關(guān)于潔凈手術(shù)室空氣處理的方案和分析

      盡管這些年來(lái)單向流潔凈技術(shù)已廣泛應(yīng)用于生物潔凈手術(shù)室，但截至目前，國(guó)內(nèi)外醫(yī)務(wù)界對(duì)其功效仍然存在不同的評(píng)價(jià)。一些醫(yī)務(wù)工作者和研究人員認(rèn)為通過(guò)空氣媒介可能引發(fā)術(shù)后感染的明顯例證**于異物植入等大型手術(shù)，而對(duì)于其他一般手術(shù)并無(wú)充分的醫(yī)學(xué)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)給予支持。但對(duì)于采取適當(dāng)?shù)耐L(fēng)凈化措施，降低空氣中的菌濃，改善手術(shù)室環(huán)境條件，有助于控制感染率的認(rèn)識(shí)，國(guó)內(nèi)外還是比較一致的。
正因?yàn)槿绱?，在確定醫(yī)院生物潔凈手術(shù)室的規(guī)模、數(shù)量及其他相關(guān)技術(shù)時(shí)，宜與醫(yī)院的籌建主管部門(mén)或醫(yī)政管理部門(mén)、外科醫(yī)生進(jìn)行充分溝通，聽(tīng)取他們的想法、意見(jiàn)和建議，并依據(jù)現(xiàn)行國(guó)家規(guī)范做出合理的決定。不宜盲目追求高標(biāo)準(zhǔn)，以至造成手術(shù)室初投資及運(yùn)行費(fèi)用增加。
下面以天津地區(qū)某 I 級(jí)潔凈手術(shù)室為例，從能耗、可行性等方面分析各種空氣處理方案的利弊。
1 ．手術(shù)室熱濕負(fù)荷及風(fēng)量計(jì)算
假定該手術(shù)室為 7．5m～5．7mX3m 。根據(jù)《醫(yī)院潔凈手術(shù)部建筑技術(shù)規(guī)范》 ( 簡(jiǎn)稱(chēng)《規(guī)范》 ) ，設(shè)室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度 24～C ，相對(duì)濕度 60 ％。天津地區(qū)室外夏季設(shè)計(jì)參數(shù)：干球溫度 33．4 ℃，濕球溫度 26．9～C 。
1．1 室內(nèi)熱、濕負(fù)荷的計(jì)算
手術(shù)室內(nèi)的熱濕源主要是人員、照明和醫(yī)用電器設(shè)備。
1) 人體散熱…散濕量
Q=nΦq
式中： Q ——人體散熱量， w ；
n ——空調(diào)房間內(nèi)的人員總數(shù)；
Φ ——為群集系數(shù)，男子、女子、兒童折合成年男子的散熱比例。本算例中男女比例按照 1：1 計(jì)算，成年女子的總散熱量約為成年男子的 85 ％，則 Φ 取 0．92 ；
q ——每名成年男子的散熱量， w 。

式中： w ——人體散熱量， g/s ；
n ——空調(diào)房間內(nèi)的人員總數(shù)；
Φ ——為群集系數(shù)，取 0．92 ；
w ——每名成年男子的散濕量， g/h
根據(jù)《空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)手冊(cè)》， 24 ℃下成年男子輕勞動(dòng)：顯熱 70W ，潛熱 112W ，全熱 {2w,～167g/h ：極輕勞動(dòng)：顯熱 70W, 潛熱 64W 全熱 134W, 散濕量 96g/h; 醫(yī)護(hù)人員工作強(qiáng)度按照輕、極輕勞動(dòng) 1 ： 2 計(jì)算，則平均顯熱 70W ，平均潛熱 80W ，平均全熱 150W ，平均散濕量 120Wh 。
2) 照明散熱量
Qs=n3n6n7N
式中： Q3 ——照明散熱量， w ；
N ——照明設(shè)備的安裝功率， w ：
n3 ——同時(shí)使用系數(shù)，這里取 1
n6 ——整流器消耗功率的系數(shù)，當(dāng)整流器在空調(diào)房間內(nèi)時(shí)取 1．2 ；當(dāng)整流器在吊頂內(nèi)時(shí)取 1．0 ；這里取 1．0 ；
n7 ——安裝系數(shù)，明裝時(shí)取 1．o ：暗裝且燈罩上部穿有小孔時(shí)取 0．5 ～ 0．6 ：暗裝燈罩上無(wú)孔時(shí)，視吊頂內(nèi)通風(fēng)情況取 0．6～0．8 ：燈具回風(fēng)時(shí)可取 0．35 ；這里取 0．8 ：
本算例中照明燈具采用熒光燈， 40W ／支，共計(jì) 16 支。
3) 主要醫(yī)用電子設(shè)備散熱量
一般來(lái)說(shuō)，電子設(shè)備的散熱量可以實(shí)驗(yàn)測(cè)得，或通過(guò)系數(shù)法計(jì)算。手術(shù)室常用電子設(shè)備 66 功率范圍與計(jì)算取值如表 1 所列。對(duì)于 I 級(jí)手術(shù)室考慮同時(shí)使用系數(shù)，一般取為 0．6- 0．8 。

