關于潔凈手術室空氣處理的方案和分析

      盡管這些年來單向流潔凈技術已廣泛應用于生物潔凈手術室，但截至目前，國內外醫務界對其功效仍然存在不同的評價。一些醫務工作者和研究人員認為通過空氣媒介可能引發術后感染的明顯例證**于異物植入等大型手術，而對于其他一般手術并無充分的醫學統計數據給予支持。但對于采取適當的通風凈化措施，降低空氣中的菌濃，改善手術室環境條件，有助于控制感染率的認識，國內外還是比較一致的。
正因為如此，在確定醫院生物潔凈手術室的規模、數量及其他相關技術時，宜與醫院的籌建主管部門或醫政管理部門、外科醫生進行充分溝通，聽取他們的想法、意見和建議，并依據現行國家規范做出合理的決定。不宜盲目追求高標準，以至造成手術室初投資及運行費用增加。
下面以天津地區某 I 級潔凈手術室為例，從能耗、可行性等方面分析各種空氣處理方案的利弊。
1 ．手術室熱濕負荷及風量計算
假定該手術室為 7．5m～5．7mX3m 。根據《醫院潔凈手術部建筑技術規范》 ( 簡稱《規范》 ) ，設室內設計溫度 24～C ，相對濕度 60 ％。天津地區室外夏季設計參數：干球溫度 33．4 ℃，濕球溫度 26．9～C 。
1．1 室內熱、濕負荷的計算
手術室內的熱濕源主要是人員、照明和醫用電器設備。
1) 人體散熱…散濕量
Q=nΦq
式中： Q ——人體散熱量， w ；
n ——空調房間內的人員總數；
Φ ——為群集系數，男子、女子、兒童折合成年男子的散熱比例。本算例中男女比例按照 1：1 計算，成年女子的總散熱量約為成年男子的 85 ％，則 Φ 取 0．92 ；
q ——每名成年男子的散熱量， w 。

式中： w ——人體散熱量， g/s ；
n ——空調房間內的人員總數；
Φ ——為群集系數，取 0．92 ；
w ——每名成年男子的散濕量， g/h
根據《空氣調節設計手冊》， 24 ℃下成年男子輕勞動：顯熱 70W ，潛熱 112W ，全熱 {2w,～167g/h ：極輕勞動：顯熱 70W, 潛熱 64W 全熱 134W, 散濕量 96g/h; 醫護人員工作強度按照輕、極輕勞動 1 ： 2 計算，則平均顯熱 70W ，平均潛熱 80W ，平均全熱 150W ，平均散濕量 120Wh 。
2) 照明散熱量
Qs=n3n6n7N
式中： Q3 ——照明散熱量， w ；
N ——照明設備的安裝功率， w ：
n3 ——同時使用系數，這里取 1
n6 ——整流器消耗功率的系數，當整流器在空調房間內時取 1．2 ；當整流器在吊頂內時取 1．0 ；這里取 1．0 ；
n7 ——安裝系數，明裝時取 1．o ：暗裝且燈罩上部穿有小孔時取 0．5 ～ 0．6 ：暗裝燈罩上無孔時，視吊頂內通風情況取 0．6～0．8 ：燈具回風時可取 0．35 ；這里取 0．8 ：
本算例中照明燈具采用熒光燈， 40W ／支，共計 16 支。
3) 主要醫用電子設備散熱量
一般來說，電子設備的散熱量可以實驗測得，或通過系數法計算。手術室常用電子設備 66 功率范圍與計算取值如表 1 所列。對于 I 級手術室考慮同時使用系數，一般取為 0．6- 0．8 。

表 1 手術室電子設備功率

表 2 手術室負荷計算

1．2 風量的確定
1) 送風量的確定
《規范》中明確規定 I 級潔凈手術室濟小送風口面積 2．4～2．6=6．24m2 ，手術區工作面高度截面平均風速 0．25 ～ 0．30m/s ，依據天津大學所做的實驗研究及現場測試經驗，取出風斷面平均速度 0．40m/s 能滿足要求。
則，送風量 G=2．6X2．4X0．4X3600≈9000m³/h 。
2) 新風量的確定
合理確定新風量不僅關系到冷、熱負荷耗量，也影響到過濾設備的壽命。在滿足需要的前提下，盡可能選取較低的新風量，從節能和降低運行成本角度考慮是必要的。
新風量的確定主要依據以下幾條，并且選其中濟大的：
(1) 按照《規范》規定換氣次數計算的新風量；《規范》規定為 6AC/h ，日、美規定一般為 5AC/h 。
(2) 補償室內的排風并能保持室內正壓值的新風量；
《規范》規定每間手術室排風量不能低于 200m³/h 。
由于室內正壓，從縫隙滲漏的風量按下式計算：

