夏中亮 姜典秋 朱性博

（机械工业第六设计研究院，郑州 450007）

1 引言

2002年11月《医院洁净手术部建筑技术规范》的颁布实施，对洁净手术部的建设起到了规范和推动作用。规范对手术部的空气净化等级、温湿度、净化空调系统方式、气流组织、施工验收等都作了详细的规定，强调了洁净手术室系统必须保证手术室内部环境的尘、菌和有害气体的浓度在一定的控制范围之内，并控制一定的温度和相对湿度。与普通的舒适性空调不同，医院洁净手术室空调的特点是服务面积小、送风量大、相对负荷小、送风温差小、耗能高。

空气净化系统是手术室空调主要能耗部分，其冷负荷主要由室外新风负荷、室内人员及医疗仪器设备热湿负荷等构成。本文着重从工程实践的角度探讨一次回风、二次回风空气处理过程在医院洁净手术室空调系统中在洁净手术部空调系统中应用。

2 工程简介

郑州市某新建医院病房楼总建筑面积61748 m2，共19层，在3层设有16间手术室，层高4.5 m，其中百级手术室3间，千级手术室6间，万级手术室6间，十万级手术室1间。本文拟对其中一间面积为40 m2的千级手术室空调系统分别采用一次回风、二次回风空气处理过程的能耗进行分析。

3 室内外计算参数

3.1 室外计算参数

表1 郑州地区室外气象参数

3.2 室内外计算参数

按《医院洁净手术部建筑技术规范》规定标准洁净手术室温度22-24℃，相对湿度φ：40-60%。本文所分析的标准洁净手术室干球温度24℃，相对湿度φ=55%，面积40 m2，净高3 m，人数为10人。

4 洁净手术室空调负荷计算

4.1 围护结构负荷Q1

目前，国内大部分医院洁净手术室平面布置采用“污染回收廊道型”布局方式，手术室周边设置污染环绕走廊与洁净走廊，手术室处于建筑物内区。围护结构负荷较小，通常不考虑围护结构的负荷。

4.2 人体负荷Q2

根据《空气调节设计手册》[3]，24℃下成年男子中等劳动强度下显热量88 W/人，潜热量147 W/人，全热量235 W/人，散湿量219 g/h。因此，人体总显热负荷是880 W，总潜热负荷是1470 W，总散湿量是6.0833×10-4kg/s。

4.3 照明负荷Q3

根据《医院洁净手术部建筑技术规范》要求，标准洁净手术室照度350 lx，根据文献[4]推荐的手术室照度要求推算出由室内照明形成的空调冷负荷为20 W/m2，因此，由照明形成的冷负荷为40×20 = 800 W。

4.4 设备负荷Q4

根据手术类型不同，手术室内的医疗设备与使用频率也不尽相同。手术室设备的散热量按80 W/ m2估算，为40×80 = 3200 W。

4.5 手术室内散湿产生的潜热量Q5

手术室散湿主要有医护人员散湿及湿表面散湿，由这两部分产生的潜热量约为971W。因此，总负荷Q= Q1+Q2+ Q3+ Q4+ Q5= 880+1470+800+3200+971= 7321 W

5 洁净手术室风量的确定

5.1 送风量的确定

洁净手术室的送风量不同于一般的舒适性空调场所的送风量，经过过滤、热湿处理过的洁净空气送入手术室内不但要消除室内的热、湿负荷，还要排除、稀释室内的污染物，以维持室内的空气洁净度。不同洁净等级的洁净手术室送风量也各不相同。按照《医院洁净手术部建筑技术规范》(GB 50333-2002)规定，本文分析的手术室为Ⅱ级洁净手术室，其换气次数为30～36次/h。

