标准洁净手术室净化空调智能控制系统技术方案

标准洁净手术室净化空调智能控制系统技术方案
一．概述
手术室净化空调可以调节室内温度和湿度达到手术环境的要求，对送入手术室内的空气进行过滤处理并排出室内被污染的空气实现手术室环境的洁净。

还可以通过对室内压力进行调节，使手术室保持在正压状态，有效地阻止室外污染物侵入手术室，创造一个洁净无菌得手术环境，这样能大大降低术后的感染率。

再有效阻止污染物侵入室内的同时还可以给病人和医务人员提供舒适的服务和工作环境，提高工作效率。

《医院洁净手术部建筑技术规范》中对洁净手术室温度，湿度，压力，风量等指标进行了规定，手术室净化空调系统需要控制的部分参数如下所示。

洁净手术室主要参数指标
从上表可以看出：1.为防止非洁净空气进入手术室内造成空气污染，《规范》中要求高级别手术室对相邻低级别洁净室保持一定正压差，要求相邻2室的最小静压差为+8帕，专为传染病人做手术的手术室应保持在负压状态，可以避免室被污染空气排出室外造成传染。

2.合理的温湿度是避免病人术中感染的重要保证，同时还要满足病人和医护人员的工作环境舒适要求，所以对温度的要求是22~25℃。

《规范》中对Ⅰ级和Ⅱ级手术室相对湿度要求为40~60%，对Ⅲ级和Ⅳ级手术室的相对湿度要求为35~60%。

另外洁净手术室中温湿度控制要遵循湿度
优先的原则，因为湿度对细菌存活时间影响很大。

洁净手术部是医院中一个重要的治疗部门，病人在手术过程中及术后都有感染的危险，有研究人员提出医院空调系统是预防和治疗疾病的重要手段之一。

研究表明，患者在适宜的空调环境中，一般比无空调环境体质恢复的更快。

手术室净化空调系统除传统意义上对室内的温湿度进行控制外，另一个重要目的就是通过通风并过滤空气控制室内空气中悬浮微生物的数量。

因此作为洁净手术部中重要的组成部分的洁净手术室在防止术中病人感染方面有着重要作用，而实现洁净手术室达到控制传染的一个重要途径就是净化空调系统。

二．净化空调系统
按空气处理设备的情况划分，空调系统可分为集中式系统，半集中式系统和分散式系统，目前医院中常用的是集中式空调系统，集中式系统由冷站系统和空调风系统组成。

冷站系统是为空调风系统提供热源或冷源的系统，根据季节变化由医院的能源部门提供热水或冷水，经过空调风系统中的表冷器对经过空调机组的空气进行加热或降温；空调风系统一般也称净化系统，由空调机组和送/回风管道组成，其中空调机组又可分为新风机组和循环机组。

净化空调系统包括空气净化系统和自动控制系统，空气净化系统主要由空气过滤器，循环风机，表冷器，加热加湿装置等基本设备组成，通过设置粗效，中
效和高效过滤器的三级过滤装置来实现对空气的净化处理，表冷器，加热加湿装置用来调节空气的温度和湿度，循环风机的作用是使空气运动起来形成风；自动控制系统包括温度湿度传感器，压差变送器，温控阀门执行器，送风，排风调节，控制器和监控设备。

1. 空气调节及其分类
空气调节就是使房间或封闭空间的温度，相对湿度，洁净度，和气流速度等参数均达到给定要求的技术。

也就是说，在人们的生活和工作以及生产和科研的某一个特定的空间内其环境空气的温度，湿度，洁净度，和气流速度等构成了该空间的空气环境。

采取必要的技术手段来创造和保持该空间内要求的空气环境就是空气调节的任务。

在空气调节系统中，空气处理设备即空调器是实现空气热，湿交换和空气过滤净化的核心部分。

一个房间或一个空间，在一般情况下除了有来自该房间内部的围护结构，人员，照明灯具及设备产生的热，湿，粒子，微生物或其他有害物的干扰外，同时还有来自房间外部的大气，太阳辐射等的干扰。

为了消除上述来自室内外的干扰，就必须采取必要的技术手段，用在空气处理设备中经热，湿和过滤处理过的空气来转移，置换，稀释和冲淡来自方方面面对房间空气的干扰，来保证房间内一定要求的空气环境。

空气调节的原例图见图一和图二。

图一空气调节原理图
图二净化空调原理图
空气调节按使用对象的不同又可划分为舒适性空气调节和工艺性空气调节。

舒适性空气调节就是为了满足人们的舒适要求而设置的空气调节。

工艺性空气调节就是为了满足生产工艺对环境空气参数的要求而设置的空气调节。

环境空气的温湿度等参数均由生产工艺来决定。

不同的生产工艺对环境空气参数的要求也不相同。

2、空气调节的气流组织
空气调节气流组织设计的任务就是要合理地组织室内空气的气流流动，使工作区的温度，湿度，气流速度和洁净度能很好地满足生产和科学研究以及人们舒适感的要求。

