洁净手术部空调系统设计探讨.docx

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洁净手术部空调系统设计探讨

洁净手术部空调系统设计探讨

北京康成人工环境工程有限公司徐喆

摘要：

本文介绍了洁净手术室净化空调系统的设计理念，详细的阐述了净化空调系统设计中的系统形式、空气处理方式、风量平衡、设备选用、系统节能等关键设计环节，从而使医院手术部能够满足新形势下的各种要求。

作者观点，仅供参考。

关键词：

洁净手术室空气处理流程风量平衡节能措施

概述：

近年来随着经济的发展，人们的生活水平普遍提高，以从过去的温饱型向健康型过渡。

人们对健康的逐渐重视，必定要求加快医疗条件和医疗设备的改善。

同时随着科技的发展，大量的新观念和新技术被人们接受和应用，这为改善医院的医疗环境和医疗设施创造了一个良好的条件，并对此提出了更高的要求，尤其是对医院手术部的设计提出了新的要求。

为此，我国在2002年12月1日正式实施了中华人民共和国国家标准GB50333---2002《医院洁净手术部建筑技术规范》，规范针对手术室空气调节与空气净化方面提出了许多与以往洁净室不同的设计新要求和新思路，因此，如何能够在设计中认真贯彻标准的精神，是我们工程设计人员面临的新的课题。

本文集中了作者多年的工作经验总结以及国内最新的技术成果，其中不乏有作者对新技术的独到见解，藉以此文把作者观点表述给同行，以求得共勉。

系统形式及划分：

合理的净化空调系统是保障整个手术部处于受控状态的重要环节。

洁净手术部要求系统能够控制各等级手术室及辅助用房的室内温度、湿度、洁净度、细菌与有害气体浓度、气流分布，保证室内人员所需的新风量，维持室内合理的气流流向，维持手术部合理、有序的压力梯度。

过去国内大多数医院手术部比较简陋，基本为非洁净手术部，主要依靠消毒液进行消毒，易产生交叉污染。

在室温控制方面则采用窗式空调和风机盘管进行调节。

而窗式空调自身是一个发尘发菌源，长期使用会使室内尘埃数和细菌浓度增高。

普通风机盘管表面及集水盘自身是一个污染源，容易积灰滋生细菌，特别在夏季有污染室内空气的危险。

同时风机盘管的维修及保养均在室内进行，不但会影响手术室的使用率，而且由于管配件多使用时易泄露，并在维修时由于风机盘管的拆装机内的存水都易污染吊顶产生二次污染，所以用这二种形式的空调都不能用于洁净手术室。

现行的国家规范中规定，洁净用房内严禁采用普通的风机盘管机组或空调器，但在准洁净室和III、IV级洁净辅助用房，可采用带亚高效过滤器或高效过滤器的净化风机盘管机组，或立柜式净化空调器。

一般情况下，手术部所有的净化空调系统均采用全空气集中送风系统，且为全年定风量系统，风量的改变会造成静压差的改变，从而影响房间的洁净度，所以不应采用变风量系统。

在空调系统的划分上，应即能保证洁净手术部整体控制，又能使各洁净手术灵活使用，洁净手术室应与辅助用房分开设置净化空调系统，划分如下：

I、II级洁净手术室应每间采用独立净化空调系统，III、IV级洁净手术室可2～3间合用一个系统，手术部洁净辅助用房合用一个系统；新风可采用集中送风系统，也可采用每个系统自采新风；排风系统各手术室应独立设置。

空气处理流程：

净化空调系统的空气处理与普通空调系统的区别在于空气过滤器的设置和对温、湿度的控制。

空气过滤器是保障整个手术部设施处于洁净环境的重要环节，它确保洁净度达到相应级别、阻止细菌与有害气体的侵入；而空气的冷热处理是保障整个手术部人员处于舒适环境的关键所在，它保证医护人员和病人的生理卫生要求。

一、空气过滤：

净化空调系统空气过滤系统至少设置三级空气过滤器：

第一级应设置在新风口或紧靠新风口处，即新风过滤，同时，新风过滤应采用对≥5μm大气尘计数效率不低于50％的粗效过滤器、对≥1μm大气尘计数效率不低于50％的中效过滤器和对≥0.5μm大气尘计数效率不低于95％的亚高效过滤器的三级过滤器组合；第二级应设置在系统的正压段，一般为中效过滤器；第三级应设置在系统的末端或紧靠末端的静压箱附近，不得设在空调箱内，一般为高效过滤器。

