CN111237901B - 用于层流手术室定温送风的净化空调*** - Google Patents

用于层流手术室定温送风的净化空调*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于层流手术室定温送风的净化空调***，包括：包含中空围护隔层板壁的手术室围护、层流送风装置、回风口；定温送风净化空调机组；调节中空围护隔层板壁内表面温度的循环空调机组。提出保证层流送风的净化效果优先，改变常规的评价指标以及传统的温湿度优先的调节措施，用集中空调送风机组优先除去室内湿负荷，以设定阈值温度向手术室送风，使得手术室内保护区域最大、气流质量最佳。在保证手术室围护表面不结露的前提下，调节中空围护隔层板壁的辐射换热量消除显热负荷，控制目标以患者体感舒适度为主，室内温湿度为辅，减少了能耗。本发明提出空气媒介的辐射板壁，避免了水损风险，维持室内最佳的无菌、洁净、舒适的手术环境。

Description

用于层流手术室定温送风的净化空调***
技术领域
本发明涉及空调技术领域，尤其涉及用于层流手术室定温送风的净化空调***。
背景技术
层流送风广泛用于净化空调领域，层流是一种约定的俗称，不同的标准被分别称为单向流、低湍流度置换流或非诱导送风气流。
按传统理论，评价超净层流送风质量主要指标分别为送风气流的流向单一性、流线平行度、断面风速均匀性。这三大评价指标能评价气流排除污染的能力，以及对关键部位净化的有效性。但这些评价指标主要针对全室层流(即送风面积与房间天花面积几乎等同)，通常层流的断面风速较大，一般为0.5m/s左右。
但是洁净手术室常常在手术台上方采用局部的超净层流送风，根据我国GB50333-2013《医院洁净手术部建筑技术规范》规定的Ⅰ级洁净手术室的送风面积为2.4m×2.6m，送风速度为0.2-0.25m/s。美国ASHRAE170-2017标准《医疗设施通风》中规定手术室的送风口每边要比手术台面的每边大0.3m到0.45m(送风面积约为1.2m×2.4m-1.5m×2.7m)，送风速度仅为0.127-0.178m/s。
不同于全室层流，洁净手术室采用局部层流，周边区较污染的空气会被引射到层流气流中，使得洁净气流形成的洁净无菌区域缩小。另外，局部层流断面风速小，易受周围气流干扰，以及受到送风与室内温度差的影响。因此，不能用传统三大评价指标评价超净局部层流送风对关键区域保护的有效性，而应该基于气流流量、流动方向和温度效应三大因子的合理组合。特别对于手术室如此低速的局部层流送风，必须考虑送风温度效应。利用送风气流温度低于室内温度，形成的空气密度差异，使送风气流送达手术部位(见附图2)。附图2中虚线部分显示了理想的无菌、无尘的保护区。当然，送风温度也不能太低，否则温度效应反而使局部层流形成的保护区域缩小(见附图3虚线部分)。这就是说，送风温度对局部层流形成的保护区域大小与气流质量相关。尽管各国标准或规范要求手术室温度均在21～25℃之间，实际运行中通常将手术室温度控制在22～24℃范围内。依据我们的科研积累以及国外文献的报导，在送风温度不高于室温前提下，送风温度为21℃-22℃时对局部层流形成的保护区域最大、气流质量最佳。
由于被调空间内的热湿负荷时时变化，传统净化空调***通常采用调节措施不外乎变化送风温度或变化送风流量，来维持被调空间的温度、湿度稳定。对于有洁净度级别的被调空间，由于洁净度与送风量(或换气次数)相关，只能采用变化送风温度，而不能变化送风量的调节措施。如上所述，变化送风温度就会影响局部层流送风效果。这就是目前Ⅰ级洁净手术室普遍存在的问题，层流形成的手术保护区域大小与气流质量随送风温度变化而变化，难以控制，甚至在冬季由于送风温度高于室内温度，造成送风气流送不下来，悬浮在上方，无法形成保护区。不仅不能满足医护人员舒适的环境，而且更为严重的会加大手术部位感染的风险。
为此，我国GB50333-2013《医院洁净手术部建筑技术规范》中第8.1.2要求“在手术进行过程中，Ⅰ级～Ⅲ级洁净手术室净化空调***宜能够在低于室温状况下运行”，但没规定送风温度。为了保证在冬季工况中洁净手术室净化空调***能够在低于室温状况下运行(即送风温度低于室内温度)，需要消除热负荷。