气流组织不合理不仅直接影响空调房间的空调参数和空调效果，而且还要空调系统的能耗。

空调系统送风口射出空气射流是影响室内气流组织的主要因素，而空调回风口，从流体力学角度是空气的汇流，起回风速度衰减很快，与其距离的平方成反比。

因此回风口的位置对室内气流组织的影响比较小。

空气调节系统的气流组织形式主要有：上送下回，上送下侧回，上送上回，侧上送侧下回等形式。

见图三。

图三空气调节的气流组织
3.空气净化的基础知识
洁净室及其四大技术要素
根据生产和科研的要求对室内空气环境的洁净度、温度、相对湿度以及压力、噪声、振动、静电等参数都进行控制的房间叫洁净室或洁净厂房。

洁净室的四大技术要素就是：粗效，中效和高效三级过滤，足够的净化送风量，室内正压的建立和维持，以及終端高效或超高效过滤器的设置。

洁净室的应用和分类
当今洁净室已广泛地应用在电子、航天、机械、化工、制药、食品、医疗、生物工程……各行各业。

而且，随着国民经济和科研事业的飞速发展，洁净室的应用将越来越广泛，越来越重要，
洁净室可按气流流型和使用用途以及控制的主要对象来分类。

⑴、洁净室按气流流型来划分
①单向流（层流）洁净室，其中又分垂直单向流洁净室和水平单向流
洁净室。

图四单向流气流流型
②非单向流（乱流）洁净室
图五非单向流气流流型
③混合流洁净室
图六混合流气流流型
④各种气流的特点、创造的洁净度、应用范围和投资运行费。

a.单向流气流的净化原理是活塞和挤压原理，把灰尘从一端向另一端挤压出去，用洁净气流置换污染气流。

包括有垂直单向流和水平单向流。

垂直单向流是气流以一定的速度（0.25m/s~0.5m/s）从顶棚流向地坪的气流流型。

这种气流能创造100级、10级、1级或更高洁净级别。

但其初投资很高、运行费很高，工程中尽量将其面积压缩到最小，用到必须用的部位。

水平单向流是气流以一定的速度（0.3m/s~0.5m/s）从一面墙流向对面的墙的气流流型。

该气流可创造100级的净化级别。

其初投资和运行费低于垂直单向流流型。

b.非单向流气流的净化原理是稀释原理。

一般型式为高效过滤器送风口顶部送风；回风的型式有下部回风、侧下部回风和顶部回风等。

依不同送风换气次数，实现不同的净化级别，其初投资和运行费用也不同。

c.混合流气流是将垂直单向流和非单向流两种气流组合在一起构成的气流流型。

这种气流的特点是将垂直单向流面积压缩到最小，用大面积非单向流替代大面积单向流以利节省初投资和运行费。

4.洁净空调系统的基本构成
医院洁净手术部净化空调系统由空调机组和送风管道组成。

送风管道生产厂家负责安装，空调机组是根据项目需求专门定制以机柜的形式安装在空调机房中，机组个功能段排序结构符合国标要求。

项目中使用的机组分为新风机组和循环机组，新风机组和循环机组结构大体相同，空调机组中各独立的功能段的作用如下。

1）新风过滤段：新风过滤段在新风机组和循环机组中都存在，一般位于机组的最前端，用来过滤空气中较大颗粒的尘埃。

主要由风阀，粗效
过滤器，压差传感器和风阀控制器。

2）预加热段：预加热段只存在于新风机组中它的作用是在冬季将室外温度较低的空气先进行预加热，在送入其他功能段进行处理。

3）新风回风混合段：该功能只存在于循环机组中，是将新风预处理的新风与手术室回风充分混合后在经过循环机组的处理才送入手术室内。

4）风机段：风机段是由变频风机，压差传感器，变频器组成。

5）均流段：均流段通常设在风机段后面，一方面便于机组内设备的检修和更换，另一方面还可以起到均衡气流的作用。

6）冷却加热段：一般是指表冷段和加热段，根据季节变化，表冷器可以在接通冷源或接通热源间转换，以达到对空气温度的调节。

根据实际
需要风机组中还设置了多段电加热段，可有效对空气加热。

7）加湿段：加湿段一般位于中效过滤器段之后，防止中效过滤器湿度太大而滋生细菌。

作用是对空气进行加湿处理。

8）中效过滤短：中效过滤器一般位于循环机组末端，采用的是中效过滤器，能过滤掉空气中直径在10um以上的灰尘，除了对空气进行外，
还对末端的高效过滤齐齐保护作用。

9）臭氧消毒段：一般位于循环风机中的风机后面，作用是对空气进行消毒处理，不是所有的风机都设有臭氧消毒段。

