本篇重点提示
1.
通仓交融手术室相对于传统手术室可减少医护人员总数量约25%,降低人力成本6.25%,提高手术量25%以上。对于我国大型专科医院手术室来说,这是一个“减量增效”的新思路。
2.
通仓交融手术室空调系统有四大特点:手术室温湿度独立控制,空调冷热源四管制系统,I/III洁净等级可转换,上回风和下回风形式有机组合。
3.
通仓交融手术室洁净I/III等级可转换,使在切除不良结节的手术量过程中,需调正手术方案,扩大手术视野而转换洁净度成为可能。
4.
通仓交融手术室在国内医院建设标准或规范中,如《医院洁净手术部建筑技术规范》(GB50333-2013)尚未涉及,需要不断努力从控制思路、设计计算、实体模型、数值模拟等方面不断验证后再实施。
5.
目前通仓交融手术室的设计已完成,实体模型搭建已结束,正在进行气流模拟验证,初步计算机模拟实验结果是可行的。
壹
通仓交融手术室受集中新风空调系统控制
01
手术区I/III级转换的空调系统实施
▲ 图1 通仓交融手术室实景图
通仓交融手术室I级手术区送风量9000m³/h, III级手术区送风量3000m³/h,送风量比为3:1。根据风量与风压平方 (L/L1=H/H1¹/²)关系计算,当循环空调箱送风量9000m³/h,机外余压600Pa时满足I级手术区洁净度要求,当转换III级手术区时,风量需减少到原送风量的1/3,机外余压降至66Pa左右,显然不能满足克服风系统阻力的要求。
按风量-风压性能曲线,当空调系统完成后,管网性能曲线固定,而改变风机性能曲线必然的,也是可行的。
我们将I级手术区9000m³/h的送风机,设计成二台4500m³/h的相同性能曲线的风机,当运行I级手术时,开二台风机;而运行III级手术时,开一台风机,这样当送风机4500m³/h改变3000m³/h时,机外余压600Pa降为400Pa。
按管网特性方程式H=KQ²计算,由于I/III级手术区合用一套管路,阻力系数确定,风量减少使系统阻力减少2.25倍,循环风机产生的风压完全能克服风系统阻力。
一台风机单独工作时的风量大于并联工作时每台风机的风量,二台风机并联工作时,其并联工作时的风量不可能比单台泵工作时的风量成倍数增加(L1+L2<2L1)。因此在选择风机时,应考虑相同型号风机在并联运行时,均处在风量高效率工作点而且风量大于单台风机风量的因数。
02
四管制冷热源
洁净手术室一年四季处于制冷、再加热、制热这种特殊状况,在以往的洁净手术室设计中,冷热源采用风冷热泵机组或冷水机组+热水锅炉,水系统采用二管制或四管制,洁净空调箱再加热采用电加热或热水盘管。
风冷热泵机组难以满足同时供冷供热的要求,而洁净空调箱采用冷却去湿再加热,形成冷热量互相“抵消”, 造成明显不合理的能耗,使洁净手术室成为医院高能耗部门。采用多功能冷热源一体机,替代锅炉+冷水机组制冷和制热设备,是手术室一种比较合理的冷热源选择方案。
冷热源采用四管制多功能空气源热泵,可实现同时解决洁净手术部冷冻去湿、再加热的要求,达到恒温恒湿控制的目的。
该方案取消空调箱内电加热,利用多功能空气源热泵余热作为再加热热源,节约了大量冷热量互相“抵消”的能耗。同时在过渡季节手术室可同时制冷制热,各类手术室之间互相不干扰。通过近几年在手术室的实际运行,取得了较好的节能效果。
贰
气流模拟试验验证气流组织的合理性
为验证通仓交融手术室采用上部回风气流组织的合理性,我们搭建了1:1实体模型(1/2型),目前正在做实体模型气流模拟试验, 主要用来检验:
1.
手术区内上回风是否影响在手术主流有效区域内单向流气流。
2.
条形上部回风口和下部回风口结合回风是否合理。
3.
I/III级级别转换在多长时间内气流达到相对平衡。
4.
手术室内温湿度场分布。
5.
各手术区按I/III级运行时互相干扰问题。
叁
空调节能性分析
01
U型三维热管夏季预冷
目前手术室空调系统基本上有二种方案,传统的一次回风加再热系统,另外一种是温度湿度独立控制、新风湿度优先控制。新风冷却后再加热有多种方案,如可采用多功能热泵机组的废热再加热,也可采用直接蒸发冷却器的冷凝热再加热。
本方案采用三维热管技术,在新风空调箱表冷器前后侧增加U型热管,夏季新风预冷却,可节省冷量Q=4000×1.2×(90.6-85.2)/3600=7.2kW,经新风直膨机深度冷却后,再将新风再热Q=4000×1.2×(33-29.4) /3600=4.8kW,节省新风能耗约12kW。
采用三维热管技术,在夏季对提高新风最终处理温度,在冬季减少新风相对湿度,使新风控制系统内出风口空气相对湿度不大于75%。
02
温湿度独立控制方案节能分析
通仓交融手术室空调方案放弃了一次回风加再热方案传统方案,采用温度湿度独立控制、新风湿度优先控制方案,并在新风空调箱内采用三维热管技术。
经计算比较,通仓交融手术室夏季总冷量94.4kW,其中:新风机组中一级制冷段由冷水机组承担48.8kW,二级制冷段由直膨机承担20.4kW,循环机组冷量25.2kW(单台冷量6.3kW),冬季总热量34.4kW,新风加热量 21.6kW,循环机组加热量12.8kW(单台热量3.2kW),加湿量25kg/h。
对比传统的一次回风加再热方案,总冷量约为199.48kW,其中:新风机组冷量46.68kW,循环机组冷量150.8kW。
两方案比较,采用温湿度独立控制方案,总冷量约为94.4kW,每年运行1500h,年耗能14.16万kW·h电。
采用一次回风再加热方案,总冷量约为199.48kW,如每年运行1500h,年耗能29.92万kW·h电;前者比后者每年少用电15.76万kW·h(相当于15.76万度)。按热泵机组最低COP=3.0估算,一间通仓交融手术室一年可节电315.24kW(表1)。
表1 洁净手术室耗冷量比较
注:一次回风加再加热方案I-D图,见暖通空调 2015年增刊2。
全文完。
本文作者:
严建敏、李婕 上海市卫生建筑设计研究院有限公司
杨永梅、陈瓒 上海肺科医院
刘燕敏、李晓颖 同济大学
END