通倉交融手（shǒu）術室潔淨空（kōng）調如何設計？

通倉交融手術室是多台手術（shù）交匯融合在（zài）一個大空間內的簡稱。通常指在（zài）一個開放的大空間內，有多台手術可同時開展（一般為4台手術）的一個綜合性的手術平台。4台手術的團隊（duì）在（zài）這平台上有機組合在一起，在手術（shù）過程中相互交流、交匯、合作與融（róng）合。在這個綜合手術平台上，建築空間是需控製的，人員數量是（shì）受限製的，手（shǒu）術區域環（huán）境是可控的，潔淨等（děng）級（jí）是可（kě）變的，空調係統是變風量的（de），氣流（liú）組織（zhī）是變化的，運行是多樣（yàng）化的。在交（jiāo）融通倉手術室內，經驗（yàn）較少的外科醫生和麻醉（zuì）師能夠在專家指導下，能（néng）成功地完成手術，使他們的能（néng）力得到了鍛煉，並且增加了手（shǒu）術數量，減少（shǎo）了人員配置，提高了手術運營效率，又可隨時（shí）根據（jù）手術技術與裝備的發展（zhǎn）而變化。
一、通倉交融手術室設計方案（àn）
1、手術室概（gài）要及（jí）平麵布局
通倉（cāng）交融（róng）手術室一般（bān）能同時開展1~4台（tái）手術，在手術進行（háng）時，僅需要一位高級麻醉師及一名資深手術醫生，其餘均由（yóu）麻醉師、主刀醫生及護士完成。一名巡回護士同時管理4台手術，醫護人員數量配置相比（bǐ）傳統模式縮減25%，大大提高了（le）工作效率，而且手術空間、手術器（qì）具與設備、手術（shù）人員得以高效利用，發揮高級外科醫生與高級麻醉師的作用，手術團隊分享臨床專業（yè）知識（shí）與手術技能（néng），使醫院在有限優質醫（yī）療資源下，更快、更（gèng）省、更安全和更有效地（dì）服務治療（liáo）更多的病人。
通倉交融手（shǒu）術室一般建築麵積控製在長23.4m×寬8.4m=196m2內，手術內區與外區麵積比1:5.5左（zuǒ）右（yòu），手術室（shì）人員與設備標準配置見（表１、表2），手術室內（nèi）設備和人員布（bù）置見下圖。

手術室設備與人員布置圖

表1人員布置表
     
表2人員布置表
     

基於手術性質及對不同手術淨（jìng）化等（děng）級要求的（de）區別，四（sì）台手術均可在Ⅰ級潔淨手術（shù）室與Ⅲ級潔淨手術室之間任意變級切換，而不影響其它手術的開展。也就是說1#或3#手術區（qū）按I級潔淨手術室（shì）運行，而其它2#、4#手術區可以是III級潔淨手術室運行（háng）。理論上可以有24種運行模（mó）式（shì）。但當開展移植手術時，通倉交融手（shǒu）術室隻能按Ⅰ級潔淨手術室（shì）運行。
2、空調係統（tǒng）設計方案
通倉（cāng）交融手術室，共有4個即獨立又關聯的手術區域，為使（shǐ）手術區處於受（shòu）控狀態，並且各手術區能夠靈活使用，每個手術區采用（yòng）4套獨立空調係統，而整個手術室采用1套（tào）新風空調係統，有（yǒu）利於通倉（cāng）交融（róng）手術室整體壓力控製（zhì）和正壓維持。空（kōng）調係（xì）統設計方案（àn）的理念是，采用集中新風空調係統（tǒng）消除手術室內濕負荷，循環空調係統（tǒng）調節手術室內溫度，空調的（de）2個係統分別（bié）對手術室內溫度和濕度進行獨立控製，使通倉交（jiāo）融（róng）手術（shù）室整體處於受控狀態（tài），各手術區可靈活使用。
（1）設計參數
手術室室外參數參考上海（hǎi）地區，室內設計參數依據《醫院潔淨手術部建築技術規範》（GB 50333–2013）指標確定（dìng）：室內溫度（dù）24℃，相對濕度50%，單個手術區平均室內人（rén）數4.5人。通過（guò）計算通（tōng）倉交融手（shǒu）術室（四個手術區）總冷負荷（hé）Q=89.7kW,總濕負荷d =9.28Kg/h,室內冷負荷Qn=31.3kW,新風負荷Qw =58.4kw,每個手術室控製區為2.6m×2.4m，送風量9000m3/h，新風量1000m3/h，排風量500m3/h，滲透風量500m3/h。
（2）溫度濕度獨立（lì）控製
根據以上闡述，通倉交融手術室淨化空調係統采用溫（wēn）度濕度獨立控製（zhì），其特點是：潔淨手術部內各手術室新風處理後狀態點相同（tóng），並且是（shì）恒定的，各手術（shù）室循環空調係統自成獨立係統，而且各手術室也可以靈活（huó）使用。

