层流手术室在设计中出现的问题及解决方案

引言

自2002年执行《医院洁净手术部建筑技术规范》以来，已有14年的时间，规范的出台及人们对于医疗环境要求越来越高推动了手术部的建设。在层流手术室完成建设投入使用中暴露了不少设计不足的问题，特别是在洁净空调系统中尤为突出。洁净空调系统是手术部各项技术指标的保证，所以洁净空调系统中的问题要引起我们的重视。其中比较突出的也是比较关键的问题主要有；夏季除湿、过渡季节制冷、空调系统的节能、新风空调机组盘管的防冻等。本文就这几个问题可以采取的解决方案进行了初步的探讨。

1  夏季除湿

1.1  夏季湿度过离的原因

据研究，相对湿度50%时，细菌浮游10min后即死亡；相对湿度更高或更低时，即使经过24h大部分细菌还活着。在常温下，相对湿度60%以上可发霉，80%以上则不论高低都会发霉。规范中手术室要求的相对湿度为30%-60%，当然50%最理想。而很多医院夏季空调系统往往会出现湿度偏高的问题。要达到除湿的目的是将空气中的水蒸汽凝结出来，层流手术室的除湿是通过洁净空调机组的冷水盘管将空气的温度降到送风状态点的露点温度来实现的。送风状态点的露点温度一般在12℃左右，如冷水盘管出风温度过高，将无法保证送风露点温度，从而室内的湿度也将无法保证。造成湿度超标的原因主要有：一、空调水系统供水量不足；二、空调水系统供水温度过高，三、空调机组使用年限较长时，冷水盘管的表面污垢较厚时，影响风水换热效果，使冷水盘管换热面积不足。

1.2  湿度过高的解决方案

空调水系统供水量不足有很多原因，如水泵选型过小、空调水系统水力不平衡等。水力计算是水泵选型的依据，也是空调水系统能否平衡的依据，可见空调水系统的水力计算非常重要。水泵的流量及扬程，水管的管径应根据水力计算的数据进行选择，水力计算时应考虑合适的水流速。

现在很多医院层流手术室夏季冷热源是大楼集中供给的，病房区为温度优先控制，对湿度的要求不是很严格，只要温度舒适即可，所以对冷水的供水温度要求不用太低，有的医院冷水供水温度高达10℃以上。手术部洁净空调系统为湿度优先控制，要求冷水温度为7℃，10℃的冷水温度是满足不了洁净空调机组除湿要求。部分医院大楼空调主机在空调机房处提供的冷水温度能达到7℃，但由于手术部净化空调机组的设备层距空调主机远，再加上部分空调水管道的保温层损坏，冷量损耗较大，不能满足洁净空调机组除湿要求的冷水温度。以上两种情况比较普遍，设计人员也在寻求解决方案，现阶段主要有下以3种解决方案：一、采用双冷源深度除湿系统（图1），即新风空调机组内有两种冷盘管，一套是水盘管，接大楼冷水系统，另一套是氟盘管，在新风机组内设置一套制冷系统。大楼提供的冷源作为新风空调机组的主冷源，在主冷源冷水温度达不到除湿要求时，新风机组内的制冷系统启动工作，氟盘管将新风的温度进一步拉低，到达露点温度，达到除湿的目的；二、考虑手术室需要制冷时间长的特殊性，为手术室设计单独冷热源系统（图２） ， 也是现阶段常选用的方案， 即不再使用大楼提供的冷热源，而是为手术部单独设置冷热源，冷热源一般采用风冷模块冷热水机组；三、针对小型的手术部，空调机组台数不多，可以用直接蒸发系统（图3）。

1.3  三种方案的优缺点

   双冷源深度除湿系统的优点是可以使用大楼的公共资源，因增设的冷源在新风空调机组内，没有增加单独的设备，减小了设备的管理费用，节能效果好，运行费用少，节省初投资。缺点是因为氟系统的蒸发器、冷凝器都放置于新风空调

机组内，新风经过蒸发器降温除湿后又经过冷凝器加热，新风的温度会上升至20℃左右，所以此方案不能作为过渡季节室内温度过高时的降温处理方案，而且存在冬季盘管冻裂的风险。

   单独冷热源系统的优点是不受大楼空调水系统的影响，冷水温度能得到有效的保障。缺点是增加空调机组的维护费用，初投资费用大，存在冬季盘管冻裂的风险。

直接蒸发系统的优点是管路简单，也不用补水系统，控制灵活。缺点是氟系统冬季制热时结霜需除霜，所以室外机组只能选单冷的室外空调机组，再热用电再热；此方案管路不易过长，过长影响空调系统的制冷效率，只适合小型手术部使用。

