I 級手術室空氣處理過程分析探討

以某院一間I級手（shǒu）術室為例：麵（miàn）積 50㎡，淨高3.0m。

夏季室內設計參數：溫度 24℃，相對濕度 50%

冬季室（shì）內設計參數：溫度 24℃，相對濕度 50%

室內工作人員：12 人（含病人）

北京地區室外設計參（cān）數

夏季空調計算幹球溫度 33.5℃，計算濕球溫度 26.4℃

冬季空調計算幹球溫度 -9.9℃ , 計算（suàn）相對濕度 45%
一、送風量計算
依據《醫（yī）院潔淨手術部建築技術規範》I 級手術（shù）室的工作區平（píng）均風速為 0.2~0.25m/s，送風口麵積不低（dī）於6.24㎡（2.4×2.6），考慮到風速的（de）衰減，出風口平麵風速宜取工作（zuò）區（qū）平均風速1.5倍，即 0.3~0.38m/s。因此總送風量計算為
L=0.38×6.24×3600=8536m³/h
由此計算 I 級手術室（shì）換氣次數（shù）為57次 /h, 遠大於其它級別手術室的換氣（qì）次數要求，按《醫院潔淨手術部建築技術規範》，II 級手術室為（wéi）24次 /h, III 級為18次（cì）/h；也遠大於《綜合醫院建築設計規（guī）範（fàn）》中換氣次數不得低於 6次/h 的要求。
二、新風量確定
依據《醫院潔淨手術部建築技術規（guī）範（fàn）》規定最小新風量計算：
LX=20×50=1000m³/h
與補償室內的排風並能保持室內正壓值的新風量比較取大值，一般情況下後者均低於前者。
三、I 級手術室熱濕（shī）負（fù）荷計算（suàn）
1、人員散熱量、散濕（shī）量
Q1 ＝ n·φ·q W1 ＝ n·φ·w
式中 Q1—人體散熱量（W）
W1 —人體散濕量（g/h）
n —手術室內的人員總數（shù） ( 人 )；按《醫院潔淨手術部建築技術規範》，I 級手術室 12 人，II 級手術室 10~12 人，III~IV 級手術室 6~10 人
φ —群集係數，φ 取 0.92
q —每名成年男子的散熱（rè）量（W）；按國（guó）標圖，平（píng）均（jun1）顯熱70W，平均潛熱 80W，平均全熱 150W（男、女各 6 人的平均（jun1））；按措施，輕度（dù）勞（láo）動，全熱取182W
w —每名成年男子的散濕（shī）量（g/h）；按國標圖，平均散濕量 120g/h；按措施，輕度勞動，取167g/h
Q1= 12×0.92×182= 2009W
W1= 12×0.92×167= 1844g/h
2、照明散熱量（liàng）
Q2 =n1·n2·n3·N
式中 Q2—照明散熱量（W）
n1 —同時（shí）使用係數，取 1
n2 —整流器消耗功率（lǜ）的係數，當整流（liú）器在吊頂內時取 1
n3 —安裝係數，暗裝燈罩（zhào）上無孔時取 0.8
N —照明設備的安裝功率（W）
本例中照明燈具采用熒光燈，按照每平米25W 計算
Q2=1×1×0.8×50×25=1000W
3、手術過（guò）程產濕量和散濕形成的冷負荷
手術室內濕表麵的大小因手術種類而異（yì），通常可（kě）取 0.7㎡的濕表麵，濕表麵溫度40℃，Φ=50%，W2=F·g

