湘雅医院新医疗区洁净手术部净化空调系统的设计和修改

湘雅医院新医疗区洁净手术部净化空调系统的设计和修改

1净化工程icu湘雅医院新建医疗区建筑面积263853平方米，建筑面积98m，床位数量929人，日门诊量8000人，日急症600人。在医疗大楼4层设置洁净手术部,建筑面积9500m2,层高4.5m,洁净手术室49间,含5间特殊洁净手术室,18间标准洁净手术室,22间一般洁净手术室,2间心导管准洁净手术室,2间正负压转换手术室;重症监护病房(ICU)设置在医疗大楼的2,3层;在4层洁净手术部上方设置设备层,层高3.0m。2清洁手术部清洁空调系统2.1主要技术指标的确定洁净手术室、净化辅助用房的室内设计参数均依据GB50333—2002《医院洁净手术部建筑技术规范》(以下简称《规范》)规定的洁净手术部用房的主要技术指标确定。参照《规范》要求,手术室新风量标准为:Ⅰ级手术室,1200m3/h;Ⅱ级手术室,1000m3/h;Ⅲ级手术室,850m3/h;Ⅳ级手术室,600m3/h。2.2本文结构洁净手术室的室内冷热负荷、湿负荷计算参见文献,本文不再赘述。洁净手术部(除注明外,洁净手术部不含ICU)夏季计算冷负荷为2495kW,冬季计算热负荷为1150kW。2.3空调冷热源方案洁净手术部净化空调属于工艺性空调,洁净手术部的空调系统需全年运行,室内温湿度允许波动范围小,需要确保有稳定的、能消除室内热湿负荷及满足控制精度要求的较低温度的冷水;而舒适性空调系统通常按季节运行,不会全年运行,其允许的室内温湿度波动范围大。因此净化工程特别是洁净手术部的空调系统通常都独立设置冷热源,依据《规范》规定的“洁净手术部冷热源需要考虑整个洁净手术部或几间手术室净化空调系统能在过渡季节使用的可能性”进行冷热源设备的选型。本项目净化工程空调面积大并且分散,洁净手术部(含4层的洁净手术部和2,3层的ICU)净化空调面积达15000m2左右,夏季空调计算冷负荷为4030kW(1146rt),单独设置冷热源并满足《规范》对洁净手术部冷热源的规定有一定的困难;另外,本项目建筑体量大,内区面积大,门诊、医技区人员密度大,医技区设备散热量大,需要全年供冷,部分医技功能房间温湿度允许波度范围小,空调系统需要再热处理。在论证空调冷热源方案时,结合本项目的空调负荷特点,确定净化工程采用新医疗区的集中冷热源,空调水系统为四管制,设计冷水供回水温度为7℃/12℃,设计热水供回水温度为65℃/57℃。2008年净化工程设计方案评审会上,针对洁净手术部的冷热源,有专家指出,在空调运行阶段,空调运行管理部门出于节能目的,通常会提高冷水机组的供水温度,这就可能造成净化系统除湿能力不足,无法满足洁净手术室湿度控制的要求。考虑到现场安装的情况(2007年底冷热源设备已经完成采购,所有的空调水干管、立管均已安装到位),专家建议手术部净化空调系统采用湿度优先控制系统。2.4净化系统集成设计本工程洁净手术部采用集中新风系统,按照建筑专业的防火分区划分为5个洁净手术部,按每个洁净手术部用房使用功能、性质的不同划分新风系统,并尽量将手术室新风系统和洁净辅助用房新风系统分开,共设置了11个集中净化新风系统(PAU-01~11),最大设计新风量为100500m3/h,具体为:PAU-01负担洁净手术部1的1~6号6间洁净手术室;PAU-02负担洁净手术部2的7~17号11间洁净手术室;PAU-03负担洁净手术部3的18~27号10间洁净手术室;PAU-04负担洁净手术部5的28~31,33~35号7间洁净手术室;PAU-05负担洁净手术部5的36~45号10间洁净手术室;PAU-06负担48,49号2间心导管室及其洁净辅助用房;PAU-07负担洁净手术部4的46,47号2间正负压转换手术室及其辅助用房和复苏室、病人换床区等洁净辅助用房;PAU-08负担洁净手术部1,2的洁净辅助用房;PAU-09负担洁净手术部3,4的洁净辅助用房;PAU-10负担门诊手术室的洁净辅助用房;PAU-11负担医护人员休息、办公区域的全部洁净辅助用房。新风系统不仅负担手术室正常工作时的新风量,也负担手术室不工作时的正压控制风量,新风机组变频运行,保证手术室正常工作时新风量的恒定;每间手术室净化空调机组的新风支管均设置电动双位定风量阀,手术室正常工作时定风量阀处于高位,维持正压时处于低位。