洁净手术室内的回风必须设置过滤层（器），一般在回风口处安装无纺布过滤层。

洁净手术室排风管应设对≥1μm大气尘计数效率不低于80％的高中效过滤器和止回阀，以防风机停机时，室外空气倒灌，影响手术室内的空气质量。

整个空调净化系统通过对送风、回风及排风的过滤措施，保证了整个手术部处于洁净受控状态。

二、空气冷热处理：

为了满足洁净度的要求，洁净手术部对不同级别的洁净区域的送风量有严格要求。

送风量比普通的舒适性空调大很多，并且要求系统全年运行时，送风量、新风量、排风量固定不变，送风温差由送风量和室内热湿负荷决定，一般比普通的舒适性空调小很多。

因此，针对夏季工况，如图１所示，对于自采新风的一次回风系统，处理流程为：

新风与回风混合后处理至露点L点，然后加热至K点，经风机升温至O点送入室内。

由于手术室送风量很大，送风温差很小，因此从L点到K点需要大量的再热量，产生严重的冷热抵消。

对于新风集中处理的一次回风系统，规范中要求新风处理机组应能在供冷季节将新风处理到不大于要求的室内空气状态点的焓值。

一般将新风处理到室内焓值，处理流程为：

先将新风处理到室内等焓点LW，与回风混合后处理至L点，然后加热至K点，经风机升温至O点送入室内。

同样会产生严重的冷热抵消。

　　　　　　　　　　　　图１：

夏季工况空气处理过程

针对冬季工况，如图２所示，以我国夏热冬冷地区为例，无论是自采新风系统还是集中送风系统，均须将新风作预处理，假定室内设计参数不变，将新风预热预处理至W’点，然后与一次回风混合后至Ｃ点，然后加热至Ｋ点，然后等温加湿（干蒸汽）处理至送风状态点Ｏ点。

从图中还可以看出，W’点越高，所需热量越大，另外，W’点越高，其相对湿度越低，过低的相对湿度容易使新风在输送过程中产生静电。

因此，W’点不宜过高，一般取值为5℃。

　　　　　　　　　　　图２冬季工况空气处理过程

综上所述，将空气过滤与冷热处理连贯起来便组成了整个净化空调系统的空气处理流程，如图３所示：

如图３　净化空调系统空气处理流程

空调系统的风量平衡：

由于规范对手术室的房间级别、压力、送风量和新风量有严格的要求，而换气次数、静压差和洁净度这三个参数是息息相关的，当空调系统的风量达到平衡，换气次数即可达到设计要求，并使房间保持稳定的压力梯度，从而保证良好的洁净度。

因此手术室的空调系统的风量平衡就显得尤其重要。

以Ｉ级正压手术室为例，根据规范要求，手术区手术台工作面高度截面平均风速为0.25～0.30m/s，集中送风口面积为6.24m2（2.4mx2.6m），考虑到风速衰减，送风口处的风速取0.40～0.45m/s，则计算得手术室内所需送风量

，规范要求I级手术室所需最小新风量为1000m3/h，按照一般净化空调系统总漏风率为

，绘出系统风量平衡图。

图4-1正压手术室风量平衡图

系统送风量

;

系统新风量

循环风量

可见，手术室需要的新风量为1000

，系统实际送新风1204

，多出的204

即为补充系统漏风的。

从风机送出10204

，漏出2％以后正好剩10000

送入室内，循环风为9000

，差额为1000

，正好是手术室所需新风量，也可维持室内正压的压出量（排风＋渗风）。

同理，对于负压手术室，计算方法与上述相同，所不同的在于房间的排风量由800

变为1200

，正压渗风改为了负压渗风。

系统风量平衡图变为：

图4-2负压手术室风量平衡图

我们可以将以上两种情况合并，同时将排风机改为双速风机（高速为1200

，低速为800

），当需要正压手术室时，排风机采用低档运行，当需要负压手术室时，排风机采用高档运行，手术室变为正负压转换手术室。

本文中仅以I级手术室为例对手术室的风量平衡进行阐述，而在实际工程中，I级手术室多为正压手术室，正负压转换手术室通常为III级或IV级手术室，但其风量平衡的计算方法是相同的，仅在数值上有所变化，在这里就不再一一赘述了。

净化空调设备选用：

一空调机组的选用：

洁净手术室由于属于生物洁净室的范畴，它是以控制有生命微粒为最终目标的。

空气污染的途径非常多，但由以空调机组所带来的军团病最为大家所熟知。

由于传统的空调机组中，存在有军团病菌积存的环境，促成病菌繁殖的因素，以及将军团病菌从积存散发到给易感人群的途径，因此如何抑制空调机组细菌的繁殖成为洁净手术室室内空气建设的关键的问题之一。

为了把空调机组内微生物污染、新繁殖的微生物及其释放出的有害有味气体和大量有害代谢物、尸体和碎片的污染减少到最低，中华人民共和国国家标准GB/T19569---2004《洁净手术室用空气调节机组》中对洁净空调机组采取以下一些改进措施：

