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  手術室潔凈空調系統設計的新觀點
 
醫院手術室凈化空調設計,應導入新的觀點。概括如下:手術室凈化空調對手術室空氣途徑的感染控制有效且不可替代;一個凈化空調系統所負擔的手術室間數宜少不宜多;引入污染度概念,在降低手術室關鍵區域污染度的同時,減少高凈化級別手術室的送風量;引入局部強化送風的概念,即采用置換氣流送風吊頂,在手術室關鍵區域形成單向流型氣流組織,降低手術室關鍵區域的空氣污染度;新風系統采用獨立的初、中效兩級過濾;采用定風量閥,以保證室內的正壓分布。
  
醫院空調的任務應該是,維持室內所需要的氣候狀態并除去空氣中的塵埃、微生物、氣味和有害氣體。而醫院手術室的空調是最重要也是最困難的任務,尤其是控制空氣途徑造成的術后感染至關重要,因為降低和避免術后感染是保證手術成功、縮短患者恢復時間、降低醫療費用的關鍵所在。另外手術室空調的另一特點是服務面積雖小但風量大、能耗高、使用時間不確定,因此手術室空調在創造高度潔凈的室內氣候同時應特別注意空調系統的節能。下面就天津市某醫院手術室設計為例,介紹設計者在該設計中體現的設計思路。
  
一、手術室概況:
  
本潔凈手術部由八間手術室、中央潔凈大廳、麻醉室、蘇醒室等附屬房間組成,手術部位于醫技樓二層,手術室無外圍護結構,手術室凈化級別要求分別為千級(I級)1間、萬級(II 級)4間、十萬級(III 級)3間,手術室設計溫濕度考慮到兒童生理特點,全年控制在Tn=24~28℃,在手術室內就地可調,手術室設計相對濕度Фn=50%~60%。
  
二、手術室空調風系統的劃分:
  
1.高級別手術室空調系統宜獨立設置。所謂高級別手術室是指千級以上手術室,其原因是高級別手術室空調送風量大,如同樣面積的手術室,百級手術室的空調風量是十萬級的3.4倍,是萬級的2.25倍。另外高級別手術室的使用頻率遠低于低級別手術室,這樣無論是一個空調系統負擔多個高級別手術室,或是一個空調系統負擔一個高級別手術室和多個低級別手術室,都會使空調系統長時間處于"大馬拉小車"的運行狀態。例如一個空調系統負擔1間百級手術室和2間萬級手術室或4間十萬級手術室,只要高級別手術室不使用,則系統設計風量至少大于此時所需風量的112%和84%,亦即此時系統所需風量僅為系統設計風量的47%和54.3%,而且此種因手術室使用與否引起的風量變化,不宜采用變頻調速方式進行調節,只能用調節總風閥的方式調節風量以適應系統風量變化,然而此種方式顯然不節能。所以無論從節約能源的角度,或是從使用可靠性、靈活性的角度,高級別手術室都應"按間"獨立設置空調系統,即一個凈化空調系統對應一間手術室。
  
2.對于低級別手術室,盡管與高級別手術室相比空調風量小的多,但一個空調系統所負擔的手術室間數也不宜過多,因為醫院手術室的使用情況具備不確定性。愈是高等級醫院,手術室為滿足特殊繁忙情況,設置愈多。手術室多,正常情況下的同時使用系數低,這樣當一個空調系統所負擔的手術室間數較多時,系統常處于"供大于求"的狀態,其運行能耗勢必較高,就象有的醫院所反映的"建的起,用不起"。筆者認為,對于低級別手術室一個空調系統所負擔的手術室不宜多于四至五間,而且一個系統負擔手術室過多,也會造成使用上的不可靠。
  
3.中央清潔大廳、清潔走廊、高級別手術間的準備區、無菌室等應由一個單獨的空調系統負擔,目的是保證手術室外部空氣環境時時處于"臨戰"狀態,那種將以上部位空調合在低級別手術室空調系統中的做法顯然不合理。因為合在一起的空調系統,或是在手術室停止使用時系統送風能耗過大,或是無法保證手術室外部氣候環境處于受控狀態。
  
總之,手術部空調風系統的劃分原則應該是運行可靠、調節靈活、各司其責、節約能源。
  
三、送風量確定和氣流組織:
  
該醫院手術部進行空調設計時,國家尚未出版有關醫院手術室潔凈空調設計標準/規范,并且當時國內已有醫院手術室潔凈空調設計,基本上囿于工業潔凈室的設計思路,然而將工業潔凈室設計思路照搬到醫院手術室潔凈空調設計中會帶來兩個問題:①高級別潔凈室風量過大,如按照《潔凈廠房設計規范》(以下簡稱規范),百級手術室應在頂棚滿布高效過濾器風口,則一間36m2手術室的送風量為32400m3/h~45360m3/h(對應斷面風速為0.25m/s~0.35m/s),如此大的送風量,送風功耗達17.0kW~19.0kW,送、回風管道占用建筑空間大,風系統噪聲控制困難。②對于千級以下手術室,在相同風量下手術室關鍵區域污染度控制不理想,原因是套用《規范》千級以下手術室可采用亂流形式的氣流組織。通常的做法是在全室頂棚均勻設置高效過濾器風口,此氣流組織形式的理論依據是"全室稀釋和凈化",然而根據德國標準DIN1946/4中關于污染濃度的概念,此種"全室稀釋和凈化"的氣流組織形式,在理想情況下可以使室內達到相同的細菌濃度,此時污染度為1,而如果突破"全室稀釋和凈化"的工業潔凈室氣流組織方式,會在手術室關鍵區域獲得更低的污染度。針對以上問題,設計者參考德國Weiss手術室衛生空調系統的經驗,在手術室風量計算和氣流組織方面,突破工業潔凈室設計思路,引入降低總風量,強化局部送風,重在手術床及器械桌區域的設計概念,具體做法如下:
  
