I 級（jí）手術室空氣處理過程分析探討

以某院一間I級手術（shù）室為例：麵積 50㎡，淨高3.0m。

夏季室內設計（jì）參數：溫度 24℃，相對濕度 50%

冬季室內設計參數：溫度（dù） 24℃，相對濕度 50%

室內工作人員：12 人（含病人）

北（běi）京地（dì）區室外設（shè）計參數

夏季空調計算幹球溫度 33.5℃，計算濕球（qiú）溫度 26.4℃

冬季空調計算幹球溫度 -9.9℃ , 計算相對濕度 45%
一、送風量計算
依（yī）據《醫院潔淨手術部建築技術規範》I 級手術室的工作區平均風速為 0.2~0.25m/s，送風口麵積不低於（yú）6.24㎡（2.4×2.6），考慮到風速的衰減，出風口平麵風速宜取工作區平均風速1.5倍，即 0.3~0.38m/s。因此總送風量計（jì）算為
L=0.38×6.24×3600=8536m³/h
由此計算 I 級手術（shù）室換氣次數為（wéi）57次 /h, 遠（yuǎn）大於其它級別手術室的換氣次數要求，按《醫院潔淨（jìng）手（shǒu）術部建築技術規範》，II 級手術室為24次 /h, III 級為18次/h；也（yě）遠大（dà）於《綜（zōng）合（hé）醫院建築設計規範》中換氣次數不得低於 6次/h 的要求。
二（èr）、新風量確定
依據《醫院潔淨手術部（bù）建築技術規範》規定最小新風量計算：
LX=20×50=1000m³/h
與補償室內的排風並能保持室內正壓（yā）值的新風量比較取大值，一般（bān）情況下後者（zhě）均低於前者。
三、I 級手術室（shì）熱濕負荷計算
1、人員散熱量、散濕量（liàng）
Q1 ＝ n·φ·q W1 ＝ n·φ·w
式中 Q1—人體散熱量（W）
W1 —人體散濕量（g/h）
n —手術室（shì）內的（de）人員總數 ( 人（rén） )；按《醫院潔淨手（shǒu）術部建築技術規範》，I 級手（shǒu）術室 12 人，II 級手術室 10~12 人（rén），III~IV 級手術室 6~10 人
φ —群（qún）集（jí）係數（shù），φ 取 0.92
q —每名成年男子的散熱（rè）量（W）；按國標圖（tú），平均顯熱70W，平均潛熱 80W，平均全（quán）熱 150W（男、女各 6 人的平均）；按措施，輕度勞動（dòng），全熱取182W
w —每名成年男子的散濕量（g/h）；按國標圖，平均散濕量 120g/h；按措施，輕度勞動，取（qǔ）167g/h
Q1= 12×0.92×182= 2009W
W1= 12×0.92×167= 1844g/h
2、照明散熱量
Q2 =n1·n2·n3·N
式中 Q2—照明散熱量（W）
n1 —同時使用係數，取 1
n2 —整流器消耗功率的係數，當整流器在吊頂內時取 1
n3 —安裝係數，暗裝燈罩上無孔時取 0.8
N —照明設備的安裝功率（W）
本例中照（zhào）明燈具采用熒光燈，按照每平米25W 計（jì）算
Q2=1×1×0.8×50×25=1000W
3、手術過程產濕量和散濕（shī）形成（chéng）的冷負（fù）荷
手（shǒu）術室（shì）內濕表麵的大小因手術種類而（ér）異，通常可取 0.7㎡的濕表麵，濕表麵溫度40℃，Φ=50%，W2=F·g

式中 W2 —敞開水麵（miàn）的蒸發散濕量（g/h）
F —蒸發麵積（m）
g —敞開水表麵單位蒸發量［1.460kg/（m2·h）］
W2=0.7×1.4600 ＝ 1.022kg/h=1022g/h
散濕（shī）形成（chéng）的冷負荷為：
Q4=0.28r·W
式中 Q 4—散濕形（xíng）成的冷負荷（W）
r —汽化（huà）潛熱（2449kJ/kg）
Q4= 0.28×2449×1.022=701W
4、熱濕負荷匯總
由於該手術室處於空調內區，無外牆外窗（chuāng），因此近似認為無圍護結構的傳熱負荷 , 夏季和冬季（jì）的冷（lěng）熱負荷、濕負（fù）荷相同，熱濕比ε相同。
總（zǒng） 負 荷（hé）：Q=Q1+ Q2 + Q3+ Q4
=2009+1000+3000+701=6710W
濕負荷：W=W1+W2=1884+1022=2906g/h
按手術室麵積計算冷（熱）指（zhǐ）標（biāo）為（wéi） 134W/m²，冷（熱）負（fù）荷中（zhōng）權重最大的是設備散熱量（Q3），占比45%，其次是人員散熱量Q1，占比30%。濕負荷（hé）中（zhōng）占比較（jiào）高的也是人員散（sàn）濕量，從負荷特點來說都沒有減少（shǎo）空間。
四、I 級手術室熱濕負荷計算
方案一 : 獨立新風一（yī）次回風係統

