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综合医院手术室净化空调设计

来源: | 作者:山东省建筑设计研究院有限公司 刘伟锋 任照峰 | 发布时间: 2021-06-15 | 3544 次浏览 | 分享到:
本文结合已设计的遵义第五人民医院扩建工程项目,根据净化空调设计要求,介绍洁净手术部净化空调系统设计,包括设计参数,新、送和回排风系统,气流组织以及净化空调设备等的设计。合理设定洁净室参数、温湿度及压力控制、高效过滤的设置、合理的气流组织、节能措施及自控系统是洁净手术室设计的重要环节。只有充分考虑这几方面因素,才能使设计更合理更符合国家规范,也能更好满足业主要求。

近年来,伴随着我国国民经济的快速发展和人民生活水平的提高,国家医疗卫生事业同样也得到了迅猛发展,新的医疗技术对室内环境的要求不断提高。其中手术室净化空调设计成为综合医院空调设计最为重要的一环,洁净手术室净化设计的目的是通过净化设计有效阻止室外污染物侵入室内,降低术后感染率,同时迅速有效排除室内的污染气,防止病菌扩散。

遵义第五人民医院改扩建项目,总建筑面积约14万㎡,建筑高度47.7m,地上l0层,地下二层,手术部设置在三层。手术部共设置洁净手术室18间,其中Ⅰ级6间,Ⅲ级12间(其中1间正负压切换),相应有辅助用房、洁净走廊、污物走廊等。手术室等级全为十万级但功能不同房间。

1  室内设计参数的确定

净化空调设计参数的确定与普通舒适性空调系统有很大的区别。从温湿度来说,舒适性空调的室内温湿度的确定只考虑工作人员的舒适性要求,而净化空调不仅要考虑舒适性,更重要的是保证工艺所要求的特殊的温度、湿度环境(包括减少静电荷)。

除了温湿度以外,净化空调的设计参数还包括室内外的发尘量和发菌量。室外大气尘计数浓度各地差异很大,最高值为106粒/L。对于高效空气净化系统的5级及其以下的洁净室,当大气尘浓度在10粒/L以内变化时,对洁净室含尘浓度的影响可以忽略不计。高效空气净化系统的设计大气尘浓度宜取M=1O6粒/L。而中效空气净化空气系统,其洁净度受大气尘浓度影响很大,所以设计大气尘浓度宜分区决定。该洁净手术室的室内设计参数如下表1。

1  洁净手术室设计参数

名称

室内压力

最小换气次数

(次/h)

工作区平均风速m/s

温度

(℃)

相对湿度(%)

最小新风量(m3/h)

噪声

dB(A)

最低照度LX

最小术间自净时间

min

Ⅰ级洁净手术室

--

0.2-0.25

21-25

30-60

15-20

≤51

≥350

10

Ⅱ级洁净手术室

24

--

21-25

30-60

15-20

≤49

≥350

20

Ⅲ级洁净手术室

18

--

21-25

30-60

15-20

≤49

≥350

20

Ⅳ级洁净手术室

12

--

21-25

30-60

15-20

≤49

≥350

30

体外循环

12

--

21-27

≤60

(2)

≤60

≥150

--

无菌敷料室

12

--

≤27

≤60

(2)

≤60

≥150

--

存放室

10

---

≤27

≤60

(2)

≤60

≥150

--

护士站

10

--

21-27

≤60

(2)

≤55

≥150

--

预麻醉室

10

--

23-26

30-60

(2)

≤55

≥150

--

手术室前室

8

--

21-27

≤60

(2)

≤52

≥200

--

刷手间

8

--

21-27

--

(2)

≤55

≥150

--

洁净区走廊

8

--

21-27

≤60

(2)

≤52

≥150

--

恢复室

8

--

22-26

25-60

(2)

≤48

≥200

--

外间脱包

--

--

--

--

--

--

--

--

内间暂存

8

--

--

--

--

---

--

--

注:1、平均风速指集中送风区地面以上1.2m截面的平均风速。

    2、眼科手术室截面平均风速应控制在0.15m/s~0.2m/s。

2  净化空调冷热源

净化空调采用设置在裙房屋面的台多功能风冷热泵机组做为冷热源,在制取7/12℃空调冷水的同时提供40/45℃空调热水,作为净化空调机组的冷源及再热热源,以达到节能目的。多功能风冷热泵机组单台制冷量681kW,热回收量560kW。在净化机房内设置3台空调冷水循环泵(两用一备)及3台空调热水循环泵(两用一备)为净化空调水系统服务。净化空调水系统采用变流量一级泵系统(热泵机组定流量运行)。

3  空调水系统

空调水系统采用四管制,同时提供冷水及热水。同时通过冷水盘管除湿及电热加湿的方式对湿度进行控制,另外通过冷水盘管制冷及热水盘管加热的方式对温度进行控制。控制模式采用湿度优先的控制模式。

