洁净手术部新风系统设计浅析

洁净手术部新风系统设计浅析
北京康成人工环境工程有限公司徐喆
摘要：本文介绍了洁净手术部新风系统的设计理念，详细阐述了新风处理过程、新风量的选取以及新风系统的构成及原理，通过对新风系统的合理设计，使洁净医院手术部处于受控状态，满足使用要求。

关键词：新风三级过滤新风量新风系统形式节能运行
中华人民共和国国家标准GB50333---2002《医院洁净手术部建筑技术规范》于2002年12月1日起正式实施。

规范中针对手术室空气调节与空气净化方面提出了许多与以往洁净室不同的设计新要求和新思路，尤其在新风的要求上做出了特别规定，因为新风的品质和新风量的大小，直接关系到洁净手术部的洁净度等级和手术部内人员的生理卫生要求，因此，规范对新风处理方式和新风量的选取均做出了明确的规定，本文在理解规范精神的基础上，提出对于手术室新风设计上的一些关键问题，与业内同行交流。

一、新风三级过滤：
在以往的洁净室运行中常会有用户反映，空调系统在停机重新启动后，室内细菌浓度和臭味会瞬时增加，同时随着空调系统运行时间的增加，洁净室内就越来越显憋闷。

这是因为热交换盘管、肋片、阀门及其周边部分上面滞留的凝节水，在停机期间因温度逐渐升高而慢慢蒸发形成盘管四周高湿度条件，成为适合微生物繁殖的环境（25～42℃之间的水体中会大量繁殖各种细菌），特别是适合真菌的繁殖。

繁殖时生成的大量气体由于系统启动而突然释放出来，成为恶臭之源。

因此，新风带来并积存在这些地方的大量尘埃不仅附着了微生物，还为微生物繁殖提供了不可缺少的营养条件，而产生恶臭的根本原因是真菌的繁殖。

传统的新风用的粗效过滤器效率太低，我国的大气尘浓度又偏高，所以上述问题会更严重。

后果不仅是使新风品质下降，而且由于进入系统的新风尘浓高，很快使系统中的部件（尤其是末端的高效过滤器）堵塞，从而使新风量骤减，室内氧气比例降低，造成恶性循环。

所以加强新风尘埃的过滤，成为保证洁净空调系统免受微生物污染的重要因素。

关于新风的处理，规范中提出一个概念，即新风三级过滤的概念：“系统中第一级的新风过滤，应采用对≥5μm的微粒大气尘计数效率不低于50%的粗效过滤器，对于≥1μm 的微粒大气尘计数效率不低于50%的中效过滤器和对≥0.5μm大气尘计数效率不低于95%的亚高效过滤器的三级过滤器的组合。

”这里讲的第一级过滤就是指新风尘埃的过滤，新风口的过滤器采用三级组合的形式，即新风三级过滤。

图1就是这种新风三级过滤概念的系统
形式，对应于手术室空调系统，其第二级空气过滤-中效过滤器设置在循环机组的正压段，第三级空气过滤-高效过滤设置在系统的末端，即手术室内。

图1 新风三级过滤系统形式
采用新风三级过滤后的主要技术效果：
1、对于末级是高效过滤器的场合，在新风采用三级过滤后，其综合效果将使进入新风系统
大气尘浓度降低一个数量级。

2、对于末级是亚高效过滤器的场合，在新风采用三级过滤后，其综合效果将使进入新风系
统大气尘浓度降低一个数量级，同时室内含尘浓度也将降低一个数量级左右。

3、对于末级是中效过滤器的场合，在新风采用三级过滤后，其综合效果将使进入新风系统
大气尘浓度降低一个数量级，同时室内含尘浓度也将反比例下降一个数量级以上。

值得一提的是，对上述三种情况，三级过滤对滤菌的效果均可达到99.9％以上，
另外，提高新风过滤效率不仅可降低室内空气的含尘浓度，降低新风含尘浓度，还可以提高系统中各个部件的寿命。

