净化手术室装修设计

公司主要从事净化工程咨询、净化工程设计施工(手术室净化、层流手术室、净化手术室、十万级净化车间、无菌实验室以实验台)及配套净化装饰工程的专业公司，专为医药、医院、生物制药GMP净化、精密电子、食品、化学、生物、研究院所及其它高科技尖端行业等领域净化设计施工、测试、维护，并且提供与洁净室相关的材料、设备、监测装置及家具等。河南晶立方净化工程有限公司，成立于二零一八年，注册资金五百万元，以“科技为先，以人为本”的经营宗旨；“立足河南，服务全国”的经营理念。公司将秉持初心、 诚信做人、严谨做事、谒诚为广大新老客户提供贴心服务，实实在在专业化的设计施工，为您实现**蓝图。
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手术室净化标准和空调系统机组配置
    1　净化手术室送风量的确定
    净化手术室送风量与手术室大小及送风形式有关,目前国内设计人员通常根据标准或规范的规定计算净化空调系统的设计风量。
    1. 1 　根据《医院洁净手术部建设标准》[1]计算设计送风量(见表1)
     1. 2 　根据《*医院手术部建筑技术规范》[2]计算设计送风量
    局部百级手术室(环境1000级) 送风量为20412～6415 m3/h;1000级手术室换气次数为每小时55次,送风量为6237～3119m3/h;万级手术室换气次数为每小时33次,送风量为3402～1701m3/h;10万级手术室换气次数为每小时20次,送风量为2268～1134m3/h。

    1. 3 　根据《综合医院建筑设计规范》[3] 并参照《洁净厂房设计规范》[4]计算送风量

    局部百级手术室送风量与1.2节相同;1000 级手术室送风量为6816～2614m3/h;万级手术室送风量为3718～1426m3/h;10万级手术室送风量为2479～950 m3/h。

    2 　净化手术室空调系统设计

    2. 1 　净化手术室空调系统风机
    医院净化手术室空调系统中一般设三级空气过滤装置,**级设置在新风口处,为新风空气过滤器;*二级设置在空调机组的正压段内,属中效过滤器,是末级高效过滤器的预过滤器;末级设置在系统末端的送风口处,为高效过滤器。文献[4]*5. 4. 6 条规定:“送风机可按净化空气调节系统的总风量和总阻力值进行选择。中效、高效空气过滤器的阻力宜按其初阻力的两倍计算。”这条规定与空气过滤器的使用期限的定义是一致的,当空气过滤器积尘量达到标准容尘量时,其阻力即为终阻力,通常定义为初阻力的2倍。文献[5 ]指出:“在标准容尘量之下时,或者阻力增值不**过初阻力1 倍时,近似把这种增值关系看成直线关系,产生误差不大。”因此将终阻力减小必将缩短空气过滤器的使用期限。终阻力减小的幅度与初阻力的比值与使用期限缩短时间成正比。因此为保证各级空气过滤器正常的使用期限不变,确保净化空调系统不因频繁地更换空气过滤器而影响正常运行,在确定送风机风压时,考虑空气过滤器因积尘而产生的附加阻力是十分必要的。


    一般手术室净化空调系统中,系统阻力应包括以下主要部分:

    a) 空调机组机内阻力,1台10000m3/h送风量的机组机内空气阻力可达420～450Pa[6];

