通倉交融手術室（shì）潔淨空調如何設計（jì）？

通倉交融手術（shù）室是多台手術交匯融合在一個大空間內的簡稱。通常指在一個開放（fàng）的大空間內，有多台手術可同時開展（一般為4台手術）的一個綜合性的（de）手術平（píng）台。4台手（shǒu）術的團隊在這平台上有機組合在一（yī）起（qǐ），在手術過程（chéng）中相互交（jiāo）流、交匯、合作與融合。在這個綜（zōng）合手術平（píng）台上，建築空間是需控（kòng）製的，人員數量是受限製的，手術區（qū）域環境是可控的，潔淨等級是可變的，空調係（xì）統是（shì）變（biàn）風量（liàng）的，氣流組織是變（biàn）化的，運行是多（duō）樣化的。在交融通倉手術室內，經驗較少的外科醫生和（hé）麻醉（zuì）師能（néng）夠在專家指導下，能成功地完成手術，使他們的能力得（dé）到了鍛煉，並且（qiě）增加了手術數量（liàng），減少了人員配置，提高了手（shǒu）術運營（yíng）效率，又可隨時根據手術技術與裝備的發展而變化。
一、通倉（cāng）交融手術室設計方案
1、手術室概（gài）要及平麵布局
通倉交（jiāo）融手術室一般能同時開展（zhǎn）1~4台手術，在手術進行時，僅需要一位高級麻醉師及一名資深手術醫生，其餘均由麻醉師、主刀醫生及護士完成。一（yī）名巡回護士同時管理4台手術，醫護人員數量配置相比傳統模式縮減25%，大大（dà）提高了工作效率，而且（qiě）手術空間、手術器具（jù）與設備、手（shǒu）術人員得以高效利用，發揮高級外科醫生與高級麻醉（zuì）師的作用，手術團隊分享臨床專業知識與（yǔ）手術技能，使醫院在有限優質醫療資源下，更快、更省、更安全和更有效地服務治療更多的病（bìng）人。
通倉交融手術室一般建築（zhù）麵積控製在長23.4m×寬8.4m=196m2內，手術內區與（yǔ）外區麵積比1:5.5左右，手術室人員與設備標準配置見（表１、表2），手（shǒu）術室內設備和人員布置見下圖。

手術室（shì）設備與人員布置圖

表1人員布置表
     
表2人員布置表
     

基於手術性質及對不（bú）同手術（shù）淨（jìng）化等級要求的區別，四台手術均可在Ⅰ級潔淨手術室與Ⅲ級潔淨（jìng）手術室之間任意變級切換，而不影響其它手（shǒu）術的開展。也就是說1#或3#手術區按I級潔淨手術室運行，而其它2#、4#手術區可以是III級潔淨手術室運行。理論上可以有24種運行模式。但當開展移植手術時，通倉交融手術室隻能按（àn）Ⅰ級潔淨（jìng）手術室運（yùn）行。
2、空調係統（tǒng）設（shè）計方案
通倉交（jiāo）融手術室，共有4個即獨立又關聯的手術區域，為使手術區處於受控狀態，並且各（gè）手術區能夠靈活使（shǐ）用（yòng），每個手術區采用4套獨立空調係統，而整個手術室采用1套新風空調係統，有利於通倉交融手（shǒu）術室整體壓力控製和正壓維持。空調係（xì）統設計方案的理念是，采用集中新風空調係（xì）統消除手術室內濕負荷，循環空調係統調節（jiē）手術（shù）室內溫度，空調的2個係統分別對手術室內溫度和濕度進行獨立控製，使通倉交融（róng）手術室整體處（chù）於受控狀態，各手術區可靈活使用。
（1）設計參數
手術室室外（wài）參數參考（kǎo）上海地區，室內設計參數依據（jù）《醫院潔淨（jìng）手術部建築技術規範》（GB 50333–2013）指標確定：室內溫度24℃，相對（duì）濕度50%，單個手術區平均（jun1）室內人數4.5人。通過計算通倉交融手術室（四個手術區）總冷負荷Q=89.7kW,總濕負荷d =9.28Kg/h,室內（nèi）冷負荷（hé）Qn=31.3kW,新風負（fù）荷Qw =58.4kw,每個手術室控製區為2.6m×2.4m，送風量9000m3/h，新風量1000m3/h，排風量500m3/h，滲透風（fēng）量500m3/h。
（2）溫度濕度獨立控製
根據（jù）以上闡述，通（tōng）倉交融（róng）手術室淨化空調係統采用溫度濕度獨立控製，其特點是（shì）：潔淨手術部內各手術室新風處理後狀態點相同，並且是恒定（dìng）的，各手術室循環空調係統自成獨立係統，而且各手術（shù）室也可以靈活（huó）使用。