表 1 手術(shù)室電子設(shè)備功率

表 2 手術(shù)室負(fù)荷計(jì)算

1．2 風(fēng)量的確定
1) 送風(fēng)量的確定
《規(guī)范》中明確規(guī)定 I 級(jí)潔凈手術(shù)室濟(jì)小送風(fēng)口面積 2．4～2．6=6．24m2 ，手術(shù)區(qū)工作面高度截面平均風(fēng)速 0．25 ～ 0．30m/s ，依據(jù)天津大學(xué)所做的實(shí)驗(yàn)研究及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試經(jīng)驗(yàn)，取出風(fēng)斷面平均速度 0．40m/s 能滿(mǎn)足要求。
則，送風(fēng)量 G=2．6X2．4X0．4X3600≈9000m³/h 。
2) 新風(fēng)量的確定
合理確定新風(fēng)量不僅關(guān)系到冷、熱負(fù)荷耗量，也影響到過(guò)濾設(shè)備的壽命。在滿(mǎn)足需要的前提下，盡可能選取較低的新風(fēng)量，從節(jié)能和降低運(yùn)行成本角度考慮是必要的。
新風(fēng)量的確定主要依據(jù)以下幾條，并且選其中濟(jì)大的：
(1) 按照《規(guī)范》規(guī)定換氣次數(shù)計(jì)算的新風(fēng)量；《規(guī)范》規(guī)定為 6AC/h ，日、美規(guī)定一般為 5AC/h 。
(2) 補(bǔ)償室內(nèi)的排風(fēng)并能保持室內(nèi)正壓值的新風(fēng)量；
《規(guī)范》規(guī)定每間手術(shù)室排風(fēng)量不能低于 200m³/h 。
由于室內(nèi)正壓，從縫隙滲漏的風(fēng)量按下式計(jì)算：

式中 l —縫隙長(zhǎng)度， m ；
Δ p ——室內(nèi)要求保持正壓或負(fù)壓值， mmH20 ；或 9．8 Δ P ， Pa ；
α 、 n 嚴(yán)密程度有關(guān)的常數(shù)。
一般 n 值在 1～2 之間，對(duì)于沒(méi)有進(jìn)行過(guò)漏損試驗(yàn)的窗，則可取 n=1．5 。
d 值隨門(mén)、窗的型式不同而不同，一般可取下列數(shù)值；密封程度好的， α=1～3 ；一般的 a=3～8 ；不好的 a=8～40 。
縫隙長(zhǎng)度／是指門(mén)、窗等輪廓線(xiàn)的總長(zhǎng)度。
本算例中，計(jì)手術(shù)室有 2 扇門(mén)，縫隙長(zhǎng)度／取 16m 。根據(jù)《規(guī)范》中對(duì)潔凈手術(shù)室的濟(jì)小靜壓差的要求， I 級(jí) Δ p 取 8Pa ，即 0．816mmH20 。 α 和 n 分別取 10 、 1．5 。
(3) 人員衛(wèi)生所需新風(fēng)量
為滿(mǎn)足衛(wèi)生要求，《規(guī)范》規(guī)定潔凈手術(shù)室有 60m³/h 人的新風(fēng)量。