4  风系统设计

4.1  气流组织

净化空调的气流组织所实现的主要目的是:供给足量的清洁空气,稀释并替换室内所产生的污染物质,使室内洁净度保持在允许的范围之内。它要求送入净化房间的洁净气流扩散速度快、气流分布均匀,以稀释室内污染源所散发的污染物质,维持生产环境所要求的洁净度;使散发到室内的污染物质能迅速排出室外,尽量避免或减少气流涡流和死角,缩短污染物质在室内的滞留时间,降低污染物质与产品的接触机率:满足室内温湿度等空调送风要求及人的舒适度要求。

合理的气流组织,使室内的主要工作区处于洁净空气的上游方向。洁净室气流有两大基本形式,即层流单向流和乱流非单向流。层流洁净室自净能力强,涡流少,易保持高级别洁净度100级以上;乱流洁净室涡流多,粒子在室内停留时间长,一般用于1000级至100000级洁净室。

4.2  送风系统的设计

手术室区域采用一次回风全空气空调系统,16间手术室均以手术台为中心在一定范围内吊顶中央静压箱孔板送风,根据净化级别不同内置高效过滤器,数量也不相同,洁净走廊为吊顶安装的高效过滤送风口送风。手术室送风面积均为2400mm×1200mm,手术区层流送风,周边区为紊流送风;送风由机组送出后经过微穿L板消声弯头、防火阀、多叶调节阀、定风量阀、镀锌钢板风管送至各个静压箱及风口,再经高效过滤器送至房间里。如下图1手术室一次回风系统原理图。

1  手术室一次回风系统原理图

4.3  回风系统的设计

手术室全部为双侧墙下回风口回风,下回风口为竖百叶风口,不积尘,后经过一层初效过滤网,回风口风速全部小于1.5m/s。低级别的辅助用房,可以采用了顶回风。回风经回风口初效过滤器,再通过镀锌钢板方风管经过多叶调节阀、防火阀、微穿孔板消声弯头后回到机组。

4.4  排风系统的设计

每个净化空调系统均单独设置排风系统,排风经低阻高中效过滤器处理后派出室外。排风管上均设置定风量阀来精确控制风量,新风机组和排风机联动,通过精确控制房间新风量和排风量,使净化级别高的房间保持相对正压,以控制由内向外的气流方向,保证洁净区相对于与之相通的非洁净区有不小于10Pa的正压。同时新风管与净化空调机组送风管有旁通支路,当净化空调机组停机或处于值班状态时开启旁通支路上的密闭电动阀以维持房间正压。

通过对各房间气流组织、新风量、洁净度、房间温湿度及房间压差进行控制,使手术室等各有洁净度要求房间满足医院使用要求。

4.5  设计实例

送风量计算以手术室OR.02室为例

1手术室送风量计算(换气次数20次/h,手术室净高3m)。

经计算送风量L=102.6m3/h×20=2052m3/h

2手术室新风量计算应按下列要求确定并取其最大值:

A.3次/h新风换气次数计算的新风量。

B.补偿室内的排风并能保持室内正压值的新风量。

可以按下式计算

1)

式中缝隙长度,m室内要求保持正压或负压值,mmH2O或取9.8Pa;,严密程度有关的常数。

一般n值在12之间,对于没有进行过漏损试验的窗,则可取n=1.5a值随门、窗的形式不同而不同,一般可取下列数值:

密封程度好的,a=13;一般的a=38;不好的,a=840。

缝隙长度的计算,随其形式不同而不同,均以、窗等轮廓线的总长度为缝隙计算长度。

本算例中,手术室有两扇门,缝隙长14.4m。根据《规范》中对洁净手术室的最小静压差的要求,取10Pa,即1.02mmH2Oa和n分别8,1.5。

L=8×14.4×1.02^0.67=116.73m3/h

C.人员呼吸所需的新风量。

为满足卫生要求,《规范》规定洁净手术室有60m3/h/人的新风量。根据计算该手术室的新风量为360m3/h。

根据以上原则,经计算确定手术室的新风量为307.8m3/h

3手术室排风量计算。手术室排风量不宜小于200m3/h,也不宜大于送风量的1/4513m3/h,同时为保证手术室维持10Pa的正压。手术室的排风量L=0.1×2052=205.2m3/h

4手术室回风量计算L=2052-205.2=1846.8m3/h

4.6  空调风系统运行模式

该医院洁净手术部空调净化方案采用净化循环空调机组与独立的新风(正压送风)组合系统,并且新风系统不仅承担正常新风量也承担各手术室的正压风量,每间手术室拥有各自独立的净化循环空调机组,它的风量变化不影响手术部的正压分布。这种方案的优点是可使每间洁净手术室净化空调和维持正压两大功能分离,同时又能将整个洁净手术部联系在一起。

