复合手术室的环境控制探讨

复合手术室的环境控制探讨文/刘燕敏 何焰 陈尹 吕必金 陈睿

By Liu Yanmin He Yan Chen Yin Lv Bijin Chen Rui

Discussion on Environmental Control of Hybrid Operation Room

摘 要：分析了我国洁净手术室的不同环境控制方法的优缺点，鉴于复合手术室的特点与配置的多功能四管制热泵，提出了可变新风量净化空调控制系统，实施了手术环境的节能有效的控制。关键词：手术室；手术环境；可变新风量净化空调控制系统Abstract:The advantages and disadvantages of environmental control methods for clean operating rooms in China are analyzed. In view of the characteristics and configuration ofhybrid operating rooms, a variable fresh air volume air conditioningand cleaning control system is proposed, which implements energy-saving and effective control of operating environment.Keywords:Operating room;Operating environment;Variable fresh air volume air conditioning andcleaning control systemDoi:10.3969/j.issn.1671-9174.2020.02.01780年代构思出来的。1983年第一次成功进行经皮球囊瓣膜成形术治疗严重主动脉瓣狭窄后，到2002年开始进行人体经导管主动脉瓣膜置换术。越来越复杂的手术和介入方法需要更先进的成像，并且要在被定义为在同一场所、同一时段、在同一患者完成术中和术后成像和干预，这样的复合手术室（图1）两种及以上亚专科的治疗方式的场所。尽管复合手术及其手术室的设施昂贵，但还是得到了稳步的发展，近年来发展更快。目前，复合手术已应用到医学临床的各个领域，广泛地应用于胸心外科、神经外科、血管外科、肝胆外科等科室。德国最新颁布的DIN 1946-4-2018《医疗建筑与用房通风空调》将复合手术室归类为可容纳大型医学成像设备的1级术室内最严格的手术环境控制要求。手术室成像的支柱。复合手术室概念是在20世纪术室天花板上，60年代后期推出的移动C臂，成为在20世纪60年代初，X射线装置就可以安装在手成像设备在手术室内的应用有很长的历史。早合手术室。由于没有国内外相应的技术标准或规范，《医院洁净手术部建筑技术规范》（以下简称《规范》）推荐的湿度优先控制的方法，即新风集中处理与各手术区循环机组组合的净化空调系统（图2）。这一系统避免了耗能的冷却除湿后再加热的空气处理过这些复合手术室的设计均参照我国GB 50333-2013程，又便于实现洁净手术部有序梯度压差的控制以及各手术室的有效控制与自行调节，有力地推动了我国洁净手术室的建设。手术室，并规定手术室的通风空调设施应满足该手复合手术室在我国的发展速度及数量已经在世界上名列前茅。目前我国还有不少医院正在建设复94

