净化手术室送风量的确定

净化手术室送风量与手术室大小及送风形式有关。目前国内设计人员通常根据标准或规范的规定计算净化空调系统的设计风量。

1、根据《医院洁净手术部建设标准》计算设计送风量

2、根据《军队医院手术部建筑技术规范》计算设计送风量

局部百级手术室(环境1000级)送风量为20412~6415m3/h;1000级手术室换气次数为(55h-1,送风量为6273~3119m3/h;万级手术室换气次数为30h-1送风量为3402~1701m3/h;10万级手术室换气次数为20h-1,送风量为2268~1134m3/h。

3、根据《综合医院建筑设计规范》并参照《洁净厂房设计规范》计算送风量

局部百级手术室送风量与1.2节相同;1000级手术室送风量为6816~2614m3/h ;万级手术室送风量为3718~1426m3/h;10万级手术室送风量为2479~950 m3/h。

 

净化手术室空调系统风机

医院净化手术室空调系统中一般设三级空气过滤装置,第一级设置在新风口处,为新风空气过滤器;第二级设置在空调机组的正压段内,属中效过滤器,是末级高效过滤器的预过滤器;末级设置在系统末端的送风口处,为高效过滤器 (规定“送风机可按净化空气调节系统的总风量和总阻力值进行选择。中效-高效空气过滤器的阻力宜按其初阻力的两倍计算。

这条规定与空气过滤器的使用期限的定义是一致的,当空气过滤器积尘量达到标准容尘量时,其阻力即为终阻力。通常定义为初阻力的2倍。文献指出:“在标准容尘量之下时,或者阻力增值不超过初阻力1倍时,近似把这种增值关系看成直线关系,产生误差不大。”

因此将终阻力减小必将缩短空气过滤器的使用期限。终阻力减小的幅度与初阻力的比值与使用期限缩短时间成正比。因此为保证各级空气过滤器正常的使用期限不变,确保净化空调系统不因频繁地更换空气过滤器而影响正常运行,在确定送风机风压时,考虑空气过滤器因积尘而产生的附加阻力是十分必要的。

一般手术室净化空调系统中,系统阻力应包括以下主要部分

  1. 空调机组机内阻力,1台10000m3/h送风量的机组机内空气阻力可达420-450Pa
  2. 空调机组余压,其大小为末级高效过滤器终阻力(高效B类为500Pa)加上送风系统管路和各部件的阻力约(200-250 Pa)
  3. 由此可见采用单风机的组合式空调机组,所配风机的全压应为1150-1200Pa

 

净化空调系统运行风量的变化及对策

为了保证手术室内的洁净环境,系统恒定风量送风非常重要。在净化空调系统中,空气过滤器积尘量的变化会引起阻力的变化,在常规系统中其变化量可达330Pa,约占送风机风压的28%,以系统管路阻力与风量呈二次幂关系变化计算#如果机组按文献的规定留有足够的余压,在各过滤器初始运行时系统风量会产生13%的增量。

这会产生一些负面影响:首先,对于垂直单向流送风Ⅰ级手术室来讲,空气流经多孔口送风天花板时雷诺数Re可能超过1500有可能引起此处的层流工况发生变化,从而影响单向流的平行度并增加送风的扰动。再则,送风量的增加也会缩短高效空气过滤器的使用期限。文献指出,当通过高效空气过滤器的风量为额定风量的1.25倍时,其使用期限缩短为额定使用期限的0.59倍。并且风量过大也会造成不必要的能量消耗及增加运行费用。

相反如果机组不按文献的规定留有足够的余压,随着各级过滤器的积尘增加,管路系统阻力不断增加,其结果是系统风量降低而无法保证洁净室内必需的送风量,也就无法保证室内洁净度。

在净化系统中,风压风量变化很大,单纯靠风阀调节是很难奏效的。而且用风阀调节风量会产生较大的再生噪声,影响系统的正常运行。

对此,可以采用变频控制技术使风机的运行工况与系统管路的运行特性相匹配,以确保系统恒定风量送风。

 

净化系统的机组配置

文献第25条中要求“各洁净手术室宜采用独立设置的净化空调机组,Ⅲ、Ⅳ级洁净手术室允许2~3间合用一个系统,下面对各净化等级手术室的机组配置作具体分析。

对于Ⅰ级手术室(手术区1000级,周边区1000级),其送风量一般均在6000m3/h以上,机组余压约700-750Pa净化空调机组内阻力约420Pa,所配风机全压应为1120-1170Pa。

对于中,小Ⅱ级手术室(手术区1000级,周边区10000级,其送风量在2800-2177 m3/h之间,要求所配风机全压在1100Pa左右,此时,风机的比转数(SI制)为9.23-8.14。

当前我国各厂家生产的组合式空调机组大多以10000 m3/h,风量为起点,少数有以6000m3/h风量为起点的,小于6000m3/h风量的组合机组需非标生产。其主要原因是机组风量在6000m3/h以上时才容易配到风压满足要求的风机。对于送风量在3000m3/h以下的手术室,要做到一机一室的配置#即使组合式空调机组非标制作,也难以配到风量,风压都符合要求的风机。只有通过采用双风机串联来提高系统送风压头,才能满足需求。现在有些工程盲目追求一对一配置,降低了对风机风压的要求:中效,高效空气过滤器阻力也不按2倍初阻力计算,这样在各级过滤器积尘后系统送风量很快就会降低,以致无法保证室内洁净度,必然导致过滤器的过早更换。

