洁净手术部节能设计概

摘 ,要：医院洁净手术部日常使用具有特殊性,要达到《医院洁净手术部建筑技术规范》中的房间温湿度要求,使用常规的系统处理模式通常要消耗大量的能源,可能会造成明显的不节能现象.文章介绍了几种洁净手术室洁净空调设计以及应用的工程实例,有效地提高了洁净手术部的能源利用率.

关 键 词：负荷分析空调系统节能措施

Abstract:Thedailyuseofhospitalcleanoperatingdepartmentisspecial.TomeettheRoomtemperatureandhumidityrequirementsofhospitalcleanoperatingdepartmentbuildingtechnicalspecifications,ifusetheregularsystemprocessingmode,itwillbeasignificantwasteofenergy.Thisarticledescribesseveralexamplesaboutdesignandapplicationofcleanoperatingdepartment’scleanair,whichwilleffectivelyimprovetheenergyefficiencyofcleanoperatingdepartment.

Keyword:Loadanalysis ,Air-conditioningsystemEnergy-singmeasures

近年来,医院建设迅速发展,各地新建、改建了大量各等级的专科和综合性医院,建成了许多较现代化的洁净手术部.由于洁净手术部的特殊性,这也使得它成为医院典型的高能耗部门.

一、洁净手术部建筑现状

目前新建的洁净手术室基本上是按照《医院洁净手术部建筑技术规范》GB50333-2002设计的,即通常采用双走廊平面布局,的清洁走廊使得手术室不含护结构,洁净手术室和洁净走廊及辅房基本处于建筑物的内区.

二、洁净手术部空调基本负荷分析

对于内区空调负荷来说其设备、照明和人员热负荷常年占绝大部分比例,通常即使在冬季也需要制冷.为了达到《医院洁净手术部建筑技术规范》中的房间温湿度要求,往往采用四管制的空调形式以保证将手术室温湿度控制在规范所规定的区间；对此在夏季通常采用空调箱一次回风的送风形式,即使用低温的冷冻水通过换热盘管将空气进行降温除湿,然后为保证送风温度,再采用再加热的方式.而在冬季,手术室使用前,室内热负荷很小,仍需要进行供热,在正常手术时随着热负荷的增加,空调系统又需要切换到供冷、供热同时存在的工况并配置加湿系统,因此洁净手术室一年四季处于制冷、制热、再加热这种特殊状况.

三、目前手术室常用几种节能措施

(一)变新风系统

洁净手术部净化空调系统采用新风集中处理,,处理后的新风送到各手术室的循环系统,这种净化空调系统的特点是,各手术室空调自成系统,可避免交叉感染,而且各手术室也可以灵活使用,新风集中控制有利于各手术室正压要求(见图.3).

在夜间手术室停用时,为保证手术室的洁净度,要维持一定的正压值,这样必须有经处理的新风送入手术室,而送入的新风量与白天正常使用的量往往不一样,这样对新风机来说就存在两个不同的送风量,为降低能耗往往采用风机变频技术加以解决.

夜间维持洁净室正压的新风(风量3-4次换气左右)不通过空调箱,直接经新风机处理后送入洁净室内,此时新风机变频至较小风量,送风压头降低,恰巧此时新风直接送至房间,由于没有了空调箱的阻力,夜间通过定风量阀可以保证气流送至房间,维持房间正压.

(二)百级手术室二次回风系统

洁净室设计中,一次回风系统的再热耗能问题是一直存在的,而在百级手术室中,送风量很大,如果继续采用一次回风系统,大风量的冷热抵消造成的能源浪费是我们不愿意接受的,因此,百级手术室采用二次回风系统,在空调箱表冷却后再与回风混合一次来代替再热,这样可以在满足送风量的前提下,达到节能的目的.

(三)新排风全热交换

新风预处理这一块也在能耗中占很大的比例,像北京、上海、广州这样潜热负荷都占夏季冷负荷80%左右的地区,可以利用全热回收,排风通过热交换器预处理新风达到节能的目的.为防止产生交叉感染,所以这个措施一般适用于级别较低的洁净手术室.

(四)空调水系统和冷热源的优化选择

医院空调系统有其鲜明的特性,由于使用性质的不同,要求也不同,如有的需早期采暖,有的要全年供冷、供热同时存在,有的要24小时全天候工作,有的只要8小时正常工作等,因此在设计系统方案时要充分考虑上述因素.

一般情况下医院都设有蒸汽或热水锅炉,可以通过设置不同换热量和不同出水温度的板式换热器来满足不同使用功能的要求,同样,冷冻水系统亦如此,对手术室空调水系统来说,有下列两种情况值得分析：

1.为空调水从整个医院的大系统中引出

这要求把和手术室使用情况一样的各功能用房的负荷合并,如ICU、急诊等,设置一台仅满足此负荷的冷冻机在夏季使用,过渡季和冬季可使用板式换热器结合冷却塔来提供免费供冷,这样运行较为经济；制热则使用锅炉结合板式换热器的系统.这样全年供冷、供热同时存在能满足手术室的需要.

