手术室空气处理方案的比较分析

李 涛 陈雪芬 叶 青

山东同圆设计集团有限公司

手术室空气处理方案的比较分析

李 涛 陈雪芬 叶 青

山东同圆设计集团有限公司

洁净手术室净化空调系统是实现手术室洁净度、温湿度和压差控制的重要保证，本文通过对手术室空调系统不同空气处理方式的比较分析，详细阐述了不同空气处理方式的特点和适用范围。

洁净手术室空调空气处理

设有净化空调系统的洁净手术室是现代医疗建筑的重要组成部分，在许多新建医疗综合体以及旧有的医疗建筑改造中都建有洁净手术室。手术室净化空调系统的主要任务是：能够控制相应等级用房的室内温度、湿度、尘埃、细菌、有害气体浓度以及气流分布，以保证室内人员所需的新风量，维持室内外合理的压力梯度，满足洁净手术部洁净保障体系的要求，创造一个人工的理想的无菌手术环境。

1 手术室空气处理的典型方式

目前洁净手术室空调系统的典型空气处理方式主要有以下几种：

1）一次回风系统。洁净手术室空调系统回风与室外新风混合，经空气处理后送至室内。

2）二次回风系统。对于级别较高的洁净手术室存在满足洁净度的空气净化要求，因此其送风量远大于用于满足空调舒适性要求所需的风量，出于节能的考量，多适宜采用二次回风空调系统。空调系统新风与回风一次混合后经空气处理，再次与旁通支路的回风进行混合，形成二次回风系统。

3）新风机组与室内循环机组并用。新风机组与室内循环机组并用的空调系统由新风承担全部室内冷热负荷，新风经新风机组处理后送入室内循环机组，与手术室回风混合，再经过滤器处理后送入室内。本方案适合于多间手术室共用一套新风机组，新风单向分配至各间手术室，不存在各间手术室的回风在空调机组内混合的顾虑。

4）新风机组与风机盘管室内循环机组并用[1]。对手术室的温、湿度的要求往往随手术类别、疾病性质而异，而这种方式最便于各手术室的温、湿度控制与调节，如心脏外科宜于在16℃的低温环境施行手术，此温度对多数手术室则不适合，如手术室不另设风机盘管循环机组就很难做到各室按需自行调节的要求。

2 空气处理方式的比较

本文将结合实际算例，对几种主要空气处理方式进行比较分析，对不同空气处理方式的特点和适用范围进行探讨阐述。以天津某医院拟建的Ⅰ级手术室为算例，计算条件为夏季工况，夏季设计室内温度24℃，相对湿度60%，总冷负荷3.3kW[1]。天津地区室外夏季设计参数：干球温度33.4℃，湿球温度26.9℃。根据相关技术规范[2]，Ⅰ级洁净手术室最小新风量取值为770m3/h。

2.1 方案一分析

方案一采用新风机组与室内循环机组并用，由新风机组承担系统全部的热湿负荷，其空气处理过程为：

根据△i=Q/G，得送风焓差△i=3.3×3600/(1.2× 9000)=1.1kJ/kg，则，i0=iN-△i=50.3-1.1=49.2kJ/kg。

在ε线上确定送风状态点O的状态参数：t= 23.1℃，d=10.1g/kg，φ=57%。

ε线φ=90%的相对湿度线相交得机器露点。但是风机温升会有一定影响，为求稳妥，考虑0.5℃的风机温升，实际为L’点（图1）。各点参数如下：

①机器露点L：t=14.3℃，i=37.4kJ/kg，d=9.1g/kg，φ=90%。

②L’点：t=14.8℃，i=37.9kJ/kg，d=9.1g/kg，φ=87%。

该方案将新风处理至室内等d线以下，回风未进行热湿处理，直接与处理后的新风混合，经高效或亚高效空气过滤器后送入室内。因此新风承担了全部室内热湿负荷，但新风处理焓差达到47kJ/kg，对新风机组的要求比较高，表冷器供回水温为7～12℃时，需要设置6排盘管才能保证要求。本方案在满足房间温、湿度要求条件下，供给的新风量大于计算所需新风量，偏于更舒适和安全，从技术上可以接受。

图1 方案一的空气处理过程

2.2 方案二分析

方案二采用带再热的一次回风方式，通常被认为参数较易控制，对表冷器也无特殊要求，但因空气处理过程存在冷热抵消，运行能耗较大。空气处理过程如下：

系统划分与方案一相同。以Ⅰ级手术室计算为例，计算过程如下：

新风比m=770/9000=9%；

得iM=m·（iW-iN）+iN=0.09×(84.4-50.3)+50.3= 53.4kJ/kg，确定混合点M，其参数为t=25℃，d= 11.1g/kg，φ=57%。