基于上述原因笔者认为对于低净化等级手术室以2-3间手术室合用1台空调机组为宜#控制机组的送风量在6000-10000m3/h之间。

 

一机多个手术室的配置方法

1、相同净化等级的手术室

对于相同净化等级的手术室,其换气次数相差不多,而且单位面积的热,湿负荷也相差不多,多个手术室可以采用同一送风参数,按净化要求规定的换气次数决定送风量基本上就能满足各室的温,湿度要求。

2、不同净化等级的手术室

对于不同净化等级的手术室,其换气次数差异较大,而单位面积的热,湿负荷却相差不多#若采用相同的送风参数送风,则部分手术室满足了室内洁净度要求就会产生室内温,湿度偏移或者满足了室内温,湿度要求就会产生室内洁净度偏移。因此,一般情况下,不同等级的手术室不宜合用机组和系统#若遇到特殊情况需要合用系统时,有以下解决办法:

(1)采用再热式空气调节系统

这是一种常规处理办法,即用装在各手术室送风管段的加热器对空气进行再热处理以满足室内温度要求。

采用这种方法会造成冷热抵消的现象,系统的能耗增加。此外,风管式再热电加热器的容量有限,限制了送风参数的调整幅度,而且这种方法只能单向调节。因此,不同净化要求的手术室合用系统时其净化等级不宜相差过大,以一级为好。

(2)采用表冷器后置机组

将表冷器置于机组中效过滤器后的正压段内,中效过滤器送出的混合空气一部分进入表冷器,热湿交换后达到机器露点状态,另一部分旁通,系统组成如图1所示。

用不同的风量混合比来调节各手术室的送风参数#不

加再热器也能用满足净化要求的送风量去除各手术室的热,湿负荷,满足室内温、湿度要求。

机组的配置要根据系统要求的风量,风压,控制要求以及业主投资能力和运行管理能力等因素综合考虑。

不同净化等级的手术室

 

文献中有关空调机组配置的要求有:

  1. 新风可采用集中的送风系统
  2. 各洁净手术室宜采用独立设置的净化空调机组Ⅲ,Ⅳ级洁净手术室允许2-3间合用一个系统,均应采用自循环式回风

除了目前最常用的组合式空调机组(机内布置二级过滤)可以配置在手术室净化空调系统中外,笔者推荐以下几种新的配置方式。

手术室专用空调机组-新风机与循环风机组合在一个机组内:

这种专用机组系统所需风压由其内新风机和循环风机分担,新风机的风量为新风量和一次回风量之和,在风机的风量和风压匹配上余地较大,可扩大到一机一室的使用范围。用亚高效过滤器或中效过滤器作为新风过滤器,还可深化新风的净化处理程度。但在配置时要对这两个风机作认真的串联匹配分析,避免发生串振现象。

 

单设的新风机组与多个循环组合机组合

对于一机多室的系统按下图组合更为合理。

 

该系统有如下特点:

  1. 新风集中处理有利于新风净化,这对保证手术室的洁净度和改善末级高效过滤器的运行工况均有利。
  2. 新风机组可作为系统的值班机组运行,维持净化手术室的常年正压工况,缩短手术室启用时的自净时间。
  3. 由新风机克服用于新风处理的空气过滤器阻力和用于空气热湿处理的表冷器阻力,新风机风量为新风量和一次回风量之和,风压范围为400-600Pa新风机选用变频风机,确保了新风量的恒定和系统的一次回风量。
  4. 循环风机采用变频风机按手术室一对一配置可做到恒定风量运行,克服机组正压段中效过滤器和末端高效过滤器及系统送、回风管路的阻力,只需风压850Pa左右有效地缓解了风机配置时风量与风压难匹配的矛盾。
  5. 各手术室的送风温度由二次回风量来调节,湿度由各机组的加湿器微调,无需设置再加热装置,达到了节能的目的。

这类系统有很大的优越性,但对控制的要求较高。系统的自控系统应能完成如下工作:

  1. 汇总反馈信息和各手术室启用状态,计算出表冷器处理风量,机器露点参数、各管路流通风量等,交付执行机构实施。
  2. 控制变频风机在设定风量下定风量变风压运行。
  3. 控制各手术室循环机组管路电动调节阀使各管路通过的风量为设定风量。
  4. 控制表冷器空调水管路电动水阀使运行中机组机器露点参数满足要求。
  5. 控制干蒸汽电动气阀(或其他加设装置)使送风参数满足要求。

较高的自控要求使系统的初投资增加,也使空调系统的管理变得复杂,是否采用这种空调及自动控制系统要考虑医院的承受能力。

 

结论

根据我国组合机组及风机的生产现状,手术室净化空调系统机组的风量宜在6000-15000m3/h之间。Ⅰ级手术室应采用一机一室系统;Ⅱ级手术室中的特大型、大型手术室也可一机一室对应配置,中型、小型手术室在一机一室配置时应采用双风机配置;Ⅲ、Ⅳ级手术室应按一机多室配置机组。

合用机组时,相同洁净等级的手术室容易实现,对于不同等级的手术室,要配备较复杂的配套装置并在较高水平的自控保障下,系统才能平稳正常运行,但从投资分析来看得不偿失。

单独处理新风,可提高新风的品质,对保证室内洁净度有较大的好处,但在多系统工程中自控要求较高。

对一般医院来讲,使用专用机组分别处理新风,在增设新风风机后新风的处理质量同样可以提高,并可缓解循环风机小风量、大风压匹配的矛盾,系统运行控制也比较简单。