一般手术部净化空调系统温湿度耦合控制，为了除湿，需要再热过程，消耗能源较多。净化空调采用温湿度独立控制系统，可以实现室内温湿度参数独立控制，空气处理过程不需要再热。新风处理采用溶液除湿新风机组，溶液再生由热泵承担，综合COP较高。循环空调机组干式运行，不产生冷凝水，减少霉菌的滋生，提高送风的品质。手术部采用该系统，可节约大约30%左右能耗，降低运行费用，减少二氧化碳排放，具有良好的经济及社会效益。
1、一般医院净化空调系统介绍
一般医院净化空调系统，冬夏季利用医院空调系统主冷热源作为冷热源，过渡季采用风冷热泵做为冷热源。之所以不采用风冷热泵作为夏季冷源，是因为风冷热泵空调系统综合COP比水冷冷水机组空调系统要低。
手术部、ICU等净化空调系统由于设有专用净化机房，净化机组设置相对集中，一般采用新风集中处理的方式。使用新风集中处理的方式，还可以解决高温高湿新风的预处理问题，降低循环机组冷热处理负荷，便于调控。
集中处理新风的新风机组一般由进风段+初效过滤段+加热盘管段+中间段+中效过滤段+表冷段+中间段+二级加热盘管段+加湿段+送风机段等组成。在机组出风段设温度传感器T1、湿度传感器TH，在一级加热盘管后设温度传感器T2。由温度传感器T1控制二级加热盘管（或表冷器）水路电动阀开度；由TH湿度传感器控制表冷器（或加湿器）阀门开度。由一级加热盘管后温度传感器T2控制一级加热盘管开度，保证一级加热盘管后温度为5℃。《医院洁净手术部建筑技术规范》规定，夏季运行时，集中新风处理状态点焓值不大于室内状态点焓值。所以，一般把新风处理到与室内设计状态焓值一样的机器露点。当室内设计参数为t=24℃,φ=50%，新风处理后送风状态点参数为t=17.5℃, φ=95%。
常用的净化空调系统形式有一次回风空调系统及二次回风空调系统。这里以1级洁净手术室为例进行分析。图1为一次回风净化空调系统空气处理处理过程I-D图，图2为二次回风量50%时二次回风净化空调系统空气处理过程I-D图，图3为二次回风量100%时二次回风净化空调系统空气处理过程I-D图。当采用一次回风净化空调系统，空调回风与集中处理后的新风混合后，经过冷却除湿达到设定的机器露点L2’，需要通过再热才能达到送风状态点。该系统形式由于需要再热，造成能源浪费，所以不应在工程中推广使用。但是由于系统相对简单，控制方便，所以有些设计人员还在在工程设计中使用，不过再热利用了免费的空调系统的冷凝热。当采用二次回风净化空调系统时，一次空调回风与集中处理后的新风混合后经冷却除湿处理到设定的机器露点，然后与二次回风混合（作为再热），混合后空气经过再热（盘管加热，或者电加热），达到送风状态点，送入室内。由于二次回风系统利用二次回风进行再热，减少了再热能量消耗，所以可以大大降低运行费用。但是由于手术室等场所热湿比在6600左右，不能直接由机器露点送风与室内回风混合得到送风状态点，或者即使能得到需要较大的送风量及较低的机器露点温度，已经很不经济，所以针对手术室这种负荷特性的空调系统，二次回风系统不能完全由二次回风进行混合再热，还需要另设再热装置对送风温度进行微调，达到送风状态。在送风量确定的情况下，再热量有最小值，这时，需要控制的机器露点为图3中的L2’’，此时的二次回风系统一次回风量为0，二次回风量为100%。一次回风系统也可以看成是一次回风量100%，二次回风量为0的特殊的二次回风空调系统。可以看出，当二次回风量在0-100%之间变化时，需要控制的机器露点就在L2’~L2’’之间移动，同时再热量就从最大值(ho-hL2’)减小到图3中的（ho-hc’）。由此可见，当二次回风量达到100%时，二次回风系统再热量同一次回风系统再热量相比，有大幅减小，从计算知道，前者大约为后者的10%左右。虽然二次回风空调系统节约了能源，但是由于其设备管路复杂，运行控制繁琐，所以二次回风在手术部净化空调工程中应用不是很广泛。