由方案一计算已知送风状态点O，沿等d线找到机器露点L，使得OL与φ=90%的相对湿度线相交。同样考虑0.5℃的风机温升，实际为L’点（图2）。各点参数如下：

①机器露点L：t=15.8℃，i=41.6kJ/kg，d=10.1g/kg，φ=90%。

②L’点：t=16.3℃，i=42.1kJ/kg，d=10.1g/kg，φ=87%。

则，空调组制冷量9000×1.2×(53.4-41.6)/3600= 35.4kW，再热量Q=9000×1.2×(49.2-42.1)/3600= 21.3kW。

图2 方案二的空气处理过程

由计算可知，方案二比方案一能量消耗要大许多。一次混合后的空气被处理到机器露点，而为了满足送风状态点的需要，又对此机器露点的空气进行了再热，存在一定的能量抵消。因此，洁净手术室一般采用二次回风系统。

2.3 方案三分析

方案三采用二次回风的空气处理方式，空气处理过程为：

系统划分与方案一相同。由方案一计算可知，新风承担全部负荷时，Ⅰ级手术室新风量为810m3/h，仅超出最小新风量40m3/h，一次回风意义不大，因此本案以Ⅱ级手术室为算例，计算过程如下：

机器露点与方案一中的相同。

从而确定一次混合点M：t=30.7℃，d=16.9g/kg，φ=61%。

空调机组冷量Q=2×1.2×792×(74.2-38.5)/3600= 9.4kW。

图3 方案三的空气处理过程

2.4 方案四分析

对于一些高温高湿地区，例如上海、广州、武汉、香港等地，室外焓值较大，新风机组需进行大焓差处理，将新风直接处理至露点比较困难。方案四采用除湿机对集中新风去湿。新风经新风机组、除湿机集中处理，承担全部负荷，空气处理过程如下所示：

为便于比较，本算例仍采用天津地区的室外气象参数计算。计算过程如下：

Ⅰ级手术室的空调机组机器露点L：t=14.3℃，i=37.6kJ/kg，d=9.2g/kg，φ=90%。

考虑0.5℃风机温升，得实际点L’：t=14.8℃，i= 38.1kJ/kg，d=9.2g/kg，φ=87%。

图4 方案四的空气处理过程

为满足除湿机性能要求，假定新风在除湿机前处理至L1，使得dL1-dL≥单位除湿量。过L点做等湿线，过L1做等焓线，相交得M点。主要状态参数如下：

①L1：t=20.2℃，i=54.3kJ/kg，d=13.4g/kg，φ=90%。

②M点：t=30.6℃，i=54.3kJ/kg，d=9.2g/kg，φ=33%。

则，空调机组处理风量G=510+1584+3273= 5667m3/h；空调机组前表冷器负荷Qw1=1.2×5667× (84.4-54.3)/3600=56.9kW；后表冷器负荷Qw2=1.2× 5667×(54.3-37.6)/3600=31.5kW；除湿机再生风量Gz= 1/3×5667=1889m3/h；除湿机再生加热量QZ=c/3.6Lzρz(t3-tw)=1.01/3.6×1889×1.2×(120-33.4)=55074W≈55.1kW；总能耗Q=56.9+31.5+55.1=143.5kW。

从节能角度讲，这种方式不可取。原因在于处理过程中存在较大的能量抵消，初投资大，且运行不经济。除某些特殊场合外，一般不推荐使用。

2.5 各方案比较

表1为各方案比较。

表1 各方案比较

3 总结

手术室空气处理方式的合理选择，对于整个空调系统设备的选择和控制有着非常重要的影响。

对于高温高湿地区，例如上海、武汉、广州、香港等地，室外湿球温度均在27℃以上，室外焓值在85kJ/kg以上，室外状态点与空调机组露点的焓差在45kJ/kg以上。将新风直接处理至机器露点比较困难，不适宜采用方案一，可根据实际情况选用方案三或方案四。

对于干燥地区，例如呼和浩特、兰州、乌鲁木齐等地，室外焓值在70kJ/kg以下，室外状态点与空调机组露点的焓差在30kJ/kg以下。这些地区可以优先采用方案一。

而对于其他主要地区，例如北京、天津、西安、哈尔滨等地，室外焓值在70～85kJ/kg之间，室外状态点与露点的焓差在30～45kJ/kg之间。可以根据实际情况选择方案，约束条件比较少。

[1]涂光备.医院建筑空调净化与设备[M].北京:中国建筑工业出版社,2008

[2]医院洁净手术部建筑技术规范(GB 50333-2002)[S].2002

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1003-0344（2014）02-076-3

2013-4-18

李涛（1977～），男，硕士，工程师；济南市高新区舜华路2000号舜泰广场11号楼山东同圆设计集团有限公司六层第六设计分院（250101）；0531-66775592；E-mail:litao-7711@163.com