发明内容
本发明的目的在于提供用于层流手术室定温送风的净化空调***，优先保证层流送风净化效果，送风温度阈值固定，实现最大的保护区域与最佳的气流质量。并采用空气媒介的辐射板壁实现室内人员舒适的体感。
实现上述目的的技术方案是：
一种用于层流手术室定温送风的净化空调***，包括：
包含中空围护隔层板壁的手术室围护，该手术室围护包括围墙和顶板；
设置在手术床正上方的所述顶板上的层流送风装置；
设置在手术床的长边两侧的所述手术室围墙上的多个回风口；
送风侧连通所述层流送风装置，回风侧连通各所述回风口，并且将送风温度稳定在预设温度阈值的定温送风净化空调机组；以及
采用空气媒介调节所述中空围护隔层板壁内表面温度的循环空调机组。
优选的，除以空气媒介对所述中空围护隔层板壁表面温度进行调节的循环空调机组外，也可采用水媒介或冷媒媒介装置对所述中空围护隔层板壁进行表面温度调节。
优选的，层流手术室除采用所述中空围护隔层板壁进行辐射换热方式消除余热外，也可以采用在局部层流区外、靠近四周围护另设循环风的送风口与回风口进行送回风，用对流换热方式消除余热。
优选的，所述中空围护隔层板壁为围墙板壁或吊顶板壁。
优选的，所述余热消除装置为循环空调机组，该循环空调机组的两端均连通所述中空围护隔层板壁内部。
优选的，所述循环空调机组还可以通过管路与外界新风相通，并有相应排风。
优选的，所述循环空调机组的送风侧设置冷却/加热盘管，也可以在所述循环空调机组的进风侧设置冷却/加热盘管。
优选的，所述定温送风净化空调机组的进风侧由外向内设置压力无关新风阀和粗效过滤器；在送风侧由内向外依次设置均流装置、中效过滤器、冷却盘管、加热盘管和加湿器；在回风侧设置有连通所述回风口的压力无关回风阀，以及连通排风口的压力无关排风阀。
优选的，所述中空围护隔层板壁的外侧面铺绝热层，内侧面直接暴露在手术室内。
优选的，所述预设温度阈值为21℃～22℃。
优选的，所述定温送风净化空调机组配置粗效空气过滤器与高中效空气过滤器二级过滤，可依据当地大气环境状况，改变空气过滤器的级别与级数，也可增添活性炭等消除有害气体的装置。
优选的，所述定温送风净化空调机组可以采用一次回风空气处理方式，也可采用二次回风空气处理方式。
本发明的有益效果是：本发明鉴于传统洁净手术室层流送风的不足，突破常规的评价指标以及传统的温湿度优先的调节措施。优先保证层流送风净化效果，实现最大的保护区域与最佳的气流质量。本发明不同于传统空调***优先保证温湿度控制措施，将送风温度阈值恒定在21℃-22℃，且保持送风量不变。采用湿度优先控制思路，室内热湿负荷变化时，余湿负荷靠集中空调的送风优先除去，显热负荷在优先保证围护壁面不结露的前提下调节手术室围护表面温度。不同于传统方式，采用向中空隔层的围护板壁中送空调风，使板壁产生热(冷)辐射来消除余热。由于辐射换热穿透空气直接作用于人体，相对当于传统的对流换热来说，人体反应快，体感舒适。因辐射不能直接对空气进行换热，只能通过围护表面传导与对热对室内空气换热，特别对本发明的低温辐射围护，改变室内空气温度变化缓慢。为此，本发明改变传统的以控制室内温度为主的思路，提出以人体体感为主。如室内温度在辐射换热作用下缓慢地达到控制要求时，人体体感早已感到舒适，且能耗大。本发明基于低温辐射围护和室内温度对人体体感相关度的科研积累，提出当将传感器直接设置在回风口时，在夏季工况室温控制可以提高0.5℃，在冬季工况室温控制可以降低0.5℃状态下节能运行。采用空气媒介的辐射板壁，还可以避免手术室水损风险，维持室内最佳的手术环境。
附图说明
图1是本发明的用于层流手术室定温送风的净化空调***的结构图；
图2是手术室内理想的保护区域的示意图；
图3是手术室内缩小后的保护区域的示意图；
图4是本发明中定温送风净化空调机组的具体控制流程图；
图5是本发明中循环空调机组的具体控制流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