潔淨手術室新風集中設置有利於滿足各手術室的正壓要求，保證各手術室的壓力梯度。循（xún）環空調係統保證手術室的潔（jié）淨度，避免空氣交叉感染。排風采用獨立係統，並且與手術（shù）室自動門連鎖，當手術室門關閉時排風係統自動開啟，使（shǐ）手術室始終處於正壓受（shòu）控狀態,各（gè）手術區也（yě）可以靈活使用。由於新風空調係統承擔手術室（shì）內全部濕負（fù）荷，新風空（kōng）調（diào）箱冷卻盤管的冷卻除濕能力加（jiā）大,要求進（jìn）新（xīn）風空調箱表冷器的（de）冷水溫（wēn）度降低。當表冷器（qì）冷水進水溫（wēn）度達不到要求時，可采用直接蒸發冷卻器進行二級冷卻處理。新（xīn）風空調箱濕工況（kuàng）運行，循環空調箱（xiāng）在幹工況狀態下工作，並且（qiě）新風空調係統控製室內相對濕度，循環空調係統控製手（shǒu）術室溫度，保證手術室在設定的溫濕度（dù）範圍內運行，特別是手術室相對濕度必須＜60%。
（3）手術室的h-d圖分析
通倉交融手術室新風集中處理，新風處理到I級手術區和III級手術區公共（gòng）狀態點（其含濕量小於手術室內含濕量）,循環空調係統各手（shǒu）術區分（fèn）別獨立處理，夏季處理過程h-d圖。

