洁净手术室的气流组织
过去手术室内吊挂的装置不大,也不重,在送风装置下安装的导轨宽度也窄,似乎导轨问题不大。近几年出现的复合手术室,由于移动吊挂式设备巨大,往往在送封风面下直接安装钢梁和吊轨,会将原有的集中送风装置分隔几块。这种情况还算不算集中送风?在设计、施工与验收中经常会遇到这类问题。
其实,根据气流搭接的原理,普通顶部满布高效过滤器的送风口之间还有5-10cm的无风盲区。当送风面被分隔时,只要下降气流经5倍边框宽度(盲区)以上长度,两部分气流下来后彼此搭接形成完整的送风面,就是允许的。以3m净高计算,当要求气流在人头顶上搭接时,两部分被分隔的送风面之间,盲区(导轨)宽度就不宜大于0.25m。人的平均身高+5倍盲区宽度应该小于等于3m。
在《医院洁净手术部建筑技术规范》GB50333-2013要求:当洁净手术室的集中送风面需分隔开时,应使气流在地面以上约2m高度搭接。当分隔开的送风盲区宽度为0.1-0.25m时,房间净高相应不低于2.8~3.2m。我们通过实例来解析下,这其中的原理是什么?
某医院综合楼一层原来的功能房改建为术中核磁复合手术室,改建面积约250m²,层高约5.4m,包括手术室(OR)、磁体室(DR)、操作室及其一些净化辅房。为保证术中核磁工作人员及病人需要,此区域全年满足净化无菌的医疗工艺对空调的要求。我们来看下:
术中核磁复合手术室平面
一)冷热源:
该工程夏季空调总冷负荷约138kW,冬季空调总热负荷约60kW(冬天也需要制冷,相对夏天减少50%左右)。空调冷、热源选用一台制冷量155kW,制热量125kW的,能同时供冷、供热的四管制风冷热泵机组,机组设置在大楼五层屋面。
二)净化空调系统:
为OR和DR各自设置一个独立的洁净空调系统,其余各辅助用房设置一个独立的空调系统。新风机设有粗、中效空气过滤段(按《规范》还应有亚高效过滤器)、表冷段、热水盘管段、送风机段;空调箱功能段设置有粗、中效空气过滤器、表冷段、热水盘管段、蒸汽加湿段、送风机段。各功能区域新风直接取自室外并由新风机集中处理后送入空调箱经二次处理后再送入各功能室。
三)空调水系统
采用四管制闭式循环系统,冷水泵配置两台,热水泵配置两台,冷、热水系统水泵分别为一用一备。水系统为异程式,采用平衡阀平衡系统阻力。冷、热水系统分别由两套稳压型定压罐定压补水。
四)焓湿图i-d计算及空调系统
OR与DR室内设计温度T=22℃,相对湿度中=55%,计算OR I级手术室人员12人,DR万级磁体室人员8人,采用华电源负荷计算软件(HDY-MSAD1.82)进行空调负荷计算,根据2002版《规范》确定手术室风量。
DR的冷负荷、热负荷计算
DR(Digital Radiography)的计算及空调系统∶
DR为一个净化空调系统,室内冷负荷Q=5.1kW,空调湿负荷d=0.29kg/h,门开和门闭时室内负荷变化忽略不计,万级洁净确定新风量定为800m³/h,门闭时送风量为2400m³/h,门开时送风量为3900m³/h(门开和闭合风量差值为1500立方米,可见围护结构气密性对节能的重要性)。
DR万级磁体室采用一次回风系统,新风处理到室内焓值,新风不承担室内负荷,新风空调箱仅承担新风负荷,室内循环空调箱承担全部室内冷负荷,循环空调箱在湿工况下工作,此种方式在工程设计中经常被采用。图所示为一次回风系统空气处理流程。
图 DR Ⅲ级一次回风系统 i-d 图
从i-d 图上分析,回风N点与处理后的新风L点混合,经循环空调箱冷却处理到L’点,再经再热加热到送风状态点O点。根据DR的运行特点,计算需分门闭时和门开时两种状态。
DR万级
DR一次回风系统新风预冷量、温升值
门闭时,根据 i-d 图算得
新风预冷量:
Q新=