潔淨手術（shù）室（shì）新風集中設置有利（lì）於滿足各手術室的正壓要求，保證各手術室（shì）的壓力梯度。循環空調係統保證手術室的（de）潔淨度（dù），避免空氣交叉感染。排風采用獨立（lì）係統，並且與手（shǒu）術室自動門連鎖，當手（shǒu）術室門（mén）關閉時排（pái）風係統自動開啟（qǐ），使手術室始終（zhōng）處於正壓受控狀態,各手術區也可以靈（líng）活使用。由於新（xīn）風空調（diào）係統承擔手術室內全（quán）部濕負荷，新風空調箱冷卻盤管（guǎn）的（de）冷卻除濕能力加大,要求進新（xīn）風空調箱表冷器的（de）冷水溫度（dù）降低。當表冷器冷水進水溫度達不到要求時，可（kě）采（cǎi）用直接蒸發（fā）冷卻器進行二級冷卻處理。新風空調箱濕工況運行，循環空調箱在幹工況狀態下工作，並且新風空調係統控製室內相（xiàng）對濕度，循（xún）環（huán）空調係統控製手術室溫度，保證手（shǒu）術室在設定的（de）溫濕度範圍內運行，特（tè）別是手術室相對濕度必須＜60%。
（3）手術室的h-d圖分析（xī）
通倉交融手術（shù）室新風集（jí）中處理（lǐ），新（xīn）風（fēng）處理到（dào）I級手術區和III級手術區公共狀（zhuàng）態（tài）點（其（qí）含濕量小於手術室內含（hán）濕量）,循環空（kōng）調係統各手術區分別（bié）獨立（lì）處（chù）理，夏季處理過程h-d圖。