夏（xià）季，新風處理到L1點（公共狀態點）,新風處理狀態點由do=dn—W/1.2L（其中do為送風含濕量，dn為室內含（hán）濕量，W為濕負荷）確定。由（yóu）於手術室的濕（shī）負荷主要是人員散濕，在手（shǒu）術過程中，室內人員是固定的，因此（cǐ）室內濕（shī）負荷基本恒定，所以L1點基本是固定的。由於Ⅰ、Ⅲ級手術室濕負荷不同，因此含濕量差Δd也不同，確定的公共狀態點能保證不同（tóng）級別手術室的室內溫濕度在《規範》許可範（fàn）圍內既可（kě）。
新風W先經三維熱（rè）管預冷至W′，由於新風需從W′點處理到（dào）L1點，一級表冷器往（wǎng）往難以實現，因此通常采用兩級表（biǎo）冷器來處理，第一級表冷器將新風由W′點（diǎn）冷（lěng）卻到（dào）L點（一（yī）般為室（shì）內狀態點的等焓線與相對濕度95%線（xiàn）的交點），第二級表冷器將新風由L點冷卻到L1點。由（yóu）於兩個表冷器處理後的出風溫度（dù）不同，所（suǒ）以其所需的冷水進水溫度也不同（通常表冷器冷（lěng）水進水溫（wēn）度比出風溫度低4 ℃左右）。在一個（gè）集中空調係統內要提供兩種不同的冷水溫度，水係統比較複雜（zá）也不經濟，通常第一級表冷器采用集中空調係統提供冷源（或采用獨立冷源——多功能熱（rè）泵機組），第二級表冷器采用直（zhí）接蒸（zhēng）發盤管。
根據各（gè）手術室的控製調節需要，將新（xīn）風從L1點經三維熱管再熱至T點，循環（huán）風與處理到T點的新風在手術室送（sòng）風靜壓箱（送風天花）內混合到C點，考慮機器內升（shēng）溫至C′，再降（jiàng）溫至熱濕比線上O點，送入手術室（shì）內。此方案新風空調箱承擔了降溫除濕功能，循環空調箱在幹工況（kuàng）狀態下運行，可減少（shǎo）細菌滋生繁殖（zhí），對控製手術室內（nèi）無菌環境十分有利，而且簡化了空調係統控製（zhì）。當手術室內（nèi）顯熱變化時（shí），控製循環空調箱進行加熱或降溫處（chù）理，而且循環空調箱控製溫度（dù）反應速度較快，控製精度也較高。
冬季，新風從W點加熱（rè）到H點（在L1點的等溫線上），再等溫加濕到與（yǔ）公（gōng）共狀態點L1，並根據各手（shǒu）術室的控製調節需要，將新風從L1點加熱（rè）至T點，與循環風在手術室送風（fēng）靜壓箱內混合到C點，再（zài）降溫至熱濕比線上O點，送入手術室內。新風空調箱（xiāng）承擔加熱、加濕功能。當手術（shù）室進（jìn）行製（zhì）熱或製冷功能轉換時，新風的共（gòng）同送風狀（zhuàng）態點始終維持不變，空調係統轉換簡單，使用靈活方便。
綜上所述，新風空調（diào）箱對新風進行冷卻、再熱（夏季）或加熱、加濕（冬季）處理到一個共同的送風（fēng）狀態點，循環空調箱對室內回風進行冷卻（加（jiā）熱）處理；集中新風係統與室（shì）內循環係統互不幹擾，控製係統穩定（dìng）可靠（kào）。
3、通倉交融手術室氣流組織
有序（xù）的氣流組（zǔ）織設計（jì）是保證通（tōng）倉交融手術室的潔淨度，防止菌塵汙染的重要措施，上部送風下部回風的氣流組（zǔ）織設計，可以有效控製各手術區菌塵沉降汙染。但受通倉交融手（shǒu）術室平麵（miàn）及各種條件限製，上部下回氣流組（zǔ）織有一定困（kùn）難，按現有成熟的設（shè）計經驗,送風形式設（shè）計成：I級手術區上部（bù）送（sòng）風，1/3風量下回，2/3風量上回，而III級手術區（qū）上部送風，全部采用下回（huí）風，並且I級和III級手術室下部回風不是平行於手術台長邊兩側，而是在手術台短（duǎn）邊一側（cè）（見圖8），風量平衡計算表見下表。

4、手術區I/III級別轉換
《醫院潔淨手術部建築技（jì）術規範》第（dì）8.2.1條規定，“I級~III級潔淨手術室內集中布置於手術台上方（fāng）的非誘導（dǎo）型送風（fēng）裝，應使包括手術台的一定區域即手術區處於潔淨氣流形（xíng）成的主流區內。從I級~III級潔淨手術室（shì）集中送風（fēng）裝置麵積中發現不同級別的送風麵積長度是固定的，不同的是寬度。

將手術區集中送風裝置分成三個送風箱體，可很好解決I/III級轉換難題。將I級手術區送風裝置（2600×2400）分成3個箱體，即中心箱體1個（2600×2400），在（zài）長邊（biān）二側各增加1個箱體（2600×500）。將3個箱體組合使用即可達（dá）到I/III級手術區轉換。當使用中心箱體時為III級手術區，當中心箱（xiāng）體和二側箱體同時使用時（shí）為I級手（shǒu）術區。