1.与传统的空调机相反，将热交换盘管设置在正压段，从根本上消除盘管积水、不易排水的问题。

由于处于正压段可以消除水封，彻底杜绝了因积水而滋生细菌、污染和臭气问题。

2.与传统做法相反，采用亲水膜平翅片，从而在冷却除湿过程中铝箔表面不会形成小水珠，有效减少了气流中的水滴，故而不易产生带水现象。

平翅片也不易积尘滋菌，很容易被流水带走。

3.用气封防止停机时机外污染空气倒灌。

4.将中效过滤器设在风机后的均流板与盘管之间，使中效过滤器既满足处于机组正压段的要求，又能保护蒸发盘管，减少其上的积尘集菌，还可完全避免中效过滤器受潮而易长霉。

5.用吹风或特殊自循环的消毒办法，保持表冷器等易带菌部位的干燥和灭菌。

空调设备的选用除应防止微生物污染原则外，还应满足下列要求：

1.净化空调机组内表面及内置零部件应选用耐消毒药品腐蚀的材料和面层，材质表面应光洁。

2.内部结构应便于清洗并能顺利排除清洗废水，不易积尘和滋生细菌。

3.表面冷却器的冷凝水排出口，应设能自动防止倒吸并在负压时能顺利排除冷凝水的装置。

在除湿工况时，应在系统运行3min内排出水来。

凝节水管不能直接与下水道相连。

4.各级空气过滤器前后应设置压差计，测量接管应通畅，安装严密。

5..不应采用淋水式空气处理器。

当采用表面冷却器时，通过盘管所在截面的气流速度不应大于2m/s。

6.空调机组中的加湿器宜采用干蒸汽加湿器，在加湿过程中不应出现水滴。

加湿水质应达到生活饮用水为生标准。

加湿器材料应抗腐蚀，便于清洁和检查。

7.加湿设备与其后的空调设备段之间要有足够的距离。

Ⅰ～Ⅲ级洁净用房净化空调系统的高效过滤器之前系统内的空气相对湿度不宜大于75%。

8.空调机组箱体的密封应可靠。

当机组内保持1000Pa的静压值时，洁净度等于或高于1000级的系统，箱体的漏风率不应大于1%；洁净度低于1000级的系统，箱体的漏风率不应大于2%。

二送风末端的选用：

《医院洁净手术部建筑技术规范》中要求，Ⅰ～Ⅲ级洁净手术室应采用局部集中送风的方式，即把送风口直接集中布置在手术台的上方。

其他房间的高效送风口可单独布置。

但无论是集中布置的高效送风口还是分散布置的高效送风口，其安装和更换均需要在洁净房间内进行，也就是说在送风末端的静压箱后安装高效过滤器。

一般高效过滤器1～2就要更换一次，在整个空调系统停止后，工作人员需要在整个手术部内更换高效过滤器，更换工作完成后，手术室需要整体清洁，洁净度需要重新检测后，手术室方可使用，此项工作对手术室的运营影响较大。

因此，一种新型的洁净手术室专用阻漏式洁净送风天花逐渐为业内所认可，它将高效过滤器安装在机房内的高效过滤箱中，方便维修与更换，可有效的保障手术室内的洁净度等级，安装简便快捷，外观简洁大方，其原理如图5所示：

图5送风天花原理图

两种送风天花的比较见下表：

传统洁净送风天花

阻漏式洁净送风天花

对室内洁净度的保护

万一高效过滤器泄漏，室内工作必将受到影响。

能将高效过滤器泄漏所造成的影响降低至原来的1/475。

对主流区气流的保护

洁净送风天花下部的气流均匀度不易达到国家标准的有关要求，抗环境干扰能力弱。

洁净送风天花下部的气流均匀度容易达到国家标准的有关要求，抗环境干扰能力强。

出风面积

出风面采用多块散流孔板、网组合，安装要求高。

仅用四块阻漏层组合，安装方便，气流满布率≥95%。

设备高度

静压箱高度较高，在土建层高较低的场合无法安装。

安装在房间内的阻漏层厚度在350mm之内，特殊情况可再降低其厚度，能适合更多的安装场合。

设备维护工作方便性

更换高效过滤器必须进入手术室，不利于手术部的无菌化管理。

在手术室外更换高效过滤器，不污染受保护的环境，更换快捷，操作方便。

设备安装质量的保障

现场制作，传统拼装，不利于保障设备质量。

工厂制造，仅需现场配套专用连接件简单拼接组合即可，有利于保障设备质量。

观感

出风面一般采用多块散流孔板、网组合，固定螺栓外露，不美观。

用四块阻漏层组合，无螺栓连接，出风面观感好。

将阻漏式洁净送风天花应用到空调系统中的原理图如下：

图6洁净空调系统原理图

节能措施：

洁净手术部的负荷特点是热湿负荷比较稳定。

从建筑的布置上来看，除清洁走廊外，洁净手术部的大部分区域一般都没有直接的外围护结构，其室内热湿负荷几乎不受室外气候条件的影响，人员和医疗用电设备是室内热湿负荷的主要影响因素。