请参阅图1，本发明的用于层流手术室定温送风的净化空调***，包括：包含中空围护隔层板壁3的手术室围护、连接手术室中空围护隔层板壁3的循环空调机组1、定温送风净化空调机组2、层流送风装置5和多个回风口6。图1中净化空调机组2定温送风SA到层流送风装置5，并在手术室多个回风口6回风RA到机组，一部分作为排风EA排到室外，另一部分与室外新风FA混合后进行空气处理后再送到手术室内。循环空调机组1将送风XSA至中空围护隔层内调节板壁表面温度后，回风XHA到循环空调机组1。
手术室围护包括围墙和顶板，中空围护隔层板壁3为隔墙板壁或吊顶板壁。从而围成手术室。层流送风装置5设置在手术床4正上方的手术室的顶板上。回风口6设置在手术床4的长边两侧的手术室围墙上。例如：本实施案例为国标GB50333-2013《医院洁净手术部建筑技术规范》规定的Ⅰ级洁净手术室，室内面积为36m2，手术床4正上方设置层流送风装置5的尺寸为2.6m×2.4m，送风量为9000m3/h，新风量900m3/h，排风量为500m3/h，差值风量为400m3/h，室内维持正压5Pa。沿手术床4的长边所对两侧墙下方设置4个回风口6回风，回风量8100m3/h。室内设定温度22℃～24℃，相对湿度30％～60％，定温送风温度为21℃～22℃。室内设置温湿度传感器。由于辐射换热直接作用于人体，相当于对流换热来说，人体反应快，体感舒适。如果手术室室温原设定为23℃。本实施案例的夏季工况可以设定在23.5℃，冬季工况可以设定22.5℃，手术医护人员、麻醉医生和患者就可以同时达到舒适的体感温度，且十分节能。
中空围护隔层板壁3的外侧面铺绝热层，内侧面暴露在手术室内。根据换热需要的辐射面积，可以优先用做围墙板壁，辐射面积不够时也可以增加做吊顶壁板。
定温送风净化空调机组2的送风侧连通层流送风装置5，并且回风侧连通各回风口6，将送风温度稳定在预设温度阈值(21℃～22℃)。定温送风净化空调机组2的进风侧由外向内设置压力无关新风阀和粗效过滤器；在送风侧由内向外依次设置均流装置、中效过滤器、冷却盘管、加热盘管和加湿器；在回风侧设置有连通回风口6的压力无关回风阀，以及连通排风口的压力无关排风阀。
定温送风净化空调机组2配置粗效空气过滤器与中效空气过滤器二级过滤。可依据当地大气环境状况，改变空气过滤器的级别与级数，也可增添活性炭等消除有害气体的装置。
定温送风净化空调机组2采用一次回风冷却除湿后再加热的空气处理过程。送风管设置温度传感器。全年工况的控制方式为，手术室内相对湿度传感器控制冷却盘管和加湿器，送风温度传感器和室内温度传感器控制冷却盘管和加热盘管。手术室内的回风与室外新风混合后，流经冷却盘管、加热盘管和加湿器，按需要分别进行分别冷却除湿，降温，加热和加湿等处理过程，除湿量由室内相对湿度传感器控制冷却盘管水量确定，保持相对湿度稳定在50％。在冷却盘管关断后，或者冷却盘管的使用来自于降温的需求，与此同时室内相对湿度低于30％，室内相对湿度传感器开始控制加湿器，维持室内30％的相对湿度。降温由送风管的温度传感器和室内温度传感器共同控制，通过控制冷却盘管水量进行降温。在冷却盘管关断后，或者冷却盘管的使用来自于除湿的需求，与此同时送风温度低于21℃，加热盘管开始工作，调节加热水量，在不高于室温的前提下，保持送风温度稳定在21～22℃之间。具体过程如图4所示。
循环空调机组1采用空气媒介调节中空围护隔层板壁3的内表面温度，消除室内余热。余热消除装置也可以选用多种形式，例如：余热消除装置采用水媒介或冷媒媒介对中空围护隔层板壁3进行换热。
而本实施例中，余热消除装置为循环空调机组1，该循环空调机组1的两端均连通中空围护隔层板壁3的内部，向其中送风。循环风量1000m3/h。循环空调机组1的送风侧设置冷却/加热盘管。循环空调机组1设置围护壁面温度传感器和室外温度传感器，循环风的温度由手术区内的温度传感器与围护壁面的温度传感器共同控制，根据室内的露点温度，在优先保证围护壁面不结露的前提下调节循环空调机组1内盘管水量来控制围护壁面温度。循环风使得板壁表面产生辐射换热，消除室内显热(冷)负荷。由于辐射换热对人体的舒适性来说高于传统的对流换热，使得室内的手术团队处于更舒适的工作状态。由于循环空调机组1对中空围护隔层板壁3内腔进行闭合自循环，中空围护隔层板壁3内腔内维持零压，不会对手术环境渗漏干扰。
