洁净手术室空调系统节能设计研究(1)

1、广东建材2009年第6期洁净手术室空调设计的主要任务是通过净化空调的手段达到能满足手术室医疗要求的环境指标。随着人们生活水平的日益提高以及科学技术的发展,对洁净手术室的空调设计也提出了更高的要求,节能更是其中一个倍受关注的主题。在洁净手术室空调系统设计中存在着服务面积虽小但风量大,能耗高的特点,因此如何在保证规范要求的前提下满足用户的使用要求,同时实现最大限度的节能则是摆在我们面前的一大难题。下面我们对洁净手术室空调系统设计中的各项节能措施进行探讨。1手术室的负荷计算及风量确定由于洁净手术室均设在建筑物内区(内外走廊均为空调区,因此主要考虑以下得热量:人体散热量;照明散热量;设备器械及其他室内

2、热源的散热量;围护结构的传热量。负荷的计算是手术室空调系统设计的基础,其具体计算过程详见文献1-5所示。确定手术室热湿处理过程首先要确定新风量、循环风量及排风量。最小新风量是洁净手术室设计的一个重要因素,由于医护人员在手术中处于高度紧张状态,而洁净手术室又完全封闭,因此,新风量的确定必须首先满足人体活动的需要。此外,还需要考虑最小新风比及维持正压的需要。在实际的设计中,一般取人均指标、最小新风量及维持正压三者中的最大值。最小新风量的取值如文献2所示。循环风量的确定按换气次数进行计算2,对于级手术室,手术区手术台工作面高度截面平均风速要求达到0.250.3m/s,考虑到气流的衰减以及从静压箱送出

3、的风有一部分会参与到周边区的空气循环,因此静压箱送风口处风速取0.450.50m/s,根据气流数值分析以及实践经验,这个数值是恰当的。因此。对于级手术室,送风量按下式确定:G=3600vF(式1式中:G:级手术室送风量,m3/h;v:级手术室静压箱送风口处风速,m/s;F:级手术室静压箱送风口处面积,m2。为有效、灵活的控制正压以及排走消毒气体、麻醉气体和不良气体,因此需设置排风系统,一般每间手术室的排风量不宜低于200m3/s,可根据不同级别手术室的正压要求,用新风量与保持正压值所需的渗透风量的差值来确定排风量。2空气的热湿处理方式目前在国内外洁净手术室净化空调系统采用的设计方法较多,且标准

4、和侧重点也各不相同,经分析比较,采用带独立新风系统的洁净手术部空调系统具有很好的节能效果。新风系统独立法是将手术部的新风系统集中设置,与手术部空气循环系统分开。带独立新风系统的洁净手术部空调系统的特点是可以使整个手术部始终处于受控状态,不会因某个洁净手术室的停开而影响整个手术部的压力梯度分布,破坏各房间之间气流的定向流动。新风机组负担全部新风负荷、室内湿负荷、表冷除湿后的再热负荷。夏季空气处理焓湿图如图1所示,L1为新风处理到机械露点后经再热与相对湿度为75%线的交点。从图1可以看出,夏季空气处理顺序为:通过表冷器将新风处理至机械露点L;将新风从机械露点L洁净手术室空调系统节能设计研究刘谨屈国

5、伦(广州市设计院摘要:本文通过对洁净手术室的热、湿处理过程的分析,提出一种节能性与稳定性较好的手术室空调设计方法,同时对洁净手术室空调系统设计中各项节能措施进行探讨。关键词:洁净手术室;空调;节能图1夏季空气处理焓湿图(1工艺与设备261-广东建材2009年第6期加热到L1点;室内回风经干盘管冷却至N点,与处理后的新风混合后至送风状态点,然后送入室内带走余热余湿。本方法所采用的上述空气处理方式与现今常用净化空调空气处理方式相比有两个特点。第一是新风处理到机械露点后经再热到与相对湿度75%线的交点。医院洁净手术部建筑技术规范7.3.7条规定“-级洁净用房净化空调系统的高效过滤器之前的系统内的空气

6、相对湿度不宜大于75%。”因此我们有必要对新风进行再热以满足上述要求。经过我们调查发现,国内一些净化设计与施工公司在洁净空调设计与施工中对此有所忽略,这样势必导致在某些情况下(如室内散湿较大等室内相对湿度不能满足要求,同时由于在相对湿度较大的情况下,细菌的繁殖速度加快,如果在送风管内相对湿度过大,对室内洁净度会有影响。因此在规范中对此进行规定是合理的。第二是室内机组使用了干盘管。由于其换热器的表面温度高于回风的露点温度,换热器的表面没有液体水析出,故称其为干盘管(dry coil。使用干盘管的好处在于我们可以对室内空气环境进行精确调整,同时由于没有冷凝水产生,减少细菌繁殖的场所,因此卫生条件好

