作為醫(yī)院的核心部門，潔凈手術室凈化空調系統(tǒng)建設水平與手術室的溫度、濕度、空氣潔凈度等環(huán)境參數(shù)及節(jié)能、高效運行有著莫大關系。新基建時代，隨著各項技術的更新迭代，潔凈手術室凈化空調的設計與配置都有哪些要點？綠色節(jié)能又如何在其中得以實踐？

  壹

  手術部項目概況

  該醫(yī)院新建的門急診病房綜合樓內（簡稱“新大樓”）設有53間潔凈手術室（Ⅰ級6間、Ⅲ級47間），正在改造的外科樓設置20間手術室（Ⅲ級17間、普通手術室3間）。新大樓手術部建設面積約12350㎡。

  表1 新門急診病房綜合樓手術室分布

   序號 樓層 區(qū)域 數(shù)量（間） 備注 01 負一層 一體化復合手術室 1 Ⅰ級手術室1間,鉛防護。 02 五層 日間及門急診手術部 14 急診及日間手術室8間，眼科手術室6間，全部為Ⅲ級，4間鉛防護。 03 七層 中心手術部 38 胸外手術室8間（包含Ⅰ級手術室5間，其中2間為DSA復合手術室），腦外科手術室7間，骨科手術室8間，泌尿科手術室7間，整傷、耳鼻喉手術室8間。16間鉛防護。

  貳

  凈化空調系統(tǒng)總體概況

  江蘇省人民醫(yī)院凈化空調系統(tǒng)的設置使?jié)崈羰中g部始終處于受控狀態(tài)，既能保證潔凈手術部整體控制，又能使各潔凈手術室靈活使用。各潔凈手術室與配套輔助用房分開設置相應的凈化空調系統(tǒng)。

  一

  氣流組織設計

  潔凈手術室采用高效送風天花送風，送風天花集中布置于各手術室手術臺上方，使手術臺及周邊組成的手術核心區(qū)位于潔凈氣流形成的主流區(qū)內。Ⅰ級手術室5級潔凈區(qū)內的氣流流型確保為單向流，核心區(qū)手術臺工作面截面平均風速為0.2~0.25m/s，Ⅲ級手術室換氣次數(shù)設計為24次/h，配置高于現(xiàn)行《醫(yī)院潔凈手術部建筑技術規(guī)范》GB50333-2013的相關規(guī)定。

  各潔凈手術室均采用雙側墻下部回風，回風口連續(xù)設置，洞口頂部邊緣高度距地面為0.5m，洞口下邊距地面為0.1m，既避免引起地面二次揚塵，又保證了工作區(qū)潔凈氣流的穩(wěn)定。

  二

  空氣過濾器設置

  每個凈化空調系統(tǒng)均設置三級過濾裝置：

  一級過濾裝置設置在新風端，新風過濾裝置由三道過濾器串聯(lián)組成，第一道設在新風口，采用人工塵計重效率大于30%的預過濾器；第二道設在凈化新風機組進風口，采用G4+F7組合過濾器；第三道設在凈化新風機組出風段，采用過濾級別為F9的中高效過濾器。

  二級過濾器設在各凈化空調機組內，為負壓段F5初效過濾器與正壓段F8中效過濾器的組合。

  三級過濾器設在各凈化空調系統(tǒng)末端高效送風天花或高效送風口，高效送風天花采用過濾效率為99.9995%的H14高效過濾器，高效送風口采用過濾效率為99.995%的H13高效過濾器。

  各級空氣過濾器均采用效率梯度遞增的組合形式，形成逐級保護，確保手術室及相關醫(yī)療用房潔凈度的同時，延長高級別過濾器的使用壽命，整體配置高于國家現(xiàn)行規(guī)范GB 50333-2013的相關規(guī)定。

  此外在所有潔凈手術室回風口設置中效F5回風過濾器，排風口設置中效F5排風過濾器。其他區(qū)域回、排風口按潔凈度級別設置相應級別的過濾器。

  三

  凈化空調系統(tǒng)劃分

  中心手術室全部配備各自獨立的凈化空調循環(huán)系統(tǒng)，即“一拖一”的機組配置，高于現(xiàn)行國家規(guī)范的要求，保證各手術室實現(xiàn)個性化控制的同時，按需啟用實現(xiàn)節(jié)能運行。手術室凈化系統(tǒng)前瞻性的配置在新冠疫情期間發(fā)揮了極大的效用。

  ▲ 圖1 江蘇省人民醫(yī)院凈化空調系統(tǒng)原理圖

  根據(jù)手術室團組式的布局模式，潔凈區(qū)輔房及清潔區(qū)輔房分別按所在團組分區(qū)配置集中的凈化空調系統(tǒng)，其中潔凈區(qū)配置5個集中的凈化空調系統(tǒng)，清潔區(qū)配置5個集中的凈化空調系統(tǒng)。