夏季，新風處理到L1點（公共狀態點）,新風處理狀態點（diǎn）由do=dn—W/1.2L（其中do為送風含濕量，dn為室內（nèi）含（hán）濕量，W為（wéi）濕（shī）負荷）確定。由於手術室的濕負荷主要（yào）是人員散濕，在手術過（guò）程中，室內人員是（shì）固定的，因此室內濕負（fù）荷基本恒定（dìng），所以L1點基本是固（gù）定的。由於Ⅰ、Ⅲ級手術室濕負荷不同，因此含濕（shī）量差Δd也不同，確定的公共狀態點能保證不同級別手術室的室內溫（wēn）濕度在《規範》許可範圍內既可。
新風W先經三維（wéi）熱管預冷至W′，由於新風需從W′點處理到L1點，一級表冷器往往難以實現，因此通常采用兩級（jí）表冷器來處（chù）理，第一級表冷器將新風由（yóu）W′點冷卻（què）到L點（diǎn）（一般為室內狀（zhuàng）態點的等焓線與相對濕度95%線（xiàn）的交點），第二級表冷器將新風由L點（diǎn）冷卻到L1點。由於兩個表（biǎo）冷器處理後的出風溫（wēn）度不同，所以其所需的冷水進水溫度也（yě）不同（通常表冷器冷水進（jìn）水溫度比（bǐ）出風溫度低4 ℃左右）。在一個集中空調係（xì）統內要提供兩種不同的冷水溫度（dù），水係統比較複雜也不經濟，通常第一級表冷（lěng）器采用集中空調係統提供（gòng）冷源（或采用獨立冷源——多功能熱泵機（jī）組），第二級表（biǎo）冷器采用直接蒸發盤（pán）管（guǎn）。
根據各手術（shù）室的控製調節需要，將新風從L1點經三維熱（rè）管再熱至T點，循環風與處理到T點的新風在手術室送風靜壓箱（送風天花）內混合到C點，考慮機器內升溫至C′，再降溫至熱濕比線上O點（diǎn），送入手術室內。此方案新風空調箱承擔了（le）降溫除（chú）濕功能，循環空調箱在幹工況狀態下運行，可減少細菌滋生繁殖，對控製手術室內無（wú）菌環（huán）境十分有利，而且簡（jiǎn）化了空（kōng）調係統控製。當手術室內顯熱變化（huà）時，控製（zhì）循環空調箱進行加熱或降溫處理，而且循環空調箱控製溫度反（fǎn）應速度較（jiào）快，控製（zhì）精度也較高。
冬季，新風（fēng）從W點加（jiā）熱到H點（在L1點的等溫線上），再等溫加濕到與公共狀態點L1，並根據各手術室的控製調節需要，將新風從L1點加（jiā）熱至T點，與循環風在手術室送（sòng）風靜壓箱內混合到C點，再降溫至熱濕比線上O點（diǎn），送入手術室內。新風空調箱承擔加熱、加濕功能。當手術室進行製熱或製冷功能轉換時，新風的共同送風狀態點始終維持（chí）不變，空調（diào）係統轉換簡單，使用靈活（huó）方（fāng）便。
綜上所述（shù），新風空調箱對新風進行冷卻、再熱（夏（xià）季）或加熱、加濕（冬季）處理到一個共同的送（sòng）風（fēng）狀態點，循環空調箱對（duì）室內回風進行冷卻（加熱）處理；集中新風係統（tǒng）與室（shì）內循環係（xì）統互不幹擾，控製係統穩定可靠。
3、通倉（cāng）交融手術室氣（qì）流組織
有序的氣流組織設計是保證通倉交融手術室的潔淨度，防（fáng）止（zhǐ）菌塵汙染的重要措施，上部送風下部回風的氣流組織設計，可以有效控製各手術區（qū）菌塵沉降（jiàng）汙染。但受（shòu）通倉交（jiāo）融手術室平麵及各種條件限製（zhì），上部下回氣流組織有一定困難，按現有成熟的設（shè）計經驗,送風形式（shì）設計成：I級手術區上部送風（fēng），1/3風量下回，2/3風量上回，而III級手（shǒu）術區上部（bù）送風，全部采用下回風，並且I級和III級手術室下部回風不是平行於手（shǒu）術台長邊（biān）兩側，而是（shì）在手術台短（duǎn）邊一（yī）側（cè）（見圖8），風量平衡計（jì）算（suàn）表見下表。

4、手術區I/III級別（bié）轉（zhuǎn）換
《醫院潔淨手（shǒu）術部建築（zhù）技術規範（fàn）》第8.2.1條規定（dìng），“I級~III級潔淨手術（shù）室內集中布置於手術台上方的非誘導（dǎo）型送風裝，應使包括手（shǒu）術台的一定區域即手術區處於潔淨氣流形成（chéng）的主流區（qū）內。從I級~III級（jí）潔（jié）淨手術室集（jí）中送風裝置麵積中發現不同級別的送風麵積長度是固定（dìng）的，不同的是寬度（dù）。

將手術區集中送風裝置分成三個送風（fēng）箱體，可很好解（jiě）決I/III級轉換難題。將I級手術區送風裝置（2600×2400）分成3個箱體，即中心（xīn）箱體1個（2600×2400），在長邊二側（cè）各增加1個箱體（2600×500）。將3個箱體組合使用即可達到I/III級手術區轉換。當使用中心箱體時為III級手（shǒu）術區，當中心箱體和二側箱體同時使用時（shí）為I級手術區。

