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医院手术部净化空调系统节能设计的几点建议

华锐净化 2019-11-28 20:44 阅读


随着医院建筑现代化程度的提高,医院洁净室正在从洁净手术室向洁净手术部方向发展。层流手术室不同级别的层流手术室其空气洁净度标准不同,例如国内标准I级层流手术室的标准为洁净度5级,每立方尺空气中≥0.5μm的尘粒数,≤100颗或每升空气中≤3.5 颗。II级层流手术室的标准为洁净度6级,每立方尺空气中≥0.5μm的尘粒数,≤1000颗或每升空气中≤35颗。III级层流手术室的标准为洁净度7级,每立方尺空气中≥0.5μm的尘粒数,≤10000颗或每升空气中≤352颗。依次类推。由国家建设部颁发的《医院洁净手术部建筑技术规范》GB50333-2002明确规定了我国洁净手术部用房的洁净度、温湿度、送风量和新风量等主要技术指标,这对大家进行医院手术部净化空调系统的设计提出了严格的要求。并且建设部颁发的《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005已经从2009年7月1日开始实施,对全国新建、扩建和改建的公共建筑,提出了节能要求,目的是提高暖通空调系统的能源利用效率(efficiency)实现国家的可持续发展的战略。因此,针对医院手术部空调净化系统能耗特别高的特点,设计既满足医院洁净手术部建筑技术规范要求又节约能源的净化空调系统具有非常重要的意义。关于洁净手术室净化空调系统的节能措施有很多,包括选择二次回风空气处理过程、洁净手术室的正压控制、采用热回收装置和净化空调系统的节能运行等,具体内容见参考文献1。本文主要以天津市某医院洁净手术部的净化空调系统设计为例,先容了一些节能措施的具体应用。
1.手术室概述与平面布局
该医院的新建洁净手术部主要服务于“器官移植”手术,位于医院建筑的13层东、西两侧和12层东侧(建筑平面分为东、西两侧,中间由空中走廊连接),其中13层东、西两侧主要由16间洁净手术室、洁净走廊、清洁走廊及手术室洁净辅助用房组成,并且16间洁净手术室包括6间I级手术室,4间II级手术室, 6间III级手术室(包括一间正负压转换手术室),另外13层西侧包括一部分ICU及其辅房,但是ICU的净化空调系统与医院手术部相互独立。12层东侧主要由家属等候室、病梯厅、客梯厅及手术部办公辅助用房组成。该医院洁净手术部12层和13层的建筑平面布局。
2.医院手术部净化空调系统的节能方法
2.1 优化手术部建筑平面布局
该医院手术部由于手术室数量较多采取了环形布置方案,手术室洁净辅房位于建筑平面中间,这样的布置方案具有流程短捷,效率(efficiency)高的特点。手术部的通道布置采用双通道方式,中间通道设为洁净走廊,外廊设为清洁走廊,这种方式便于做到洁污分明、疏散方便。同时根据《医院洁净手术部建筑技术规范》GB50333-2002中的有关定义:手术部是由若干间手术室及为手术室服务的辅助房间组成的辅助区组建而成。辅助区内的用房又可分为直接或间接为手术室服务。直接为手术室服务的功能用房可设置净化空调系统,为洁净辅助用房,而且应设置在洁净区内;非洁净辅助用房应设置在洁净手术部的非洁净区域。因此,在此医院手术部的建筑平面布置中,把直接为手术室服务的功能用房(包括一次性物品、无菌敷料及器械与精密(precise)仪器的存放室、麻醉准备室、刷手间、治疗室和检验室等)与洁净手术室一同设置在13层;把间接为手术室服务的功能用房(包括办公室、会议室、教学观摩室、值班室等)设置在12层。
在此医院手术部净化空调设计方案中根据《医院洁净手术部建筑技术规范》GB50333-2002所规定的洁净手术室与主要洁净辅助用房分级标准合理设定一些功能用房的洁净等级,比如把手术部洁净辅房和洁净走廊设计为10万级洁净区域;把恢复室、更衣室、手术部办公辅房和清洁走廊等区域设计为30万级洁净区域,把卫生间、病梯厅、客梯厅以及家属等候等区域设计为非洁净区域(舒适性空调区域)。
