洁净手术部新风系统的选择.doc

洁净手术部新风系统的形式及选择
北京康成人工环境工程有限公司 徐喆
新风在空调系统运行中起重要作用，尤其是在洁净空调系统中，洁净房间内没有可开启的外窗，新风的大小直接关系到室内工作人员的舒适度，而新风的品质关系到洁净室内的洁净度。同时，新风在空调系统的负荷中占重要地位，直接影响到空调负荷的大小和能源的消耗，因此，本文通过阐述洁净手术室的几种新风处理形式，为手术室的设计人员提供多种新风系统的选择方式，以适用于不同的工程项目。
一、新风三级过滤：
新风是保证洁净空调系统免受室外污染的重要因素，如果进入系统的新风尘浓度高，就会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。因此，关于新风的处理，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》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。
采用新风三级过滤后，对于末级是高效过滤器的手术室，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。
二、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2所示：

图2 自采新风组合空调机组的形式
看到图2，同行们可能会产生疑问，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3 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4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5 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。
三、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3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范》GB 50333—2002中建议采用独立新风（正压送风）系统，见图6。
该系统的主要特点是每间手术室净化空调和维持正压两大功能分离，同时通过新风系统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，图6 独立新风（正压送风）系统原理图
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。