❶❶ 复合手术室实景❷化空调系统 《规范》推荐的净调查研究 | INVESTIGATION & STUDY

Volume 21 February 2020

组组合的净化空调系统与英国的复合手术室的空调《规范》推荐的新风集中处理与各手术室循环机术室面积大，要求单边不小于系统类似。英国采用新风集中处理承担全部热湿负60.39m2，最大可以达到200m27.32m，面积不小于 荷，各手术区上方设置净化循环机组，不做热湿处人员多，一般由8~20位不同学科的人员组成，不同左右。复合手术室内理，仅进行自循环，加大送风量以实现无尘无菌的层流送风。不同于英国，手术时间长，手术团队常感到胸闷气短，期望能在学科人员轮替、进出频繁。复合手术室内热湿负荷大，夏季室外温度高且含湿量高，新风集中处理承担全在我国尤其是东部地区，春、部湿负荷，除湿量大、机器露点温度低，使得冷水空气品质。室外气候合适的时候增加新风量供给，提高室内的机组的冷冻出水难以达到出水温度，造成在室外湿坏整个洁净区域有序梯度压差分布。通常来说洁净室系统变新风量是个大忌，会破度大的时候手术室室内湿度易超标。为此有的手术室可采用产生低温冷冻水的特殊冷水机组，但这些净化空调系统，因其集中处理的新风量是固定的，《规范》推荐的将直膨式的蒸发器盘管加入在新风处理机组冷冻水冷水机组的运行效率低。有的增加直膨式制冷机组，难以在气候合适的时候增加新风量，即使能改变新风量运行，各间手术室内独立的排风量还须做相应盘管后部再次冷却除湿，以达到所需的机器露点温变化，以维持各手术室压力、乃至整个手术部有序度，但增加了能耗。有时为了避免过低的露点温度梯度压差不变，增加了手术部的控制难度。对室内环境控制造成负面影响，不得不再加热。还在复合手术室上方设置大面积技术夹层，集中布置复合手术室面积较大，往往要求独立运行。要器盘管等措施进行再加热。系统越来越复杂。有些机组为了节能采取增添热管、增加直膨式冷凝循环机组、新风机组及其相应的风、水、电等多种风集中处理机组、各手术室循环机组以及组合的净由于《规范》推荐的净化空调系统，涉及到新复杂管线，难度较大。近年来，我国医院洁净手术部的冷热源大多配整个系统的性能与控制质量很大程度取决于工程公化空调系统，系统较多，空气处理过程又较为复杂，置了多功能四管制热泵，可同时供热供冷。不仅提供空调系统所需的冷热水，而且还可供给生活用水。良莠不齐的主要原因之一。司及其施工经理的素质，这是造成目前洁净手术部对于多功能四管制热泵来说，最大的节能效益在于推荐的净化空调系统来说，多功能四管制热泵产生充分利用其供给的冷冻水与热水。但是对于《规范》一、复合手术室环境控制特点的热量在夏季常常用不掉，不得不排放到大气，降复合手术室不同于传统单间手术室。复合手低了运行效率。综上所述，《规范》推荐的净化空调系统对复合❷95

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手术室环境控制显现出不足，对此有必要研究一种合理可行、控制简单有效、节能降耗的手术环境控制系统。PLC，先计算出合适的气候条件下的新风量，尽可能利用新风自然冷源降低能耗。但传统的双风机空调机组在变新风量过程中难以同时准确控制排风量与循环风量，常常造成室内压力失控。要实时精确二、复合手术室环境控制系统探讨的冷热源与复合手术室的特点，本文提出的可变新风量净化空调系统是个较为合理的手术环境控制方案。可变新风量净化空调系统采用一台集中式全空针对目前洁净手术部配置的多功能四管制热泵控制这三者的风量，传统的风阀结构与调节方法无法胜任。另外，手术过程中频繁启停不同的手术装备，室内热湿负荷变化较快，要实时准确控制机器这些均是传统变新风量空调机组难以在医院科室推广应用的主要原因。 的露点温度，及时精确补偿所需热量，也是个难题。气空调机组，不同于新风集中处理与各手术室循环机组组合的半集中式净化空调系统，系统中所有的热湿处理部件及其控制部件全部集中在一个机组，机组质量完全可由工厂在生产时完善控制，并将复合手术室全年运行的控制逻辑下载到PLC的控制器里，由机组自带。集中式全空气空调机组被运至手术室附近进行配置，接上相应管线即可运行，因此三、新型的复合手术室可变新风量净化空调机组无须在手术室上方设置一层技术夹层和多种机组，也无须将复杂的风、水、电管线引入技术夹层，避免水损、降低了造价、减少施工时间，也改善了手术室的噪声水平。将工程与工程质量交给工厂，实公司与施工经理素质的要求。由此可见，可变新风量净化空调机组设计与制造质量成为手术环境控制成功的关键（表1）。现规模化生产是一个发展趋势，可大大降低对工程风侧设置压力无关型新风风量调节阀5、粗效过滤器6；在其送风侧依次设置：均流装置10、中效过滤器12、制冷盘管15、加热盘管16、加湿器17等机8配置了变频器与静压传感器，在送风机8的进由送风机组18与回风机组2组成。送风机组的送风本文提出的可变新风量净化空调机组（见图4）感器，在其进风侧设置回风阀1，出风侧设置压力无关排风风量调节阀4以及压力无关循环风风量调部件。回风机组2的回风风机配置变频器与静压传为避免空调机组带水或积水，将热湿处理部件设置在正压段，断面风速不大于2m/s。新风过滤机组13作为选配部件，只有当地有可节阀3，循环风风量调节阀3与送风机组18相通。理想的是双风机机组模式（图3）。不同于舒适性变风量空调机组，由于手术室的恒温、恒湿与高洁净度的变化，实现最佳运行也是个难题。本机组自带可变新风量净化空调机组要实现变新风量，最能出现大气污染，如PM2.5超标的雾霾天才选用。新风过滤机组的进风侧设置粗效过滤器14，出风侧设置高中效过滤器11。通常，新风管上的电动风阀度要求，必须同时考虑室外新风的焓值和颗粒物浓7常开，新风电动阀19常闭。只有在大气污染时，表1 可变新风量净化空调系统与《规范》推荐净化空调系统的比较项目系统形式工程质量《规范》推荐的净化空调系统半集中式空调系统系统涉及的机组与管线新风量供给排风新风机组、循环机组，相应的风、水、强弱电管线复杂取决于工程施工与监理全年固定新风量供给独立排风可变新风量净化空调系统集中式全空气空调系统1台空调机组，只须连接手术室的送风管和回风管可由生产厂家全过程控制随气候状态变化新风量供给系统排风空调热湿处理关键控制点系统自控系统施工与部件总费用空气处理方式较为复杂，新风处理的机器露点低，再加热很小新风机组的机器露点控制安装后再进行系统调试安装新风机组、循环机组及其相应管线、定风量阀以及控制系统空气处理方式简单，处理的机器露点高，再加热很大空调机组的机器露点控制机组自带PLC控制器安装空调机组及其相应管线费用，施工费用很低96