    b) 空调机组余压,其大小为末级高效过滤器终阻力(高效B类为500Pa) 加上送风系统管路和各部件的阻力(约200～250Pa)。

    由此可见采用单风机的组合式空调机组,所配风机的全压应为1150～1200Pa。

    2. 2 　净化空调系统运行风量的变化及对策

    为了保证手术室内的洁净环境,系统恒定风量送风非常重要。在净化空调系统中,空气过滤器积尘量的变化会引起阻力的变化,在常规系统中其变化量可达330Pa,约占送风机风压的28%,以系统管路阻力与风量呈二次幂关系变化计算,如果机组按文献[4]的规定留有足够的余压,在各过滤器初始运行时系统风量会产生13%的增量。这会产生一些负面影响:首先,对于垂直单向流送风Ⅰ级手术室来讲,空气流经多孔口送风天花板时雷诺数Re可能**过1500[7],有可能引起此处的层流工况发生变化,从而影响单向流的平行度并增加送风的扰动。再则,送风量的增加也会缩短高效空气过滤器的使用期限。文献[5]指出,当通过高效空气过滤器的风量为额定风量的1.25 倍时,其使用期限缩短为额定使用期限的0.59 倍。并且风量过大也会造成不必要的能量消耗及增加运行费用。


    相反如果机组不按文献[4]的规定留有足够的余压,随着各级过滤器的积尘增加,管路系统阻力不断增加,其结果是系统风量降低而无法保证洁净室内必需的送风量,也就无法保证室内洁净度。


    在净化系统中,风压风量变化很大,单纯靠风阀调节是很难奏效的。而且用风阀调节风量会产生较大的再生噪声,影响系统的正常运行。


    对此,可以采用变频控制技术使风机的运行工况与系统管路的运行特性相匹配,以确保系统恒定风量送风。


    2. 3 　净化系统的机组配置


    文献[1]*25条中要求“各洁净手术室宜采用独立设置的净化空调机组, Ⅲ、Ⅳ级洁净手术室允许2～3间合用一个系统”,下面对各净化等级手术室的机组配置作具体分析。


    对于Ⅰ级手术室(手术区100 级,周边区1000 级),其送风量一般均在6000m3/h以上,机组余压约700～750Pa,净化空调机组内阻力约420Pa ,所配风机全压应为1120～1170Pa。


    对于中、小Ⅱ级手术室( 手术区1000 级, 周边区10000级),其送风量在2800～2177m3/h之间,要求所配风机全压在1100Pa左右,此时,风机的比转数(SI 制)为9.23～8.14。


    当前我国各厂家生产的组合式空调机组大多以10000m3/h风量为起点,少数有以6000m3/h风量为起点的,小于6000m3/h风量的组合机组需非标生产。其主要原因是机组风量在6000m3/h以上时才*配到风压满足要求的风机。对于送风量在3000m3/h 以下的手术室要做到一机一室的配置,即使组合式空调机组非标制作,也难以配到风量、风压都符合要求的风机。只有通过采用双风机串联来提高系统送风压头,才能满足需求。现在有些工程盲目追求一对一配置,降低了对风机风压的要求,中效、高
效空气过滤器阻力也不按2 倍初阻力计算,这样在各级过滤器积尘后系统送风量很快就会降低,以致无法保证室内洁净度,必然导致过滤器的过早更换。


    基于上述原因笔者认为对于低净化等级手术室以2～3间手术室合用1台空调机组为宜,控制机组的送风量在6000～10000m3/h之间。


    2. 4 　一机多个手术室的配置方法


    2. 4. 1 　相同净化等级的手术室


    对于相同净化等级的手术室,其换气次数相差不多,而且单位面积的热、湿负荷也相差不多,多个手术室可以采用同一送风参数,按净化要求规定的换气次数决定送风量基本上就能满足各室的温、湿度要求。


    2. 4. 2 　不同净化等级的手术室


    对于不同净化等级的手术室,其换气次数差异较大,而单位面积的热、湿负荷却相差不多,若采用相同的送风参数送风,则部分手术室满足了室内洁净度要求就会产生室内温、湿度偏移或者满足了室内温、湿度要求就会产生室内洁净度偏移。因此,一般情况下,不同等级的手术室不宜合用机组和系统,若遇到特殊情况需要合用系统时,有以下解决办法:


    a) 采用再热式空气调节系统


    这是一种常规处理办法,即用装在各手术室送风管段的加热器对空气进行再热处理以满足室内温度要求。


    采用这种方法会造成冷热抵消的现象,系统的能耗增加。此外,风管式再热电加热器的容量有限,限制了送风参数的调整幅度,而且这种方法只能单向调节。因此,不同净化要求的手术室合用系统时其净化等级不宜相差过大,以一级为好。


    b) 采用表冷器后置机组


    将表冷器置于机组中效过滤器后的正压段内,中效过滤器送出的混合空气一部分进入表冷器,热湿交换后达到机器露点状态,另一部分旁通,系统组成如图1 所示。
 
    用不同的风量混合比来调节各手术室的送风参数,不加再热器也能用满足净化要求的送风量去除各手术室的热、湿负荷,满足室内温、湿度要求[7]。


    3 　手术室空调机组


    机组的配置要根据系统要求的风量、风压、控制要求以及业主投资能力和运行管理能力等因素综合考虑。


    文献[1]中有关空调机组配置的要求有:


    a) 新风可采用集中的送风系统;


    b) 各洁净手术室宜采用独立设置的净化空调机组,Ⅲ, Ⅳ级洁净手术室允许2～3 间合用一个系统,均应采用自循环式回风。除了目前常用的组合式空调机组(机内布置二级过滤) 可以配置在手术室净化空调系统中外,笔者推荐以下几种新的配置方式。


    3. 1 　手术室空调机组———新风机与循环风机组合在一个机组内


    这种机组系统所需风压由其内新风机和循环风机分担,新风机的风量为新风量和一次回风量之和,在风机的风量和风压匹配上余地较大,可扩大到一机一室的使用范围。用亚高效过滤器或中效过滤器作为新风过滤器,还可深化新风的净化处理程度。但在配置时要对这两个风机作认真的串联匹配分析,避免发生串振现象。

    4 　结论


    4. 1 　根据我国组合机组及风机的生产现状,手术室净化空调系统机组的风量宜在6000～15000m3/h 之间。Ⅰ级手术室应采用一机一室系统;Ⅱ级手术室中的特大型、大型手术室也可一机一室对应配置,中型、小型手术室在一机一室配置时应采用双风机配置; Ⅲ, Ⅳ级手术室应按一机多室配置机组。


    4. 2 　合用机组时,相同洁净等级的手术室*实现,对于不同等级的手术室,要配备较复杂的配套装置并在较高水平的自控**下,系统才能平稳正常运行,但从投资分析来看得不偿失。


    4. 3 　单独处理新风,可提高新风的品质,对保证室内洁净度有较大的好处,但在多系统工程中自控要求较高。

    4. 4 　对一般医院来讲,使用机组分别处理新风,在增设新风风机后新风的处理质量同样可以提高,并可缓解循环风机小风量、大风压匹配的矛盾,系统运行控制也比较简单。

Q1 =a?∑(q?l)式中Q1 ——保持洁净室正压所需的新风量(m3/h);a ——根据维护结构气密性确定的安全系数,一般可取1.1~1.2;q ——当洁净室为某一正压时,其维护结构单位长度缝隙的渗漏风量(m3 /h? m)可根据正压值查表得到;l ——维护结构的缝隙长度。

主要目的是维持室内所需要的气候状态，除去空气中的尘埃、微生物、气味和有害气体，降低和避免术后感染，从而保证手术成功、缩短患者恢复时间、降低医疗费用。


由于手术室净化空调系统服务面积小但风量要求大，能耗高，因此手术室净化系统要求在创造高洁净度室内气候的同时，空调系统的节能也显得比较重要。


以下以某医院手术室净化为例，介绍润春净化公司在手术室净化设计方面的一些思路和经验。


该洁净手术部由洁净大厅、麻醉室、苏醒室、8个主手术室组成，手术室净化级别要求分别为千级（I 级）一间、万级（II 级）四间、十万级（III 级）三间，手术室设计温湿度全年控制范围为24-28℃，相对湿度为50%-60%，手术室内设有可调面板。