以I級手術區為例（lì）進行分析，送風為中心箱體和二側箱體，送風總箱體（2600×2400），送風量9000m3/h，箱體麵積2600×2400=6.24m2，截麵風速0.4m/s，送風管分以送風裝置長（zhǎng）邊（biān）左右6路分支管，分別送入3個箱體。每路送風管上安裝定風量閥，並固定設計風量，保證整個送風裝置截麵風速（sù）的均勻。每個定風量設雙位控製，實施（shī）送風狀態與關閉狀態（tài）的（de）切（qiē）換。為維持各（gè）分支管路風量平衡（héng），必須選擇壓力無關（guān）型定風量裝置，才會隨過濾器（qì）積塵而阻力增加等因數改變風量，長期維持送風裝（zhuāng）置截麵風（fēng）速的恒定（dìng）。同樣III級手術區送風時（shí），開啟中心箱（xiāng）體（2600×1400），送風量3000m3/h，箱體麵（miàn）積260×1400=3.64m2，截麵風速0.22m/s。關（guān）閉二側箱體的定風量閥，實現低級別運行，大大減少了送風量，可（kě）以降低運行費（fèi）用（yòng）與能耗。具體變級別方式見下表。
手術區變級別運行
      

5、手術區I/III級轉換的空調係統實（shí）施
通倉（cāng）交融手術室I級手術區（qū）送風量9000m3/h, III級手術區送風量（liàng）3000m3/h,送風量比（bǐ）為3:1。根據風量與風壓平方 (L/L1=H/H11/2) 關係（xì）計算，當循環空（kōng）調箱（xiāng）送風量9000m3/h,機外餘壓600Pa時滿足（zú）I級（jí）手術區潔（jié）淨度要求，當轉換III級手術（shù）區時，風量需減少到原送風（fēng）量的1/3,機外（wài）餘壓降至66Pa左右，顯然不能滿足克服（fú）風係統（tǒng）阻力的要求。按風量-風壓性能曲線，當空調係（xì）統完成後，管網性能曲線固定，而改變風（fēng）機性能曲線必然的，也（yě）是可行的。
將I級手術區9000m3/h的送風機，設計成二台4500m3/h的相同性能曲（qǔ）線的風機，當運行I級手術時，開二台風機，而運行III級手術時，開一台（tái）風機（jī），這樣當送風機4500m3/h改變3000m3/h時，機外（wài）餘壓600Pa降為400Pa。按管網特性方程式H=KQ2計算，由（yóu）於I/III級手術區合（hé）用一套管路（lù），阻力係數（shù）確定，風量減（jiǎn）少使係統阻力減少2.25倍，循環風機產生的風壓能克服風係統阻力。
一台風機（jī）單（dān）獨工作時的風量大於並聯工作時每台風機（jī）的風量，二台風機（jī）並聯工作時，其並聯（lián）工作時的風量不可（kě）能比單台泵工作時的風量成（chéng）倍數增加（L1+L2＜2L1）。因此在選擇風機時，應考慮相同型號風機在並聯運行時，均處（chù）在風量高效率工作點而且風量大於單台風機風量的因數。
6、四管製冷熱源
潔淨手（shǒu）術室一年四季（jì）處於製冷、再加熱、製熱這種特殊狀況，在以往的潔淨手術室設計中，冷熱源采用風冷熱泵機組（zǔ）或冷水機組（zǔ）+熱（rè）水鍋爐，水係統（tǒng）采用二管製或四管製，潔淨空（kōng）調箱再加熱采用電加（jiā）熱或熱水盤管。風冷（lěng）熱泵機組難以（yǐ）滿（mǎn）足同時供冷供熱的要求，而潔淨空調箱采用冷卻去濕（shī）再加熱，形成冷（lěng）熱量互相“抵消"， 造成明顯不合理的能耗，使潔淨手術室成為醫院高能耗部門。采用多功能冷熱源一體機，替代鍋爐+冷（lěng）水機組製冷和製熱設備，是（shì）手術室一種比較合理的冷熱源選擇方案（àn）。