因此,优化手术部建筑平面布局的目的不仅是使手术部流程更加合理,而且便于在医院手术部的净化空调设计阶段划分不同功能用房的洁净等级,并将一部分不必划入洁净区域的功能用房设计为舒适性空调,从而根据净化空调和舒适性空调的设计标准的差异通过降低(reduce)这些功能用房的送风量和/或新风量,达到减少送风能耗的效果。
2.2 合理划分净化空调系统
在此医院手术部净化空调系统设计方案中,考虑到手术室及其辅房位于建筑平面内部只有室内热负荷需要常年供冷;清洁走廊及手术部办公辅房位于建筑平面外围存在通过外围护结构的传热,夏季需要供冷、冬季需要供热,因此根据不同功能用房的冷热负荷的特点,需要对此医院手术部的净化空调系统进行内外划分。并且,手术部的16间I级、II级和III级手术室和10万级手术室辅房全部采用二次回风方式的全空气净化系统,30万级手术室辅房以及非净化区域设计为舒适性空调全部采用风机盘管加新风系统,所不同的是30万级净化区域的送风末端采用亚高效空气过滤器,非净化区域内的送风口采用散流器。
根据《医院洁净手术部建筑技术标准》GB50333-2002的有关规定:1)洁净手术室应与其辅房分开设置净化空调系统;2)Ⅰ、Ⅱ级洁净手术室应每间采用独立净化空调系统,Ⅲ、Ⅳ级洁净手术室可2~3间合用一个系统;3)新风可采用集中系统;4)各手术室应设置独立排风系统。因此该医院手术部的净化空调系统划分情况如下:
(1),6间I级手术室和4间II级手术室采用一拖一形式,设置10台净化循环(continue)空调机组,空气处理过程采用二次回风方式。10套系统设置1台新风机组集中处理新风,各手术室独立设置排风系统。做到用哪间手术室,开那间的室内循环机组,以节约能源。
(2),1间正负压切换III级手术室采用1套净化循环(continue)空调机组,其他5间III级手术室分别采用一拖二和一拖三的形式,设置3台净化空调机组,空气处理过程采用二次回风方式。3套系统设置1台新风机组集中处理新风,各手术室独立设置排风系统。
(3),手术部的十三层西侧洁净走廊、10万级手术室辅房和空中连廊(洁净走廊)设置1台净化循环空调机组;十三层东侧洁净走廊、10万级手术室辅房设置1台净化循环空调机组,空气处理过程采用二次回风方式。2套系统设置1台新风机(Draught Fan)组集中处理新风,该新风机组同时负担十三层东侧手术部办公辅房的新风。此外,13层手术部东侧洁净走廊和10万级手术室辅房设置1套排风系统,13层手术部东侧清洁走廊和30万级手术室辅房设置1套排风系统;13层手术部西侧洁净走廊和10万级手术室辅房设置1套排风系统,13层手术部西侧清洁走廊和30万级手术室辅房设置1套排风系统。
综上所述,根据医院手术部不同区域的冷热负荷的特点,按内外分区方式划分成15个净化空调系统,共设置净化循环空调机组15台,新风处理机组3台。这种内外分区方式不仅便于管理,而且避免了在同一净化空调系统内出现外区需要供热、内区需要供冷,即同时供热和供冷的现象,从空气处理过程的角度出发避免了冷热抵消的现象,从而达到节能的效果。
2.3 净化空调系统全部采用二次回风处理过程
医院净化空调系统与一般舒适性空调相比,在空调的热湿处理过程中具有送风量大、相对冷热负荷小及送风温差小的特点,传统净化空调系统夏季采用一次回风处理过程如下:
本净化空调方案夏季所采用的二次回风空气处理过程如下:
对比一次回风和二次回风的空气处理过程可以发现采用传统一次回风处理过程容易造成手术室净化空调系统设备体积大,冷却、加热盘管冷热抵消的现象,而使用二次回风处理过程来代替再热过程可以有效解决这些问题。下面以一间I级洁净手术室(夏季室内温度:23℃,相对湿度:50%,面积:38.10m2,层高:3.0m,人数:10,室内热负荷:4.5Kw)为例进行能耗计算以证明二次回风处理过程的节能效果。此间I级手术室的一次回风和二次回风的处理过程。
由此可见,对于这间I级洁净手术室,若室内净化循环机组选用美国麦克维尔空调企业生产小型洁净室用中央空调,根据机组承担的制冷量和制热量则一次回风处理过程需要的制冷输入功率和制热输入功率分别17.2Kw和17.8Kw,二次回风处理过程只需要的制冷输入功率是4.3Kw。假设这间I级手术室净化空调系统每天运行12h,电价按0.8元/(Kw?h)计算,在天津夏季空调设计工况条件下(室外干球温度(temperature):33.4℃,湿球温度:26.9℃),采用二次回风处理过程比一次回风处理过程每天节约电费多达295元。因此,对于高净化级别的洁净手术室、洁净走廊和10万级手术室辅房采用二次回风的空气处理过程可以明显达到降低(reduce)设备成本和运行费用、节约能耗的效果。