调查研究 | INVESTIGATION & STUDY

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开启新风过滤机组13，打开新风电动阀19，关闭新风管上的电动风阀7进行工况切换。我国雾霾天气大多发生在冬末春初期间，可根该恒温、恒湿控制措施先用大量冷量冷却除湿后，再加热达到控制状态点，这种冷热抵消通常被认为是极为耗能的。如果再加热量是充分利用配置的多功能四管制热泵在制冷过程中产生的大量热量，这种空气处理过程不应再被认为是耗能，而应该视为节能减排。由于一次回风冷却除湿后再加热处理系统大大提高了机器的露点温度，无须在机组内加装降低了整个系统的运行能耗，而且使室内状态控制更加简便、有效、稳定。针对手术过程中频繁启停不同的手术装备，对直膨式制冷机组，或低温冷冻水的特殊冷水机组，据当地的大气状态配置新风过滤机组。随着我国大气污染治理力度的加大，雾霾天气发生的频率越来可变新风量净化空调机组的新风入口没有必要常年配置冗余的空气过滤设施。越少、持续时间也越来越短。在越来越多的地区，与房间压力失控”，主要涉及风阀自身性能与控制系统两大问题。因为普通调节风阀是压力有关型，即管道压力波动会影响风量的控制。风量调节靠阀门难以精确控制或调节风量。本文提出的可变新风量传统双风机空调机组造成的“手术室送回风量开度，如过去常用风阀连杆控制三个风阀的风量，净化空调机组的新风阀、回风阀与排风阀采用了与PLC控制系统利用文丘里阀可以用数值精确控制的室内热负荷影响很大，使得室内热湿比变化较快，本机组采用的水盘管快速响应水阀执行器与PLC控制实现了实时准确控制机器露点温度及快速再加热现的湿度超标现象。量，以维持室内恒温恒湿，避免了现有手术室常出复合手术以微创手术为主。早期手术大多采用压力无关型的文丘里阀，以及独特的PLC控制系统。特性，在调节新风量QF的过程中，由静压传感器保证了送、回风量不变。PLC按下式计算出循环气体麻醉，麻醉余气释放量较大，需要独立排风。如今气体麻醉使用案例越来越少，即使使用气体麻醉，排气装置的性能越来越好，使得麻醉余气逸漏量很少。因此可变新风量净化空调机组采用集中回风，在回风机组内排风（即系统排风），不会影响手系统，而且在变新风量工况时，更容易使排风量发生相应变化，以保持稳定的差值风量。即使手术过全排风，保持室内负压。术室内空气品质，避免了在手术室内设置独立排风量阀、循环风风量阀与排风风量阀进行数值控制，压稳定。精确维持差值风量QΔ不变，保持了手术室内正循环风量QC = 送风量QS - 新风量QF （1）风量QC与排风量QE的数值，然后直接对新风风排风量QE = 新风量QF - 差值风量QΔ （2）了简单有效的一次回风冷却除湿后再加热的方法，可变新风量净化空调机组的空气处理过程采用程中发现窗口期患者，系统也可及时转换为全新风❸❸ 集中式全空气空调机组❹ 可变新风量净化空调机组❹97