冷熱源采用四管製多功能空氣源熱泵，可實現同（tóng）時解決潔淨手術部冷凍去濕、再（zài）加（jiā）熱的（de）要求，達到恒溫恒濕控製的目的。該方案取消空調箱內電加（jiā）熱，利用多（duō）功能空氣源熱泵餘熱作為再加熱熱源（yuán），節約（yuē）了大量冷熱量互（hù）相“抵消"的（de）能耗。同時在過渡季節手術室可同（tóng）時製冷製熱，各類手術室之（zhī）間互相不幹擾（rǎo）。通過（guò）近（jìn）幾年（nián）在手術室的實際運行，取得了較好的節能效果（guǒ）。
二、通倉交融手術（shù）室氣流模擬（CFD）實（shí）驗
為驗證通倉交融手術室采用上（shàng）部回風氣流組織的合理性，搭建了1:1實體模型(1/2型)，目前正在做實體模型氣流模擬（nǐ）試驗， 主要檢驗：
（1）手（shǒu）術區內上回風是否（fǒu）影響在手（shǒu）術主流有效區（qū）域內單向流氣流。
（2）條形（xíng）上部回風口和下部回（huí）風口結合回風是否合理。
（3）I/III級級別轉換在多少時間內氣流達到相對平衡。
（4）手術室內溫濕度場分布。
（5）各手術區按I/III級運行時（shí）互（hù）相幹擾問題。
模擬實驗具體結果將在以後文章中討論。CFD模擬圖（tú）得出主要結論：
（1）手（shǒu）術燈對氣（qì）流的影響較大，導致手術燈下方出現渦旋。但在非手術燈（dēng）下方，流（liú）線基本保持直線。
（2）在汙物通（tōng）道處設置下部回（huí）風口，導致手術室潔淨通道側出現較大渦旋，但此渦旋並未影響手術關鍵區。
（3）上部回風口回（huí）風量大，能夠在各個手術區之間形成氣流（liú）方向向（xiàng）上的“空氣幕"。
三、通（tōng）倉交融手術室防（fáng）治氣流交叉感染
通倉交融手術室內氣流（liú）組織是防止通倉交融手術室交叉感染的關鍵（jiàn），也是通倉交（jiāo）融手術室潔淨技（jì）術的核（hé）心。從氣流組織和細菌控製三方麵著手：
首先，各手術區采用各自獨立的空調係統，為了使二台手術區之間氣流盡量互不幹擾，空調設計氣流組織為，I級手術區大風量送風時，采用2/3風量上回，送風天花送風氣流下降到手術床高度後成U型氣流上回（huí）至回風（fēng）口，使二台手術區之間形（xíng）成潔淨氣（qì）幕。當III級手術區小風量（liàng）送風時（shí），無法形成氣流幕，采用下回風。手術（shù）室采用上回風形式與國家有（yǒu）關規範相（xiàng）抵觸，正在實驗室做氣流模擬和細菌檢測實驗（yàn），論證上回風的合理性（國外手術（shù）室有上回風工程（chéng）實例），實驗室初步檢測結果：潔淨度滿（mǎn）足潔（jié）淨手術室的級別要求。
其次在二台手術區內安裝DNA實時細菌檢測和分析設備，該設備采用（yòng）DNA基因技術檢測細菌成份，當手術區細菌濃度（dù）超過標準值（zhí）時報警，啟（qǐ）動潔淨空調（diào）箱（xiāng）加大細菌超標手術區的送（sòng）風量，形（xíng）成該手術區對二側手術區正壓，使手（shǒu）術區細菌（jun1）濃（nóng）度始終處於（yú）標準值。最後當各手術區手術結束（shù）不同步時，為防（fáng）止各手（shǒu）術區術後打包交叉感染，采用密閉汙物小車（圖11）替代術後打包，將術後各（gè）類（lèi）器械、輔料（liào）等物品全部裝入密閉（bì）小（xiǎo）車內，密閉運出手術（shù）室（shì）送入醫院中（zhōng）心供應室，消除各手術區交叉感染潛在風（fēng）險（xiǎn）。