5.2 新风量的确定

新风量不仅关系到手术室内空气品质，也影响到空调机组的冷、热负荷和过滤器的使用寿命。

新风量的确定主要依据以下几条，并选取其中最大值。

(1) 按照《医院洁净手术部建筑技术规范》(GB 50333-2002)规定计算新风量，Ⅰ～Ⅳ级洁净手术室的新风量均为6次/h。

(2) 补偿手术室的排风并能保持室内正压值的新风量。

(3) 满足人员卫生所需的新风量，Ⅰ～Ⅳ级洁净手术室人员的新风量均为60 m3/h•人。

当上述计算的新风量最大值低于表2要求时，取表2中的新风量。

表2 手术室新风量最小值(摘自GB 50333-2002 表7.1.6)

本文分析的手术室为Ⅱ级洁净手术室，其新风量取表2中的新风量为800 m3/h。

6 手术室空调热湿处理过程

6.1 一次回风系统夏季空气处理

洁净手术室夏季一次回风空气处理过程主要有以下步骤：

(1) 根据室内冷负荷及散湿量计算夏季室内热湿比；

(2) 确定送风状态点，由于是工艺性空调，送风量需满足规范要求，以达到室内温湿度的均匀分布，取送风温差ΔT=4℃；

(3) 确定机器露点L。自送风状态点O向下作等含湿量线并与φ= 90% - 95%的曲线相交点为机器露点L；

(4) 确定夏季送风量、新风量和一次回风量；

(5) 确定夏季新风与回风混合状态点Cx；

(6) 空调系统表冷器所需冷量与再热器的加热量；

一次回风系统夏季空气处理计算结果如下表3。

表3 一次回风系统夏季空气处理计算结果

在焓湿图上，将上述各状态点连起来得到一次回风系统夏季处理过程见图1。

图1 一次回风系统夏季工况在焓湿图上的表示

根据计算结果，总风量为4581 m3/h，手术室换气次数为38.17，满足规范要求。室内送风状态点相对湿度67.4%，未超过75%的要求。

6.2 二次回风系统夏季空气处理

洁净手术室空调属于恒温恒湿的工艺性空调，手术室内散湿量较小，采用一次回风系统，从上述计算分析可以看出，存在“一冷一热”、冷热抵消的问题，这会产生很大的能量浪费。

因此，考虑采用在空气表冷器后与回风再混合一次的二次回风式系统来代替和取消再热器以达到节约热量和冷量。

洁净手术室夏季二次回风空气处理过程主要有以下步骤：

(1) 根据室内冷负荷及散湿量计算夏季室内热湿比；

(2) 确定送风状态点，为同一次回风进行比较，取送风温差ΔT=4℃；

(3) 确定机器露点L。二次回风方式的机器露点确定与一次回风方式的机器露点是不相同的。在焓湿图上向下延长热湿比ε线，与φ=95%的相对湿度线交于L点，该点为机器露点L。此时，室内状态点N、送风状态点Ox、机器露点L三点在一条直线上；

(4) 确定夏季送风量、通过表冷器的风量和二次回风量；

(5) 确定夏季新风量，一次回风量和回风混合状态点Cx；

(6) 空调系统表冷器所需冷量。

二次回风系统夏季空气处理计算结果见表2。

在焓湿图上，将二次回风各状态点连起来得到二次回风系统夏季处理过程见图2。

表4 二次回风系统夏季空气处理计算结果

图2 二次回风系统夏季工况在焓湿图上的表示

根据计算结果，总风量为4579 m3/h，手术室换气次数为38.16，满足规范要求。室内送风状态点相对湿度67.3%，未超过75%的要求。

7 能耗分析

从上述计算可以看出，夏季二次回风式比一次回风节省的冷量为：24.43-16.58 = 7.85 kW。二次回风式节省了再热器的加热量，同时，通过空气表冷器处理的风量减少，因此，比一次回风式节省冷量。二次回风式的机器露点温度为13.4℃，而一次回风式的机器露点温度为14.6℃，这要求空气表冷器的冷水温度要低，这样可能影响到天然冷源的使用。若用人工冷源，则制冷机的蒸发温度降低，影响其制冷能力。冬季设计条件下，二次回风式系统的总加热量与一次回风式相等。