式中 l —縫隙長度， m ；
Δ p ——室內要求保持正壓或負壓值， mmH20 ；或 9．8 Δ P ， Pa ；
α 、 n 嚴密程度有關的常數。
一般 n 值在 1～2 之間，對于沒有進行過漏損試驗的窗，則可取 n=1．5 。
d 值隨門、窗的型式不同而不同，一般可取下列數值；密封程度好的， α=1～3 ；一般的 a=3～8 ；不好的 a=8～40 。
縫隙長度／是指門、窗等輪廓線的總長度。
本算例中，計手術室有 2 扇門，縫隙長度／取 16m 。根據《規范》中對潔凈手術室的濟小靜壓差的要求， I 級 Δ p 取 8Pa ，即 0．816mmH20 。 α 和 n 分別取 10 、 1．5 。
(3) 人員衛生所需新風量
為滿足衛生要求，《規范》規定潔凈手術室有 60m³/h 人的新風量。

表 3 手術室濟小新風量

根據計算， I 級潔凈手術室濟小新風量取 770m³/h 。因麻醉方法不同，手術中釋放的麻醉氣體量也相差很多。歐洲某些國家規定的新風量較大，與其麻醉方式有關，也與其氣象條件有關，國內經驗采用 5～6AC/h 滿足需要。
由焓濕圖查得室內空氣狀態點 N ：仁 24 ℃， φ=55 ％， i=50．3kj/kg ， d=10．2g/kg
夏季室外設計參數 W ： t=33．4 ℃， t=26．9 C ， φ=6l% ， i=84Akj/kg ， d=19．8g/kg
2 空氣處理方案的比較
方案一：采用由新風機組承擔全部負荷的二次回風方式，這是當前應用較為普遍的一種模式。新風集中處理，再送至手術室的加壓風機、凈化機組，與室內循環風混合，經末級中在新風機組，室內機組無濕源，可避免滋生**，送風量便于獨立控制和關斷。缺點是當與其他手術室共用一個新風系統時，室內溫濕度不便隨意獨立調節。當然也可以各手術室系統單獨設置空氣處理設備，分別處理新風，相對于集中處理新風的方法室內溫濕度調節更容易些。蛋初投資稍打，其具體空氣處理過程為：

在 c 線上確定送風狀態點 O 的其他參數： t=23．1 ℃， d=10．1g/kg ， φ=57 ％；

該方案中新風處理至室內等濕線以下，回風沒有進行熱濕處理，只是經風機加壓后直接與處理過的新風混合，再經高效空氣過濾器后送入室內。因此實際上是由新風承擔了全部室內熱濕負荷。但是新風處理焓差達到 47kj/kg ，對新風機組的要求相對較高，表冷器供回水溫為 7 — 12 ℃時，某些地區需要設置 6 排表冷盤管才能保證要求。圖 1 是處理過程在 i — d 圖上的表示。

圖 1 方案 — 空氣處理過程

方案二：采用帶再熱的一次回風方式，這種處理方案，參數較易控制，與方案一相比，對表冷器也無特殊要求。但因空氣處理過程存在冷熱抵消，運行能耗較大。其具體空調凈化系統設置方案可能是單風機系統，也可以是串聯風機系統，即空調機組對新風、回風進行熱濕處理后，送至鄰近手術室的加壓過濾機組，并進行二次加熱后送入室內。空氣處理過程如下：

計算可知，方案二比方案一能量消耗要大許多。原因在于一次混合后的空氣被處理到機器露點后，為了維持室內溫濕度，需要將送風溫度升高至送風狀態點，因此進行二次加熱，冷熱量的抵消造成能量浪費。一般來說，潔凈手術室采用二次回風系統為宜。
方案三：考慮到方案一沒有采用一次回風，因而提出了增設一次回風的二次回風方式作為方案三。其空氣處理過程為：

由方案一計算可知，新風承擔全部負荷時 I 級手術室新風量為 810m³/h ，僅超出濟小新風量 40m³/h ，一次回風意義不大。
方案四：對于一些高溫高濕地區，例如上海、廣州、武漢、香港等地，室外焓值較大，新風機組需進行大焓差處理，將新風直接處理至露點相對比較困難。確是如此時，可以采用除濕機對新風集中去濕。新風經新風機組、除濕機集中處理，承擔全部負荷，在這一點上與方案一相同。具體空氣處理過程如下：