  
四、通倉交融（róng）手術室空調節能性分析（xī）
1、U型三維熱管夏季預冷
目前手術（shù）室空調係統基本上有二（èr）種方案，傳統的一次回風加再熱係統，另外一（yī）種是溫度濕度獨立控製、新風濕度優先控製。二種空調係統方案從h-d圖上分析，從L1點加熱到T點，可利用餘（yú）熱、廢熱進行加熱。新風冷卻後再加（jiā）熱有（yǒu）多種方案（àn），如可采（cǎi）用多功能熱泵機組的廢熱再加熱，也可采用直接蒸發冷卻器的冷凝熱再加熱。本方案采用三維熱管技術，在新風空調箱表冷器前後側增加U型熱管，夏季新（xīn）風預冷卻，可（kě）節省冷量Q=4000×1.2×(90.6-85.2)/3600=7.2kW，經新風直膨機深度冷卻後，再將（jiāng）新風（fēng）再熱（rè）Q = 4000×1.2×(33-29.4)/3600=4.8kW，節省新風能耗約12kW。采用三（sān）維熱管技術，在夏（xià）季（jì）對提風最終處理溫度，在冬季減少新風相對濕度，使新風控製係（xì）統內出風口空氣相（xiàng）對濕度不大於75%。
2、溫濕度獨立控製方案節能分析
通倉交融手術室空調方案放棄了一次回風加再熱方案傳統方案，采用溫度（dù）濕（shī）度獨立控製、新風濕度優先控製（zhì）方案，並在新風空調箱內采用三維熱管技術。經計算比較，通倉（cāng）交融手術室夏季總冷量94.4kW，其中：新風機（jī）組中一級製冷段由冷水機組（zǔ）承擔48.8kW，二級製冷段由直（zhí）膨機承擔20.4kW，循環機組冷量5.2kW（單台冷量6.3kW），冬季總熱量34.4kW，新（xīn）風加熱量 21.6kW，循環機組加熱量12.8kW（單台熱量3.2kW），加濕量25kg/h。
對比傳統的一次回風（fēng）加再熱方案，總冷量約為（wéi）199.48kW，其中：新風機組冷量46.68kW，循環機組冷量（liàng）150.8kW。兩（liǎng）方（fāng）案比較，采用溫濕度（dù）獨立控製方案，總冷量約為94.4kW，每年運（yùn）行1500h，年耗能14.16萬kW·h電。采用一次（cì）回風再（zài）加熱方案，總冷量約（yuē）為199.48kW，如每年運行1500h，年耗能29.92萬kW·h電（diàn）；前者比後者每年少用（yòng）電15.76萬kW·h。按熱泵（bèng）機組Z低COP=3.0估算，一間通倉交融（róng）手術室一年可節電315.24kW。
將通倉交融（róng）手術室空調方案，采用傳（chuán）統（tǒng）的一次回風加再熱方（fāng）案和溫度濕度獨立控製方案進行比較結果如下表所示。

  
五、結果
1、通倉交融手術室在國內醫院建（jiàn）設標準或規範中（zhōng），如我國《醫院潔淨手術（shù）部建築技術規範（fàn）》（GB 50333–2013）尚未涉及，需要不斷努力從控製思路、設計計算、實（shí）體（tǐ）模型、數值模擬等方麵在具體工程中（zhōng）驗（yàn）證後實施。
2、我國胸外科微創手術已經不亞於國外，通倉交融手術室能（néng）在很大程度上提高（gāo）手術室運營效率，改善（shàn）感染控製並降低（dī）運行成本。對（duì）於我國大型專科醫院手術室來（lái）說，這是一個“減量增效"的新思路。
3、通倉交融手術室可減少醫護人員總數量約25%，高級麻醉師及資（zī）深護士約（yuē）37.5%，人力（lì）成本降低（dī）9.38%，手術量可提高（gāo）25%以上（shàng），經濟效益（yì）增加顯著（zhe）。
4、通艙交融手術室空調係（xì）統有四大特點：
（1）手（shǒu）術室溫濕度獨立控製。
（2）空（kōng）調冷熱源四管製（zhì）係統。
（3）I/III潔淨等級可轉換。
（4）上回（huí）風和下回風形式有機組合（hé）。
5、通倉交融手術室潔（jié）淨I/III等級可轉換，使在切除（chú）不良結（jié）節的手術量過程中，需（xū）調正手術方案，擴大手術視野而轉換潔淨度成為可能。