表 3 手術(shù)室濟(jì)小新風(fēng)量

根據(jù)計(jì)算， I 級(jí)潔凈手術(shù)室濟(jì)小新風(fēng)量取 770m³/h 。因麻醉方法不同，手術(shù)中釋放的麻醉氣體量也相差很多。歐洲某些國(guó)家規(guī)定的新風(fēng)量較大，與其麻醉方式有關(guān)，也與其氣象條件有關(guān)，國(guó)內(nèi)經(jīng)驗(yàn)采用 5～6AC/h 滿(mǎn)足需要。
由焓濕圖查得室內(nèi)空氣狀態(tài)點(diǎn) N ：仁 24 ℃， φ=55 ％， i=50．3kj/kg ， d=10．2g/kg
夏季室外設(shè)計(jì)參數(shù) W ： t=33．4 ℃， t=26．9 C ， φ=6l% ， i=84Akj/kg ， d=19．8g/kg
2 空氣處理方案的比較
方案一：采用由新風(fēng)機(jī)組承擔(dān)全部負(fù)荷的二次回風(fēng)方式，這是當(dāng)前應(yīng)用較為普遍的一種模式。新風(fēng)集中處理，再送至手術(shù)室的加壓風(fēng)機(jī)、凈化機(jī)組，與室內(nèi)循環(huán)風(fēng)混合，經(jīng)末級(jí)中在新風(fēng)機(jī)組，室內(nèi)機(jī)組無(wú)濕源，可避免滋生**，送風(fēng)量便于獨(dú)立控制和關(guān)斷。缺點(diǎn)是當(dāng)與其他手術(shù)室共用一個(gè)新風(fēng)系統(tǒng)時(shí)，室內(nèi)溫濕度不便隨意獨(dú)立調(diào)節(jié)。當(dāng)然也可以各手術(shù)室系統(tǒng)單獨(dú)設(shè)置空氣處理設(shè)備，分別處理新風(fēng)，相對(duì)于集中處理新風(fēng)的方法室內(nèi)溫濕度調(diào)節(jié)更容易些。蛋初投資稍打，其具體空氣處理過(guò)程為：

在 c 線(xiàn)上確定送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn) O 的其他參數(shù)： t=23．1 ℃， d=10．1g/kg ， φ=57 ％；

該方案中新風(fēng)處理至室內(nèi)等濕線(xiàn)以下，回風(fēng)沒(méi)有進(jìn)行熱濕處理，只是經(jīng)風(fēng)機(jī)加壓后直接與處理過(guò)的新風(fēng)混合，再經(jīng)高效空氣過(guò)濾器后送入室內(nèi)。因此實(shí)際上是由新風(fēng)承擔(dān)了全部室內(nèi)熱濕負(fù)荷。但是新風(fēng)處理焓差達(dá)到 47kj/kg ，對(duì)新風(fēng)機(jī)組的要求相對(duì)較高，表冷器供回水溫為 7 — 12 ℃時(shí)，某些地區(qū)需要設(shè)置 6 排表冷盤(pán)管才能保證要求。圖 1 是處理過(guò)程在 i — d 圖上的表示。

圖 1 方案 — 空氣處理過(guò)程

方案二：采用帶再熱的一次回風(fēng)方式，這種處理方案，參數(shù)較易控制，與方案一相比，對(duì)表冷器也無(wú)特殊要求。但因空氣處理過(guò)程存在冷熱抵消，運(yùn)行能耗較大。其具體空調(diào)凈化系統(tǒng)設(shè)置方案可能是單風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，也可以是串聯(lián)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，即空調(diào)機(jī)組對(duì)新風(fēng)、回風(fēng)進(jìn)行熱濕處理后，送至鄰近手術(shù)室的加壓過(guò)濾機(jī)組，并進(jìn)行二次加熱后送入室內(nèi)?？諝馓幚磉^(guò)程如下：

計(jì)算可知，方案二比方案一能量消耗要大許多。原因在于一次混合后的空氣被處理到機(jī)器露點(diǎn)后，為了維持室內(nèi)溫濕度，需要將送風(fēng)溫度升高至送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)，因此進(jìn)行二次加熱，冷熱量的抵消造成能量浪費(fèi)。一般來(lái)說(shuō)，潔凈手術(shù)室采用二次回風(fēng)系統(tǒng)為宜。
方案三：考慮到方案一沒(méi)有采用一次回風(fēng)，因而提出了增設(shè)一次回風(fēng)的二次回風(fēng)方式作為方案三。其空氣處理過(guò)程為：