1．所有手术室净化，引入局部强化净化观点，打破了全室净化的概念，将所有手术室净化的送风口均集中布置在手术床的上方，即以无影灯吊杆为中心设置"层流送风箱"，根据级别不同采用不同送风断面尺寸。


2．对于百级和千级手术室净化，采用洁净气流覆盖区域面积乘以此送风区域断面风速的方式确定风量。如本工程的千级手术室净化所采用送风层流箱覆盖面积为2.4m×2.4m，断面流速0.35m/s，因此送风量为7258m3/h，如果为百级，则采用送风层流箱覆盖面积为3.0m×3.0m，断面流速仍为0.35m/s，则送风量为11340m3/h，仅为前述工业洁净室计算方法的40%。此设计思路部分借鉴了德国Weiss手术室卫生空调系统的经验，根据国内医院的具体情况，当断面风速0.35m/s时，如回风口设置恰当，不仅可以使送风保持较好单向流型，而且其单向流的分流高度会小于0.6m，即分流高度低于手术床的操作面标高。


3．对于万级、十万级手术室净化采用换气次数法确定送风量，万级取n=30次/h，十万级取n=20次/h。尽管此换气次数取值为《规范》规定的下限值，但由于采用了全部送风量由手术床部位上方的"层流送风箱"送出，其手术区达到的细菌浓度为室内其他区域的50%，即手术区域空气的污染度由全室稀释和净化方式的1降为局部强化送风方式的0.5。本工程万级与十万级手术室净化的"层流送风箱"送风面积分别为2.4m×1.2m和1.5m×1.5m，送风断面风速均为0.35m/s。