A.對于所有級別的手術室,均突破了全室稀釋和凈化的概念,引入局部強化凈化觀點,將所有手術室的送風口均集中布置在手術床的上方,即以無影燈吊桿為中心設置"層流送風箱",根據級別不同采用不同送風斷面尺寸。
  
B.對于百級或千級手術室,采用潔凈氣流覆蓋區域面積乘以此送風區域斷面風速的方式確定風量。如本工程的千級手術室所采用送風層流箱覆蓋面積為2.4m×2.4m,斷面流速0.35m/s,因此送風量為7258m3/h,如果為百級,則采用送風層流箱覆蓋面積為3.0m×3.0m,斷面流速仍為0.35m/s,則送風量11340m3/h,僅為前述工業潔凈室計算方法的40%。雖然此設計思路借鑒了德國Weiss手術室衛生空調系統的經驗,但本工程并未采用德國學者介紹的大面積、小送風量(即大面積、低風速)的方式,因為根據國內醫院的具體情況,采用小風速時對客觀條件要求過于苛刻,且小風速時氣流沒有足夠的動量保持送風的單向流,很難達到理想的空調和凈化效果。而當斷面風速30.35m/s時,如回風口設置恰當,不僅可以使送風保持較好單向流型,而且其單向流的分流高度會小于0.6m,即分流高度低于手術床的操作面標高。
  
C.對于萬級、十萬級手術室采用換氣次數法確定送風量,萬級取n=30次/h,十萬級取n=20次/h。盡管此換氣次數取值為《規范》規定的下限值,但由于采用了全部送風量由手術床部位上方的"層流送風箱"送出,其手術區達到的細菌濃度為室內其他區域的50%,即手術區域空氣的污染度由全室稀釋和凈化方式的1降為局部強化送風方式的0.5。本工程萬級與十萬級手術室的"層流送風箱"送風面積分別為2.4m×1.2m和1.5m×1.5m,送風斷面風速均為0.35m/s。
  
總之,采用以上設計思路的該醫院手術室,在投入使用后效果良好,達到了用較小的風量,在手術室關鍵區域(手術床及器械桌區域)形成一個比手術室其他區域更潔凈、更衛生的氣候環境。
  
四、設置初效+中效新風過濾機組
  
一些手術室的凈化空調系統設計中,新風的過濾問題未能引起充分的重視,新風常常是不經過獨立的過濾處理而直接與空調回風混合,其結果導致中效、高效過濾器壽命縮短,更換頻繁,系統的運行維護成本加大,甚至影響手術室的正常使用。這是因為新風與回風混合前,兩者的空氣含塵濃度相差過大,新風即便經過初效處理,其處理后的含塵濃度(30.5mm)也比十萬級空調回風在同粒徑范圍內的含塵濃度大70倍左右,是百級空調回風同粒徑范圍內含塵濃度的幾萬倍,從而使中效乃至高效過濾器沒有足夠的?;?。為解決此問題,我們在新風通路上安裝了獨立的初效+中效新風過濾機組,使新風經過兩級過濾后再與回風混合,此時混合前的新風與回風在同粒徑范圍(30.5mm)的含塵濃度比較接近,真正起到了?;ぶ行?、高效過濾器的作用,而且新風過濾機組的初、中效過濾器清洗、更換方便,與更換高效過濾器相比投資少,維護簡便。在新風通路上設置新風過濾機組的另一優點是確保了新風量,因為定風量的新風過濾機組本身就相當于一臺"計量泵"。
  
五、采用定風量閥解決空氣平衡問題:
  
手術部各區域的壓力分布對于保證潔凈手術室效果影響很大,而如何保證合理的壓力分布,除空氣平衡計算正確外,更重要的是送風、回風均應有良好的調節手段。以往風量調節裝置主要是手動對開多葉調節閥,此種閥門用于風量的精調節并不理想,實踐中有著調節困難、調試周期長的問題。針對此問題,兒童醫院工程手術室空調系統的送、回風管采用了德國TROX公司的自力式定風量閥,此閥可以自動消除風管壓力對風量的影響,閥體外部有風量調節刻度盤,調節十分方便,安裝此閥后,手術室的壓力調整變得十分簡單,現場幾乎無需費時進行壓力調整。
  
結語:總之設計者在該醫院手術室凈化空調工程中,應借鑒國外先進的經驗,結合我國的具體情況,本著"降低風量、改善效果、節約能源、方便調節、提高可靠性"的原則,進行了以上五個方面的嘗試,實踐證明這些嘗試基本上是成功的。

 

                           

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