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术中核磁共振手术室的净化空调设计
摘 要
医疗技术不断地发展，产生了许多新兴技术，术中核磁共振就是这些新兴技术之一。在使用术中核磁共振时，其对空调设计提出了更高的要求。文章探讨了术中核磁共振手术室的暖通空调设计问题。
关键词
术中核磁?气流组织?压差控制
abstract
in recent years, with the development of medical technologies, many new technologies have been introduced which make doctors more convenient to diagnose and treat and bring good news to patients as well. intraoperative nuclear magnetic resonance (nmr) is one of the new technologies that demands high quality air conditioning design. this article will discuss some questions in hvac for intraoperative nmr.
keywords
intraoperative nmr?air distribution pressure difference control
随着我国医疗技术的不断发展和提高，许多新兴医疗技术得到应用。在各类手术中，颅脑手术是一项技术难度更高、风险性更大的技术。术中核磁共振是现今这方面比较先进的医疗技术。它打破常规，把头颅核磁共振检测和手术结合了起来，不再仅仅局限于术前的核磁共振诊断头颅病变情况。
这套系统使医生能在颅内手术后再次进行核磁共振的扫描，以确认手术是否完成得彻底、准确。如果没有做到位，还可以继续手术。这样大大方便了医生的诊治，使患者的治愈成功率大大提高。头颅核磁共振检测技术不仅仅是涉及术中核磁医疗技术本身，而且还涉及到相关用房的净化空调设计。
一、术中核磁工作原理
首先，术中核磁手术室在建筑布局和房间设置上与常规手术室不同，它是由两个各自独立的房间组成的统一体。一间是手术室，称为or，另一间则是磁体设备房间，称为dr。or与dr之间有一道移动屏蔽门相隔，平时关闭，手术时可开启也可关闭。房间吊顶有轨道相通，磁体设备吊装在轨道上，可以来回滑动（见图1、图2）。
其工作过程为：
1.患者先在dr进行磁共振检测，确认头颅病灶的部位；
2.患者被推入or准备手术，此时移动屏蔽门是先开后关的状态；
3.患者在or接受手术，此时移动屏蔽门是关闭状态，or与dr为独立的两间洁净室；
4.术后移动屏蔽门打开，由dr的磁体设备移动至or进行磁共振扫描，以便观察手术是否彻底、成功。此时or与dr联通，成为一间整体洁净室；
5.手术结束，患者离开手术室。
众所周知，脑外手术为i级手术，对手术室洁净度与气流组织要求很高，而or与dr在工作过程中需要打开移动屏蔽门，移动磁体设备，这必然对洁净室环境造成影响，如何控制手术室洁净度及其气流组织，保持压差，是净化空调设计的难点。
二、案例分析
（一）工程概况
此项目由某医院综合楼一层原来的功能房改建为术中核磁手术室，改建面积约250m2，层高约5.4m。包括手术室（or）、磁体室（dr）、操作室、及一些净化辅房。为保证术中核磁工作人员及患者需要，此区域全年满足净化工艺对空调的要求。
磁体设备对暖通空调专业的参数要求，见表1、表2。
最大室温变动应小于30℃（5.50℉）。 如果温度或湿度值超标，将产生凝结水。
（二） 冷热源及系统简介
1.冷热源：该工程夏季空调总冷负荷约138kw，冬季空调总热负荷约60kw。空调冷、热源选用一台用制冷量155kw，制热量125kw的能同时供冷、热的四管制风冷热泵机组，机组设置在大楼五层屋面。
2. 净化空调系统：为or和dr各自设置一个独立的洁净空调系统，其余各辅助用房设置一个独立的空调系统。新风机设有粗、中效空气过滤段、表冷段、热水盘管段、送风机段；空调箱功能段设有粗、中效空气过滤段、表冷段、热水盘管段、蒸汽加湿段、送风机段。各功能区域新风直接取自室外并由新风机集中处理后送入各空调箱经二次处理后再送入各功能室。
3.空调水系统：该工程采用四管制闭式循环系统，冷水泵配置两台，热水泵配置两台，冷、热水系统水泵分别为一用一备。水系统为异程式，采用平衡阀平衡系统阻力。冷、热水系统分别由两套稳压型定压罐定压补水。
（三） 洁净度标准
就一般dr而言，是不需要净化空调的，但是术中核磁将检查与手术联系到一起，需要相互“互动”。因此，dr也需要做净化设计。