[1.2×G×(Iw-iL)]/3600=[1.2×800×(90.44-45.22)】/3600=12kW
PS: 1.2是空气在标准状态下的密度,单位为Kg/m³,G为新风量,焓值差
再热量:
Q再=
[1.2×G×(io-iL')/3600=[1.2×2400×(38.85-35.9)/3600=2.36kW
DR净化空调箱制冷量Q=
=[1.2×G×(io-iL')]/3600=[1.2×2400×(45.22-5.9)]/3600=7.46kW
门开时,根据i-d图算得
新风预冷量Q新=[1.2×G×(iw-iL)]/3600=[1.2×800×(90.44-45.22)]/3600=12kW
再热量Q再=
[1.2×G×(io-iL')]/3600=[1.2×3900×(41.3-36.06)]/3600=6.8kW
DR净化空调箱制冷量Q=
[1.2×G×(ic-iL'/)]/3600=[1.2×2400×(45.22-36.06)]/3600=11.9kW
净化辅房的空调系统
净化辅房的计算及空调系统∶所有净化辅房为一个净化空调系统,总冷负荷Q=11.4kW,总湿负荷d=2.29kg/h,新风量定为1146m³/h,送风量为3735m³/h。
根据i-d图算得新风预冷量:
Q新风=
[1.2×G×(iw-iL)]/3600=[1.2×1146×(90.44-45.22)]/3600=17.27kw
再热量Q再=
[1.2×G×(io-iL')]/3600=[1.2×3735×(36.06-34.13)]/3600=2.4kw
R净化空调箱制冷量Q=
[1.2×G×(ic-iL')/3600=[1.2×3735×(4522-34.13)]/3600=13.8kW
OR百级手术室二次回风计算
OR百级手术室室内冷负荷Q=11.3kW,空调湿负荷d=0.6kg/h,门开和门闭时室内负荷变化忽略不计,百级手术新风量门开时定为1200m³/h,门闭时定为2400m³/h,手术室控制区2.6m×2.4m,手术室控制区送风量11000m³/h。
OR I级手术二次回风系统i-d图
OR采用的是二次回风系统,从id图上分析(如上图),一次回风N点与处理后的新风风L点混合,经循环空调箱冷却处理到L'点,再与二次回风N混合至送风状态点O点。
根据OR的运行特点,计算同样需分为门闭时和门开时两种状态。
门闭时,根据i-d图算:
新风预冷量:
Q=[1.2*G(iw-iL)/3600=[1.2*1200*(90.44-45.22)]/36O0=18KW
OR空调箱制冷量:
Q=[1.2*G*(ic-iL')1/3600=[1.2*11000*(45.22-35.73)]/3600=34.8kW
门开时:根据i-d图算:
新风预冷量:
Q新=
[1.2*G*)iw-iL))]/3600=[1.2*2400*(90.44-45.22)]/3600=36kw
OR空调箱制冷量Q=
[1.2*G*(Ic-iL')]/3600 = [1.2*11000*(45.22-36.73)]/3600=34.8kW
数据对比
为了方便比较,我们把OR I级手术室也做了一次回风系统的计算,根据i-d图,其再热量可算得
Q再 = [1.2*G*(Io-iL')]/3600 = [l.2*11000*(42.02-36.12)]/3600 = 21.6kW,如果OR采用一次回风,那么相对于DR其再热量要高出很多。
由此可看出,I级手术室采用二次回风系统运行能耗比一次回风系统下降很多。没有再热产生的冷热抵消的浪费。
新风处理:DR、OR及净化辅房的新风均由一台新风机组集中处理新风到室内焓值再送至三个净化空调箱内。项目总新风量4346m³/h。由室外新风机处理至室内的等焓点送往空调箱。
净化空调系统图如图所示。