式中 W2 —敞開水麵（miàn）的蒸發散濕量（g/h）
F —蒸發（fā）麵積（m）
g —敞開水表麵（miàn）單位蒸發量（liàng）［1.460kg/（m2·h）］
W2=0.7×1.4600 ＝ 1.022kg/h=1022g/h
散濕形成的冷負荷為：
Q4=0.28r·W
式中（zhōng） Q 4—散（sàn）濕形成的冷負荷（W）
r —汽化潛熱（2449kJ/kg）
Q4= 0.28×2449×1.022=701W
4、熱濕負荷匯總（zǒng）
由於該手術室處於空調內區，無外牆外窗，因此近似認（rèn）為無圍護結構的傳熱負荷（hé） , 夏季和冬季的冷熱負荷、濕負荷相同，熱濕比ε相同。
總 負 荷：Q=Q1+ Q2 + Q3+ Q4
=2009+1000+3000+701=6710W
濕（shī）負荷：W=W1+W2=1884+1022=2906g/h
按手術室麵積計算冷（熱（rè））指標為 134W/m²，冷（熱）負荷中權重最大的是設備散熱量（Q3），占比45%，其次是人員（yuán）散熱量Q1，占比30%。濕負荷中占比較高的也是人員散濕量（liàng），從負（fù）荷特點來說都沒有減少（shǎo）空間。
四（sì）、I 級手術（shù）室熱濕負荷計算
方案一 : 獨立新（xīn）風一次回風係統

方案二 : 新風集中（zhōng）處理一次回風係統（與方案一的（de）區別是，新風機組加入了冷熱盤管）

方案三：新風集中處理二次回風係統
 
三種方案的冷熱負荷比較匯總表：
 

三種方案比較，方案一和方案二的總冷量和再熱量是相同的，區別在方案二的新風在新風機組內預處理了（括號的11kw）。按總冷量為 44.6KW 計算，冷指標達到 892W/㎡, 是室內負荷6.7KW 的（de）6.7 倍，其中再熱量占60%；如果將總冷量和再熱量相加，是室內負荷的（de）10.7 倍。

方案三與方案一和方案二比較，總冷量為 17.7KW，冷指標為 354W /㎡, 是室內負荷的 2.6倍，再熱量為零（líng），新（xīn）風冷量占總冷量的 62%。
目前在手術室的淨化空調係統設計中，方案（àn）一和方案二占大多數，因此淨化空調尤（yóu）其 I 級手術室的空調能（néng）耗（hào）是相當高（gāo）的，要想減少淨化空調係（xì）統能耗應從減少（shǎo）再熱量入手。方案三的再（zài）熱量為零，沒有冷熱（rè）抵消，總冷量是方案一和方案二的 40%，實際項目應用卻較少，一般認為（wéi）方案三的二次回（huí）風係統控製複雜，室內溫濕度穩（wěn）定性較差，果真如此嗎？
I 級手術室（shì）空氣處理過程（chéng）分析
對比方案一和方案三的空氣處理過程如（rú）下圖：

圖中（zhōng） L 點是經過表冷器後空氣出口的Z低送（sòng）風溫度，當空調冷水的（de）供水溫度為 7℃時，為7+3.5=10.5℃（見（jiàn）《民用建築供暖通風與空氣調節設計（jì）規範》的 7.5.4 和 7.5.5 條），可以隨著供水溫度提高而提高，降低（dī）而降低。將 L 點（diǎn）與室內設計點連起來，當室內熱濕比小（xiǎo）於這條連線值時，空調係統需要將空氣冷凍除（chú）濕到L點後再熱，才能達（dá）到室內設計溫（wēn）度；當熱濕比大（dà）於這條連線值時，可以分三種（zhǒng）情況（kuàng）處理：
第一是處理到圖中的 L2 點，L2 點是熱濕比與機器（qì）露（lù）點線的（de）交點，根據 L2 點計算出經過表冷器處理的風量 L0，當L0 小於送風量（liàng） L 且新（xīn）風量 LX 小於 L0 時（shí），先一次回風混合到 C2 點，由 C2 點冷（lěng）凍除濕到 L2 點，再二次回風混合到 O 點（diǎn），這個過程是方案三（sān），不用再熱。
第二是處理到圖中的（de） L1 點，L1 點是（shì）送風點 O 的含濕量線（xiàn）與機器露點線的交點，當新風量 LX 小於 L 時，先一次回風混合到 C1 點，由 C1 點冷凍除濕到 L1 點，再熱（rè）到 O 點，這（zhè）是方（fāng）案一。
第三（sān）是處理到圖中的 L1 與 L2 之間的 L3 點，根據 L3點計算出（chū）經過表冷器（qì）處理的風量 L0，當 L0 小（xiǎo）於送風量 L 且新風量 LX 小於 L0 時，先一次回風混合到 C3 點，由 C3 點冷凍除濕到 L3 點經再熱後（hòu），再二次回風混合到 O 點，這個過程是介於（yú）方（fāng）案三和方案一之間的，再熱量比方案一（yī）減少。
空調係統（tǒng）降溫除濕（shī）過程一般有兩種控（kòng）製方法：定露點（diǎn）控製和變（biàn）露點控製。

