潔凈手術(shù)部空氣處理的節(jié)能設(shè)計

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 摘要： 介紹了定二次回風(fēng)系統(tǒng)在潔凈手術(shù)部空氣處理過程中的應(yīng)用。通過與一次回風(fēng)系統(tǒng)的比較，得出在潔凈手術(shù)部空氣處理過程中的應(yīng)用定二次回風(fēng)系統(tǒng)，節(jié)能效果明顯，自控復(fù)雜程度不變的結(jié)論。

    關(guān)鍵詞： 潔凈手術(shù)部 空氣處理 一次回風(fēng)系統(tǒng) 定二次回風(fēng)系統(tǒng) 節(jié)能分析

    1. 引言

    隨著《醫(yī)院潔凈手術(shù)部建設(shè)標準》和《醫(yī)院潔凈手術(shù)部建筑技術(shù)規(guī)范》（以下簡稱《標準》和《規(guī)范》）的相繼頒布實施，國內(nèi)的潔凈手術(shù)部空調(diào)設(shè)計和施工人員在迅速轉(zhuǎn)變設(shè)計理念的同時，也提出了多種潔凈手術(shù)部的空調(diào)系統(tǒng)方案。《標準》和《規(guī)范》對潔凈手術(shù)部空調(diào)的氣流組織規(guī)定較為詳細明確，其主流區(qū)理論也得到了實踐的證明和業(yè)界的認可，存在的爭論相對較少。相反，本應(yīng)是較為成熟的空氣處理和輸送方案卻存在較多爭論，國內(nèi)幾家大的醫(yī)院凈化工程公司也都形成了自己鮮明的空氣處理“風(fēng)格”。但是，這些方案往往都著重強調(diào)空氣凈化品質(zhì)參數(shù)的控制，而忽略了空氣處理過程的節(jié)能設(shè)計。筆者仔細分析了潔凈手術(shù)部空調(diào)的主要特點和現(xiàn)有的幾種系統(tǒng)，認為在滿足潔凈手術(shù)部的工藝要求前提下，潔凈手術(shù)部空氣處理過程還有很大的節(jié)能設(shè)計空間。

    2. 潔凈手術(shù)部空調(diào)的主要特點

    2.1 潔凈手術(shù)部空調(diào)的設(shè)計參數(shù)和精度要求

    受傳統(tǒng)的工業(yè)凈化空調(diào)和工藝空調(diào)要求恒溫恒濕的影響，往往過分強調(diào)潔凈手術(shù)部空調(diào)設(shè)計參數(shù)的控制精度。但是潔凈手術(shù)部空調(diào)是生物凈化空調(diào)，與工業(yè)凈化空調(diào)和傳統(tǒng)的工藝空調(diào)都有很大的區(qū)別，其工藝的主要保護對象是手術(shù)病人，更具體地說是手術(shù)切口，因此對溫濕度的精度要求一般并不太高，而《規(guī)范》對潔凈手術(shù)部用房的溫度和相對濕度的設(shè)計范圍分別為22~25℃和35~60%.

    2.2 潔凈手術(shù)部的空調(diào)負荷特點

    潔凈手術(shù)部的熱濕負荷比較穩(wěn)定。從建筑的布置上來看，除清潔走廊外，潔凈手術(shù)部的大部分區(qū)域一般都沒有直接的外圍護結(jié)構(gòu)，其室內(nèi)熱濕負荷幾乎不受室外氣候條件的影響，人員和醫(yī)療用電設(shè)備是室內(nèi)熱濕負荷的主要影響因素。

    2.3 潔凈手術(shù)部的送風(fēng)量特點

    為了滿足潔凈度的要求，潔凈手術(shù)部對不同級別的潔凈區(qū)域的送風(fēng)量有嚴格要求。送風(fēng)量比普通的舒適性空調(diào)大很多，并且要求送風(fēng)量固定不變，送風(fēng)溫差由送風(fēng)量和室內(nèi)熱濕負荷決定，一般比普通的舒適性空調(diào)小很多。