7、。手术室负荷设计是按照最不利情况进行设计的,而实际负荷往往要小于设计负荷,并且随着实际使用情况的变化而变化。使用干盘管后,当室内热湿负荷即热湿比发生变化时,通过调整干盘管的制冷量或加热量,使回风与新风混合后始终处于热湿比线上,从而达到精确控制室内环境的要求,不致由于室内负荷变化较大时室内环境失控,因此有更高的安全性与稳定性。冬季热湿处理方式,见图2所示。加湿采用电加湿,由于手术室的特殊性,冬季与夏季的热湿比相差不大,因此可以采用相同的热湿比线。这种方式最大的优点在于新风机组负担全部新风负荷、室内湿负荷、表冷除湿后的再热负荷。由于手术室的特殊性,常年负荷比较稳定,因此在冬季与夏季将新风处理到同一

8、点,这样不仅在控制上可靠易行,而且控制效果稳定,室内各环境参数的波动较小。即使在部分负荷或由于特殊原因室内热湿变化较大情况下,还可以通过室内机组干盘管的加热或制冷来进行调整,使回风与新风混合后达到送风状态点,送入室内后消除余热余湿。因此,这种空气处理方式效果明显且易于实现,同时避免了冷热抵消所导致的能源浪费,具有较好的节能效果。图3与图4是两种常用的空气处理方式。图3的空气处理顺序为:通过表冷器将新风与回风处理至机械露点L;通过再热器将新风与回风处理至送风状态点O点;送入室内,带走室内余热余湿。图4中新风机组只承担处理新风的热湿负荷,室内热湿负荷全部由循环机组负担。这种方式中新风在新风机组中先

9、经过表冷器处理至室内状态点对应的机械露点温度,然后经过再热器,加热至室内工况点N点;循环风在循环机组里先经过表冷器,处理至机械露点L,再经过再热器,加热至送风状态点O点,送入室内后带走室内余热余湿。比较以上两种方案,新风与循环风均有大幅度的再热过程,冷热抵消大,运行不经济,耗能较大。3计算结果分析为了对这三种不同方案的能耗进行比较,我们对不同级别的手术室分别进行比较计算。计算初始条件为:手术室面积30m2,广州地区夏季空调室外计算干球温度33.5,手术室室内计算温度为23.5,级新风量图2冬季空气处理焓湿图图3夏季空气处理焓湿图(2图4夏季空气处理焓湿图(3工艺与设备262-广东建材2009年

10、第6期1200m3/h,循环风量9800m3/h;级新风量900m3/h,循环风量1900m3/h;级新风量800m3/h,循环风量1000m3/h;计算结果如图57所示。从图中可以看出,方案一与方案二和方案三相比具有较好的节能效果。其中级手术室方案一比方案二和方案三分别节能62.5%、63.6%;级手术室方案一比方案二和方案三分别节能27.4%、28.2%;级手术室方案一比方案二和方案三分别节能19%、22.1%。三种不同空调方案的能耗比较:4洁净手术室空调设计中的其他节能措施手术室对温度的要求是要保证手术正常进行,相对于洁净度来说并不是一个严格的因素,但是温度的确定必须有利于医生的操作,有

11、利于伤口的愈合,减少感染的可能性。因此,在医院洁净手术部建筑技术规范中规定手术室温度取值为2225;湿度是影响人体舒适感以及细菌生长的一个重要因素,现已研究表明,在相对湿度在40%60%的条件下,细菌的繁殖速度将要降低。而且在这个标准下,湿表面水分蒸发适量,不会因创口过于干燥而影响日后伤口的愈合,也不会因为湿度过高而产生器械锈蚀或霉变。根据文献6表明,在等舒适的前提下,优化室内温度与湿度的组合可以达到较好的节能效果,夏季适当提高温度与湿度,而在冬季则降低温度与湿度的组合,可以实现系统较大的节能。由于整个手术室存在只有部分手术室使用的情况,故对独立使用的新风机和排风机进行连动控制,即风量(变频随

12、着手术室使用数量的增加而自动增加,直至满负荷,这样可以根据风量的不同而采用不同的转速,从而达到节电的目的。在手术室空调系统设计中采用各种不同形式的能量回收方式对空调系统的节能具有重要的意义。选用好的回收方式会产生很好的使用效果和经济效益。现在有一种热回收机组,不仅高效节能而且经济环保。众所周知。蒸汽压缩式制冷机组产生的冷凝热热量是机组制冷量的1.11.3倍,如果将这些冷凝热进行回收,如预热新风,将会有巨大的节能效果。图8为蒸汽压缩式制冷循环P-h图。根据制冷原理可知,2-5为制冷剂蒸汽冷凝为液态的放热过程,2-2气态显热约为冷凝热热量的15%,2-4潜热约为冷凝热热量锝80%。制冷机组中,如果对2-5过程释放的冷凝热热量全部或部分回收,其节能效果就已非常可观。5结论节能是现代空调发展的一个重要趋势之一。通过以上分析,本文对洁净手术室空调系统节能设计进行探讨,提出一种节能性与稳定性较好的空气处理方式,经过分析比较,具有很好的节能效果。【参