参考方案评审会专家意见,本工程采用新风冷却除湿湿度优先控制方法,集中新风系统负担手术室的全部湿负荷,需要确定集中新风系统送风状态点。送风状态点需满足既能负担各手术室的全部湿负荷,又能避免因送风的低温、高湿状态引起结露致使各级过滤器受潮滋生细菌造成污染。依据《规范》建议的人数与温湿度参数(室内温度23℃,相对湿度50%)及上述新风量标准,根据公式dL=dN-W/G(其中dL为新风系统送风状态点的含湿量,g/kg;dN为室内设计参数点的含湿量,g/kg;W为室内湿负荷,g/h;G为新风量,kg/h)进行计算,计算结果为:Ⅰ级手术室dL=7.583g/kg,Ⅱ级手术室dL=7.583g/kg,Ⅲ级手术室dL=7.66g/kg,Ⅳ级手术室dL=7.583g/kg。根据计算结果,机器露点温度应在10~11℃之间,本工程采用的机器露点参数为11℃,95%(含湿量为7.9g/kg)。夏季新风处理过程如图1所示。图中各状态点参数分别为:W点干球温度35.8℃,湿球温度27.7℃;L1点干球温度14℃,相对湿度95%;L2点干球温度11℃,相对湿度95%;O′点干球温度17℃,相对湿度65.5%。送风点温度高于室内露点温度,并满足《规范》规定的“高效过滤器之前空气相对湿度不大于75%”的要求。净化新风机组功能段:新风引入段、粗效过滤段(G4)、中效过滤段(F8)、送风机段、预热盘管段、一级表冷段(水冷盘管,两组)、二级冷却盘管段(直膨式空调系统的蒸发器)、再热段(直膨式空调系统的冷凝器)、亚高效过滤段(H10)。施工单位经调研了解到回收直膨式空调系统冷凝热用于新风系统再热不好控制,难以保证设计的送风参数,经商议,最终采用医疗大楼的主热源(热水供回水温度为65℃/57℃)进行新风再热,将直膨式空调系统的冷凝热排到室外。冬季室外新风(干球温度-3℃、相对湿度81%)经热水盘管(供回水温度为65℃/57℃)预热处理到5℃,再经三级过滤处理后与各净化空调系统回风混合。2.5空调机组功能段的选择洁净手术室与辅助用房分开设置净化空调系统,每间洁净手术室采用独立净化空调系统,洁净手术部共设置70个净化空调系统,净化空调机组设置在洁净手术部上方的设备层。采用湿度优先控制系统,由新风负担手术室全部湿负荷,手术室净化空调系统理论上可以实现干工况运行,以最大限度地减少细菌等微生物的繁殖和扩散。采用干工况运行必须控制盘管表面温度,使其高于室内露点温度,一般需要有温度不低于15℃的高温冷水,但是当时改造冷源及管路不现实,只能选择在设备层增加板式换热系统,将冷水机组提供的7℃低温冷水转换成不低于15℃的高温冷水,这样会造成能源的巨大浪费,很不合理。经咨询评审专家及查阅相关文献,由于手术室室内人员多,热湿比ε较小,室内温湿度控制精度不高,没必要采用干盘管或无凝水空调,因此本工程室内循环风的处理过程如图2所示。净化空调机组功能段如下:新回风混合段、送风机段、中效过滤段(F8)、表冷段、加热段(兼再热)、间接蒸汽加湿段、均流送风段。本工程保留再热段,用于对系统送风温度进行微调。洁净辅助用房、洁净走廊、清洁走廊、PACU(复苏室)等的净化空调系统与手术室室内循环净化空调系统类似,本文不再详述。2.6设计新风量取值混合点参数由下式确定:式中LW为设计新风量,Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ级典型手术室设计新风量取值见2.1节;L为设计送风量,按《规范》规定的室内换气次数或手术区手术台工作面高度的截面平均风速计算,Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ级典型手术室设计送风量分别为12000,5500,2500,1500m3/h。2空调风机全压全压效率风机温升Δt用下式计算:式中H为风机风压,1100Pa左右(机外余压650Pa);η为电动机安装位置的修正系数,净化空调机组采用无蜗壳风机,η=1;η1为风机的全压效率,对应Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ级典型手术室空调风机的全压效率(实际值)分别为79.23%,79.10%,78.03%,76.63%;η2为风机的效率,取85%。