摘 要：在設計醫(yī)院手術室凈化空調的過程中，空氣處理過程對室內環(huán)境至關重要。根據(jù)具體工程項目，對空氣處理過程進行分析，主要對3種空氣處理過程進行分析，推薦采用溫濕度獨立控制空調系統(tǒng)，新風承擔全部濕負荷，與回風在空調機組混合，經空調機組等濕冷卻處理后送至室內。潔凈手術室溫濕度獨立控制、新風濕度優(yōu)先的控制模式，控制邏輯簡單、靈活，空調機組干工況運行，不易滋生細菌，保證手術室內環(huán)境安全、舒適。

關鍵詞：節(jié)能；凈化空調；溫濕度獨立控制系統(tǒng)；深度除濕

中圖分類號：TU 831" " 文獻標志碼：A

手術室溫濕度控制為病患和醫(yī)生提供安全、潔凈的手術環(huán)境，對病人的康復及抑制細菌繁殖有重要作用?？諝馓幚矸桨高x擇及空調風系統(tǒng)設計是手術部凈化空調系統(tǒng)設計的核心問題。本文以濟寧太白湖新區(qū)石橋鎮(zhèn)衛(wèi)生院項目手術部為例，介紹凈化空調系統(tǒng)的設計方案及經驗總結。

1 項目簡介及負荷計算

石橋鎮(zhèn)衛(wèi)生院項目位于濟寧市，手術室及輔房位于四層，該項目兩間手術室1#、2#均屬于Ⅲ級手術室，1#手術室面積為50.7m2，2#手術室面積為36.5m2。

1.1 空調室外計算參數(shù)

空調室外計算參數(shù)見表1。

1.2 手術部主要技術指標

手術部主要技術指標[1]見表2。

1.3 熱濕負荷計算

本項目四層手術室不靠近外墻，無外圍護結構傳熱，適當考慮與相鄰房間圍護結構傳熱。室內負荷主要由醫(yī)護人員、醫(yī)療器械組成，手術室除醫(yī)療設備外，熱濕負荷相對穩(wěn)定[2]。

根據(jù)《醫(yī)院潔凈手術部建筑技術規(guī)范》規(guī)定，當設計送風系統(tǒng)時，包括手術臺在內的一定區(qū)域須處于潔凈氣流形成的主流區(qū)內，Ⅲ級潔凈手術室送風口面積≥1.4×2.6=3.64m2[3]；Ⅱ級～Ⅳ級手術室對最小換氣次數(shù)有一定要求，1#、2#手術室面積不同，集中式送風裝置送風面下方0.1m處截面的送風速度分別取0.25m/s和0.2m/s。

1#手術室送風量G1=3.64m2×0.25m/s=3276m3/h，2#手術室送風量G2=3.64m2×0.20m/s=2620m3/h。

1#、2#手術室新風量分別為800m3/h、700m3/h，排風量均為400m3/h；室外新風焓值hW=87.6kJ/kg，室內空氣狀態(tài)點焓值hN=48.2kJ/kg。1#手術室設計送風量為3300m3/h，冷負荷Q1=5.72kW，濕負荷W1=1.55kg/h，熱濕比ε1=13285kJ/kg，新風冷負荷=800×1.2×（87.6-48.2）/3600=10.5kW；2#手術室設計送風量為2700m3/h，冷負荷Q2=4.16kW，濕負荷W2=1.24kg/h，熱濕比ε2=12077kJ/kg，新風冷負荷=700×1.2×（87.6-48.2）/3600=9.2kW。手術室均設置獨立空調機組，共用新風機組[4]。

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

2 空調系統(tǒng)空氣處理過程

2.1 溫濕度獨立控制空調系統(tǒng)處理過程分析

深度除濕技術是實現(xiàn)溫濕度獨立控制的關鍵，通過精確控制制冷回路的運行參數(shù)，可以實現(xiàn)新風較低露點溫度，處理后新風可承擔全部新風負荷及室內全部濕負荷。雙冷源深度除濕系統(tǒng)可實現(xiàn)對新風進行深度除濕的功能，通過壓縮機、蒸發(fā)器、冷凝器等部件組成制冷回路，利用兩級冷源串級控制，實現(xiàn)低溫露點控制。新風機組雙冷源深度除濕系統(tǒng)由新風系統(tǒng)、冷源系統(tǒng)（蒸發(fā)器、冷凝器等）、控制系統(tǒng)等組成。在新風機組中集成雙冷源深度除濕系統(tǒng)，通過精確控制新風系統(tǒng)的溫濕度參數(shù)，實現(xiàn)室內溫濕度的獨立控制[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。通過精確控制溫濕度參數(shù)，可以提高室內環(huán)境的舒適度和穩(wěn)定性。

新風深度除濕后與回風混合，再經空調機組處理后送至手術室內。新風機組采用雙冷源多級除濕新風機，表冷段采用冷凍水供/回水（溫度為7℃/12℃）對新風進行冷卻除濕，另外新風機組還設置直膨式深度除濕段。