实践证明，该医院手术室净化投入使用后效果良好，用较小的风量，在手术室净化关键区域（手术床及器械桌区域）形成一个比手术室净化其他区域更洁净、更卫生的气候环境。

医院手术室净化空调设计
医院手术室净化空调设计，应导入新的观点。概括如下：手术室净化空调对手术室空气途径的感染控制有效且**；一个净化空调系统所负担的手术室间数宜少不宜多；引入污染度概念，在降低手术室关键区域污染度的同时，减少高净化级别手术室的送风量；引入局部强化送风的概念，即采用置换气流送风吊顶,在手术室关键区域形成单向流型气流组织，降低手术室关键区域的空气污染度；新风系统采用独立的初、中效两级过滤；采用定风量阀，以保证室内的正压分布。 
    医院空调的任务应该是，维持室内所需要的气候状态并除去空气中的尘埃、微生物、气味和有害气体。而医院手术室的空调是重要也是困难的任务，尤其是控制空气途径造成的术后感染至关重要，因为降低和避免术后感染是保证手术成功、缩短患者恢复时间、降低医疗费用的关键所在。另外手术室空调的另一特点是服务面积虽小但风量大、能耗高、使用时间不确定，因此手术室空调在创造高度洁净的室内气候同时应特别注意空调系统的节能。下面就天津市某医院手术室设计为例，介绍设计者在该设计中体现的设计思路。 
    一、手术室概况： 
    本洁净手术部由八间手术室、洁净大厅、麻醉室、苏醒室等附属房间组成，手术部位于医技楼二层，手术室无外围护结构，手术室净化级别要求分别为千级（I级）1间、万级（II 级）4间、十万级（III 级）3间，手术室设计温湿度考虑到儿童生理特点，全年控制在Tn=24～28℃，在手术室内就地可调，手术室设计相对湿度Фn=50%～60%。 
    二、手术室空调风系统的划分： 
    1.高级别手术室空调系统宜独立设置。所谓高级别手术室是指千级以上手术室，其原因是高级别手术室空调送风量大，如同样面积的手术室，百级手术室的空调风量是十万级的3.4倍，是万级的2.25倍。另外高级别手术室的使用频率远低于低级别手术室，这样无论是一个空调系统负担多个高级别手术室，或是一个空调系统负担一个高级别手术室和多个低级别手术室，都会使空调系统长时间处于"大马拉小车"的运行状态。例如一个空调系统负担1间百级手术室和2间万级手术室或4间十万级手术室，只要高级别手术室不使用，则系统设计风量至少大于此时所需风量的112%和84%，亦即此时系统所需风量仅为系统设计风量的47%和54.3%，而且此种因手术室使用与否引起的风量变化，不宜采用变频调速方式进行调节，只能用调节总风阀的方式调节风量以适应系统风量变化，然而此种方式显然不节能。所以无论从节约能源的角度，或是从使用可靠性、灵活性的角度，高级别手术室都应"按间"独立设置空调系统，即一个净化空调系统对应一间手术室。 
    2.对于低级别手术室，尽管与高级别手术室相比空调风量小的多，但一个空调系统所负担的手术室间数也不宜过多，因为医院手术室的使用情况具备不确定性。愈是高等级医院，手术室为满足特殊繁忙情况，设置愈多。手术室多，正常情况下的同时使用系数低，这样当一个空调系统所负担的手术室间数较多时，系统常处于"供大于求"的状态，其运行能耗势必较高，就象有的医院所反映的"建的起，用不起"。笔者认为，对于低级别手术室一个空调系统所负担的手术室不宜多于四至五间，而且一个系统负担手术室过多，也会造成使用上的不可靠。 
    3.清洁大厅、清洁走廊、高级别手术间的准备区、无菌室等应由一个单独的空调系统负担，目的是保证手术室外部空气环境时时处于"临战"状态，那种将以上部位空调合在低级别手术室空调系统中的做法显然不合理。因为合在一起的空调系统，或是在手术室停止使用时系统送风能耗过大，或是无法保证手术室外部气候环境处于受控状态。 
    总之，手术部空调风系统的划分原则应该是运行可靠、调节灵活、各司其责、节约能源。
    三、送风量确定和气流组织： 
    该医院手术部进行空调设计时，国家尚未出版有关医院手术室洁净空调设计标准/规范，并且当时国内已有医院手术室洁净空调设计，基本上囿于工业洁净室的设计思路，然而将工业洁净室设计思路照搬到医院手术室洁净空调设计中会带来两个问题：①高级别洁净室风量过大，如按照《洁净厂房设计规范》（以下简称规范），百级手术室应在顶棚满布高效过滤器风口，则一间36m2手术室的送风量为32400m3/h~45360m3/h（对应断面风速为0.25m/s~0.35m/s），如此大的送风量，送风功耗达17.0kW~19.0kW，送、回风管道占用建筑空间大，风系统噪声控制困难。②对于千级以下手术室，在相同风量下手术室关键区域污染度控制不理想，原因是套用《规范》千级以下手术室可采用乱流形式的气流组织。通常的做法是在全室顶棚均匀设置高效过滤器风口，此气流组织形式的理论依据是"全室稀释和净化"，然而根据德国标准DIN1946/4中关于污染浓度的概念，此种"全室稀释和净化"的气流组织形式，在理想情况下可以使室内达到相同的细菌浓度，此时污染度为1，而如果突破"全室稀释和净化"的工业洁净室气流组织方式，会在手术室关键区域获得更低的污染度。针对以上问题，设计者参考德国Weiss手术室卫生空调系统的经验，在手术室风量计算和气流组织方面，突破工业洁净室设计思路，引入降低总风量，强化局部送风，重在手术床及器械桌区域的设计概念，具体做法如下： 