洁净手术室的运行模式分为冬夏季工作运行模式、非工作运行模式和过渡季工作运行模式。对于处于非工作运行模式的手术室,当手术部中只有部分手术室工作期间,只需运行部分手术室的净化循环空调机组和新风机组,对于其他非工作的手术室只输送少量新风维持其正压状态;在手术部非工作期间,可大大降低手术部的温湿度要求,关闭手术室的净化空调系统,只输送少量新风以维持其正压、无菌状态。

对于处于过渡季工作运行模式的手术室,利用春、秋两季新风焓值低于或高于室内空气焓值的特点,适当加大净化空调系统的新风量,利用新风替代冷源可以缩短制冷机的运行时间从而达到节能的效果。虽然过渡季加大新风量将增加新风机组的风机电耗及初、中效过滤器的负荷,但总体来讲仍然节约能耗和运行费用,是目前净化空调系统常用的节能措施。并且手术室的排风机采用双速风机,过渡季节按高速运行,非过渡季节按低速运行。

手术室送排风和正压控制系统见图2,洁净手术室在不同模式下的具体运行方式如下:

2  手术室送排风和正压控制系

1在某手术室冬夏季工作运行模式时,启动净化循环空调机组风机,开启新风送风主支管上的电动两态阀1(控制冬夏季工作态/非工作态)高风速送风,关闭新风分支管上的电动密闭阀2(控制过渡季工作态);同时开启回风总管电动密闭阀3和排风总管电动密闭阀4,排风机连锁启动并按低档风速运行。

2)在某手术室非工作运行模式时,关闭净化循环机组风机,开启净化循环风机新风主支管上的电动两态阀1(控制冬夏季工作态/非工作态)低风速送风,关闭新风分支管上的电动密闭阀2(控制过渡季工作态);关闭回风总管电动密闭阀3和排风总管电动密闭阀4,排风机连锁关闭。

3在某手术室过渡季工作运行模式时,启动净化循环机组风机,关闭新风主支管上的电动两态阀1(控制冬夏季工作态/非工作态),开启新风分支管上的电动密闭阀2(控制过渡季工作态)实现高速送风;关闭回风总管电动密闭阀3,开启排风总管电动密闭阀4,排风机连锁启动并按高档风速运行。

此外,对于正负压手术室的压力控制,设置台排风机,根据正负压需要切换排风机,正压运行时,启动低风量排风机;室内为负压运行时,启动高风量排风机。

5  净化空调设备

净化空调是空调工程中的一种,它不仅对室内空气的温度、湿度、风速有一定要求,而且对空气中的含尘粒子、细菌浓度等均有较高的要求,因此对空调设备及功能段要求更为严格。

净化专用循环机组功能段:混合段+表冷段+加热段+中高效过滤段+风机段+加湿段+出风段;净化专用新风机组功能段:初效,中效过滤段+预热段+冷热盘管段+风机段+中高效过滤段+出风段。十万级手术室设置为一机负担个手术室的空调方式,新风机组集中处理新风送至各空调机组混合段,这样分散空凋机组与独立的新风组合系统,可使手术室净化空调和维持正压两大功能分离,又能将整个洁净手术部联系在一起。手术部工作期间两个系统同时运行,这样避免出现系统的不稳定性。当手术部中只有部分手术室工作期间,只需运行部分手术室的独立空调机组和正压送风系统,既保证部分手术室正常工作,又保证整个手术部的正常压力分布和定向空气流动。在手术部非工作期间,只运行正压送风系统。维持整个手术部正压,可大大降低温湿度要求,保持其洁净无菌状态,使整个洁净手术部管理灵活、方便。为避免空气过滤器积尘对系统风量的影响,各手术室的送风管路上设定风量阀,以保持正常定风量运行状态。共用回风机组的手术室在启闭控制上是同步的。

6  结语

在综合医院的空调设计中,既要充分考虑我国国情,因地制宜地确定空调系统型式及冷热源,又要以人为本,满足不同类型病人的舒适性要求,并注意空调系统的节能设计,同时,设备制造商也应尽早开发出优质高效、价格合理的医院空调专用设备,为病人提供一个舒适、优美的就医环境,共同促进我国医疗事业发展。

其中合理设定洁净室参数、温湿度、压力控制、高效过滤的设置、合理的气流组织、节能措施及自控系统是洁净手术室设计的重要环节只有充分考虑这几方面因素才能使设计更合理更符合国家规范也能更好满足业主要求。

参考文献

[1]《综合医院建筑设计规范》GB 51039-2014.

[2]《医院洁净手术部建筑技术规范》GB 50333-2013.

[3]医疗建筑空调设计[M].梅自力.北京:中国建筑工业出版社,1991.

[4]医院病房空气处理设备选型值得探讨的几个问题[A].周俊彦,等.

[5]空调设计[M].第2辑.殷平.长沙:湖南科学技术出版社.

[6]《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB 50736-2012.

[7]《绿色医院建筑评价标准》GB/T 50378-2014.

[8]美国的医院标准和手术室设计[J].沈晋明.暖通空调.2000.

[9]李著萱.SARS医院通风空调设计应注意的问题.工程建设与设计,2003.