2.4 送风主管道安装定风量阀并且新风机组和净化循环机组均采用变频(frequency conversion)风机
保证手术室的送风量对于手术室洁净效果影响很大,因此要对送风量进行精确的调节。为了保证洁净手术室的正常定风量运行状态并且避免空气过滤器积尘对系统送风量的影响,可以在各手术室送风主管道上安装定风量阀。
另外,可以在新风机组和净化循环机组上采用变频控制。新风机组采用变频风机的目的是根据手术室的运行情况对新风量进行变频调节,保证各手术室净化循环空调机组的新风量在冬夏季工作班运行模式按设计工况新风量运行;在非工作模式按维持手术室正压状态所需的最小新风量运行;在过渡季工作运行模式按最大新风量运行。手术部净化循环风机新风管入口设2个分支,其中新风主支管安装电动两态阀,实现冬夏季工作班设计工况新风量和非工作班正压新风量之间的转换,另1个分支安装电动密闭阀,冬、夏季为关闭状态,过渡季节为开启状态,实现过渡季工作班的运行新风量。循环净化机组采用变频风机的目的是为了保证在送风末端高效过滤器阻力逐渐增加的过程中稳定(说明:稳固安定;没有变动)送风量,从而维持手术室的气流模式和洁净度。
2.5 设定洁净手术室非工作状态和过渡季的运行模式
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(Draught Fan)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(用一物质代替另一物质(多为强者取代弱者的地位))冷源可以缩短制冷机的运行时间从而达到节能的效果。手术室净化工程除了具备一般手术室常规器械外,应有闭路电视、空调、高级电刀(进口),为保证不因意外停影片响手术,医院应备有发电设施。不使手术室地面污染,最好使用交换车等现代推车。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。洁净手术室在不同模式下的具体运行方式如下:
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(control)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(transition)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
3,排风机(Draught Fan)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(transition)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(control)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2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。因此,设定洁净手术室的非工作状态运行模式,停止运转循环风机及排风机,只提供少量的新风量维持手术室的正压状态,可以降低(reduce)风机和制冷机的电耗达到节能的效果;设定洁净手术室的过渡季工作模式可以充分利用新风作为天然冷源,通过推迟制冷机的启动时间和降低制冷机的能耗达到节能的效果。
结 语
在进行医院洁净手术部的净化空调系统设计时,在满足医院洁净手术部保障体系要求的前提下通过采取一些有效的节能方法,不仅可以提高医院手术部净化空调系统的运行管理水平,而且可以达到提高能源的综合利用率、降低设备成本和运行费用、节约能耗的效果。手术室装修使用层流手术室,强化无菌观念和正规化管理仍然是医疗程安全的根本保证与要求,仍然是手术室工作之根本、之重点,只有当两者紧密结合起来才是趋于完美的。
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