiàn)象越嚴(yán)重。I級(jí)和II級(jí)手術(shù)室利用定二次回風(fēng)系統(tǒng)的節(jié)能效果非常明顯，隨著循環(huán)風(fēng)量的迅速減小，更低級(jí)別的手術(shù)室利用二次回風(fēng)的節(jié)能空間也變得越來越小。

5.2冬季工況

從圖四可以看出，如果采用“非露點(diǎn)”控制，對(duì)于一次回風(fēng)系統(tǒng)和二次回風(fēng)系統(tǒng)都不會(huì)出現(xiàn)冷熱抵消，二者能耗一樣。如果采用“露點(diǎn)”控制，對(duì)于二次回風(fēng)，在冬季設(shè)計(jì)工況下與“非露點(diǎn)”控制能耗一樣；對(duì)于一次回風(fēng)，冬季也會(huì)出現(xiàn)冷熱抵消現(xiàn)象——從C點(diǎn)冷卻至D’點(diǎn)，蒸汽加濕至L點(diǎn)，然后再熱至K點(diǎn)。從表三可以看出，在冬季設(shè)計(jì)工況下，如果采用“露點(diǎn)”控制，相對(duì)于一次回風(fēng)系統(tǒng)，二次回風(fēng)系統(tǒng)可以節(jié)省與表二夏季工況下相同量的冷量和熱量。

6.結(jié)論

通過以上分析可以看出，固定二次風(fēng)的二次回風(fēng)系統(tǒng)用在潔凈手術(shù)部空氣處理過程中可以達(dá)到節(jié)能目的，級(jí)別越高，節(jié)能效果越明顯，I級(jí)和II級(jí)手術(shù)室夏季工況冷量可節(jié)省168%(24.5kW)和88%(7.4kW)，并可避免等量的再熱量；冬季工況若采用“露點(diǎn)”控制，I級(jí)和II級(jí)手術(shù)室冬季工況冷量可節(jié)省404%(24.5kW)和487%(7.4kW)，并可避免等量的再熱量。其自動(dòng)控制也并不比一次回風(fēng)麻煩，同時(shí)相對(duì)于一次回風(fēng)系統(tǒng)，二次回風(fēng)系統(tǒng)中熱濕處理的風(fēng)量大大減少，降低送風(fēng)機(jī)所需壓頭。另外，由于在加濕器后增加了二次回風(fēng)段，可使加濕器與風(fēng)機(jī)段保持一定距離，有利于避免過濾器和電機(jī)受潮，從I~IV級(jí)手術(shù)室i-d圖可知引入二次回風(fēng)混合后的送風(fēng)相對(duì)濕度小于75%，符合《規(guī)范》7.3.1-7條的要求。

參考文獻(xiàn)

1GB50333—2002醫(yī)院潔凈手術(shù)部建筑技術(shù)規(guī)范