  手術室新風采用集中處理的形式,新風凈化空調機組同樣按照團組式布局形式分區(qū)配置，手術部共設置5套凈化新風空調機組分別對新風分區(qū)進行集中處理，處理后的新風送入所在團組的各手術室凈化空調循環(huán)機組，接入循環(huán)機組的新風支管上設置定風量調節(jié)裝置對新風量進行控制。

  各手術室設置獨立的排風系統(tǒng)；預麻室、蘇醒室內設置排風口，納入所在團組集中排風系統(tǒng)；所有衛(wèi)、浴間均設置獨立的排氣扇；污物打包間設置排風口，納入所在系統(tǒng)的集中排風；科學合理的排風系統(tǒng)設計既達到保證各區(qū)域有序的梯度壓力控制，同時平衡的系統(tǒng)風量分配使室內溫、濕度、潔凈度等參數(shù)穩(wěn)定在設定范圍，房間空氣保持適宜的清新度。

  手術室辦公生活區(qū)采用風機盤管+新風的系統(tǒng)形式，共設置2套組合式新風空調機組，分別為手術室生活區(qū)和辦公區(qū)供應新風。

  四

  冷熱源及空調水系統(tǒng)

  手術室空調冷熱源由大樓集中供應，大樓空調水系統(tǒng)采用分區(qū)兩管制形式，手術室空調水系統(tǒng)獨立設置。大樓冷源由三臺1650RT離心式冷水機組和兩臺550RT離心式變頻冷水機組組成，熱源由四臺燃氣熱水鍋爐組成，冬、夏季集中供應，利于冷熱源機組設備高效節(jié)能運行。手術室制冷工況延長期間，運行兩臺變頻離心機組承擔手術室負荷。另外手術室集中新風處理機組設置直膨式深度除濕裝置，獨立運行，除了滿足深度除濕的需要，過渡季節(jié)兼作手術室備用冷熱源，彌補兩管制空調水系統(tǒng)的不足。

  手術室辦公生活區(qū)空調水系統(tǒng)納入大樓集中系統(tǒng)，與手術室分區(qū)設置，實現(xiàn)雙工況運行，確保滿足各自區(qū)域的不同需求。

  五

  系統(tǒng)加濕形式

  手術室空調系統(tǒng)加濕采用干蒸汽加濕形式，一次蒸汽源取醫(yī)院蒸汽鍋爐房。

  叁

  手術部綠色節(jié)能措施

  江蘇省人民醫(yī)院手術室凈化空調系統(tǒng)形式、配置及設備選型，充分考慮了節(jié)能高效，安全運行、衛(wèi)生潔凈、低耗長效。

  一

  綜合全面的節(jié)能措施

  1

  節(jié)能設計

  Tips

  科學全面的節(jié)能設計，是凈化系統(tǒng)綠色節(jié)能運行的前提條件。

  凈化空調自動控制設計最先進的手術室智能化運行信息綜合管理系統(tǒng)。

  空調水系統(tǒng)采用分區(qū)兩管制，冷熱源設備始終保持在綜合能效最高的狀態(tài)下運行。

  凈化空氣處理過程采用熱濕分離的處理方式，減少系統(tǒng)再熱的能源損失。

  2

  節(jié)能設備

  Tips

  核心設備的高效低耗選型，是凈化系統(tǒng)綠色節(jié)能運行的硬件基礎。

  手術室核心設備凈化空調機組采用德國原裝進口定制型號的醫(yī)用衛(wèi)生型機組，三大核心部件--風機、電機、換熱器，特別配置了當前世界最先進的高效節(jié)能產品。

  3

  節(jié)能管理

  Tips

  高質量的運維管理是節(jié)能技術措施得以發(fā)揮效果的實施保障。

  凈化系統(tǒng)采用主動式常態(tài)化運行維護替代常規(guī)的被動式故障維修，保持凈化系統(tǒng)在全壽命周期內的能量匹配最佳化運行。

  凈化廠家上海風神派駐工程師常駐醫(yī)院現(xiàn)場，全年無休、每日巡檢，確保設備一直保持最佳狀態(tài)運行，避免設備能效降低，發(fā)揮管理節(jié)能效用。

  二

  節(jié)能措施的核心技術

  1

  手術室智能化運行信息綜合管理系統(tǒng)

  凈化空調系統(tǒng)采用上海風神自主開發(fā)的手術室智能化運行信息綜合管理系統(tǒng)，對整個凈化系統(tǒng)運行過程中的耗能設備進行集中管理、監(jiān)測，記錄、分析、保存能源數(shù)據(jù)，并不斷提出改進措施。