循环空调机组1也可以是一个开式***，即有管路与外界新风相同，在合适的气象条件下可以引入部分直至全部室外新风进入，也有相应排风，维持中空围护隔层板壁3内腔零压，以降低循环机组运行能耗。
全年工况的控制方式为，手术区的露点温度定义了围护壁面的最低温度，在室内参数处于上限时，设定温度24℃，相对湿度60％时，露点温度为15.8℃。在室内参数处于下限时，室内设定温度22℃，相对湿度30％时，露点温度为3.6℃。循环机组的最低送风温度，依据当下手术区的实时露点温度在3.6℃～15.8℃之间再设定。当手术区内温度高于设定温度时，降低围护壁面的温度设定值，增加冷辐射换热量。当手术区内温度低于设定温度时，提高围护壁面的温度设定值，减少冷辐射换热量。在冷水量为零时，围护壁面的温度仍然无法达到设定值，循环空调机组切换成热水加热模式，维持围护壁面的温度设定值，增加热辐射换热量。具体过程如图5所示。
如果手术室处于空调内区，手术区内温度传感器控制循环空调机组有可能在手术室刚开始做1-2台手术时向中空围护隔层板壁送风时送热风，继而手术区内温度传感器又有可能控制循环空调机组送冷风。
以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。

Claims (8)

1.一种用于层流手术室定温送风的净化空调***，其特征在于，包括：
包含开式中空围护隔层板壁的手术室围护，该手术室围护包括围墙和顶板；所述开式中空围护隔层板壁的外侧面铺绝热层，内侧面直接暴露在手术室内；
设置在手术床正上方的所述顶板上的层流送风装置；
设置在手术床的长边两侧的所述手术室围墙上的多个回风口；
送风侧连通所述层流送风装置，回风侧连通各所述回风口，并且将送风温度稳定在预设温度阈值的定温送风净化空调机组；以及
采用空气媒介调节所述开式中空围护隔层板壁内表面温度的余热消除装置；
所述预设温度阈值为21℃～22℃；
所述余热消除装置为循环空调机组，该循环空调机组的两端均连通所述开式中空围护隔层板壁内部；
所述循环空调机组还通过管路与外界新风相通，并有相应排风；
层流手术室除采用所述开式中空围护隔层板壁进行辐射换热方式消除余热外，还采用在局部层流区外、靠近四周围护另设循环风的送风口与回风口进行送回风，用对流换热方式消除余热。
2.根据权利要求1所述的用于层流手术室定温送风的净化空调***，其特征在于，采用水媒介或冷媒媒介装置替代所述空气媒介对所述开式中空围护隔层板壁进行表面温度调节。
3.根据权利要求1所述的用于层流手术室定温送风的净化空调***，其特征在于，所述开式中空围护隔层板壁为围墙板壁或吊顶板壁。
4.根据权利要求1所述的用于层流手术室定温送风的净化空调***，其特征在于，所述循环空调机组的送风侧设置冷却/加热盘管，在所述循环空调机组的进风侧设置冷却/加热盘管。
5.根据权利要求1所述的用于层流手术室定温送风的净化空调***，其特征在于，所述定温送风净化空调机组的进风侧由外向内设置压力无关新风阀和粗效过滤器；在送风侧由内向外依次设置均流装置、中效过滤器、冷却盘管、加热盘管和加湿器；在回风侧设置有连通所述回风口的压力无关回风阀，以及连通排风口的压力无关排风阀。
6.根据权利要求1所述的用于层流手术室定温送风的 净化空调***，其特征在于：所述定温送风净化空调机组配置粗效空气过滤器与高中效空气过滤器二级过滤，依据当地大气环境状况，改变空气过滤器的级别与级数，增添活性炭消除有害气体的装置。
7.根据权利要求1所述的用于层流手术室定温送风的 净化空调***，其特征在于：所述定温送风净化空调机组采用一次回风空气处理方式，或采用二次回风空气处理方式。
8.根据权利要求1所述的用于层流手术室定温送风的 净化空调***，其特征在于：所述循环空调机组在合适的气象条件下引入部分直至全部室外新风进入所述开式中空围护隔层板壁，也有相应排风，维持所述开式中空围护隔层板壁内腔零压，以降低所述循环空调机组运行能耗。
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