關于潔凈手術室空氣處理的方案和分析
盡管這些年來單向流潔凈技術已廣泛應用于生物潔凈手術室，但截至目前，國內外醫(yī)務界對其功效仍然存在不同的評價。一些醫(yī)務工作者和研究人員認為通過空氣媒介可能引發(fā)術后感染的明顯例證**于異物植入等大型手術，而對于其他一般手術并無充分的醫(yī)學統(tǒng)計數據給予支持。但對于采取適當的通風凈化措施，降低空氣中的菌濃，改善手術室環(huán)境條件，有助于控制感染率的認識，國內外還是比較一致的。
正因為如此，在確定醫(yī)院生物潔凈手術室的規(guī)模、數量及其他相關技術時，宜與醫(yī)院的籌建主管部門或醫(yī)政管理部門、外科醫(yī)生進行充分溝通，聽取他們的想法、意見和建議，并依據現行國家規(guī)范做出合理的決定。不宜盲目追求高標準，以至造成手術室初投資及運行費用增加。
下面以天津地區(qū)某 I 級潔凈手術室為例，從能耗、可行性等方面分析各種空氣處理方案的利弊。
1 ．手術室熱濕負荷及風量計算
假定該手術室為 7．5m～5．7mX3m 。根據《醫(yī)院潔凈手術部建筑技術規(guī)范》 ( 簡稱《規(guī)范》 ) ，設室內設計溫度 24～C
，相對濕度 60 ％。天津地區(qū)室外夏季設計參數：干球溫度 33．4 ℃，濕球溫度 26．9～C 。
1．1 室內熱、濕負荷的計算
手術室內的熱濕源主要是人員、照明和醫(yī)用電器設備。
1) 人體散熱…散濕量
Q=nΦq
式中： Q ——人體散熱量， w ；
n ——空調房間內的人員總數；
Φ ——為群集系數，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 ——空調房間內的人員總數；
Φ ——為群集系數，取 0．92 ；
w ——每名成年男子的散濕量， g/h
根據《空氣調節(jié)設計手冊》， 24 ℃下成年男子輕勞動：顯熱 70W ，潛熱 112W ，全熱 {2w,～167g/h ：極輕勞動：顯熱
70W, 潛熱 64W 全熱 134W, 散濕量 96g/h; 醫(yī)護人員工作強度按照輕、極輕勞動 1 ： 2 計算，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 ——照明設備的安裝功率， w ：
n3 ——同時使用系數，這里取 1
n6 ——整流器消耗功率的系數，當整流器在空調房間內時取 1．2 ；當整流器在吊頂內時取 1．0 ；這里取 1．0 ；
n7 ——安裝系數，明裝時取 1．o ：暗裝且燈罩上部穿有小孔時取 0．5 ～ 0．6 ：暗裝燈罩上無孔時，視吊頂內通風情況取
0．6～0．8 ：燈具回風時可取 0．35 ；這里取 0．8 ：
本算例中照明燈具采用熒光燈， 40W ／支，共計 16 支。
3) 主要醫(yī)用電子設備散熱量
一般來說，電子設備的散熱量可以實驗測得，或通過系數法計算。手術室常用電子設備 66 功率范圍與計算取值如表 1 所列。對于 I
級手術室考慮同時使用系數，一般取為 0．6- 0．8 。
表 1 手術室電子設備功率
表 2 手術室負荷計算
1．2 風量的確定
1) 送風量的確定
《規(guī)范》中明確規(guī)定 I 級潔凈手術室濟小送風口面積 2．4～2．6=6．24m2 ，手術區(qū)工作面高度截面平均風速 0．25 ～
0．30m/s ，依據天津大學所做的實驗研究及現場測試經驗，取出風斷面平均速度 0．40m/s 能滿足要求。
則，送風量 G=2．6X2．4X0．4X3600≈9000m3/h 。
2) 新風量的確定
合理確定新風量不僅關系到冷、熱負荷耗量，也影響到過濾設備的壽命。在滿足需要的前提下，盡可能選取較低的新風量，從節(jié)能和降低運行成本角度考慮是必要的。
新風量的確定主要依據以下幾條，并且選其中濟大的：
(1) 按照《規(guī)范》規(guī)定換氣次數計算的新風量；《規(guī)范》規(guī)定為 6AC/h ，日、美規(guī)定一般為 5AC/h 。
(2) 補償室內的排風并能保持室內正壓值的新風量；
《規(guī)范》規(guī)定每間手術室排風量不能低于 200m3/h 。
由于室內正壓，從縫隙滲漏的風量按下式計算：
式中 l —縫隙長度， m ；
Δ p ——室內要求保持正壓或負壓值， mmH20 ；或 9．8 Δ P ， Pa ；
α 、 n 嚴密程度有關的常數。