  該管理平臺基于空調自動控制系統(tǒng)，從電力系統(tǒng)中將空調設備的用電數(shù)據(jù)通過通訊的方式采集到信息綜合管理系統(tǒng)平臺中，對于所有的控制設備的用電量結合使用時間進行數(shù)據(jù)采集、存儲和歸檔，再通過數(shù)據(jù)的有效分析得到系統(tǒng)能耗的使用情況，將分析結果通過圖表等形式反映出來，進行能源使用策略的制定和調整。對于整個設備的用能進行合理的管理，從而降低系統(tǒng)能耗，達到節(jié)能減排的目的。

  ▲ 圖3 江蘇省人民醫(yī)院手術室能源管理平臺

  1

  控制網絡結構

  系統(tǒng)采用就近設置控制器，遠程組網的形式。就近設置的控制器靠近現(xiàn)場設備，控制器與控制器之間采用工業(yè)級的專業(yè)通訊協(xié)議進行數(shù)據(jù)交換，可以實現(xiàn)點對點的精密通信，即快速又穩(wěn)定。

  上位系統(tǒng)利用工業(yè)控制的WEB專業(yè)技術，將上位機的操作通過互聯(lián)網實現(xiàn)遠程監(jiān)控，在可以連接互聯(lián)網的地方都可輕松實現(xiàn)對現(xiàn)場自控系統(tǒng)的操作，大大提高了操作員的工作效率和現(xiàn)場運行效率。

  2

  節(jié)能效率優(yōu)化

  常規(guī)系統(tǒng)中，自控系統(tǒng)的啟動和停止是需要操作人員進行控制的，操作人員通過人機界面輸入系統(tǒng)啟動和停止的指令來使整個系統(tǒng)進行運作。該方式對于操作人員要求很高，如果出現(xiàn)系統(tǒng)運行時間和實際需要使用時間脫離的情況，就會造成能源的浪費。

  江蘇省人民醫(yī)院手術室智能化運行信息綜合管理系統(tǒng)中加入了控制時間表功能，系統(tǒng)可根據(jù)預先設置好的時間點運行，可以配合手術室的實際使用時間進行自由靈活的調節(jié)，在手術開始前提前啟動，手術正式開始時已經具備了符合要求的溫濕度、潔凈度的手術環(huán)境，同時可以在一天的手術結束后自動關閉，避免了能源的浪費。

  3

  手術室智能化運行信息綜合管理硬件設備

  采用42吋一體化高端平板多點電容式LED智能觸摸屏，分辨率為1920×1080，色彩度最大1677萬色，亮度≥400cd/㎡，對比度≥4000：1，視角178°，整機壽命＞60000小時。一體化智能觸摸屏CPU配置INTEL I7處理器，內存為8G，硬盤為1T。

  觸摸屏采用windows操作系統(tǒng),系統(tǒng)具有編程控制功能，可直接和手術室各系統(tǒng)設備聯(lián)網，實現(xiàn)手術室集中控制及信息管理，并可通過pad、手機等移動設備上實現(xiàn)遠程實時控制。

  手術室智能化運行信息綜合管理終端軟件及友好的人自行開發(fā)，具有相關專利等知識產權?？蓪崿F(xiàn)如下功能：

   ? 時間信息管理：可顯示北京時間，進行麻醉計時、手術計時。待機狀態(tài)下時間系統(tǒng)作為屏保，全屏顯示手術計時、麻醉計時、北京時間。

   ? 環(huán)境信息管理：可調節(jié)與顯示房間溫、濕度參數(shù)，可顯示房間壓差值、房間內TVOC及CO2濃度； ? 供電照明信息管理：可實現(xiàn)手術室照明開關控制，照明燈具調光管理等功能，還可顯示UPS及IT系統(tǒng)的工作狀況及故障報警。

   ? 醫(yī)氣信息管理：可顯示醫(yī)用氣體壓力，實現(xiàn)高、低壓報警功能； ? 通訊信息管理：具有對講呼叫，視頻通話等功能； ? 空調系統(tǒng)控制：機組啟、?？刂萍盃顟B(tài)指示；值班運行/全風量運行轉換及狀態(tài)指示；房間溫、濕度的設定；機組運行及故障指示；過濾器堵塞報警及指示；正負壓切換控制及指示；空調機組運行參數(shù)查詢； ? 能源信息管理：可與手術室能源管理系統(tǒng)聯(lián)網，在手術室可直接查詢實時能耗統(tǒng)計及分類顯示等數(shù)據(jù)。

  2

  衛(wèi)生型凈化空調機組

  空調系統(tǒng)是建筑能耗第一大戶，尤其是手術室凈化空調，其能耗占手術室總能耗的50%以上，因此空調系統(tǒng)的核心設備凈化空調機組的節(jié)能配置對整個系統(tǒng)的節(jié)能效果起決定作用。