三．洁净手术室净化空调智能控制系统
一套完整的洁净手术室净化空调系统除了有空调机组，风管，风阀，各种过滤器组成外，还必须有一套完善的自动控制系统。

自动控制系统采用上位机+PLC（可编程逻辑控制器）+以太网（Ethernet）组成网络控制系统。

PLC采用的是西门子S7-200系列，CPU是224CN，扩展模块有
模拟量模块EM231，模拟量输出模块有EM232，通讯模块是以太网模块CP243-1等，实现现场数据采集，控制，及组网功能。

PLC之间利用Ethernet组网，用超五类网线相连，使得施工更为便利，连通性更好速度更快，能够和现有的局域网完美融合，是的数据交换，远程访问更加便利。

通过上位机进行集中管理后，对各台机组的运行状态在中控室内一目了然，可以快速设定所有机组参数，查看所有报警信息，和历史记录，管理效率极大提高。

一．实施方案
昌吉新区医院洁净空调系统共设计有16台洁净空调机组，分别为20间手术室及一间中心实验室提供温湿度调节和洁净空气循环治理。

对16台机组进行智能控制是在现有市场上普遍采用的控制方式上增加了网络管理，采用中控室进行集中管理分布控制，对现有资源有效利用。

如上图：应用户要求在原系统上增加了中控室，通过中控室与控制柜进行网络对接数据交换，可方便监控所有站点（上图只画了单站点）的运行情况，同时对局域网进行数据发布，使局域网的其它终端（如护士站，领导办公室）等都能实施远程监控。

下图是通过局域网对各PLC控制柜进行组网，并连接到中控室，中控室电脑收集各站的数据后向局域网发布数据，护士站，及远程终端即可实现远程监控，另外并不是所有在网的终端都能够访问这些数据，只有在需要远程操作的终端计算机上安装相应的组态程序及运行狗后才能有权限访问这些数据，并根据所授权
限高低来实施相应控制。

对于单台机组的智能化控制采用目前市场上较为成熟PLC来进行控制，通过采集温湿度传感器的模拟量信号，PLC对加热模块及加湿模块进行PID调节，能够进行精准控制。

（见下图）
中控室采用专用操作台，并增加了两块65寸的液晶显示屏，其中一块显示系统组态图（如下图）
另外一块显示视频监控图像。

二．控制效果
由于采用了西门子PLC做控制单元，同时有应用了以太网进行通讯，使的设备会有很出色的控制效果。

同时整个系统将达到以下控制要求。

1.PLC恒温恒湿控制柜能够对洁净空调机组进行较完善的自动控制，可根据
设定值较为精确控制温湿度。

并具有自动保护功能，根据设定的上下限自动停机并发出警告。

2.所有控制柜都可以本地单独进行温湿度设定，且在机柜上显示当前机组
运行状态。

同时格机柜之间组成以太网并与中控室电脑主机进行通讯，同时与医院的局域网进行连接。

3.中控室的主机用组态程序显示所有机组的运行状态，并能够对所有机组
进行启动和停止，能够对温湿度等个参数进行设定。

同时在65寸大屏幕上显示与主机相同的组态画面。

4.所有手术室及实验室都能够通过情报面板对相对应的机组进行温湿度的
调节设定。

5.各手术室对应的护士站能够通过电脑上安装的组态软件对相应的机组进
行温湿度设定，并显示其当前温湿度状态。

同时可以在需要了解各手术室温湿度及压力状态的电脑终端上（如领导办公室）通过组态程序显示其当前状态但不能进行控制。

6.所有与本系统相关的视频监控能够在中控室大屏幕上进行显示，且能够
录像及检索。

7.中控室的监控主机与医院的局域网连接，使需要了解情况的远程终端在
得到授权后能够浏览监控图像。

以上的所有通讯都建立在医院的局域网的基础之上，所以前提是必须与院方提前沟通好，做好各网络节点的预留工作。

中控室预留两个接口（一个接控制系统主机，另一个接视频监控主机。

所有需要安装摄像头的位置都需要预留网络接口。

四．洁净手术室的视频监控
视频监控主要设置区域是手术室周边，污物通道，及空调机房等地，目的是对设备安全运行，环境卫生起到更好的监控作用。

视屏监控采用的是网络高清摄像头+网络硬盘录像机+交换机+桌面LCD显示器+墙面65寸液晶显示器等设备组成一个以Ethernet为基础的视屏网络系统
这种连接方式可以与医院的局域网完美融合，随时随地都可以获取监控信息（前提是要得到授权），操作性和便利性突出。