    3 現(xiàn)有的潔凈手術(shù)部空氣處理方案

    目前較為常用的手術(shù)部空氣處理方案按照循環(huán)機組的回風(fēng)次數(shù)可分為一次回風(fēng)和二次回風(fēng)（或旁通）兩類。如果再結(jié)合各空氣處理段的不同組合排序，其種類可達到數(shù)十種之多。限于篇幅和方便上下文的方案作比較，本文以某醫(yī)院I級手術(shù)室為例，主要介紹現(xiàn)在最常用的一次回風(fēng)處理方式，其設(shè)計參數(shù)如表一中手術(shù)室1 所示，其流程圖如圖一所示，空氣處理焓濕圖如圖三A）和圖四A）所示。以夏季工況為例，先將新風(fēng)集中處理到室內(nèi)等焓點LW，與回風(fēng)混合后處理至L點，然后加熱至K點，經(jīng)風(fēng)機升溫至O點送入室內(nèi)。由于I級手術(shù)室送風(fēng)量很大，送風(fēng)溫差很小，因此從L點到K點需要大量的再熱量，產(chǎn)生嚴重的冷熱抵消。

    針對I級手術(shù)室系統(tǒng)的嚴重冷熱抵消，也有個別凈化工程公司嘗試在I級手術(shù)室中使用二次回風(fēng)，但終因控制方式不合理或控制系統(tǒng)復(fù)雜而難以實現(xiàn)，結(jié)果沒有得到廣泛應(yīng)用。也有人提出用新風(fēng)承擔室內(nèi)濕負荷來避免再熱帶來的冷熱抵消，又可以使循環(huán)機組實現(xiàn)干工況運行的解決方案。這種思路從理論上可以實現(xiàn)，但在實際工程中卻很難行得通：由于手術(shù)部中往往是多個手術(shù)室循環(huán)機組共用一個新風(fēng)機組，在這種情況下，無法通過調(diào)節(jié)新風(fēng)處理參數(shù)來適用個別手術(shù)室濕負荷增加產(chǎn)生的波動。定新風(fēng)量因為無法預(yù)知濕負荷增加量而無法實現(xiàn)；變新風(fēng)量勢必導(dǎo)致自控系統(tǒng)復(fù)雜。另外，由于要求的供水溫度過低等原因很難實現(xiàn)循環(huán)機組的絕對干工況運行。

    4 固定二次回風(fēng)的潔凈手術(shù)部空氣處理方案

    針對以上情況，本文提出在潔凈手術(shù)部空氣處理過程中采用固定二次回風(fēng)量的二次回風(fēng)系統(tǒng)，其流程圖如圖二所示，空氣處理焓濕圖如圖三B）和圖四B）所示。這樣按照實際熱濕處理所需要的回風(fēng)量來確定一次回風(fēng)量，并全年固定此風(fēng)量不變，既避免了大量的冷熱抵消，又利于控制。同時，由于經(jīng)過冷、熱盤管的空氣迎面風(fēng)速大大降低，有利于熱濕處理。循環(huán)機組的新風(fēng)和總的回風(fēng)都固定不變，在二次回風(fēng)支路上設(shè)定風(fēng)量閥，既可以起到固定一次回風(fēng)和二次回風(fēng)量的作用，又利于一次回風(fēng)和二次回風(fēng)的阻力平衡。

    手術(shù)室投入使用時，循環(huán)風(fēng)機啟動，同時聯(lián)鎖開啟排風(fēng)機、排風(fēng)管和總回風(fēng)管上的電動密閉閥。手術(shù)室不使用時，循環(huán)風(fēng)機停止運轉(zhuǎn)，同時聯(lián)鎖關(guān)閉排風(fēng)機、排風(fēng)管和總回風(fēng)管上的電動密閉閥。其空氣處理過程如下：

    4.1 夏季工況（圖三B，設(shè)計工況）

    假定將新風(fēng)預(yù)處理至室內(nèi)等焓線與φ=90%的交點Lw，然后與一次回風(fēng)混合后（C點）處理至L點，混合處理后的空氣與二次回風(fēng)混合到K點，經(jīng)風(fēng)機升溫至O點送入室內(nèi)。設(shè)計工況下的空氣處理過程避免了冷熱抵消現(xiàn)象，循環(huán)機組的制冷量理論上等于室內(nèi)全熱負荷加風(fēng)機熱量。點LW的確定可以根據(jù)實際情況靈活確定，以避免或減少不必要的冷熱抵消或加濕去濕抵消過程；夏季及夏季過渡季較低的LW可以減輕循環(huán)機組冷盤管去濕的負擔。