  江蘇省人民醫(yī)院手術室凈化空調機組采用德國某著名品牌原裝進口的衛(wèi)生型專用機組。所配置的系列型號機組是經過德國ILH專業(yè)機構認證的醫(yī)用衛(wèi)生型機組。

  凈化空調機組功能段配置為：回風段過濾段F5+表冷段+風機（混風）段+再熱段+加濕段+活性炭過濾段+中效過濾段F8+出風段。

  凈化機組具有良好的絕熱性能，采用46mm厚度的雙層可拆卸箱體面板，內置A1級玻璃巖棉夾心材料保溫層，絕熱材料玻璃巖棉密度為55kg/m3，絕熱材料導熱系數(shù)為0.035w/(mk)，箱體壁板傳熱系數(shù)為0.9w/(㎡k)。

  凈化機組具有良好的密封性能，優(yōu)于歐洲標準EN1886 2007的最高標準L1(R)級，保持機組內靜壓700P時，泄漏率僅為0.1 l/(s㎡)。

  凈化機組采取良好的防冷橋措施，冷橋因子達到0.69。

  1

  核心部件

  冷熱水盤管：配置了最新技術的橢圓管高效翅片式換熱器，翅片式換熱器采用橢圓形紫銅管套防腐親水鋁翅片，具有強化換熱的功能,比常規(guī)圓管換熱器換熱效率高1.8%；并具有較低的空氣阻力，比常規(guī)圓管換熱器空氣阻力低28.6%，橢圓管翅片式換熱器阻力在制冷（濕）工況僅為17.5Pa/單排(即換熱器排數(shù)為4排時空氣側總阻力僅為70pa)。

  ▲ 圖9 橢圓管換熱器

  風機、電機：配置了高效率無渦殼直聯(lián)風機，及EC直流電動機，所選用的風機風量—全壓曲線比較平緩，EC直流電動機具有無級調速功能，適合變負荷調節(jié)，電動機效率達到歐洲最高能效等級IE4，相當于國標一級。

  2

  節(jié)能效果

   ◆ 風機配置了德國知名品牌無蝸殼風機

  無蝸殼風機采用直聯(lián)式的連接方式，與常規(guī)的皮帶傳動連接相比，由于取消了風機與電機之間的皮帶傳動機構，消除了中間機構的效率損失，風機效率提高5%以上。

  由于取消了皮帶，避免了皮帶傳動過程中磨損產生的塵粒造成的二次污染，降低了中效及高效過濾器的負荷，系統(tǒng)阻力降低，過濾器使用壽命延長，節(jié)能減耗。

  常規(guī)風機運行過程中，皮帶在應力作用下會伸長變形俗稱“打滑”，從而造成風機風量降低，為了維持手術室各項參數(shù)穩(wěn)定，風機轉速必須提高，運行能耗相應增加。而無蝸殼風機直聯(lián)式結構，不存在皮帶打滑現(xiàn)象，風機一直保持高效運行。

   ◆ 采用EC電機可節(jié)約能耗對比

  表2 普通AC電機VS.高效EC電機能耗

   ◆ 換熱器配置當前最先進的橢圓管換熱器

  該換熱器在傳統(tǒng)圓形紫銅管套鋁翅片換熱器基礎上，采用與圓管周長相同的橢圓形紫銅管套鋁翅片，換熱面積不變（也就是所消耗的有色金屬材料數(shù)量不變），而空氣阻力相比減小28.6%；同時換熱效率提高1.8%。其原理如圖所示：

  橢圓管換熱器空氣阻力大大降低，當空氣流經換熱器時，由于采用橢圓管，與周長相同的圓管相比，空氣與換熱器迎面接觸面積變小，氣流流型順暢，氣流渦流減少，空氣所受到的阻力減小，從而減小空調箱內部阻力，空調機組配置的風機壓頭相應降低，從而節(jié)約能耗。

  由國家空調設備質量監(jiān)督檢驗中心對這兩種換熱器在同等條件下進行，結果得出：常規(guī)4排管圓管換熱器空氣阻力為98Pa，而同等條件下，4排管橢圓管換熱器空氣阻力僅為70Pa,空氣阻力減小了28.6%。

  橢圓管換熱器換熱效率提高，與周長相同的圓管相比，空氣與換熱器接觸時，氣流流型更順暢，渦流減少，與換熱器表面接觸更充分，換熱效率因此得以提高。換熱效率提高，在相同制冷量要求下，換熱器需要的冷熱水量就相應減少，從而空調冷熱源機組及配套的水泵容量都可以相應減少，既節(jié)約了運行能耗，又可減少初投資。

  由國家空調設備質量監(jiān)督檢驗中心對這兩種換熱器在同等條件下進行，結果得出，常規(guī)4排管圓管換熱器平均供冷量為18127W，而同等條件下，4排管橢圓管換熱器平均供冷量為18446W,供冷量提高了1.8%。