為使新風承擔手術室內的全部濕負荷，根據(jù)1#手術室的含濕量為9.4g/kg、濕負荷為1.55kg/h確定處理后的新風狀態(tài)點（2#手術室的含濕量為9.4g/kg、濕負荷為1.24kg/h，因此1#手術室為最不利條件）。一級冷卻除濕后新風狀態(tài)點L1含濕量為11.8g/kg，溫度為18.1℃；采用直膨式深度除濕段，經深度除濕后含濕量為7.8g/kg，新風溫度降至13.0℃。經新風管道送至空調機組與回風混合，風機和送風管道溫升取1℃。1#、2#手術室點N的室內狀態(tài)相同，送風溫度不同。1#手術室混合狀態(tài)點C的溫度為21.6℃，含濕量為9g/kg，混合狀態(tài)點未達到送風所需溫度，經空調機組表冷器溫度降至17.8℃，含濕量不變，經風機和送風管道溫升1℃達到送風狀態(tài)點O。2#手術室混合狀態(tài)點C的溫度為21.4℃，含濕量為8.98g/kg，混合狀態(tài)點未達到送風所需溫度，經空調機組表冷器溫度降至18.4℃，含濕量不變，經風機和送風管道溫升1℃達到送風狀態(tài)點O?？諝馓幚磉^程焓濕圖如圖1所示。

2.2 傳統(tǒng)空氣處理過程分析

空調機組、新風機組設計供/回水溫度為7℃/12℃。室外新風狀態(tài)點W經表冷器處理至狀態(tài)點L1，溫度為17.8℃，含濕量為11.6g/kg。通過新風管道送至空調機組與回風混合，新風經風機和送風管道溫升取1℃。1#手術室混合狀態(tài)點C的溫度為22.5℃，含濕量為9.93g/kg；混合后經空調機組表冷器處理至機器露點L，溫度為11.7℃，含濕量為9.0g/kg；再從L加熱升溫至L'，風機和送風管的溫升取1℃，送風狀態(tài)點O，溫度為18.8℃，含濕量為9.0g/kg。2#手術室混合狀態(tài)點C溫度為22.4℃，含濕量為9.98g/kg，混合后經空調機組表冷器處理至機器露點L，溫度為13.9℃，含濕量為8.98g/kg；再從點L加熱升溫至L'，風機和送風管的溫升取1℃，送風狀態(tài)點O，溫度為19.4℃，含濕量為 8.98g/kg。空氣處理過程焓濕圖如圖2所示。

2.3 深度除濕新風與等濕冷卻回風混合送至室內過程分析

室外新風經兩級處理至狀態(tài)點L2。由于新風機組與空調機組送風溫度和壓力差異較大，導致手術室送風溫度不穩(wěn)定。為了確保送風狀態(tài)點穩(wěn)定，對處理后新風等濕再熱至狀態(tài)點R，控制狀態(tài)點R與送風狀態(tài)點O處于等溫線，然后與處理后回風混合至送風狀態(tài)點O，送至室內。L2、R均按1#手術室熱濕負荷計算確定：dL2=7.8g/kg，tR=18.8℃。室內回風經表冷器等濕冷卻至狀態(tài)點D，經風機溫度有所提高，取溫升0.5℃至狀態(tài)點D'。深度除濕新風與等濕冷卻回風混合圖如圖3所示。

3 空調系統(tǒng)空氣處理方案分析與總結

3.1 溫濕度獨立控制空調系統(tǒng)分析與總結

溫濕度獨立控制，新風機組除承擔自己的全部負荷外，還承擔手術室內部分顯冷負荷及全部濕負荷，空調機組只承擔手術室部分顯冷負荷，實現(xiàn)干工況運行。為使手術室達到溫濕度獨立控制效果，二級除濕需要根據(jù)濕負荷最大的手術室確定處理后新風最終狀態(tài)點，新風機組狀態(tài)點L1、L2已知，各手術室室內狀態(tài)點可通過計算確定；1#、2#手術室室內設計工況相同，送風溫度相差不大，各手術室設置獨立空調機組，因此可調節(jié)空調機組冷凍水流量，適當調整各房間送風溫度。兩級處理后新風與回風在空調機組內混合，混合后狀態(tài)點C的溫度高于設計送風溫度，經空調機組表冷器等濕冷卻至狀態(tài)點D。如果新風量占比過高，混合后干球溫度可能低于送風溫度，就需要再熱；因此合理設置新風量有利于節(jié)能。規(guī)范規(guī)定手術室室內空氣狀態(tài)是范圍值，根據(jù)公共點R計算2#手術室室內溫濕度，滿足規(guī)范要求。雖然1#、2#手術室送風溫度有所不同，分別為18.8℃、19.4℃，但是共用新風仍可確定合理共用新風狀態(tài)點。