    4.2 冬季工況（圖四B，設(shè)計工況）

    假定室內(nèi)設(shè)計參數(shù)不變，將新風(fēng)預(yù)熱預(yù)處理至W‘點，然后與一次回風(fēng)混合后降溫處理至D點，然后加濕（干蒸汽）處理至L點。從圖中還可以看出，W’點越高，所需冷量越大，另外，W‘點越高，其相對濕度越低，過低的相對濕度容易使新風(fēng)在輸送過程中產(chǎn)生靜電。因此，W’點不宜過高，但不應(yīng)低于最低值班溫度（5℃）。

    5. 固定二次回風(fēng)系統(tǒng)的節(jié)能分析

    現(xiàn)以上海某醫(yī)院潔凈手術(shù)室空氣處理為例，通過計算對一次回風(fēng)系統(tǒng)和固定二次回風(fēng)系統(tǒng)進行能耗分析比較，按照控制方式不同，每種系統(tǒng)又分為“露點”和“非露點”控制。其設(shè)計參數(shù)見表一，計算比較結(jié)果見表二和表三。

    5.1 夏季工況

    從表二可以看出，在夏季設(shè)計工況下，對I級手術(shù)室，采用二次回風(fēng)系統(tǒng)可以節(jié)省168%（24.5kW）的制冷量，同時可以避免24.5kW的再熱量； II級手術(shù)室可以節(jié)省88%（7.4kW）的制冷量，同時可以避免7.4kW的再熱量；III級手術(shù)室可以節(jié)省22%（1.6kW）的制冷量，同時可以避免1.6kW的再熱量；IV級手術(shù)室可以節(jié)省14%（0.7kW）的制冷量，同時可以避免0.7kW的再熱量。由于手術(shù)室的負荷隨級別的降低不如送風(fēng)量降得快，因此，越是高級別的手術(shù)室產(chǎn)生冷熱抵消現(xiàn)象越嚴重。I級和II級手術(shù)室利用定二次回風(fēng)系統(tǒng)的節(jié)能效果非常明顯，隨著循環(huán)風(fēng)量的迅速減小，更低級別的手術(shù)室利用二次回風(fēng)的節(jié)能空間也變得越來越小。

    5.2 冬季工況

    從圖四可以看出，如果采用“非露點”控制，對于一次回風(fēng)系統(tǒng)和二次回風(fēng)系統(tǒng)都不會出現(xiàn)冷熱抵消，二者能耗一樣。如果采用“露點”控制，對于二次回風(fēng)，在冬季設(shè)計工況下與“非露點”控制能耗一樣；對于一次回風(fēng)，冬季也會出現(xiàn)冷熱抵消現(xiàn)象——從C點冷卻至D‘點，蒸汽加濕至L點，然后再熱至K點。從表三可以看出，在冬季設(shè)計工況下，如果采用“露點”控制，相對于一次回風(fēng)系統(tǒng)，二次回風(fēng)系統(tǒng)可以節(jié)省與表二夏季工況下相同量的冷量和熱量。

    6. 結(jié)論

    通過以上分析可以看出，固定二次風(fēng)的二次回風(fēng)系統(tǒng)用在潔凈手術(shù)部空氣處理過程中可以達到節(jié)能目的，級別越高，節(jié)能效果越明顯，I級和II級手術(shù)室夏季工況冷量可節(jié)省168%（24.5kW）和88%（7.4kW），并可避免等量的再熱量；冬季工況若采用“露點”控制，I級和II級手術(shù)室冬季工況冷量可節(jié)省404%（24.5kW）和487%（7.4kW），并可避免等量的再熱量。其自動控制也并不比一次回風(fēng)麻煩，同時相對于一次回風(fēng)系統(tǒng)，二次回風(fēng)系統(tǒng)中熱濕處理的風(fēng)量大大減少，降低送風(fēng)機所需壓頭。另外，由于在加濕器后增加了二次回風(fēng)段，可使加濕器與風(fēng)機段保持一定距離，有利于避免過濾器和電機受潮，從I~IV級手術(shù)室i-d圖可知引入二次回風(fēng)混合后的送風(fēng)相對濕度小于75%，符合《規(guī)范》7.3.1-7條的要求。