    A.对于所有级别的手术室，均突破了全室稀释和净化的概念，引入局部强化净化观点，将所有手术室的送风口均集中布置在手术床的上方，即以无影灯吊杆为中心设置"层流送风箱"，根据级别不同采用不同送风断面尺寸。 
    B.对于百级或千级手术室，采用洁净气流覆盖区域面积乘以此送风区域断面风速的方式确定风量。如本工程的千级手术室所采用送风层流箱覆盖面积为2.4m＆#215;2.4m，断面流速0.35m/s，因此送风量为7258m3/h，如果为百级，则采用送风层流箱覆盖面积为3.0m＆#215;3.0m，断面流速仍为0.35m/s，则送风量11340m3/h，仅为前述工业洁净室计算方法的40%。虽然此设计思路借鉴了德国Weiss手术室卫生空调系统的经验，但本工程并未采用德国学者介绍的大面积、小送风量（即大面积、低风速）的方式，因为根据国内医院的具体情况，采用小风速时对客观条件要求过于苛刻，且小风速时气流没有足够的动量保持送风的单向流，很难达到理想的空调和净化效果。而当断面风速30.35m/s时，如回风口设置恰当，不仅可以使送风保持较好单向流型，而且其单向流的分流高度会小于0.6m，即分流高度低于手术床的操作面标高。 
    C.对于万级、十万级手术室采用换气次数法确定送风量，万级取n=30次/h，十万级取n=20次/h。尽管此换气次数取值为《规范》规定的下限值，但由于采用了全部送风量由手术床部位上方的"层流送风箱"送出，其手术区达到的细菌浓度为室内其他区域的50%，即手术区域空气的污染度由全室稀释和净化方式的1降为局部强化送风方式的0.5。本工程万级与十万级手术室的"层流送风箱"送风面积分别为2.4m＆#215;1.2m和1.5m＆#215;1.5m，送风断面风速均为0.35m/s。 
    总之，采用以上设计思路的该医院手术室，在投入使用后效果良好，达到了用较小的风量，在手术室关键区域（手术床及器械桌区域）形成一个比手术室其他区域更洁净、更卫生的气候环境。
    四、设置初效+中效新风过滤机组
    一些手术室的净化空调系统设计中，新风的过滤问题未能引起充分的重视，新风常常是不经过独立的过滤处理而直接与空调回风混合，其结果导致中效、高效过滤器寿命缩短，更换频繁，系统的运行维护成本加大，甚至影响手术室的正常使用。这是因为新风与回风混合前，两者的空气含尘浓度相差过大，新风即便经过初效处理，其处理后的含尘浓度（30.5mm）也比十万级空调回风在同粒径范围内的含尘浓度大70倍左右，是百级空调回风同粒径范围内含尘浓度的几万倍，从而使中效乃**效过滤器没有足够的保护。为解决此问题，我们在新风通路上安装了独立的初效+中效新风过滤机组，使新风经过两级过滤后再与回风混合，此时混合前的新风与回风在同粒径范围（30.5mm）的含尘浓度比较接近，真正起到了保护中效、高效过滤器的作用，而且新风过滤机组的初、中效过滤器清洗、更换方便，与更换高效过滤器相比投资少，维护简便。在新风通路上设置新风过滤机组的另一优点是确保了新风量，因为定风量的新风过滤机组本身就相当于一台"计量泵"。 
    五、采用定风量阀解决空气平衡问题： 
    手术部各区域的压力分布对于保证洁净手术室效果影响很大，而如何保证合理的压力分布，除空气平衡计算正确外，更重要的是送风、回风均应有良好的调节手段。以往风量调节装置主要是手动对开多叶调节阀，此种阀门用于风量的精调节并不理想，实践中有着调节困难、调试周期长的问题。针对此问题，儿童医院工程手术室空调系统的送、回风管采用了德国TROX公司的自力式定风量阀，此阀可以自动消除风管压力对风量的影响，阀体外部有风量调节刻度盘，调节十分方便，安装此阀后，手术室的压力调整变得十分简单，现场几乎*费时进行压力调整。 
    结语：总之设计者在该医院手术室净化空调工程中，应借鉴国外先进的经验，结合我国的具体情况，本着"降低风量、改善效果、节约能源、方便调节、提高可靠性"的原则，进行了以上五个方面的尝试，实践证明这些尝试基本上是成功的。
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