洁净手术部空气处理方式及节能探讨

郭长勇　忻瑛

【摘要】由于洁净空调送风量是按照规范所要求的换气次数进行确定，其送风量要比按照消除室内余热、余湿风量大的多，所以其空气处理方式是不同的。针对医院洁净手术部净化空调系统能耗高的特点，提出了关于洁净手术室净化空调系统的节能措施，包括二次回风系统、正压控制系统、热回收系统、温湿度独立控制系统及节能运行系统等。

【关键词】一次回风 二次回风 温湿度独立控制 正压控制 热回收装置

1 热湿负荷及风量计算

洁净手术部一般为内区房间，因此无围护结构负荷，本文以某Ⅰ级手术室为例，对其进行如下热湿负荷及风量计算。该手术室尺寸7.5m×5.7m×3m，夏季室内设计温度24℃，相对湿度60%。

1.1人员散热量

人员散热量计算：

1.2人员散湿量

人员散湿量计算：

1.3照明散热量

1.4医疗设备散热量

手术室内设备较多，一般来说，电子设备的散热量可以试验测得，本文设备散热量如表1所示：

1.5送风量确定

《规范》规定Ⅰ级洁净手术室最小送风口面积2.4×2.6=6.24㎡，手术区工作面高度截面风速0.25～0.30m/s，考虑气流衰减，出风口断面平均风速取0.45m/s，则送风量为：

1.6新风量的确定

合理确定新风量不仅关系到冷、热负荷耗量，也影响到过滤设备的寿命，在满足需要的前提下，尽可能选取较低的新风量，新风量的确定主要有以下几种方式，并且取最大值。

1）按照《规范》规定的换气次数计算

2）补偿室内排风并保持室内正压值

3）满足人员卫生需求

安装上述方法计算新风量并考虑系统漏风，新风取整数1000m3/h。

2 空气处理方式

2.1一次回风系统

一次回风系统是传统净化空调系统形式，新风首先在洁净新风机组中集中处理至机器露点，经过中效、亚高效过滤器后进入各台循环机组与回风混合后，使用7/12℃冷冻水冷冻除湿处理，再热后送入室内，空气处理过程如图1所示。

由室内状态点N点可知=48.18kJ/kg，Q=3.3kw，G=10000m3/h（取整数），根据，可求得=0.99 kJ/kg，即可求出送风状态点的焓值=47.19kJ/kg，则此等焓线与热湿比线的交点即送风状态点O点，过O点作等湿线与90%等相对湿度线交与C点，由新回风比可确定M点。

从以上计算结果可知，在一次回风系统中存在严重冷热抵消的现象，造成能源浪费。

2.2二次回风系统

新风经新风机组处理至室内等焓点，与一部分回风混合后经循环机组处理后再与未经处理的回风混合，再热后送入室内，空气处理过程如图2所示。

要使再热量为0，则一次回风混合后需要循环机组处理到的状态点L点应是N，O延长线与90%相对湿度线的交点，此时L点干球温度11℃，由于冷水机组的供回水温度为7～12℃，理论上能处理到L点，但是处理温度越低，成本越高，在实际过程中过表冷器的送风温度一般取12～16℃，本文取12℃，即可确定L点，连接N和L点，交OC与M点。从焓湿图上可得：

通过以上计算结果可以看出，相对于一次回风系统，二次回风系统在洁净手术部空气处理过程中机组所需冷量及在热量都明显降低，可以达到节能目的。

2.3温湿度独立控制系统

温湿度独立调节空调系统其空气处理过程如图3所示，由洁净型溶液调湿新风机组对新风进行集中处理，承担所有新风负荷和室内潜热负荷，通过调节新风送风含湿量对室内相对湿度进行调节。干燥新风进入循环机组，与回风混合，使用14/19℃冷冻水进行降温处理，通过调节送风温度对室内温度进行控制。

从以上结果可知，温湿度独立控制系统，系统所需冷量最少，且机组运行能耗也显著降低，同时实现机组干工况运行，避免了细菌的滋生。

2.4能耗分析

传统空调系统中，根据《公建节能设计标准》（GB50189-2005），当冷量大于1163KW时，传统离心式冷水机组制冷COP不小于5.1，若考虑输配系统如冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔等设备的能耗，冷水系统综合COP约为3.7，再热按电再热计算。

温湿度独立控制系统，高温冷水机组COP约为8.0，考虑输配系统，则水系统综合COP约为5.1；溶液调湿新风机组承担L1-L2的冷量，其能耗包括机组自带压缩机、再生排风机及溶液泵，机组综合COP约为3.7。据此可得出传统一次回风系统、二次回风系统以及温湿度独立控制系统的能耗如表6所示：

3 正压控制

合理的正压控制是防止室外灰尘进入手术室的有效方法，但由于门的开启、结构性泄露、过滤器积尘或者室外风速的影响，往往会造成手术室内空气的泄露，引起正压值的波动。当正压为10Pa是一扇门门缝的泄漏量估算为176m3/h，假设以1m3/h风量每年消耗50元为基准，则上述漏风量一年所形成的浪费为8818元。为使室内保持稳定的正压，应采用简易有效的控制方式，常见的正压控制方式有以下两种：

1）变频调节。手术室净化空调系统的送风机变频调节，通过压差传感器或者风速传感器等敏感元件来控制变频器，调节送风机的风量。这种做法控制灵敏，工作稳定，节能效果明显，新建的手术室使用较多。

2）在手术室吊顶上单独设置一个排风系统。通过室内和走廊间的压差信号控制排风机的启停，且排风机与手术室自动门连锁，并设有延时装置，瞬间开门，排风机立即停机，关门时有延时，建立正压后，再开排风机。这样既保证开门时的正压，也避免了因门开启造成排风机的频繁停开，目前此种形式较为常见。

4 结论

本文通过实例对比计算，从空气处理方式上分析一次回风系统、二次回风系统以及温湿度独立控制系统的耗冷量，并提出了以下节能建议：

1）一次回风系统控制简单，易于控制，但再热量大，冷热抵耗严重，可以考虑增加热回收装置；

2）二次回风系统可减少再热，降低能耗，但控制复杂，初投资较高；

3）温湿度独立调节空调系统，除湿过程中无冷凝水产生，循环机组仅承擔室内显热负荷，干工况运行，真正实现“无凝水空调”，且解决了除湿后再热的问题，提高冷水温度，提高冷水系统COP，节能效果明显；

4）合理的压差控制，即可以保证洁净度又能达到节能效果。

参考文献

[1] GB50333-2002，医院洁净手术部建筑技术规范[S].