以I級手術區為例進行分析，送風為中心箱體和（hé）二側箱（xiāng）體，送風總箱體（2600×2400），送風量9000m3/h，箱體麵積2600×2400=6.24m2，截麵風速0.4m/s，送風（fēng）管（guǎn）分以送（sòng）風裝置長邊左右（yòu）6路分支管，分別送入3個箱體。每路送風管上安裝定風量閥（fá），並固定設計風量，保證整個送風（fēng）裝置截麵風（fēng）速的均勻。每個定（dìng）風量設雙位控製，實施送（sòng）風狀態與關閉狀態（tài）的切換。為（wéi）維持各分支管路風（fēng）量平（píng）衡，必須選擇（zé）壓力無關型定風量裝置，才（cái）會隨過（guò）濾器積塵而阻力（lì）增加等因數改變風量，長期維持送風裝置截（jié）麵風速的恒定。同樣III級手術區送風時，開啟中心箱體（2600×1400），送風（fēng）量3000m3/h，箱體麵積260×1400=3.64m2，截麵風速0.22m/s。關閉二側箱體的定風（fēng）量閥，實現低級別運（yùn）行，大大減（jiǎn）少了送風（fēng）量，可以降低運行費用與能耗。具（jù）體變級別（bié）方式見下表。
手術區變級別運行（háng）
      