根據(jù)焓濕圖計算，新風機組深度除濕后狀態(tài)點L2焓值hL2=32.8kJ/kg；1#手術室空調機組內新風與回風混合后狀態(tài)點C焓值hC=44.7kJ/kg，空調機組處理后狀態(tài)點D焓值hD=40.8kJ/kg；2#手術室空調機組內新風與回風混合后狀態(tài)點C焓值hC=44.2kJ/kg，空調機組處理后狀態(tài)點D焓值hD=41.3kJ/kg。1#手術室的新風處理冷量、空調機組處理冷量分別為Q1=1.2×800×（87.6-32.8）/3600=14.61kW、Q2=1.2×3300×（44.7-40.8）/3600=4.29kW；2#手術室的新風處理冷量、空調機組處理冷量分別為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

新風機組僅承擔新風全部顯冷負荷及室內部分顯冷負荷，空調機組承擔手術室全部濕負荷及新風部分濕負荷。新風、回風混合后經空調機組表冷器冷卻除濕達到機器露點L，此狀態(tài)點溫度較低，未達到送風溫度，需要再熱至送風狀態(tài)點O。此空氣處理方式空調機組濕工況運行，易細菌滋生，同時存在再熱負荷，造成能源浪費。

根據(jù)焓濕圖計算，新風機組處理新風至狀態(tài)點L1焓值hL1=47.3kJ/kg；1#手術室空調機組內新風與回風混合后狀態(tài)點C焓值hC=48.2kJ/kg，空調機組處理后狀態(tài)點L焓值hL=36.7kJ/kg，再熱至狀態(tài)點L'焓值hL'=40.8kJ/kg；2#手術室空調機組內新風與回風混合后狀態(tài)點C焓值hC=48.2kJ/kg，空調機組處理后狀態(tài)點L焓值hL=36.7kJ/kg，再熱至狀態(tài)點L'焓值hL'=41.4kJ/kg；1#手術室的新風處理冷量、空調機組處理冷量分別為Q1=1.2×800×（87.6-47.3）/3600=10.75kW、Q2=1.2×3300×（48.2-36.7）/3600=12.65kW，再熱負荷Q3=1.2×3300×（40.8-36.7）/3600=4.51kW；2#手術室的新風處理冷量、空調機組處理冷量分別為Q1'=1.2×700×（87.6-47.3）/3600=9.4kW、Q2'=1.2×2700×（48.2-36.7）/3600=10.35kW，再熱負荷Q3'=1.2×2700×（41.4-36.7）/3600=4.23kW。

3.3 深度除濕新風與等濕冷卻回風混合送至室內過程分析與總結

該空氣處理方式與第一種處理方式均可實現(xiàn)溫濕度獨立控制。二級除濕后的新風與等濕降溫后回風在靜壓箱混合，混合后送風溫度較低，需要提供熱量再熱至送風狀態(tài)點。為使送風狀態(tài)點穩(wěn)定，對二級除濕后新風再熱至與送風狀態(tài)點O處于等溫線，然后與回風等溫混合，此過程產生再熱能耗。新風機組二級除濕后再熱的新風溫度與空調機組表冷器等濕冷卻后的溫度需要接近送風溫度，該處理方式增大了控制難度，不易實現(xiàn)。

根據(jù)焓濕圖計算，新風機組處理新風至狀態(tài)點L2焓值hL2=32.8kJ/kg，再熱后新風狀態(tài)點hR=38.8kJ/kg；1#、2#手術室空調機組內回風混合后狀態(tài)點焓值hD=42.4kJ/kg；1#手術室的新風處理冷量、空調機組處理冷量分別為Q1=1.2×800×（87.6-32.8）/3600=14.61kW、Q2=1.2×2500×（48.2-42.4）/3600=4.83kW，新風再熱負荷Q3=1.2×800×（38.8-32.8）/3600=1.6kW；

2#手術室的新風處理冷量、空調機組處理冷量分別為Q1'=1.2×700×（87.6-42.4）/3600=10.55kW、Q2'=1.2×2000×（48.2-42.4）/3600=3.87kW，再熱負荷Q3'=1.2×700×（38.8-32.8）/3600=1.4kW。

3.4 小結

根據(jù)計算結果，第一種方案1#、2#手術室能耗分別是傳統(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、第三種方案均可實現(xiàn)空調機組干工況運行、溫濕度獨立控制，但第三種空氣處理方案控制復雜，系統(tǒng)送風溫度不穩(wěn)定。傳統(tǒng)空氣處理系統(tǒng)的空調機組濕工況運行，易滋生細菌。推薦采用溫濕度獨立控制空調系統(tǒng)，新風承擔全部濕負荷，與回風在空調機組混合，經空調機組等濕冷卻處理后送至室內。

4 結語

潔凈手術室溫濕度獨立控制、新風濕度優(yōu)先的控制模式，控制邏輯簡單、靈活，此處理模式發(fā)展成熟。新風機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，達到降低能耗的目的。空調機組實現(xiàn)干工況運行，減少細菌滋生，提高凈化空調系統(tǒng)運行的安全性和可靠性。

參考文獻

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