据测算，如果新风采用了三级过滤新风机组时，对于表冷器、中效过滤器和高效过滤器，其寿命将比传统新风过滤方案延长到原寿命的3倍以上。

其经济效果是相当可观的。

据经济比较，新风三级过滤的方案对节约空调系统的设备费和运行费作用也非常明显。

但在这里需要特别指出的是，新风机组内的风机压头要足以克服三级过滤的阻力，如果新风需要冷热处理，还要考虑通过盘管的压头损失。

二、新风量的选取：
新风量的大小直接影响洁净手术部的静压差、洁净度与手术部内人员的卫生要求。

新风量小，手术室内的工作人员会感到缺氧，达不到舒适卫生要求，洁净区的正压不宜保证；新风量大，虽然手术室内的舒适度增加，但是，空调设备负荷增大，为保证洁净度，过滤器的过滤面积增大，过滤器更换时间缩短，造成了能源的浪费。

在规范中的“表4.0.1洁净手术部用房主要技术指标”里，明确规定了手术室及其辅助用房的最小新风量，同时，对手术室新风量最小值有特殊规定，因此新风量的选取要在以下情况中取最大值：
1 按照“主要技术指标表”里的新风换气次数计算的新风量；
2 补偿室内排风并能保持室内正压值的新风量；
3 人员呼吸所需新风量，可参考“主要技术指标表”里的数值计算；
4 手术室新风量最小值：I 级手术室每间1000m 3/h ， II 、III 级手术室每间800m 3/h ，IV 级手术室每间600m 3/h 。

一般在具体工程的设计中，I 级手术室的面积在40m 2～50m 2之间， II ～IV 级手术室的面积在30m 2～40m 2之间，按照层高3.0米计算，I 级手术新风量不超过900 m 3/h ，II 、III 级手术室新风量不超过720 m 3/h ，IV 级手术室新风量不超过480 m 3/h 。

按照每间手术室的人数不会超过10人/间计算，新风量均不超过600 m 3/h 。

按照维持正压的新风量与排风量的风量差值为约200 m 3/h 计算，满足规范中“每间手术室的排风量不宜低于200 m 3/h ”的要求。

因此，实际工程中的新风量可按照上文所述的第4点中的数值选取。

洁净空调系统是由新风系统、循环风系统、排风系统组成，新风在整个系统的风量平衡中起到重要作用，他为保持稳定的压力梯度，从而保证良好的洁净度创造了条件。

以一间I 级手术室为例，在不计系统漏风的情况下，所需送风量为10000 m 3/h ，所需新风量为1000 m 3/h ，为了维持房间正压，所需排风量约为800 m 3/h ，新风与排风之间的风量差即为手术室的渗透风量。

图2中明确表明了风量平衡的关系。

200
800
9000送风10000新风1000排风回风渗风
图2 正压手术室风量平衡图
可见，为持洁净空调系统的换气次数、静压差、洁净度，整个空调系统的风量运行均为全年固定工况，送风量大、送风温差小、能耗大是手术室洁净空调系统的一大特点。

三、新风系统形式：
对于洁净空调，其空气处理一般选用组合空调机组，除了第一级的新风三级过滤，还要在组合空调机组内设置中效过滤器，在末端设置高效过滤器，新风可以分为自采新风和集中
新风的形式，自采新风也就是说每个空调Array系统的新风不做处理，直接与回风混合，
再经过机组内的热湿处理送入手术室，图
1为夏季空气处理过程的焓湿图。

图中，W为室外状态点，N为室内状态
点，先将新风与回风混合后的C点冷却处
理至露点L点，然后再热至K点，经风机
升温至O点送入室内。

组合空调机组的形
式如图4所示：
图4自采新风组合空调机组的形式
看到图4，专业人士可能会产生疑问，为何单独设置新风三级过滤机组，而且机组内只
有风机和三级过滤，为何不把三级过滤设置在机组内，这样不就可以节省一台风机了吗？其
具体原因一是组合空调机组内的送风机需要克服机组本身设备的阻力，还要克服风管、阀门
及末端高效过滤器的阻力，如果再加上新风三级过滤，送风机的压头将会很高，风机的工作
状态点不稳定。

二是一般洁净空调系统的新风量占总送风量的10%-15%，组合空调机组上的
新风口面积较小，若将三级过滤安装于组合空调机组内，新风通过过滤器面积的较小，过滤
效率随之降低。

因此，设置单独的新风过滤机组显然是很有必要的。

新风处理的另外一种形式-集中新风是指所有空调系统的新风均统一经过新风机组的过
滤及冷热处理后，再根据每个系统的需要分配新风，系统形式如下：
图5集中新风系统形式
可见，集中新风系统比自采新风系统在新风机组处增加了冷热处理，而对于新风处理的状态点，规范中规定：当整个洁净手术部另设集中新风处理系统时，新风处理机组应能在供冷季节将新风处理到不大于要求的室内空气状态点的焓值。