而且，洁净手术部空调是生物净化空调，主要是对送风量有严格要求，即送风量大，送风温差较小，容易产生严重的冷热抵消。

同时，为保证洁净房间的洁净度，空调系统需要全年运行，一旦空调系统关闭，洁净手术部的相对正压就不存在了，非洁净区的脏空气可轻易进入洁净区，当空调系统重新启动时，必须运行30min以上，手术部方可使用，大大增加了医护工作者的工作强度所以一般手术室均长时间不关机运行。

为解决以上两个问题，一是使用二次回风代替一次回风，二是使用手术部值班工况运行的方式。

一、用二次回风代替一次回风

同样以I级手术室为例，按照集中处理新风的方案，夏季二次回风的空气处理流程为：

先将新风处理到室内等焓点LW，与一次回风混合后处理至L点，然后与二次回风混合后加热至K点，经风机升温至O点送入室内。

如图7所示：

图7夏季工况二次回风空气处理过程

从焓湿图中可以看出，新风负荷没有变化，室内负荷也没有变化，而再热负荷减小了，从而总冷量相应减小。

以北京地区夏季工况为例，夏季空调室外计算干球温度tw=33.2℃，夏季空调室外计算湿球温度ts=26.4℃，夏季空调室内计算干球温度tn=23℃，夏季空调室内计算相对湿度φ=55%，运用前文所计算的风量值分别计算一次回风与二次回风的负荷，计算结果见下表：

方案

手术室级别

送风量（m3/h）

新风量（m3/h）

一次回风量（m3/h）

二次回风量（m3/h）

循环空调机组制冷量（Kw）

循环空调机组再热量（Kw）

一次回风

I级

10204

1204

9000

—

41.0

26.9

二次回风

I级

10204

1204

5429

3571

26.7

14.8

*这里二次回风量占总送风量的35%。

通过比较，二次回风比一次回风冷量减小35%，再热量减小44%，显然，二次回风系统较一次回风系统节能。

二、空调系统值班状态

值班工况运行是指在手术部不做任何手术时，为保证手术室的洁净度，维持手术部内各房间正压梯度，只开启集中新风机组和排风机组，关闭循环机组的一种运行模式。

值班状态不但保证了手术室在不使用时的洁净度，又可在需要时随时开启循环机组投入手术，同时循环机组的关闭减少了大部分的耗能设备（风机、冷热源）的使用，起到了节能和使用灵活的双重作用。

为保证整个手术部的静压差不变，必须保证新风与排风的风量差不变，这就要求在值班状态下，集中新风系统的新风机组和排风机组必须开启，同时关闭循环空调机组风机及回风电动阀，为保证分配到每个循环机组上的新风量不变，在循环机组的新风管处设置定风量阀。

系统形式如图8所示：

图8值班工况原理图

以上两种节能方式虽节省了大量的运行成本，但其初投资会也会相应增加，尤其是值班工况，一是增加了自控部分的费用，二是增加了新风机组本身的费用，它要求新风机的压头要足以克服新风机组、循环风机组内的所有设备阻力及空调系统中的所有管道、阀门阻力，选择节能方式还需结合各工程的资金投入能力。

结束语：

洁净手术部净化空调系统的设计归根结底是为了保障手术室的洁净环境，通过对手术室各参数的控制，降低发菌和抑制室内细菌的繁殖，从而达到降低手术和术后的感染率，提高手术的效率与质量，并在满足医院洁净手术部保障体系要求的前提下通过采取一些有效的节能方法，提高医院手术部净化空调系统的运行管理水平，达到提高能源的综合利用率、降低设备成本和运行费用、节约能耗的效果。

参考文献：

1.许钟麟,《空气洁净技术原理》,同济大学出版社,1998。

2.中华人民共和国国家标准GB50333---2002，《医院洁净手术部建筑技术规范》，2002年12月1日实施。

3.沈晋明、孙光前：

“手术室空调系统与正压控制”，《洁净与空调技术》，2000年第4期。

4.刘华、王清勤：

“洁净手术室净化空调设计要点浅析”。

5.许钟麟，《洁净室设计》，地震出版社。

6.许钟麟、梅自力、郭大荣、沈晋明：

“洁净手术室集中送风方式的最新成果”，《洁净与空调技术》，2002年增刊.

7.沈晋明：

“洁净手术部的净化空调系统的设计”，2003年9月。