方案二 : 新風集中處（chù）理一次回風係統（與方案一的區別是，新風機組加入了冷熱盤管）

方案（àn）三：新風集中處理二（èr）次回（huí）風係統
 
三種方案的冷熱負荷比較匯（huì）總表（biǎo）：
 

三種方案比較（jiào），方案一和方案二的總冷量和再熱量是相同的，區（qū）別在方案二（èr）的新風在新風機組內預（yù）處理了（括號的（de）11kw）。按總冷量為 44.6KW 計算，冷指（zhǐ）標達到 892W/㎡, 是室內負荷6.7KW 的6.7 倍，其（qí）中再熱量占60%；如果將總冷量和再熱量相加，是室內負（fù）荷的10.7 倍。

方案三與方案一和方案二比較，總冷量為 17.7KW，冷指標為 354W /㎡, 是室內負荷的 2.6倍，再熱量為零，新（xīn）風冷量占總（zǒng）冷量的 62%。
目前在手術室的淨化空調係（xì）統設計（jì）中，方案一和方案二占大多數，因此淨化空調尤其 I 級手術室的空調能耗是相當高的，要想減（jiǎn）少淨化空（kōng）調係統能耗應從減少再熱量入手（shǒu）。方案三的再熱量為零，沒有冷熱抵消（xiāo），總冷（lěng）量是方案一和方案二（èr）的 40%，實際項目應用卻較少，一般認為方案三的二次回風係統（tǒng）控製複雜，室內（nèi）溫濕度穩定性較差，果（guǒ）真（zhēn）如（rú）此（cǐ）嗎？
I 級手術室空氣處（chù）理過程分（fèn）析
對比方案（àn）一和方案三的空氣（qì）處理過程如下圖：

圖中 L 點是經過表冷器後空（kōng）氣（qì）出口的Z低送風（fēng）溫（wēn）度，當空調冷水的供水溫度為 7℃時，為（wéi）7+3.5=10.5℃（見《民用建築供暖通風與空氣調節設計規範（fàn）》的 7.5.4 和 7.5.5 條），可以隨著供水溫度提高而提高，降低而降低。將 L 點與（yǔ）室內設計點連起來，當室內熱濕比小於這條連線值時，空調係統需要將空氣冷凍除濕到（dào）L點後再熱，才能達（dá）到室內設計溫度；當（dāng）熱濕比大於這條連線值（zhí）時，可以分三（sān）種情況處理：
第一是處理到（dào）圖中的 L2 點，L2 點是熱（rè）濕比與機器露點線的交點，根據 L2 點計算出經過表冷器處理的風量 L0，當L0 小於送風（fēng）量 L 且新風（fēng）量 LX 小於 L0 時，先一次回（huí）風混合到 C2 點，由 C2 點（diǎn）冷凍除（chú）濕到 L2 點，再二次回風混合到 O 點，這個過程是（shì）方案三，不用再熱。
第二是處理到圖中的 L1 點，L1 點是送風點 O 的含濕量（liàng）線與機（jī）器露點線的交點，當新風量 LX 小於（yú） L 時（shí），先一次（cì）回風混合（hé）到 C1 點，由 C1 點冷凍除（chú）濕到 L1 點，再熱到 O 點，這（zhè）是方案一。
第三是處理（lǐ）到圖（tú）中的 L1 與 L2 之間的 L3 點，根據 L3點（diǎn）計算出經過表（biǎo）冷器處理的風量 L0，當 L0 小於送風（fēng）量 L 且新風（fēng）量 LX 小（xiǎo）於 L0 時，先一次回風混合到 C3 點，由 C3 點冷凍除（chú）濕到 L3 點經（jīng）再熱後，再（zài）二次回風混合到 O 點，這個過程是介（jiè）於方案三和（hé）方案一之間的，再熱量比方案一減（jiǎn）少。
空調係統降溫除濕過程一般有兩種控製方法（fǎ）：定露點控製和變（biàn）露點控製。