也就是说，新风应承担部分室内的热湿负荷，且承担的越多越好。

但实际工程中，新风的处理能力受到新风处理机组的限制，在理论上我们希望新风可以做到大焓差处理，从而使得循环机组内达到干工况运行，保持循环机组内良好的卫生条件。

但是大焓差对新风机组的技术要求很高，当焓差达到40 kJ/（kg·干空气）以上时，冷水盘管很难处理，需要考虑其他制冷剂的形式，随之造成在新风设备上的花费昂贵。

图6绘出了新风处理的几种焓湿图，设计者可以根据新风机组的处理能力选择不同的处理状态。

图6 集中新风夏季空气处理过程焓湿图
通过以上分析，我们对新风处理方式和新风处理过程有了详细的了解，这里需要特别指出的是，无论是集中新风系统还是自采新风系统，其空调系统的负荷总量不会发生变化。

因
为，为持洁净空调系统的换气次数、静压差、洁净度，整个空调系统的风量运行均为全年固定工况，新风量、送风量、回风量、排风量在系统运行过程中都是不变的，新风负荷+再热负荷+室内负荷的总值是不变的，新风处理到不同状态，虽然使得新风负荷发生变化，但同时其他负荷也发生化，也就是说，当新风机组的负荷增大，则循环机组的负荷相应减小，反之亦然。

因此，不能单纯的说集中新风系统比自采新风系统节能。

要在新风系统上做文章使整个空调系统节能，就要从集中新风系统的运行上出发。

四、新风系统节能运行：
集中新风系统可以考虑节能运行的方式，以图5为例说明。

在每个组合空调机组的新风管上设置定风量阀以保证分配到每个循环机组上的新风量不变，在每个组合空调机组的回风管上设置电动阀，为保证整个手术部的静压差不变，必须保证新风与排风的风量差不变，当各个手术室不使用时，集中新风系统的新风机组和排风机组必须开启，同时关闭循环空调机组风机及回风电动阀，达到值班运行工况。

此种运行方式可节省大量的运行成本，但它要求新风机的压头要足以克服新风机组、循环风机组内的所有设备阻力及空调系统中的所有管道、阀门阻力，实现起来也有一定难度。

为了解决这个问题，《医院洁净手术部建筑技术规
把各个手术室的系统联系起来。

新风系统分为两个系统，一个为手术室系统正常运行期间的
新风量，其大小应为排风机组减去正压风量的值；另外一个是手术室系统非正常运行期间的新风量，此时排风机已经关闭，其大小应为渗透到室外的正压风量。

独立空调机组负责手术室的空气净化，与压力无关，而两组新风机组则控制独立空调机组起停的正压控制。

这样即便有部分手术室未使用，未使用的手术室也能通过新风机组的正压风量控制维持整个洁净手术部的压力梯度。

当然新风量和压力的控制是离不开一套完善的控制系统，可以说该独立新风系统能否实现完全取决与自控系统的实现程度。

对与目前而言该控制系统的实现已并非难事。

如果控制的好，两个新风系统可以合二为一，通过采用变频新风机组的风机来调节新风量，并且高档为全系统正常运行时的最大新风量，低档为排风机组全部关闭时的正压风量。

这样手术室在使用过程中更加灵活，可大大节约运行成本，但是，相应的初投资会增加一部分，不同项目还要结合工程实际量力而行。

综上所述，设计好洁净手术部的新风系统是保障洁净手术部可靠运行的关键环节，良好的新风系统不但保障了整个手术部处于受控状态，确保洁净度达到相应级别、阻止细菌与有害气体的侵入，同时保障了手术部内人员处于舒适的环境中，满足医护人员和病人的生理卫生要求。

参考文献
1.许钟麟,《空气洁净技术原理》,同济大学出版社,1998。

2.中华人民共和国国家标准GB50333---2002，《医院洁净手术部建筑技术规范》，2002年12月1日实施。

3.沈晋明、孙光前：“手术室空调系统与正压控制”，《洁净与空调技术》，2000年第4期。

4.王荣、刘华：“新风三级过滤新概念”，《世界医疗器械》，2004年第8期。

5. 刘华、王清勤：“洁净手术室净化空调设计要点浅析”。

6. 许钟麟，《洁净室设计》，地震出版社。

7. 沈晋明：“洁净手术部的净化空调系统的设计”，2003年9月。