图1 一次回风空调系统
图2二次回风空调系统（二次回风量50%）
图3 二次回风空调系统（二次回风量100%）
2、一般医院净化空调系统能耗分析及节能潜力
常规净化空调系统，不管采用一次回风还是二次回风，均为温湿度耦合控制，为了除湿需要把空调混风处理到露点，消耗大量冷量。
以济南地区一个I级手术室为例，分析普通一次回风空调系统的机组耗能情况如下表。济南地区夏季室外空调设计参数：空调设计干球温度34.8℃，湿球设计温度26.7℃。
注：消耗电能按如下条件计算：系统综合COP=3.6；再热量考虑采用免费冷凝热；考虑新风负荷。
注：消耗电能按如下条件计算：系统综合COP=3.6；再热量考虑采用免费冷凝热；考虑新风负荷。
从表1~3可以看出，I级手术室室内冷负荷很少，仅3.89kW（新风负荷为13.28kW，由新风机组进行承担）。但是为了消除这些负荷，一次回风系统需要付出40.kW冷量及36.1kW的再热量。即使采用二次回风系统，当二次回风量达到50%时，仍需要20.8kW冷量及19.30kW再热量；当二次回风量达到100%时，仍需要6.1kW冷量及2.5kW再热量。
从上面分析可以看出，手术部净化空调系统能源浪费情况严重，有必要进行节能方面的思考与讨论，利用新型节能技术淘汰原有习惯设计思路，从而节省大量能源。
3、溶液除湿新风机组在医院净化空调系统中的应用
近几年，随着温湿度独立控制空调系统的研究应用，一种新的新风处理机组随之诞生，即溶液除湿新风机组，已广泛应用于温湿度独立控制空调系统中。该新风机组一般由低位热源驱动，在民用项目中，通常采用热泵产生的热源驱动，可以实现除湿功能，也可以根据需要实现调温功能。随着技术进步，最新型号的新风机组还设置了对新风的冷却预处理段，对高温高湿的新风用高温冷水（17/22℃）进行预处理，进一步降低设备能耗，提升设备综合COP。采用了高温冷水预冷的热泵驱动的溶液除湿新风机组，其系统综合COP高达4.71；而采用一次回风系统，其系统综合COP仅为3.26。由此可以得知，采用新型溶液除湿新风机组，可以比常规系统节能39%左右。
在医院净化空调系统中，最理想的是每套净化空调系统配一台新风机组，即单对单匹配。这种配套模式优点是控制简单；缺点是新风机组选型太小，系统所需的新风机组数量较多，系统初投资与所需机房面积随之增大。常用的方案就是把室内设计参数相同、热湿负荷相近的多个净化空调系统合用一个新风机组。该方案自控系统采用湿度优先控制策略，其控制策略包括湿度和温度两部分。A、湿度控制，溶液除湿机组调节送风含湿量以满足湿负荷最大房间（回风相对湿度最高房间）的湿度控制要求，其他房间可微调净化循环空调箱内加湿段加湿量以控制室内相对湿度。B、温度控制：净化循环机组调节表冷器冷水流量以控制室内温度。该方案的优点是：各手术室新风机组可集中选型；控制策略简单。该方案缺点是：空气处理过程先除湿后加湿，造成了能量浪费。不过由于系统加湿量最大值等于室内产湿量，由于手术室室内产湿量并不大，造成的能量浪费也较小。
注：消耗电能按如下条件计算：主冷源系统综合COP=3.6，溶液除湿新风机组综合COP=4.71.；再热量考虑采用免费冷凝热；考虑新风负荷。
该方案净化空调系统Ｉ－Ｄ图处理过程如图4所示。当dW>dN，tW<tN时，室外空气不需要进行预冷，直接进行除湿。新风经等温除湿以后，送风温度会低于室内温度，因此可以承担一部分显热负荷。如不需要新风承担室内显热负荷，可以通过溶液除湿新风机组自动调整送风温度至室内设计温度。
图4 温湿度独立控制净化空调系统空气处理过程
4、某医院净化空调系统设计介绍
该医院项目位于深圳地区，室外气象设计参数：夏季空气调节室外计算干球温度33.7℃；夏季空气调节室外计算湿球温度27.5℃。