7.1 不同室温下能耗分析

从上述计算可以看出，二次回风比一次回风系统是节省能量的，但洁净手术室内环境是变化的，按照《医院洁净手术部建筑技术规范》室内温度范围在22-25℃。因此，对不同室温下的二次回风与一次回风系统的能耗进行了对比，见表5。

对一次回风系统与二次回风系统的夏季空气处理过程进行对比，可以得到以下结论：

(1) 手术室内设计温度的升高，两种系统的机器露点温度均升高，夏季所需制冷量均减少，一次回风系统再热量的比例随之增加。二次回风系统机器露点温度在相同的室内设计温度情况下均低于一次回风系统。手术室内设计温度提高，一次回风系统再热量占总耗能的比例也随之增大；

表5 不同室温下的能耗对比

(2) 一次回风系统的制冷量与二次回风系统的制冷量之差等于再热量，当室内设计温度降低时，一次回风系统的制冷量与再热量之差加大，采用二次回风系统节省了再热器的加热量，同时，通过空气表冷器的风量减少，并且可以减小空气表冷器的断面尺寸。

7.2 冷负荷和散湿量变化情况下机器露点和能耗的变化比较

由于手术室在手术过程中，会有医护人员和医疗仪器的进出，手术室的负荷处于变化中。因此，比较了室内设计温度24℃和湿度55%保持不变情况下，室内冷负荷与散湿量变化情况下的耗能。

从表6可以看出：

(1) 室内散湿量不变，冷负荷减少时，一、二次回风系统机器露点温度均下降，表冷器处理的空气量减少，所需的制冷量也随之下降。冷负荷增加时，机器露点温度上升，二次回风量增加。

(2) 室内冷负荷不变，散湿量减少时，一、二次回风系统机器露点温度上升，二次回风量增加。散湿量增加时，要求表冷器的除湿量增加，因此，机器露点温度下降，二次回风系统机器露点温度变化幅度明显大于一次回风系统。

表6 冷负荷、散湿量变化下的机器露点和能耗的变化

7.3 二次回风系统夏季不同室温运行费用比较

从上述计算可以看出，夏季二次回风系统比一次回风系统是节省能量的。下面对不同室温下二者的运行费用进行比较。机组能效比按照2.7计算，运行时间按每个月运行25天，每天运行12 h，电费为0.69元/kW计算，4月到9月份制冷机运行费用和节省费用为：

表7 不同室温运行费用比较

从表7中数值可以看到提高手术室内设计温度可以提高总的节省费用，不仅减少了医院的运行费用，而且还能减轻患者的经济负担。考虑到该医院共有16间手术室，若其中一部分采取二次回风系统，所节约的费用也很可观。

8 结束语

本文结合工程实例，通过计算与分析比较了洁净手术室夏季采用一次回风，二次回风在不同情况下的能耗，夏季二次回风系统设计在满足洁净手术室温湿度与送风量的前提下，可以不用再热而又节能。因此，在送风量较大，洁净手术室数量较多的医疗工程中，二次回风系统应优先采用。

[1] 中华人民共和国卫生部. GB 50333-2002医院洁净手术部建筑技术规范[S]. 2002.

[2] 中国气象局气象信息中心资料室. 清华大学建筑技术科学系著.中国建筑热环境分析专用气象数据集. 中国建筑工业出版社，2005

[3] 沈晋明. 一般手术部环境控制依据[J].洁净与空调技术，2005，(4):1-4.

[4] 杨毅，郑洁，薛琳. 洁净手术部空调系统设计探讨[J].洁净与空调技术，2004，(3):1-6.

[5] 电子工业部第十设计研究院.空气调节设计手册[M]. 第2版.北京：中国建筑工业出版社，1995.

[6] 吴莹.关于洁净手术部空调系统设计问题的探讨[J].暖通空调，2006，36(9):38-41.

[7] 胡吉士.手术室洁净空调系统热湿处理过程探讨[J].暖通空调，2001，31(5):73-75.

[8] 马仁民.空气调节[M]. 北京：科学出版社，1980.

[9] 胡吉士，奚康生，余俊祥. 医院洁净空调设计与运行管理[M].北京：机械工业出版社，2004.