由方案一計(jì)算可知，新風(fēng)承擔(dān)全部負(fù)荷時(shí) I 級(jí)手術(shù)室新風(fēng)量為 810m³/h ，僅超出濟(jì)小新風(fēng)量 40m³/h ，一次回風(fēng)意義不大。
方案四：對(duì)于一些高溫高濕地區(qū)，例如上海、廣州、武漢、香港等地，室外焓值較大，新風(fēng)機(jī)組需進(jìn)行大焓差處理，將新風(fēng)直接處理至露點(diǎn)相對(duì)比較困難。確是如此時(shí)，可以采用除濕機(jī)對(duì)新風(fēng)集中去濕。新風(fēng)經(jīng)新風(fēng)機(jī)組、除濕機(jī)集中處理，承擔(dān)全部負(fù)荷，在這一點(diǎn)上與方案一相同。具體空氣處理過(guò)程如下：

為了便于比較，本計(jì)算例仍采用天津地區(qū)的室外氣象參數(shù)計(jì)算。計(jì)算過(guò)程如下：
由方案一知 I 級(jí)手術(shù)室的機(jī)器露點(diǎn) L ： t=14．3～C ， i=37．6kj/kg ， d ： 9．2g/kg ， φ =90 ％?？紤] 0．5 ℃風(fēng)機(jī) 溫升，得實(shí)際點(diǎn) U ： t=14．8～C ， i=38．1kj/kg ， d=9．2g/kg ， φ= 87 ％，
為滿(mǎn)足除濕機(jī)性能要 求，假定新風(fēng)在除濕機(jī)前處理至 Lx ，使得 dL ， --dL ≤去濕機(jī)額定工況單位除濕量。過(guò) L 點(diǎn)做等濕線(xiàn)，過(guò) Il 做等焙線(xiàn)，相交得 M 點(diǎn)。主要狀態(tài)參數(shù)如下：
Li ： t～20．2 C ， i=54．3kj/kg ， d ； 13．4g/kg ， φ= 90 ％，
M 點(diǎn)： F30．6～C ， i=54．3kj/kg ， d ； 9．29/k8 ， φ= 33 ％，
空調(diào)機(jī)組處理風(fēng)量 G ： 510+1584+3273=5667m³/h
空調(diào)機(jī)組前表冷器負(fù)荷 Qwl=1．2X5667X(84．4 — 54．3)/3600=56．9KW
后表冷器負(fù)荷 Qw2=1．2X5667X(54．3-37．6)/3600=31．5KW
除濕機(jī)再生風(fēng)量 Gz=1/3X5667=1889m³/h
除濕機(jī)再生加熱量 Qz=(c/3.6)lzpz(t3-tw)=1．01/3．6X1889XI．2X(120 — 33．4)=55074W≈55．1KW
總能耗 Q=56．9+31．5+55．1=143．5KW

圖 3 方案四空氣處理過(guò)程

單純從節(jié)能角度講，這種方式不可取。處理過(guò)程中存在較大的能量抵消，初投資也大。但對(duì)保證潮濕地區(qū)夏季室內(nèi)濕度不超過(guò)規(guī)定值比較有保證，同時(shí)對(duì)冷源要求也較低。由于運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)，管理較復(fù)雜，除某些特殊條件外，一般情況下不推薦使用。
方案五：與前各方案不同的是，考慮室內(nèi)循環(huán)風(fēng)，增設(shè)干式冷卻盤(pán)管意圖分擔(dān)部分顯熱負(fù)荷，而全部濕負(fù)荷仍由新風(fēng)承擔(dān)。提出這種方案的想法是既要系統(tǒng)末端具備吸收部分熱負(fù)荷的能力，以減輕新風(fēng)的負(fù)擔(dān)，又可以分室予以調(diào)節(jié)，又避免出現(xiàn)濕工況。這種新風(fēng)承擔(dān)部分熱負(fù)荷和室內(nèi)全部濕負(fù)荷的空氣處理方案為：

由于 I 級(jí)手術(shù)室設(shè)計(jì)送風(fēng)量較大，相應(yīng)送風(fēng)焓差較小，對(duì)循環(huán)風(fēng)采取顯冷措施意義不大。干工況適用于室內(nèi)濕負(fù)荷穩(wěn)定且較大，送風(fēng)焓差大，對(duì)新風(fēng)量要求較低的情況，比如病房等。采用干工況方式對(duì)新風(fēng)機(jī)組的要求較高，排數(shù)增多，提供冷量增加，要求冷水溫度較低，機(jī)器的露點(diǎn)較低，需要進(jìn)行大焓差處理。

