一、潔凈手術室空調系統(tǒng)方案現(xiàn)狀
根據(jù)調査，目前大多數(shù)潔凈手術室空調系統(tǒng)的處理方案為：手術室新風空調系統(tǒng)集中處理，循環(huán)空調系統(tǒng)釆用一次回風或二次回風系統(tǒng)，溫濕度實行冗余控制。由于醫(yī)院手術室由不同級別的手術室組成，潔凈度等級不同造成送風量相差很大，而且不同級別手術室的送風狀態(tài)點不同，難以組成一個空調系統(tǒng)，或者說找不到集中新風空調系統(tǒng)的共同送風狀態(tài)點。為了滿足不同級別手術室的使用要求，通常由新風空調系統(tǒng)集中處理新風，與手術室回風混合后送入循環(huán)空調箱內進行冷卻、加熱、加濕處理，循環(huán)空調系統(tǒng)采用一次回風加再熱系統(tǒng)（見圖1），這是一種所需風量與溫濕度耦合的處理方案，也是Z成熟，但Z耗能的方案。其最大的缺陷是沒有將溫度和濕度分開獨立控制， 當負荷變化時，或者不同級別的手術室溫濕度變化時，各手術室溫 濕度（尤其是相對濕度）很難達到《規(guī)范》中技術指標的要求，在實際應用中也證明了這一點，如出現(xiàn)手術室濕度超標、能耗大等問題。

一次回風加再熱系統(tǒng)方案的空調系統(tǒng)耗冷量

 
典型冗余控制空調系統(tǒng)圖

 

二、潔凈手術室空調系統(tǒng)方案確定
1.潔凈手術室空調方案
為了有效控制潔凈手術室環(huán)境，實現(xiàn)手術室空調系統(tǒng)節(jié)能的目的，《規(guī)范》第8.1.1條規(guī)定，“潔凈空調系統(tǒng)應使?jié)崈羰中g部整體處于受控狀態(tài)，并應使各潔凈手術室靈活運行“；第8.1.3條規(guī)定，“I、II級潔凈手術室與負壓手術室應每間釆用獨立凈化空調系統(tǒng)， III、IV級潔凈手術室可2~3間合用一個系統(tǒng)"；第8.1.6條規(guī)定，有條件時，宜釆用新風濕度優(yōu)先控制模式"。根據(jù)《規(guī)范》要求， 潔凈手術室空調系統(tǒng)應該由集中新風空調系統(tǒng)（新風機組）和手術 室空調系統(tǒng)（循環(huán)機組）共同組成，并且《規(guī)范》還強調了新風濕度優(yōu)先控制與各手術室靈活使用的要求?；诟鳚崈羰中g室的使用特點以及對《規(guī)范》的理解，潔凈手術室空調系統(tǒng)應釆用集中新風空調系統(tǒng)消除手術室內濕負荷，循環(huán)空調系統(tǒng)調節(jié)手術室內溫度，2個系統(tǒng)分別對手術室內溫度和濕度進行獨立控制，使?jié)崈羰中g部整體處于受控狀態(tài)，各手術室靈活使用。 
2.潔凈手術室基本參數(shù)
以某一家三級甲等醫(yī)院的潔凈手術部為例，I級潔凈手術室面積50㎡高3m，裝備有麻醉機、呼吸機、電刀等醫(yī)療設備。潔凈手術室設計要求為：室內溫度t=24°C，相對濕度=50%，手術室 人員14人，手術室設在3層，上層為技術夾層。經(jīng)計算，手術室內冷負荷為7.4 kW，濕負荷為2.3kg/h，根據(jù)《規(guī)范》技術指標要求， I級潔凈手術室控制區(qū)送風量為10000m3/h，最小新風量為1000m3/h，手術室控制區(qū)尺寸為2.6 mx2.4 m，正壓風量為500m3/h，排風量為500m3/h。
3.潔凈手術室空調系統(tǒng)溫度濕度獨立控制方案
根據(jù)以上闡述，潔凈手術部凈化空調系統(tǒng)釆用溫度濕度獨立控制（見下圖），其特點是：潔凈手術部內各手術室新風處理后狀態(tài)點相同，并且是恒定的。各手術室循環(huán)空調系統(tǒng)自成獨立系統(tǒng)，而且各手術室也可以靈活使用。
溫度濕度獨立控制空調系統(tǒng)圖

 