一般 n 值在 1～2 之間，對于沒有進行過漏損試驗的窗，則可取 n=1．5 。
d 值隨門、窗的型式不同而不同，一般可取下列數值；密封程度好的， α=1～3 ；一般的 a=3～8 ；不好的 a=8～40 。
縫隙長度／是指門、窗等輪廓線的總長度。
本算例中，計手術室有 2 扇門，縫隙長度／取 16m 。根據《規(guī)范》中對潔凈手術室的濟小靜壓差的要求， I 級 Δ p 取 8Pa
，即 0．816mmH20 。 α 和 n 分別取 10 、 1．5 。
(3) 人員衛(wèi)生所需新風量
為滿足衛(wèi)生要求，《規(guī)范》規(guī)定潔凈手術室有 60m3/h 人的新風量。
表 3 手術室濟小新風量
根據計算， I 級潔凈手術室濟小新風量取 770m3/h
。因麻醉方法不同，手術中釋放的麻醉氣體量也相差很多。歐洲某些國家規(guī)定的新風量較大，與其麻醉方式有關，也與其氣象條件有關，國內經驗采用
5～6AC/h 滿足需要。
由焓濕圖查得室內空氣狀態(tài)點 N ：仁 24 ℃， φ=55 ％， i=50．3kj/kg ， d=10．2g/kg
夏季室外設計參數 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：采用由新風機組承擔全部負荷的二次回風方式，這是當前應用較為普遍的一種模式。新風集中處理，再送至手術室的加壓風機、凈化機組，與室內循環(huán)風混合，經末級中在新風機組，室內機組無濕源，可避免滋生**，送風量便于獨立控制和關斷。缺點是當與其他手術室共用一個新風系統(tǒng)時，室內溫濕度不便隨意獨立調節(jié)。當然也可以各手術室系統(tǒng)單獨設置空氣處理設備，分別處理新風，相對于集中處理新風的方法室內溫濕度調節(jié)更容易些。蛋初投資稍打，其具體空氣處理過程為：
在 c 線上確定送風狀態(tài)點 O 的其他參數： t=23．1 ℃， d=10．1g/kg ，
φ=57 ％；
該方案中新風處理至室內等濕線以下，回風沒有進行熱濕處理，只是經風機加壓后直接與處理過的新風混合，再經高效空氣過濾器后送入室內。因此實際上是由新風承擔了全部室內熱濕負荷。但是新風處理焓差達到
47kj/kg ，對新風機組的要求相對較高，表冷器供回水溫為 7 — 12 ℃時，某些地區(qū)需要設置 6 排表冷盤管才能保證要求。圖 1
是處理過程在 i — d 圖上的表示。
圖 1 方案 — 空氣處理過程
方案二：采用帶再熱的一次回風方式，這種處理方案，參數較易控制，與方案一相比，對表冷器也無特殊要求。但因空氣處理過程存在冷熱抵消，運行能耗較大。其具體空調凈化系統(tǒng)設置方案可能是單風機系統(tǒng)，也可以是串聯(lián)風機系統(tǒng)，即空調機組對新風、回風進行熱濕處理后，送至鄰近手術室的加壓過濾機組，并進行二次加熱后送入室內。空氣處理過程如下：
計算可知，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器露點后，為了維持室內溫濕度，需要將送風溫度升高至送風狀態(tài)點，因此進行二次加熱，冷熱量的抵消造成能量浪費。一般來說，潔凈手術室采用二次回風系統(tǒng)為宜。
方案三：考慮到方案一沒有采用一次回風，因而提出了增設一次回風的二次回風方式作為方案三。其空氣處理過程為：
由方案一計算可知，新風承擔全部負荷時 I 級手術室新風量為 810m3/h
，僅超出濟小新風量 40m3/h ，一次回風意義不大。
方案四：對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，新風機組需進行大焓差處理，將新風直接處理至露點相對比較困難。確是如此時，可以采用除濕機對新風集中去濕。新風經新風機組、除濕機集中處理，承擔全部負荷，在這一點上與方案一相同。具體空氣處理過程如下：
為了便于比較，本計算例仍采用天津地區(qū)的室外氣象參數計算。計算過程如下：
由方案一知 I 級手術室的機器露點 L ： t=14．3～C ， i=37．6kj/kg ， d ： 9．2g/kg ， φ =90
％。考慮 0．5 ℃風機 溫升，得實際點 U ： t=14．8～C ， i=38．1kj/kg ， d=9．2g/kg ， φ= 87
％，
為滿足除濕機性能要 求，假定新風在除濕機前處理至 Lx ，使得 dL ， --dL ≤去濕機額定工況單位除濕量。過 L 點做等濕線，過