2.采用四管制冷热水机组

即采用独立的空调冷热源系统,此系统为根据设计计算的空调冷热负荷选择不同制冷（热）量的机组,水系统完全独立,与整个医院的水系统分开.

四管制冷热水机组的工作原理是冷热量的回收和综合利用,由压缩机、冷凝器、蒸发器、可变功能换热器等组成.采用二个独立回路的四管制水系统,一年四季可实现三种运行模式（区别于热泵热回收机组）,①单制冷②单制热③制冷+制热（设备自动平衡冷热量）.

在洁净手术部冷热源四管制设计中,其机组壳管式蒸发器生产冷冻水,作为系统的冷源,壳管式冷凝器生产热水,作为系统的热源,翅片式换热器既可作蒸发器也可作冷凝器,并根据系统需要可实现蒸发器功能和冷凝器功能之间进行切换,进行冷热量平衡调节（见图1）.这样四管制冷热水机组可代替锅炉+冷水机组模式,实现一机多功能使用,同时满足洁净空调箱冷冻去湿、再加热的要求,达到洁净手术室恒温恒湿的要求,实现节能的目的.

(五)溶液除湿空调系统(温、湿度独立控制)

溶液除湿技术可通过新风来满足排除余湿与异味的要求,室内就可以用较高温度的冷源实现排除余热,这便是温湿度独立控制的核心思想.

溶液调湿技术是采用具有调湿功能的盐溶液为工作介质,利用溶液的吸湿与放湿特性对空气进行控制.

新风处理：室外新风由外界提供的高温冷水预冷除湿后,进入溶液调湿单元除湿.低湿状态的新风与回风混合后由外界提供高温冷水对混风进行降温,达到送风状态点.

溶液调湿：除湿单元内,溶液吸收新风中的水分后,浓度变小,为恢复吸收能力,稀溶液被送入再生单元使用新风进行再生,再生后的浓溶液再送入除湿单元,如此进行循环.

由于温度和湿度采用独立控制,避免常规系统中热湿联合处理带来的能耗损失；冷机制取高温冷水,蒸发温度提高,冷机COP可提高；溶液调湿系统处理湿负荷,高温冷机承担负荷减少,冷冻水流量随之减少,降低了水系统输配能耗.

可精确控制温湿度,避免出现室内湿度过高或过低现象.常规系统难以同时满足温、湿度参数的缺点得以解决,也可以满足不同房间热湿比不断变化的要求.

四、案例分析

1.工程概况

上海某医院综合楼一层原来的功能房改建为术中核磁手术室,改建面积约250,层高按3m计算.包括百级手术室、万级磁体室、操作室及其一些净化辅房.为保证术中核磁工作人员及病人需要,此区域全年满足净化工艺对空调的要求.

2.净化空调系统

百级手术室和万级磁体室各自设置一个独立的洁净空调系统,其余各辅助用房设置一个独立的空调系统.新风机设有粗、中效空气过滤段、表冷段、热水盘管段、送风机段,空调箱功能段设有粗、中效空气过滤段、表冷段、热水盘管段、蒸汽加湿段、送风机段.各功能区域新风直接取自室外并由新风机集中处理后送入各空调箱经二次处理后再送入各功能室.万级磁体室为一次回风系统,百级手术室为二次回风系统（见图3）.

这种净化空调系统的特点是,各手术室空调自成系统,可避免交叉感染,而且各手术室也可以灵活使用,新风集中控制有利于各手术室正压要求.排风采用独立系统,并且与手术室自动门连锁,当手术室门关闭时排风系统自动开启.使手术室始终处于正压受控状态,这是一个应用于洁净手术部较理想的净化空调系统.现以百级手术室和万级磁体室的系统设计为例进行分析.

3.万级洁净室一次回风系统

手术室室内设计温度T等于22℃,相对湿度φ等于55%,百级手术室人员12人,万级室内人员8~10人采用华电源负荷计算软件(HDY-MSAD1.82)进行空调负荷计算,根据《医院洁净手术部建筑技术规范》（50333-2002）确定手术室风量.

万级磁体室总冷负荷Q等于15795Kcal/h,总湿负荷d等于0.93Kg/h,新风负荷11412Kcal/h.万级洁净确定新风量定为800m3/h,送风量按照规范22次/h确定,送风量为2400m3/h.