潔凈手術部新風集中設置，有利于滿足各手術室的正壓要求，保證各手術室的壓力梯度。循環(huán)空調系統(tǒng)保證手術室的潔凈度，避免空氣交叉感染。排風釆用獨立系統(tǒng)，并且與手術室自動門聯(lián)鎖，當手術室門關閉時排風系統(tǒng)自動開啟，使手術室始終處于正壓受控狀態(tài)，各手術室也可以靈活使用。由于新風空調系統(tǒng)承擔手術室內全部濕負荷，新風空調箱冷卻盤管的冷卻除濕能力加大，要求進表冷器的冷水溫度降低。當表冷器冷水進水溫度達不到要求時，可釆用直接蒸發(fā)冷卻器進行二級冷卻處理。
4.潔凈手術室空調送風狀態(tài)點確定
潔凈手術部（室）基本沒有外圍護結構，屬于建筑物內區(qū)，其室內熱濕負荷幾乎不受外界氣候條件等因素的影響，因此手術室內人員數(shù)量、照明強度、狀態(tài)點相同并且是恒定的，各手術室循環(huán)空調系統(tǒng)自成獨立系統(tǒng)，而且各手術室也可以靈活使用。荷幾乎不受外界氣候條件等因素的影響，因此手術室內 人員數(shù)量、照明強度、醫(yī)療設備發(fā)熱量是影響手術室熱濕負荷變化 的主要因素，這也反應了手術室負荷的特點，即濕負荷相對穩(wěn)定， 而冷熱負荷瞬間變化較大。根據(jù)《規(guī)范》技術指標要求計算得出I級潔凈手術室送風量L=10000m3/h，熱濕比e=1100kf/kg，手術室送風量是一個定量，因此送風狀態(tài)點也就確定了。通過計算，送風狀態(tài)點比焓45.76KJ/kg。
5.潔凈手術室的h-d圖分析
潔凈手術部新風集中處理，新風處理到公共狀態(tài)點（其含濕量小于手術室內含濕量）, 循環(huán)空調系統(tǒng)各級別手術室分別獨立處理。夏季，新風處理到L1點（公共狀態(tài)點），新風處理狀態(tài)點由do=dn—W/1.2L（其中 do 為送風含濕量，dn 為室內含濕量，W為濕負荷）確定。由于手術室的濕負荷主要是人員散濕，在手術過程中，室內人員是固定的，因此室內濕負荷基本恒定，所以L1 點基本是固定的。由于Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ級手術室濕負荷不同，因此含濕量差 Δd 也不同，確定的公共狀態(tài)點能保證不同級別手術室的室內溫濕度在《規(guī)范》許可范圍內即可。
由于新風需從Ｗ點處理到 L1 點，一級表冷器往往難以實現(xiàn)，因此通常采用兩級表冷器來處理，第一級表冷器將新風由Ｗ點冷卻到 L點（一般為室內狀態(tài)點的等焓線與相對濕度95％線的交點），第二級表冷器將新風由 L 點冷卻到 L1 點。由于兩個表冷器處理后的出風溫度不同，所以其所需的冷水進水溫度也不同（通常表冷器冷水進水溫度比出風溫度低 4 ℃左右）。在一個集中空調系統(tǒng)內要提供兩種不同的冷水溫度，水系統(tǒng)比較復雜也不太經(jīng)濟，通常第一級表冷器采用集中空調系統(tǒng)提供冷源（或采用獨立冷源——多功能熱泵），第二級表冷器采用直接蒸發(fā)盤管。根據(jù)各手術室的控制調節(jié)需要，需將新風從 L1 點加熱至 T 點，循環(huán)風由 N 點冷卻到 K 點，與處理到 T 點的新風在手術室送風靜壓箱（送風天花）內混合到O點后送入手術室內。
此方案新風空調箱承擔了降溫除濕功能，循環(huán)空調箱在干工況狀態(tài)下運行，可減少細菌滋生繁殖，對控制手術室內無菌環(huán)境十分有利，而且簡化了空調系統(tǒng)控制。當手術室內顯熱變化時，控制循環(huán)空調箱進行加熱或降溫處理，而且循環(huán)空調箱控制溫度反應速度較快，控制精度也較高。
溫濕度獨立控制夏季處理過程h-d圖

冬季，新風從W點加熱到H點（在L1點的等溫線上），再等溫加濕到與公共狀態(tài)點 L1，并根據(jù)各手術室的控制調節(jié)需要，將新風從 L1 點加熱至 T 點，循環(huán)風加熱到 M 點，與加熱至 T 點的新風在手術室送風靜壓箱內混合到O點后送入手術室內。新風空調箱承擔加熱、加濕功能。當手術室進行制熱或制冷功能轉換時，新風的共同送風狀態(tài)點始終維持不變，空調系統(tǒng)轉換簡單，使用靈活方便。
綜上所述，新風空調箱對新風進行冷卻、再熱（夏季）或加熱、加濕（冬季）處理到一個共同的送風狀態(tài)點，循環(huán)空調箱對室內回風進行冷卻（加熱）處理；集中新風系統(tǒng)與室內循環(huán)系統(tǒng)互不干擾，控制系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。
溫濕度獨立控制冬季處理過程 h-d圖