5、手（shǒu）術區I/III級轉換（huàn）的空調係統實施（shī）
通倉交融手術室I級手術區送風量9000m3/h, III級手術區送風量3000m3/h,送風量比（bǐ）為3:1。根據風量與風壓平方 (L/L1=H/H11/2) 關係計算，當循環空調箱送風量9000m3/h,機外餘壓（yā）600Pa時滿足I級手術區潔淨度要求，當轉換III級手術區時，風量需減少（shǎo）到原送風量的1/3,機外餘壓降至66Pa左右（yòu），顯然不（bú）能滿足克服風係（xì）統阻力的要求。按（àn）風量（liàng）-風壓性能曲（qǔ）線，當空調係統完（wán）成（chéng）後，管網性能曲（qǔ）線固定，而改（gǎi）變風機性能曲線必然的，也是可行的。
將I級手術區（qū）9000m3/h的送風機，設計成二台4500m3/h的相同性能（néng）曲線的風機（jī），當運行I級手術時（shí），開二台風機（jī），而運行III級手術時，開一台風機，這樣當送風機（jī）4500m3/h改變3000m3/h時，機外餘（yú）壓600Pa降為400Pa。按管網特性方程式H=KQ2計算，由於I/III級手（shǒu）術區合用一（yī）套管路，阻力（lì）係數確定，風量減少使係（xì）統阻力減少2.25倍，循環風機產生的風壓能克服風係統阻力。
一台（tái）風機單獨工作時的風量大於並聯工作時（shí）每台風機的風量，二台風機並聯工作時，其並聯工作時的風量不可能比單台泵工作時的風量（liàng）成（chéng）倍數增加（L1+L2＜2L1）。因此在選擇風機時，應考慮相同型號風機在並聯運行時，均處在風量高效率工作點而且風（fēng）量（liàng）大於單台風機風量（liàng）的因數。
6、四管製冷熱源
潔淨手術室一年四季處於製冷、再（zài）加熱、製熱這種特殊狀況（kuàng），在以往的（de）潔（jié）淨手術室設計中，冷熱源采用風冷熱泵機組或冷水機組+熱水（shuǐ）鍋爐，水係統采用二管製或四管製（zhì），潔（jié）淨空調箱再加熱采用電加熱或熱水盤（pán）管。風冷熱泵機組難以滿足同時供冷供熱的要求，而潔（jié）淨空調箱采用冷卻去濕再加熱，形成冷熱量互相“抵（dǐ）消"， 造（zào）成明顯不合理的能耗，使潔淨手術室（shì）成為醫（yī）院（yuàn）高能耗（hào）部門。采用多功能冷熱源一體機，替代鍋爐+冷（lěng）水機組（zǔ）製冷和（hé）製熱（rè）設備，是手（shǒu）術室一種比較（jiào）合理的冷熱源選擇方案。
冷熱源采用四管製多功（gōng）能空氣源熱（rè）泵，可實現同時解決潔淨手術部冷凍（dòng）去濕、再加熱（rè）的要求，達到恒溫恒（héng）濕控製的目的。該方案取（qǔ）消空調（diào）箱內電加熱，利用多功能空氣（qì）源熱泵餘熱作（zuò）為再加熱熱源，節約了大量冷熱量互相“抵消"的能耗。同時在過渡季節手（shǒu）術室可同時（shí）製冷（lěng）製熱，各類手術室之間（jiān）互相（xiàng）不幹擾。通過近幾年在手術室的實際運（yùn）行，取得了較好的節（jiē）能效果。
二、通倉交融手術室氣流模擬（CFD）實驗
為驗（yàn）證通倉交融手術室采用上部（bù）回（huí）風氣流組織的合理性（xìng），搭（dā）建了1:1實體模型(1/2型)，目前正在做實體（tǐ）模型氣流模擬試驗， 主（zhǔ）要檢驗：
（1）手術（shù）區內上回風是否影響在手（shǒu）術主流有效區（qū）域內單向流氣流。
（2）條形上部回風口（kǒu）和下部回風口結合回風是否合理。
（3）I/III級級別轉換在多少時間內氣流達到相對平衡（héng）。
（4）手術室內溫濕度場分布。
（5）各手術區按I/III級運行時互相（xiàng）幹擾問（wèn）題。
模擬實驗具體結果將在以後文章中（zhōng）討論。CFD模（mó）擬圖得（dé）出主要結論：
（1）手術燈對氣流的影響較大，導致手術燈下方出現渦旋。但在（zài）非手術燈（dēng）下方，流線基本（běn）保持直線。
（2）在汙物通道（dào）處設置下（xià）部回風口，導致手術室潔淨通道側出現較大渦旋，但此渦旋並未影（yǐng）響手術關鍵區。
（3）上部回風口回風量大，能夠在各個手術區之間（jiān）形成氣流方向（xiàng）向上的“空氣幕"。
三、通倉交（jiāo）融手術室防治氣流交叉感染（rǎn）
通倉交融手術室內氣流（liú）組織是防止通倉交融（róng）手術室交叉感染的關（guān）鍵，也是通倉交融手術室潔（jié）淨技術的核心。從氣流組織和細（xì）菌控製三（sān）方麵著手（shǒu）：
首先，各手術區采用各自獨（dú）立的空調係（xì）統，為了使二台手術區之間氣流（liú）盡量互不幹擾，空調（diào）設計氣流組織為，I級手術區大風（fēng）量送風時，采用2/3風量（liàng）上回，送風天花送風氣流下降到手術床高度後成U型氣流上回至回風口，使二台手術區（qū）之間形成潔淨氣幕。當III級手術（shù）區（qū）小風量送風時，無法形成氣流幕，采用下回風。手術室采用（yòng）上（shàng）回風形式與國家有關規範相抵觸，正（zhèng）在實驗室做氣流模擬和細菌檢測實驗，論證上回風的合（hé）理（lǐ）性（國外手術室有上回風（fēng）工程實例），實驗室（shì）初步檢測結果：潔淨度滿足潔（jié）淨手術室的（de）級（jí）別要求。
其次在二台（tái）手術（shù）區內安裝DNA實時細菌檢測和分析設備，該設備（bèi）采用DNA基因技術檢測細菌成份，當手術區細菌濃度超過標準值時報警，啟動潔（jié）淨空調箱加大細菌超標手術區的送風量，形成（chéng）該手術區對二側手術區正（zhèng）壓，使手術區細菌濃度始終處於（yú）標準值（zhí）。最後當各（gè）手術區手術結束不同步時，為防（fáng）止各手術（shù）區術後打包交叉感染（rǎn），采用密閉汙物小車（圖11）替代術後打（dǎ）包，將術（shù）後各（gè）類器械、輔料等物品全部裝入密（mì）閉小車內，密（mì）閉運出手術室送入醫院（yuàn）中心供應室，消除各手術區交叉（chā）感染潛（qián）在風險。