该医院项目需要设置净化空调的科室有手术部、重症监护室（ICU）、新生儿重症监护室（NICU）、中心供应洁净区、配液中心洁净区、门诊ICU等场所。由于手术部、ICU等科室净化空调系统相对集中，机房集中设置，所以采用了使用溶液除湿新风机组+循环净化空调机组的温湿度独立控制空调系统，其余场所由于相对分散，各系统采用新风量较小，从初投资等经济性要素分析，仍然采用了常规一次回风净化空调系统。下面重点介绍手术部及重症监护室（ＩＣＵ）净化空调系统。
手术部洁净区面积约1180m2，有１间Ｉ级手术室，１间ＩＩ级手术室，８间ＩＩＩ级手术室，１间正负压转换手术室。ＩＣＵ部分面积436m2，分两部分，一部分为中心区，１０床；一部分为１间单间监护及1间正负压转换隔离监护室。净化机房设在手术部ICU上一层。
净化空调系统循环空调机组冷热源冬夏季采用本项目主冷热源，过渡季采用风冷冷热水机组。这是由于主冷热源采用水冷冷水机组的系统综合COP相对风冷冷热水机组系统较高，夏季使用时，消耗能源较少，达到节能目的。过渡季主冷热源停止运行，为了保证净化空调系统全年运行，采用风冷冷热水机组做为冷热源满足运行需要。
手术部ICU净化空调系统新风机组采用带预冷盘管的溶液除湿热泵型新风机组，全年运行，将室外风处理到需要的新风状态点。为了减少投资及占地面积，采用多台净化空调循环机组共用一台新风机组的配置模式。手术部净化空调系统设两台溶液除湿热泵型新风机组，一台负责各洁净手术室净化空调系统新风处理，机组额定新风量9200m3/h，一台负责洁净走廊及辅助洁净房间(总面积604m2)的净化空调系统新风处理，机组额定新风量5500m3/h(3次/h，个别房间如预麻醉间和恢复室新风量是4次/h)；ICU（总面积436m2）净化空调系统设一台同类型新风机组，额定新风量3950m3/h(3次/h?)。
I、II级手术室及正负压转换手术室均独立设置循环净化空调机组，I级手术室循环空调机组送风量10100m3/h，II级手术室循环空调机组送风量3600m3/h。其余III级手术室均采用一台循环机组带两个（或三个）手术室的方式设置净化空调机组。带两个手术室的循环净化空调机组送风量4400m3/h，带三个手术室的循环净化空调机组送风量6600m3/h。走廊及辅房循环净化空调机组设两台，单台送风量14000m3/h。
ICU选用两台单台风量10000m3/h循环净化空调机组，当其中一台出现故障时，仍可部分满足空调需要。
每个手术室单独设排风，I、II、III级手术室排风量均为200m3/h。ICU的隔离重症监护室及中心大厅各设一套排风系统，排风量分别为200、2000m3/h。
5、手术部ICU净化空调系统气流组织设计
手术室净化空调系统采用顶送侧下回的气流组织形式，送风口采用洁净手术室专用阻漏式层流送风吊顶，回风口设在手术床两侧墙壁下侧，上沿距地面不大于500mm。走廊采用顶送顶回的气流组织形式，送风口采用高效送风口，回风口采用单层百叶回风口。洁净辅房顶送顶回，送风口采用高效送风口，回风口采用单层百叶回风口。
ICU个人病房采用顶送侧下回的气流组织形式，送风口采用带扩散板的顶部高效送风口，回风口设在侧墙下部。ICU大厅顶送侧下回的气流组织形式，吊顶设高效送风口，沿墙壁设回风管，在下部设回风口。辅助房间等采用顶送顶回气流组织形式。
6、结语
手术部ICU净化空调系统采用溶液除湿热泵型新风机组以后，使循环空调机组干式运行，不产生冷凝水，减少霉菌的滋生，提高了送风的品质。净化系统采用该机组，还可以节约大约30%左右能耗，大大降低运行费用，减少二氧化碳排放，具有良好的经济及社会效益。
作者：
山东省建筑设计研究院：任照峰 贾敬龙 于晓明
上海赛扬工程技术有限公司：王典乐
文章来源: 《中国建材科技》2013年第4期（总第130期）
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