定露點控製法（如上圖）用冷水盤管（guǎn）的出風（fēng）溫度（O 點）控（kòng）製冷水盤管上的調節閥來調節供冷量，再用室內溫度控製再熱盤管的上（shàng）的調節（jiē）閥來調節再熱量達到室內溫（wēn）度。這種控（kòng）製法存在冷熱抵消，當熱濕負荷變（biàn）化低於設（shè）計值時，可以保證（zhèng）溫度不變且濕度控製在一定範（fàn）圍內（圖中 d0 和dn 之間），上述方案一和方案二的空調係統控（kòng）製（zhì）方法都是采用這種方法（fǎ）。

變露點控製法（如（rú）上圖）用室內溫度控製冷（熱）水盤管的上的調節閥來調節供冷（熱）量，用濕球（露點）溫度控製風量調節閥以調節風量（liàng），以達（dá）到恒溫恒濕的目的。民用建築的空調係統（包括家用空調）都用這個方法的前麵部（bù）分，後麵的幾乎沒有（yǒu）應用。用“室內溫度控製冷（熱）水盤管的上的調節閥來調節（jiē）供冷（熱）量"這種控製法不存在冷熱（rè）抵消，當熱濕負荷變化低於設計值時，可以保證（zhèng）溫（wēn）度不變，但濕度變化範圍不可控，一般向濕度增加方向（xiàng）變（biàn）化，這對減少新風冷量是有利的。
方案三相比方案（àn）一和（hé）方案二增加了二次回（huí）風環節，係統（tǒng）複雜了（le）一些。如果方（fāng）案三采用變露點控製法（fǎ），可以（yǐ）保證室內溫度，但（dàn）濕度變化範圍不可控（kòng），不能滿（mǎn）足手術室對濕度也要控製（zhì）的要（yào）求。即使采用了定露（lù）點控製（zhì）法，濕度變化（huà）範圍也要比方案一和方（fāng）案二擴大較（jiào）多，並且隨著負荷下降，室內溫度也下降（由於沒有再熱），因次上述“二次回風係統控製複雜，室內溫濕度穩（wěn）定性較差"是存在的（de）。方案（àn）三的（de） L2 點溫度較低，空（kōng）調機組盤管把空（kōng）氣處理（lǐ）到此，由（yóu）於焓差較大，比較困（kùn）難，也是二次回（huí）風係統應（yīng）用較少的原因之（zhī）一。建議采用上述的第三種處理方法改進方案三，采用定露點控製法，即將空氣處理到圖中的 L1 與 L2 之間，再熱後（hòu）二次（cì）回風的方法，這之間處理點的含濕（shī）量要根據手術室的相對濕度控製（zhì）範圍和冷熱（rè）抵消量（liàng）經過經濟比較確定。雖然係統比方案一和方（fāng）案二複雜一（yī）些，但即可以保證溫濕度可控，提高空調機（jī）組（zǔ）盤管入口溫度（dù），還（hái）可以大幅（fú）減少（shǎo）再熱量，從而減少總冷量，降低手術室的空調能耗。
五、新（xīn）風濕度（dù）優先控製
按《醫院潔淨手術部建築技術規範（fàn）》8.1.6 條要求，當有（yǒu）條件時宜采（cǎi）用新風濕度優先控製（zhì）模式。在夏季空調室外計算含濕量（露點溫度）低於室內設計值時，應（yīng）優先采（cǎi）用新風除濕，可（kě）以適當的（de）增加新風量。例如烏魯木（mù）齊的夏季空（kōng）調計算幹球（qiú）溫度 33.5℃，計算濕球溫度 18.2℃（如（rú）下圖），新風與室內空（kōng）氣混和至C點後，等濕降溫至送風狀態點O，不存在冷（lěng）熱抵消，不需要二次回風。總冷量較低，隻包含（hán）室內冷量，新風冷量也較低（室內外焓差（chà）較小，甚至是負（fù）值）。因送風溫度（dù）可以較高，冷源溫度也可相應提高以減（jiǎn）少冷機能耗。