三、潔凈手術室空調系統(tǒng)溫度濕度獨立控制實現(xiàn)
潔凈手術室空調系統(tǒng)溫度濕度獨立控制實現(xiàn)通過以上分析可知，在潔凈手術部實現(xiàn)溫度濕度獨立控制的關鍵是：手術室溫濕度有一個允許偏差范圍（符合《規(guī)范》要求），且各手術室均有一個合適的新風處理狀態(tài)點（公共點），并且新風系統(tǒng)能帶走系統(tǒng)內所有濕負荷。滿足以上三個條件，溫度濕度獨立控制方案可在醫(yī)院手術部空調系統(tǒng)中推廣使用。
以某一家三甲醫(yī)院的潔凈手術部為例，潔凈手術部內有Ⅰ級手術室 2 間、Ⅱ級手術室 2 間、Ⅲ級手術室 12 間。
潔凈手術室設計參數(shù)

 
夏季各級手術室空調耗冷量
 

由上表可以看出，手術部內不同級別手術室的溫濕度均有一個允許偏差范圍（t=21~ 25 ℃，φ=30%~0%），各手術室熱濕比相差不大（ε 約在 11000~12000kJ/kg之間），且新風集中處理后的機器露點（10 ℃）能滿足各級手術室的除濕要求。由此可見，手術部內各手術室均滿足以上三個基本條件，可以采用溫度濕度獨立控制、新風濕度優(yōu)先控制模式。
四、空調系統(tǒng)溫濕度獨立控制方案節(jié)能分析
目前手術室空調系統(tǒng)廣泛釆的一次回風加再熱系統(tǒng)或二次回風系統(tǒng)，是一種不節(jié)能的空調系統(tǒng)。溫度濕度獨立控制、新風濕度先控制是一種節(jié)能模式。從h-d圖上分析，從L1點加熱到T點，可利用余熱、廢熱進行加熱，如可釆用多功能熱泵機組的回收熱，也可以釆用直接蒸發(fā)冷卻器的冷凝熱，實現(xiàn)真正意義上的節(jié)能。
以某一家三甲醫(yī)院潔凈手術部的16間潔凈手術室為例，將傳統(tǒng)的一次回風加再熱方案和溫度濕度獨立控制方案進行比較，結果如表所示。

 

經(jīng)計算，醫(yī)院16間潔凈手術室，釆用一次回風加再熱方案，總冷量約為439kW，每年運行1500h，年耗能65.85萬kW-h電；釆用溫濕度獨立控制方案，總冷量約為281kW,每年運行1500 h,年耗能42.15萬kW-h電。兩方案比較，后者比前者每年少用電 23.7萬kW-h,節(jié)能率約為36%。
五、結論
目前潔凈手術室空調方案釆用新風集中處理、一次回風加再熱模式，是一種十分耗能的方案，二次回風系統(tǒng)雖然可降低一部分能耗，但控制調節(jié)困難，常常需要采用輔助電加熱器調節(jié)，實行運行節(jié)能效率并不顯著。溫度濕度獨立控制、新風濕度優(yōu)先控制空調系統(tǒng)特別適宜發(fā)濕量比較穩(wěn)定、溫濕度控制精度要求不太高的手術室。空調系統(tǒng)釆用溫度濕度獨立控制，新風空調系統(tǒng)帶走手室內全部濕負荷，循環(huán)空調系統(tǒng)承擔室內冷熱負荷，實現(xiàn)了真正意義上的新風濕度優(yōu)先控制模式，而非傳統(tǒng)的自動控制層面上的濕度 信號先行控制模式。釆用溫度濕度獨立控制手術室空調系統(tǒng)，處理新風熱濕負 荷時，要求有低于手術室內露點溫度的低溫冷水，而處理手術室內 熱負荷時，僅要求冷水溫度低于手術室內干球溫度。當潔凈手術部空調系統(tǒng)無獨立冷熱源，需外部供給站接入， 冷水出水溫度超過7 °C時，該空調系統(tǒng)方案新風第二級處理可釆用 直接蒸發(fā)冷卻器；循環(huán)風冷卻器可釆用較高溫度的冷水，有利提高 冷水機組(熱泵)的能效比。