Il 做等焙線，相交得 M 點。主要狀態(tài)參數如下：
Li ： t～20．2 C ， i=54．3kj/kg ， d ； 13．4g/kg ， φ= 90 ％，
M 點： F30．6～C ， i=54．3kj/kg ， d ； 9．29/k8 ， φ= 33 ％，
空調機組處理風量 G ： 510+1584+3273=5667m3/h
空調機組前表冷器負荷 Qwl=1．2X5667X(84．4 — 54．3)/3600=56．9KW
后表冷器負荷 Qw2=1．2X5667X(54．3-37．6)/3600=31．5KW
除濕機再生風量 Gz=1/3X5667=1889m3/h
除濕機再生加熱量 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 方案四空氣處理過程
單純從節(jié)能角度講，這種方式不可取。處理過程中存在較大的能量抵消，初投資也大。但對保證潮濕地區(qū)夏季室內濕度不超過規(guī)定值比較有保證，同時對冷源要求也較低。由于運行不經濟，管理較復雜，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，考慮室內循環(huán)風，增設干式冷卻盤管意圖分擔部分顯熱負荷，而全部濕負荷仍由新風承擔。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荷的能力，以減輕新風的負擔，又可以分室予以調節(jié)，又避免出現濕工況。這種新風承擔部分熱負荷和室內全部濕負荷的空氣處理方案為：
由于 I
級手術室設計送風量較大，相應送風焓差較小，對循環(huán)風采取顯冷措施意義不大。干工況適用于室內濕負荷穩(wěn)定且較大，送風焓差大，對新風量要求較低的情況，比如病房等。采用干工況方式對新風機組的要求較高，排數增多，提供冷量增加，要求冷水溫度較低，機器的露點較低，需要進行大焓差處理。
3 ．總結
綜合以上分析，對于高溫高濕地區(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)點與空調機組露點的焓差在 45kj/kg
以上。將新風直接處理至機器露點比較困難，不適宜采用方案一，可根據實際情況選用方案
二、方案三或方案四。即先將新風與回風一次混合降低進風焓值，或將新風處理至某點，由除濕機除去濕負荷，降溫后與回風混合，達到送風狀態(tài)。
對于干燥地區(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)點與空調機組露點的焓差在 30ki/kg
以下。這些地區(qū)可以采用方案一，即將新風直接處理至機器露點，與循環(huán)風混合后即可送室內。拉薩比較特殊，夏季室外設計參數于球溫度 22．8
℃ ，濕球溫度 13．5 ℃，其焓值為 31ki 比 8 ，低于送風露點。也就是說在夏季，
拉薩地區(qū)空氣處理也是加濕的一個過程。而對于其他地區(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)點與露點的焓差在 30 ～ 45kj/kg 之間。可以根據實際情況選擇方案，約束條件比較少。
而對于室內循環(huán)機組采用于工況的方案，在手術室設計中并不適用。首先手術室要求送風焓差較小，新風量較大。再者室內人員比較多，濕負荷較大，對新風機組的要求較高。而且室內濕負荷不穩(wěn)定，瞬時濕負荷較大，于冷系統(tǒng)不易保證室內設計參數。
冬季工況：由于不考慮建筑圍護結構散熱，手術室冬季熱濕比線與夏季不會發(fā)生太大變化，即相當于定露點工況。具體空氣處理過程基本一致，主要是室外新風預熱的問題。可以根據冬季室外設計參數，采用電加熱、蒸汽換熱，見圖
4 。對于嚴寒地區(qū)，比如哈爾濱冬季室外設計溫度低至一 29 ℃，可以將新風電預熱至 W2
，然后噴蒸氣加濕至機器露點，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，新風采氣口還要設置保溫閥，非工作班應關閉嚴實。還可以采用電預熱與熱水換熱相結合的方式，即將先新風電預熱至
o ℃以上的某點 w 比如 3 ℃，然后使新風通過熱水換熱器，加熱至
w再進行絕熱加濕，達到機器露點。為了節(jié)約電耗，利用排風與新風的板式換熱器回收部分熱能也是嚴寒地區(qū)冬季處理方案的一種選擇。
圖 4 手術室冬季工況空氣處理過程