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手术环境的要求，通过送风机的变频器直接改变送可变新风量净化空调机组也可根据手术类型对入室内的总送风量，或按设定的洁净度级别改变各个别须要实施手术的手术区送风，其他手术区不送手术区特定的非诱导送风装置[6]的送风量，或仅向相应回风量以及新风量、循环风量与排风量，保证风，同时通过PLC系统控制回风机的变频器设定的室内正压不变，降低了手术室的运行能耗。四、结束语免了传统的恒温、恒湿控制中再加热的耗能弊病，我国《规范》推荐的湿度优先控制的方法，避便于洁净手术部各手术室独立控制与自行调节，及有序梯度压差控制，有力地推动了我国洁净手术室的建设。热泵所产的热水量富余，以及复合手术室面积大，鉴于目前洁净手术部普遍配置的多功能四管制通常独立配置净化空调机组。本文提出了基于可变人员多，进出频繁，手术时间长，对空气品质要求高，机组、回风机组、可以选配的新风机组以及新风量净化空调机组的集中式全空气系统，由送风制系统所集成。机组自带的PLC控送风机组、回风机组及可选配的新风机组，选择最PLC控制器可实时控制佳的运行模式。无论运行工况如何变化，可始终保持新风与排风间差值风量的恒定控制。能在变新风量节能运行期间，维持手术室总送风量与正压不变。仍可维持正压不变。机组对被调空气采用一次回风即使通过变频减少送风量来改变手术区洁净度级别，再加热的空气处理过程，不仅保证了恒温恒湿，更有效地控制了手术环境。而且消耗富余的热水量，充分利用了多功能四管制热泵的冷热水，可被视为节能减排的措施。不须要在机组中增设直膨式盘管，不需要技术夹层，可变新风量净化空调机组不需要超低温冷冻水，不须要在手术室上方设置净化空调机组，不须要将风、机组可以设置在复合手术室附近，只要将机组的送、水、电管线引入技术夹层，构成复杂的管线系统。回风管与设置在复合手术室内各手术区上方的送风目前，可变新风量净化空调机组已申请了专利。装置以及室内回风口相连通，即可运行，十分简便。98

集的医疗科室，可变新风量净化空调机组也适用于人员较为密门急诊大厅、输液大厅等场所。如医院中洁净手术室、 重症监护病房、（编辑 朱那新）基金课题：“十三五”国家重点研发计划项目“洁净空调厂房的节能设计与关键技术设备研究”（课题编号：2018YFC0705205）■  参考文献

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刘燕敏

同济大学浙江学院何焰上海建筑设计研究院有限公司 陈尹

嘉兴 314000吕必金 上海 200041克莱门特捷联制冷设备（上海）有限公司 陈睿

上海 201419