由于or主要进行脑外科手术，手术室级别定为i级，而dr与or之间在手术过程中移动屏蔽门将打开，彼此连成一体，为了保证or内的洁净度及气流组织的稳定，我们考虑将dr设计为ii级手术室，否则会造成or与dr之间压差及洁净度相差过大，开门时造成两室气流的不稳定，对i级层流的扰动太大从而影响手术的效果。但是，对于一间dr说，设计ii级手术室的标准又太高，同时也不利于节能。因此，根据or与dr的工作特性，我们采取了一个折中的办法。即在or于dr之间屏蔽门关闭状态时，其实两室是独立的，只有在门打开时才相互连通。因此，我们考虑为dr设计一个变风量系统，在屏蔽门关闭时，设计成一般万级洁净室的标准，保证房间的洁净度及相对于邻室辅助用房的压差。在屏蔽将要打开之前，再将dr的洁净级别提高至ii级手术室标准，使dr与or在屏蔽门打开连通之后，or室内的洁净环境不会受到太大的影响，保证手术的正常进行。其余洁净辅助用房则均按照《医院洁净手术建筑技术规范》（gb 50333-2002）的要求进行设计。各房间洁净指标见表3。
（四） i-d计算及空调系统
or与dr室内设计温度t=22℃，相对湿度φ=55%，计算or百级手术室人员12人，dr万级磁体室人员8人，采用华电源负荷计算软件（hdy-msad1.82）进行空调负荷计算，根据《医院洁净手术部建筑技术规范》（50333-2002）确定手术室风量。
1.dr的计算及空调系统
dr为一个净化空调系统，室内冷负荷q=5.1kw，空调湿负荷d=0.29kg/h，门开和门闭时室内负荷变化忽略不计，万级洁净新风量定为800m3/h，门闭时送风量为2400m3/h，门开时送风量为3900m3/h。
dr万级磁体室采用一次回风系统，新风处理到室内焓值，新风不承担室内负荷，新风空调箱仅承担新风负荷，室内循环空调箱承担全部室内冷负荷，循环空调箱在湿工况下工作，此种方式在工程设计中经常被采用。一次回风系统空气处理流程见图3 。
从i-d图上分析，回风n点与处理后的新风l点混合，经循环空调箱冷却处理到l’点，经再热到送风状态点o。
根据dr的运行特点，计算需分门关闭和门开启时两种状态。
（1）门关闭状态，根据i-d图计算得——
新风预冷量：
q新=［1.2×g×（iw-il） ］/3600
= ［1.2×800×（90.44-45.22） ］/3600
=12kw
再热量：
q再=［1.2×g×（io-il’） ］/3600
= ［1.2×2400×（38.85-35.9） ］/3600
=2.36kw
dr净化空调箱制冷量：
q=［1.2×g×（ic-il’） ］/3600
=［1.2×2400×（45.22-35.9） ］/3600
=7.46kw
（2）门开启状态，根据i-d图计算得——
新风预冷量：
q新=［1.2×g×（iw-il） ］/3600
=［1.2×800×（90.44-45.22）］/3600
=12kw
再热量：
q再=［1.2×g×（io-il’） ］/3600
= ［1.2×3900×（41.3-36.06）］/3600
=6.8kw
dr净化空调箱制冷量：
q=［1.2×g×（ic-il’） ］/3600
=［1.2×2400×（45.22-36.06）］/3600
=11.9kw
2.净化辅房的计算及空调系统
所有净化辅房为一个净化空调系统，总冷负荷q=11.4kw，总湿负荷d=2.29kg/h，新风量定为1146m3/h，送风量为3735m3/h（各辅房风量确定见表3）。
相关计量值，根据i-d图算得——
新风预冷量：
q新=［1.2×g×（iw-il）］/3600
=［1.2×1146×（90.44-45.22）］/3600
=17.27kw
再热量：
q再=［1.2×g×（io-il’） ］/3600 =［1.2×3735×（36.06-34.13）］/3600
=2.4kw
dr净化空调箱制冷量：
q=［1.2×g×（ic-il’）］/3600
=［1.2×3735×（45.22-34.13）］/3600
=13.8kw
3.or的计算及空调系统
or百级手术室室内冷负荷q=11.3kw，空调湿负荷d=0.6kg/h门开和门闭时室内负荷变化忽略不计，百级手术新风量门开时定为1200m3/h，门闭时定为2400m3/h，手术室控制区2.6×2.4m2,手术室控制区送风量11000m3/h。
or采用的是二次回风系统，从i-d图上分析（见图4），一次回风n点与处理后的新风l点混合，经循环空调箱冷却处理到l’点，再与二次回风n混合至送风状态点o。
根据or的运行特点，计算同样需分为门关闭和门开启两种状态。
（1）门关闭状态，根据i-d图算得——
新风预冷量：
q新=［1.2×g×（iw-il）］/3600
=［1.2×1200×（90.44-45.22）］/3600
=18kw
or空调箱制冷量：
q=［1.2×g×（ic-il’）］/3600
=［1.2×11000×（45.22-35.73）］/3600
=34.8kw
（2）门开启状态，根据i-d图算得——