3 ．總結(jié)
綜合以上分析，對(duì)于高溫高濕地區(qū)，例如上海、武漢、廣州、香港等地，夏季室外濕球溫度均在 27 ℃以上，室外焓值在 85 kj/kg 以上，室外狀態(tài)點(diǎn)與空調(diào)機(jī)組露點(diǎn)的焓差在 45kj/kg 以上。將新風(fēng)直接處理至機(jī)器露點(diǎn)比較困難，不適宜采用方案一，可根據(jù)實(shí)際情況選用方案
二、方案三或方案四。即先將新風(fēng)與回風(fēng)一次混合降低進(jìn)風(fēng)焓值，或?qū)⑿嘛L(fēng)處理至某點(diǎn)，由除濕機(jī)除去濕負(fù)荷，降溫后與回風(fēng)混合，達(dá)到送風(fēng)狀態(tài)。
對(duì)于干燥地區(qū)，例如呼和浩特、蘭州、烏魯木齊等地，夏季室外焓值在 70kj/kg 以下，室外狀態(tài)點(diǎn)與空調(diào)機(jī)組露點(diǎn)的焓差在 30ki/kg 以下。這些地區(qū)可以采用方案一，即將新風(fēng)直接處理至機(jī)器露點(diǎn)，與循環(huán)風(fēng)混合后即可送室內(nèi)。拉薩比較特殊，夏季室外設(shè)計(jì)參數(shù)于球溫度 22．8 ℃ ，濕球溫度 13．5 ℃，其焓值為 31ki 比 8 ，低于送風(fēng)露點(diǎn)。也就是說(shuō)在夏季，
拉薩地區(qū)空氣處理也是加濕的一個(gè)過(guò)程。而對(duì)于其他地區(qū)，例如北京、天津、西安、哈爾濱等地，夏季室外焓值在 70 ～ 85kj/kg 之間，室外狀態(tài)點(diǎn)與露點(diǎn)的焓差在 30 ～ 45kj/kg 之間?？梢愿鶕?jù)實(shí)際情況選擇方案，約束條件比較少。
而對(duì)于室內(nèi)循環(huán)機(jī)組采用于工況的方案，在手術(shù)室設(shè)計(jì)中并不適用。首先手術(shù)室要求送風(fēng)焓差較小，新風(fēng)量較大。再者室內(nèi)人員比較多，濕負(fù)荷較大，對(duì)新風(fēng)機(jī)組的要求較高。而且室內(nèi)濕負(fù)荷不穩(wěn)定，瞬時(shí)濕負(fù)荷較大，于冷系統(tǒng)不易保證室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)。
冬季工況：由于不考慮建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)散熱，手術(shù)室冬季熱濕比線(xiàn)與夏季不會(huì)發(fā)生太大變化，即相當(dāng)于定露點(diǎn)工況。具體空氣處理過(guò)程基本一致，主要是室外新風(fēng)預(yù)熱的問(wèn)題?？梢愿鶕?jù)冬季室外設(shè)計(jì)參數(shù)，采用電加熱、蒸汽換熱，見(jiàn)圖 4 。對(duì)于嚴(yán)寒地區(qū)，比如哈爾濱冬季室外設(shè)計(jì)溫度低至一 29 ℃，可以將新風(fēng)電預(yù)熱至 W2 ，然后噴蒸氣加濕至機(jī)器露點(diǎn)，或采用濕膜加濕器；或者使用蒸汽排管的換熱器將室外空氣預(yù)熱至 w2 ，但需要要配備性能良好的疏水器，以防凝水滯留而被凍裂，新風(fēng)采氣口還要設(shè)置保溫閥，非工作班應(yīng)關(guān)閉嚴(yán)實(shí)。還可以采用電預(yù)熱與熱水換熱相結(jié)合的方式，即將先新風(fēng)電預(yù)熱至 o ℃以上的某點(diǎn) w 比如 3 ℃，然后使新風(fēng)通過(guò)熱水換熱器，加熱至 w再進(jìn)行絕熱加濕，達(dá)到機(jī)器露點(diǎn)。為了節(jié)約電耗，利用排風(fēng)與新風(fēng)的板式換熱器回收部分熱能也是嚴(yán)寒地區(qū)冬季處理方案的一種選擇。

圖 4 手術(shù)室冬季工況空氣處理過(guò)程