  
四、通（tōng）倉交融手術室空調節能性分析
1、U型三維熱管夏季預冷
目前手（shǒu）術室空調係統基本上（shàng）有二種方案，傳統的一次回風加再熱係統，另外一（yī）種是溫度濕度獨立控製、新風濕度優先控製。二種空調係統方案從h-d圖上分析，從L1點加熱到T點，可利用餘熱、廢熱進行加熱。新風冷（lěng）卻（què）後再加熱有多種方案，如可采用多功能熱泵機組的廢熱再加熱，也可采用直接蒸發冷卻器的（de）冷凝熱再加熱。本（běn）方案采用三維熱（rè）管（guǎn）技術，在新風空調箱表冷器前（qián）後（hòu）側增加U型熱管，夏季新風預冷卻（què），可節（jiē）省冷量Q=4000×1.2×(90.6-85.2)/3600=7.2kW，經新風直膨機（jī）深度冷卻後，再將新風再熱Q = 4000×1.2×(33-29.4)/3600=4.8kW，節省新風能耗（hào）約12kW。采（cǎi）用三維熱管技術，在夏季對提風最終處理溫度，在冬季減少新風相對濕度，使新風控製係統內出風（fēng）口空氣相對濕度不大於75%。
2、溫濕度獨立控（kòng）製方案節能分析
通倉交融手（shǒu）術室空調方案放棄了一次回風加再熱方案傳統方案，采用溫度濕度獨立控製、新風濕度優先控製方案，並在（zài）新風空調箱（xiāng）內采用三維熱管技術。經計算比較，通倉交融手術室夏季總冷量94.4kW，其中：新風（fēng）機組中一級製冷段由冷水機組承擔48.8kW，二級製冷段由直膨機承（chéng）擔20.4kW，循環機組（zǔ）冷量5.2kW（單（dān）台冷量6.3kW），冬季總熱量34.4kW，新風加熱量 21.6kW，循環機組加熱量12.8kW（單台熱量3.2kW），加濕量25kg/h。
對比傳統的一次回風加再熱方案，總冷量約為199.48kW，其中：新風機組冷量46.68kW，循環機組冷量150.8kW。兩方案比較，采（cǎi）用（yòng）溫濕度獨立控（kòng）製（zhì）方案（àn），總冷量約為94.4kW，每（měi）年運行1500h，年耗能（néng）14.16萬kW·h電（diàn）。采用一（yī）次回風再加熱方（fāng）案，總冷量約為199.48kW，如每年（nián）運行1500h，年耗能29.92萬kW·h電；前（qián）者比後者每（měi）年（nián）少（shǎo）用電15.76萬kW·h。按熱泵機組Z低COP=3.0估算，一間通倉交融手術室一年可節電315.24kW。
將通倉交融手術室空調方（fāng）案，采用傳統（tǒng）的一次（cì）回風加再熱方案和（hé）溫度濕（shī）度獨（dú）立控製方案（àn）進行比（bǐ）較結果如下表所示（shì）。

  
五、結果
1、通倉交融手術室在國內（nèi）醫院建設標準或規範中，如我國《醫院潔淨手（shǒu）術部建築（zhù）技術規範》（GB 50333–2013）尚未涉及，需要（yào）不斷努力從（cóng）控製思路、設計計算、實體模型、數值模擬等方麵在具體工程中驗證後實施。
2、我國胸（xiōng）外科微創手術已經不亞於國外，通（tōng）倉交融手術室能在很大（dà）程度上提高手術室運營效率，改善感染（rǎn）控製並降低運（yùn）行（háng）成本。對於我國大（dà）型專科醫（yī）院手術（shù）室來說，這是一個“減量增效（xiào）"的新思路。
3、通倉（cāng）交融手術室可減少醫護人員總數量約25%，高級麻醉師及資深護士約37.5%，人力成本降低9.38%，手術量可提高25%以上，經濟效益增加顯著。
4、通（tōng）艙交融手術室空調係統（tǒng）有四大特點：
（1）手術室溫濕度獨立控製。
（2）空（kōng）調冷（lěng）熱（rè）源四管製係統。
（3）I/III潔淨等級可轉（zhuǎn）換。
（4）上回風和下回風形式有機組合。
5、通倉交融手（shǒu）術室潔淨I/III等級可轉換，使在切除不良結節的手術量過程中，需調正手術方案，擴大手（shǒu）術視（shì）野而轉換潔淨度成為可能。