经计算,Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ级典型手术室的风机温升分别为1.3,1.3,1.33,1.35℃。3比定压热容机组耗冷量Qs(消除室内显热负荷)用下式计算:式中cp为送风的比定压热容;tC′为C′点的干球温度;tO为送风状态点O的干球温度。由于手术室的面积、用途等不同,即使同一级别的手术室室内热湿负荷也不完全相同,具体的计算结果不一一列出。2.7如何避免目前手术中常见的低温现象在调研中发现,新建设的洁净手术部普遍存在手术室室内温度偏低的现象,室温难于调节,这主要是由以下因素造成的:1风机选型不当净化空调系统设置三级过滤器,系统初阻力和设计工况(终阻力下)相比差几百Pa,送风机通常配置变频器来保证送风量的恒定,利用压差传感器测量风机喉部压力和出风段压力,对照送风机的计算给定值提供变频信号,但是如果风机选型不当,风机全压比实际阻力大得多,即使风机电动机运行频率很小,室内送风量依然比设计送风量大,就会造成室内温度偏低。2电动控制阀选用手术过程中人员基本不变,室内湿负荷变化很小,而室内显热负荷是不断变化的,净化空调机组通过回风管上的温度传感器控制回水管上电动调节阀的开度来调节冷/热水量,选择电动调节阀应遵照阀全开时通过的流量为计算流量的原则,但是由于文献列举的各种因素,实际安装的电动调节阀往往偏大,无法获得系统真正需要的流量。本项目在设计时注意净化空调系统管路阻力的计算,尽量选择阻力小的附件及过滤器,风机风压尽量按计算值选取,不考虑附加;设计采用压差平衡型电动调节阀,通过计算,结合阀门选型资料,合理确定调节阀的规格、参数等。2.8方案一:设置净化空调机组和风机排烟系统设备层建筑面积7500m2,层高3m(梁下净高2.25m),设有115台卧式空调机组(服务洁净手术部的81台净化空调机组、服务ICU的13台净化空调机组及服务医技室、病房的21台普通空调机组)和78台吊装排风机组,机电管线多,有空调送风、回风管道,集中新风管道,空调冷热水管道(四管制),蒸汽管道,给水、排水管道,强电和弱电桥架、线槽,设备层的通风及排烟系统管道等,错综复杂。在设备层有限的空间合理布置上述设备及机电管线,笔者认为需要注意以下几点:1)手术室循环净化空调机组的安装力求手术室净化空调管路短、直、顺,并满足空调管路必要的附件———阀门、弯头、消声装置等的正常安装及检修所需空间要求。2)新风引入口和排风口位置合理,避免进风和排风短路。手术室净化空调系统及排风系统全年运行,长沙市年最多风向为NNW,本工程新风引入口均布置在建筑迎风面(正压区),集中净化新风机组设置在靠近进风口的位置;排风口设置在建筑全年主导风向的下风向SE,排风机组靠近排风口(室外)布置,以减少系统漏风对室内环境的污染,并尽量使新风、排风系统管路短、直、顺。3)净化空调机组或新风机组之间的最小水平距离满足空调机组过滤器整体抽出更换所需。4)规划好维护操作人员的疏散通道、设备运输通道,合理布置机电系统管路,尽量减少机电专业管道的交叉、重叠,确保空调机组正常安装和检修空间、维护操作人员的正常通行空间、设备的运输空间等。机电专业在方案、初步设计阶段就开始对设备及管线进行规划,施工图阶段多次调整管路,较好地解决了设备和管道布置问题。2.9机组入口噪声净化空调系统的消声器内的吸声体必须采用防沾染、不产尘、不吸湿的材料,大都采用双层微穿孔板消声器。这类消声器造价高,长度大,占据空间也大,专业公司在进行净化空调系统深化设计时,空调管路消声器采用“送三回二”的设置方式,即送风管道设置三段消声器或消声弯头,回风管道设置两段消声器或消声弯头。但从净化空调机组的功能组合来看,风机段靠近机组入口(回风侧),回风侧的噪声应该比送风侧大,因此笔者对这种消声器设置方式产生了怀疑,在本工程中进行了计算和调整。根据《规范》给出的手术室技术指标,手术室室内噪声应小于等于50dB。Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ级手术室净化空调机组的典型设计风量分别为12000,5500,2500,1500m3/h,机组风压约为1100Pa,根据本项目采购的净化空调机组的资料,空调箱入口噪声值分别为77,77,72,71dB,空调箱出口噪声值分别为74,71,70,69dB。手术室净化空调系统送风和回风管道的风速