万级手术室采用一次回风系统,新风处理到室内焓值,新风不承担室内负荷,新风空调箱仅承担新风负荷,室内循环空调箱承担全部室内冷负荷,循环空调箱在湿工况下工作,此种方式在工程设计中经常被采用.下图为一次回风系统空气处理流程(见图4).

从I-D图上分析,回风N点与处理后的新风L点混合,经循环空调箱冷却处理到L’点,再经电加热到送风状态点O点.

再热量我们可以根据i-d图算得,Q再等于1.2×G×(iO-iL’)等于1.2×2400×(9.33-8.76)等于1642kcal/kg.

在净化空调系统中大风量,小温差是一大特点.采用一次回风系统设计,风量处理到“机器露点”,再通过再加热把风量处理到送风状态点.这样大部分冷热量互相“抵消”,造成部分的能源浪费.

从计算中看出对一次回风再热系统送风量越大再热量也越大,即对洁净室来说净化级别越高其再热量越大.因此这样一次回风系统只至适合在风量较小的万级洁净室或更低级别的洁净系统中使用.

4.百级手术室送、回风系统的优化（二次回风）

百级手术室总冷负荷Q等于26818Kcal/h,总湿负荷d等于1.82Kg/h,新风负荷17118Kcal/h.百级手术新风量定为1200m3/h,手术室控制区2.6×2.4m2,手术室控制区送风量11000m3/h.

从I-D图上分析(见图5),一次回风N点与处理后的新风L点混合,经循环空调箱冷却处理到L’点,再与二次回风N混合至送风状态点O点.

从i-d图上看出,其运行能耗比一次回风系统下降很多.但其控制系统比一次回风系统复杂,初投资要大（机器露点比一次回风低,要求更低的水温）.

1.工程概况

上海某医院DSA扩建工程的总建筑面积约438m2,地上共三层,一层为更衣室、DSA室、DSA控制室等；二层为一般医用房间；三层为医办、会议室和空调机房.

空调系统需满足DSA净化区域对空调工艺的需求及满足医用房间冬夏季舒适性空调的需求.

2.系统介绍

空调风系统：系统采用温湿度独立控制系统,新风由溶液调湿新风机组预冷除湿后,一部分送入净化空调箱与净化区域回风混合后处理至送风状态点,送入一层净化区域,另一部分处理后的新风直接送至各个医用房间内承担室内潜热负荷（见图6）.

一层大部分区域为净化区域,DSA室洁净度为十万级,其他区域洁净度为三十万级.净化区域采用低速风道全空气空调系统,末端采用亚高效过滤风口和高效过滤风口,男女更衣室及外走道采用干式风机盘管加新风系统；

二层一般医疗房间末端均采用干式风机盘管加独立新风系统；

三层办公、会议末端均采用干式风机盘管加独立新风系统,空调机房也设置在三层,机房内放置高温风冷热泵、水泵、膨胀管罐、溶液调湿机组及净化空调箱.

整个大系统包括了洁净区域与非洁净区域,其中,非洁净区域的二、三层房间很小,新风量只占整个大系统的很少一部分,若单独使用一套新风系统,无疑是投资成本增加,因此,非洁净办公房间直接采用大系统溶液调湿处理后的新风送入房间,使系统简化.

空调水系统：本项目采用高温风冷热泵机组,夏季机组提供14/19℃高温冷冻水、冬季机组提供40/35℃热水供空调末端使用,末端风机盘管无冷凝水管,这样就解决了常规空调系统风机盘管集水盘容易积水,滋生细菌导致室内空气污染的问题.

3.溶液调湿空气处理流程

结合本溶液调湿处理方式主要特点,本工程溶液调湿空气处理流程如下（见图7）.

W―L’过程为新风在溶液除湿机组里的处理过程.其中W―L为新风通过冷盘管预冷除湿,L―L’过程为新风经过溶液再降温除湿的过程,最后状态L’的新风送至空调箱经过等含湿量降温达到送风状态O点送出,从图中可以看出,溶液调湿也解决了常规系统中存在再热的问题.

此工程完工至现在已经运行一段时间,运行期间系统正常,能够达到设计要求,满足功能房间的舒适空调要求与医院净化房间的工艺要求.

干式风机盘管加新风等办公房间夏季运行是室内温度在25℃~26℃之间,湿度40%~55%之间,室内的露点温度始终都低于冷冻水供回水温度,室内的送风露点温度始终都低于冷冻水供回水温度,完全保持盘管干工况状态.

净化区域温湿度也能达到设计标准,温度22℃~25℃,湿度35%~60%,净化区域运行至今也很稳定.

五、结束语

虽然洁净手部是用能大户,但通过详细的负荷计算和使用情况分析及合理的冷热源设备选择总能找出适合医院使用情况的系统,来减少系统的运行能耗.本文仅介绍目前手术部常用的几种节能措施,供大家探讨.

(责任编辑许译心)