為了便于比較，本計算例仍采用天津地區的室外氣象參數計算。計算過程如下：
由方案一知 I 級手術室的機器露點 L ： t=14．3～C ， i=37．6kj/kg ， d ： 9．2g/kg ， φ =90 ％。考慮 0．5 ℃風機 溫升，得實際點 U ： t=14．8～C ， i=38．1kj/kg ， d=9．2g/kg ， φ= 87 ％，
為滿足除濕機性能要 求，假定新風在除濕機前處理至 Lx ，使得 dL ， --dL ≤去濕機額定工況單位除濕量。過 L 點做等濕線，過 Il 做等焙線，相交得 M 點。主要狀態參數如下：
Li ： t～20．2 C ， i=54．3kj/kg ， d ； 13．4g/kg ， φ= 90 ％，
M 點： F30．6～C ， i=54．3kj/kg ， d ； 9．29/k8 ， φ= 33 ％，
空調機組處理風量 G ： 510+1584+3273=5667m³/h
空調機組前表冷器負荷 Qwl=1．2X5667X(84．4 — 54．3)/3600=56．9KW
后表冷器負荷 Qw2=1．2X5667X(54．3-37．6)/3600=31．5KW
除濕機再生風量 Gz=1/3X5667=1889m³/h
除濕機再生加熱量 Qz=(c/3.6)lzpz(t3-tw)=1．01/3．6X1889XI．2X(120 — 33．4)=55074W≈55．1KW
總能耗 Q=56．9+31．5+55．1=143．5KW

圖 3 方案四空氣處理過程

單純從節能角度講，這種方式不可取。處理過程中存在較大的能量抵消，初投資也大。但對保證潮濕地區夏季室內濕度不超過規定值比較有保證，同時對冷源要求也較低。由于運行不經濟，管理較復雜，除某些特殊條件外，一般情況下不推薦使用。
方案五：與前各方案不同的是，考慮室內循環風，增設干式冷卻盤管意圖分擔部分顯熱負荷，而全部濕負荷仍由新風承擔。提出這種方案的想法是既要系統末端具備吸收部分熱負荷的能力，以減輕新風的負擔，又可以分室予以調節，又避免出現濕工況。這種新風承擔部分熱負荷和室內全部濕負荷的空氣處理方案為：

由于 I 級手術室設計送風量較大，相應送風焓差較小，對循環風采取顯冷措施意義不大。干工況適用于室內濕負荷穩定且較大，送風焓差大，對新風量要求較低的情況，比如病房等。采用干工況方式對新風機組的要求較高，排數增多，提供冷量增加，要求冷水溫度較低，機器的露點較低，需要進行大焓差處理。

3 ．總結
綜合以上分析，對于高溫高濕地區，例如上海、武漢、廣州、香港等地，夏季室外濕球溫度均在 27 ℃以上，室外焓值在 85 kj/kg 以上，室外狀態點與空調機組露點的焓差在 45kj/kg 以上。將新風直接處理至機器露點比較困難，不適宜采用方案一，可根據實際情況選用方案
二、方案三或方案四。即先將新風與回風一次混合降低進風焓值，或將新風處理至某點，由除濕機除去濕負荷，降溫后與回風混合，達到送風狀態。
對于干燥地區，例如呼和浩特、蘭州、烏魯木齊等地，夏季室外焓值在 70kj/kg 以下，室外狀態點與空調機組露點的焓差在 30ki/kg 以下。這些地區可以采用方案一，即將新風直接處理至機器露點，與循環風混合后即可送室內。拉薩比較特殊，夏季室外設計參數于球溫度 22．8 ℃ ，濕球溫度 13．5 ℃，其焓值為 31ki 比 8 ，低于送風露點。也就是說在夏季，
拉薩地區空氣處理也是加濕的一個過程。而對于其他地區，例如北京、天津、西安、哈爾濱等地，夏季室外焓值在 70 ～ 85kj/kg 之間，室外狀態點與露點的焓差在 30 ～ 45kj/kg 之間。可以根據實際情況選擇方案，約束條件比較少。
而對于室內循環機組采用于工況的方案，在手術室設計中并不適用。首先手術室要求送風焓差較小，新風量較大。再者室內人員比較多，濕負荷較大，對新風機組的要求較高。而且室內濕負荷不穩定，瞬時濕負荷較大，于冷系統不易保證室內設計參數。
冬季工況：由于不考慮建筑圍護結構散熱，手術室冬季熱濕比線與夏季不會發生太大變化，即相當于定露點工況。具體空氣處理過程基本一致，主要是室外新風預熱的問題。可以根據冬季室外設計參數，采用電加熱、蒸汽換熱，見圖 4 。對于嚴寒地區，比如哈爾濱冬季室外設計溫度低至一 29 ℃，可以將新風電預熱至 W2 ，然后噴蒸氣加濕至機器露點，或采用濕膜加濕器；或者使用蒸汽排管的換熱器將室外空氣預熱至 w2 ，但需要要配備性能良好的疏水器，以防凝水滯留而被凍裂，新風采氣口還要設置保溫閥，非工作班應關閉嚴實。還可以采用電預熱與熱水換熱相結合的方式，即將先新風電預熱至 o ℃以上的某點 w 比如 3 ℃，然后使新風通過熱水換熱器，加熱至 w再進行絕熱加濕，達到機器露點。為了節約電耗，利用排風與新風的板式換熱器回收部分熱能也是嚴寒地區冬季處理方案的一種選擇。

圖 4 手術室冬季工況空氣處理過程