2  过渡季节的制冷

   由于手术部密闭性好，手术室、洁净走廊及大部分的洁净辅房在内区，再加上灯光、人员及各种医疗设备的散热，在停止集中供冷的过渡季节，手术部仍存在内热的问题，因此，手术部过渡季节需要有提供冷源的空调设备。在单独配置冷源的空调系统中，冷源的形式一般为风冷模块冷水机组。常用的风冷模块冷水机组制冷时的环境温度范围为15℃-48℃，这种风冷模块冷水机组在过渡季节是不能使用的，应选择低温制冷的风冷模块冷水机组，低温制冷的风冷模块冷水机组制冷时的环境温度范围为5℃-48℃。单独冷热源系统中的风冷模块冷热水机组如果选用的是低温制冷的风冷模块冷热水机组，在过渡季节是可以使用的。采用低温制冷技术的直接蒸发系统，在过渡季节也是可以使用的。由此可见，在定购空调机组时一定要说明机组的使用技术参数，这样可以达到一机多用，节省设备投资，简化管道的目的。

3 空调系统的节能

   洁净手术室为湿度优先，存在着大量的潜热负荷，加上手术室的设备多，密闭性好，现已成为能耗最大的公共建筑之一。净化行业在我国起步比较晚，还处于研究试验不断成熟的阶段。节约能源、提高能源利用率逐渐成为净化行业的一个重要内容。在手术部净化空调系统中常用的节能方案分有以下几种：

   3.1完全二次回风系统节能方案

完全二次回风系统是循环空调机组将一部分回风与新风空调机组处理过的新风进行混合，混合后进行降温除湿处理，处理后的混合风再与回风进行混合，混合点为送风状态点，空气处理过程如图4。完全二次回风处理没有降温除湿后的再热过程，减少冷热相互抵消，节能效果明显。完全二次回风是净化行业较早采用的节能减排方案，此方案的节能效果已经得到很多论证。但完全二次回风方案控制及管路复杂，因此，主要在I级手术室、百级血液病房等空调系统中运用。

3.2双冷源深度除湿系统节能方案

双冷源深度除湿系统是新风空调机组对新风进行深度除湿处理，独立承担室内湿负荷，循环空调机组只承担降温负荷，不需要将所有空气降到露点，不存在过度冷却，空气处理过程如图5。因此，夏季不需要再热，虽然也存在一定冷热量相互抵消的能量浪费过程，但较传统一次回风空调系统还是节能的，而且循环空调机组在干工况下工作，有效避免因湿度造成的细菌滋生，因此在实际工程应用推荐采用。

3.3热回收型热泵空调机组系统

夏季传统一次回风空调系统需要通过再热措施调整送风温度，达到控制相对湿度的目的，过度冷却和再热也是传统一次回风空调系统的原理性缺陷。热回收型热泵机组回收热泵空调机组运行制冷模式时的冷凝热，将传统空调视为废热的能源用于循环空调机组的再热（见图6）。此方案节能效果显著，但冷热水是分开走管，管路为四管制，管路复杂，此方案优势在夏季突显，冬季会出现管道闲置，存在管路冻裂的风险，还处于推广阶段，对于手术部区域较大的推荐采用。

4新风空调机组盘管的防冻

冬季北方寒冷地区新风空调机组常出现盘管冻裂问题（见图7），盘管冻裂主要有以下几个方面的原因：一、新风空调机组停止工作的情况下，机房内没有采暖措施，温度低于-0℃以下，系统水泵停止工作，并且新风空调机组盘管内没有放水，或盘管设计不合理盘管内的水放不干净，又或是新风密闭阀关闭不严等；二、新风空调机组正常工作的情况下，空调水系统设计的水力失调，水流量不足，或是盘管水量设计偏小，又或是双冷源蒸发温度对水盘管的影响等。对于新凤空调机组停止工作的情况下解决新风机组防冻的措施有：在施工时建议院方在机房内设置采暖设施；在冬季到来之前，将新风空调机组冷盘管内水放干净，定期检查新风密闭阀的关闭情况，发现关闭不严及时修理；在空调机组定购时选择有排空设计的冷水盘管，并设置停机保温防冻装置（见图８）。

对于新风空调机组正常工作的情况下解决新风机组防冻的措施有：在空调水系统设计时进行水力计算，避免水力失调及水流量不足的问题；在新风机组进风处设置新风电预热，将新风预热到5℃。由于新风空调机组冷盘管冻裂现象出现比普遍，也引起空调机组厂家的重视，在新风空调机组的设计上也有不错的措施：如新风机组组采用新风旁通设计、冷水盘管为顺流式设计（见图9）、双冷源新风空调机组内的表冷器与蒸发器的布置、蒸汽盘管破真空阀、疏水阀的安装等。

   5总结

   在洁净空调系统设计初期，应该充分了解大楼资源情况，核对资源参数是否满足洁净空调系统的使用要求，确定大楼资源不能满足要求后应选择经济实用、节能的冷热源。并在定购机组时仔细注明对空调机组的技术要求，提前考虑周到，

避免因设计初期考虑问题不全面而造成空调机组不能完全满足使用要求的重大失误及人力物力的浪费。在选择空气处理方案时，要进行技术经济分析，优先选择节能效果好的空气处理方案，减少能源的浪费。在洁净空调系统投入使用后，维护保养也是很重要的工作，系统可能会因为维护保养不及时或不当而不能正常工作。