定露點控製法（如上圖（tú））用冷水盤管的出風溫度（O 點（diǎn））控製冷水盤管上的調節閥來調節供（gòng）冷量，再用室內溫度控製再熱盤管的上的調節閥來調節再熱量達到室內溫度。這種控製法存在冷熱抵消，當熱濕負荷變化低（dī）於（yú）設計值時，可以保證溫度不變且濕度控製在一定範圍內（圖中 d0 和dn 之間），上述方案一（yī）和方（fāng）案二的空調係統控製方法都是采用這種方法。

變露點控（kòng）製法（fǎ）（如上圖）用室內溫度控製冷（熱（rè））水盤管的上的調節閥來調節供冷（lěng）（熱）量，用濕球（露點）溫度控製風量調節閥（fá）以調節風量，以達到恒溫恒濕的目的。民用建築的空調係統（包括家（jiā）用空調）都用這個方法的（de）前麵部分（fèn），後麵的幾乎沒有應（yīng）用。用“室內溫度控製冷（熱）水盤管的上（shàng）的調節閥來（lái）調（diào）節供冷（熱）量"這種控製法不存在冷熱抵消，當熱濕負荷變化低於設（shè）計值時，可以保證溫度不變，但濕度變化範圍不可控，一般向濕度增加方向變化，這對減少新風冷量是有（yǒu）利的。
方案三相比方案一和方案二增（zēng）加了二次回風環（huán）節，係統複（fù）雜了（le）一些。如（rú）果（guǒ）方案三采用變露點控製（zhì）法，可以保證（zhèng）室內（nèi）溫度（dù），但濕度變化範圍不可控（kòng），不能滿足手術室對濕度也要控製的要求（qiú）。即使采用了（le）定露點控（kòng）製法，濕度變化範圍也要比方案一和方案二（èr）擴大較多，並且（qiě）隨著負荷（hé）下降，室內溫度也下降（由於沒有再熱），因次上述“二次回風係統控製複雜，室內溫濕度穩定性較差"是存在的。方案（àn）三的 L2 點溫度較低（dī），空調機組盤管把空氣處理到此，由於焓差較（jiào）大，比較困難，也（yě）是二次回風係統應用較少的原因（yīn）之一。建議（yì）采用上述的第三種處理方（fāng）法（fǎ）改進方案三，采用定露點控製法，即將空氣處理到圖中的 L1 與 L2 之（zhī）間，再熱後二次回風的方法，這之間處理點的（de）含濕量（liàng）要根據手術室的相對濕度控製範圍和冷熱抵消量經過經濟比較（jiào）確定（dìng）。雖然係統比（bǐ）方案一和方案二複雜一些，但即可以保證溫濕度可控，提高空調機組（zǔ）盤管入口溫度，還可以大幅（fú）減少再熱量，從而（ér）減少總冷量，降低手術室（shì）的（de）空調能耗。
五、新風濕度優先控製
按《醫院潔淨手術部（bù）建築技術規範》8.1.6 條要求，當有條件時宜采用新風（fēng）濕度優先（xiān）控製模式。在夏季空調室外計算含濕量（露點（diǎn）溫度）低於（yú）室內設計值時（shí），應優先采（cǎi）用新風除濕（shī），可以適當的增加新風量（liàng）。例如烏魯木齊的夏季（jì）空調計算幹球溫度 33.5℃，計算濕球溫度 18.2℃（如下圖），新風與（yǔ）室內（nèi）空氣（qì）混和至C點後，等濕（shī）降（jiàng）溫至（zhì）送風狀態點O，不存在冷熱抵消，不需要二次回風。總（zǒng）冷量較低，隻包含（hán）室內冷量，新風冷量也較低（室內外焓差較小，甚至是負值）。因送風溫度可以較（jiào）高，冷源溫度也可相應提高以減少冷機能耗。