新风预冷量：
q新=［1.2×g×（iw-il） ］/3600
= ［1.2×2400×（90.44-45.22）］/3600
=36kw
or空调箱制冷量：
q=［1.2×g×（ic-il’） ］/3600
=［1.2×11000×（45.22-35.73）］/3600
=34.8kw
为了方便比较，我们把or百级手术室也做了一次回风系统的计算，根据i-d图，其再热量可算得——
q再=［1.2×g×（io-il’） ］/3600
=［1.2×11000×（42.02-36.12）］/3600
=21.6kw
如果or采用一次回风，那么相对于dr其再热量要高出很多。
由此可看出，百级手术室采用二次回风系统，其运行能耗比一次回风系统下降很多。没有再热产生的冷热抵消的浪费。
4.新风处理
dr、or及净化辅房的新风均由一台新风机组集中处理新风到室内焓值再送至3个净化空调箱内。项目总新风量4346m3/h。由室外新风机处理至室内的等焓点送往空调箱。
5.冷热源的选择
本项目dr及辅房净化空调系统采用一次回风系统，同样也有再热问题，而采用电再热的形式将会造成过高的能源浪费，因此我们采用四管制冷、热型风冷热泵作为系统冷热源。
热泵机组壳管式蒸发器生产冷冻水，作为系统的冷源，壳管式冷凝器生产热水，作为系统的热源，翅片式换热器既可作蒸发器也可作冷凝器，并根据系统需要可实现蒸发器功能和冷凝器功能之间进行切换，进行冷热量平衡调节，满足洁净空调箱冷冻去湿、再加热的要求，达到洁净手术室恒温恒湿的要求，实现节能的目的。
6. 气流组织
按照《医院洁净手术建筑技术规范》，i级洁净手术室的送风面积不小于2.4m×2.6m的区域，但是or吊顶装了两根轨道供磁体移动，因此只能将2.4m×2.6m的送风区域分成3块，每块大小0.8m×2.6m，同时由于手术室面积较大，并且是不规则形状因此在手术室四周都设有下回风口，保证气流组织能分布均匀，以保证室内洁净度符合设计标准。
为了尽可能地减小开门后dr对or的影响，当门打开时希望能够将气流紊流状态控制在一定范围内，保证手术台区域的平行流，因此将两个房间的排风口设置在移动屏蔽门侧，将紊流控制在排风口范围内，《洁净室施工验收规范》中要求洁净室开门时，距门0.6m处洁净度不低。因此两侧排风口设置在距门约0.65m～0.8m的距离，而手术台距门约2.5m。气流紊流区域影响不到手术台工作区域（见图5～图7）。
当门开启时，or对dr保持≥8pa的正压，气流方向从屏蔽门处流向dr，流经dr排风区域随着dr的排风气流被抽走（见图5）。

（五）压差控制
由各房间洁净指标表，我们可以得出dr与or的送风量、新风量与排风量，但当屏蔽门开启时，为保证洁净度，dr的换气次数由22次/h提高到36次/h，两房间之间的门缝渗风变成门洞渗风，此时将or新风量增大，流入dr的风量随之增大，同时提高dr的排风量，以保证两个房间连通后的气流组织稳定。风量的变化通过变频风机与电动双位定风量阀实现。
在门开启时，or到dr的门洞风量约为1430m3/h，屏蔽门尺寸为3m×2.5m，因此可以计算出门洞气流方向流动速度约为0.053m/s，而磁体移动时速度缓慢，其从dr带入or的风量可忽略不计，因此，能够保证or对dr的气流组织的稳定，使整个手术大环境不受干扰。项目最终验收实测时，or对dr的压差为9.3pa，完全满足设计要求。其余洁净辅助用房均按照常规洁净空调系统进行设计，设计为一个独立的空调系统，送风、排风均按照风量平衡计算得出。并将各房间风量、系统划分、系统连接等反映到建筑平面图上。
（六）实测效果
项目竣工验收时，第三方检测机构对术中核磁共振手术室做了全面的洁净指标检测，检测结果各项指标完全满足《医院洁净手术建筑技术规范》（gb 50333-2002）以及设计的工艺要求。后期运行情况一直比较稳定，从2010年10月4日投入使用，截至2011年7月26日，术中磁共振手术室已经顺利完成220例手术，无一例感染，医院对使用情况也非常满意。
三、结束语
当今医疗技术不断创新，对空调设计提出了更高的要求，许多问题都需要结合实际项目“因地制宜”地来研究解决，需要采用新的系统、新的做法，也需要独特的设计手段来达到实际使用的需求，以上仅以术中核磁手术室的空调设计为例，希望能给大家提供参考。
参考文献
［1］许钟麟，沈晋明. 空气洁净技术应用［m］. 北京：中国建筑工业出版社，1989
［2］许钟麟.洁净室及其受控环境设计［m］. 北京：化学工业出版社，2008
［3］中华人民共和国卫生部. gb50333—2002 医院洁净手术部建筑技术规范［s］. 北京：中国计划出版社, 2002
［4］中华人民共和国住房和城乡建设部. gb50591-2010 洁净室施工及验收规范［s］. 北京：中国建筑工业出版社, 2010
［5］陆耀庆.实用供热空调设计手册（第二版）［m］.北京：中国建筑工业出版社，2005