寒冷季節凈化手術室供冷系統

摘要：潔凈手術室一般位于醫院大樓的內區，存在冬季過熱的現象。文章簡要敘述了手術室凈化系統中溫度控制的原理，分析了在寒冷季節，“凈化手術室供冷系統”可以從室外“免費取冷”，很好地解決凈化手術室冬季過熱的問題。一方面解決了手術室溫度問題；另一方面節省了大量的運行經費，降低了運行損耗。

關鍵詞：凈化手術室；溫度過熱；免費取冷；空冷器

中圖分類號：TU246 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）01-0164-02

1 凈化手術室過熱

手術室一般位于建筑的內區，當整棟建筑都有空調系統時，手術部的維護結構基本處于恒溫狀態，不受外部環境溫度變化的影響。維護結構的熱傳導可以保證手術室在不開空調系統時，也能維持與周圍房間相同的溫度（例如冬季供暖18℃～22℃）。目前國內流行的凈化手術室平面布局為雙通道型，手術室外圍為清潔走廊和潔凈走廊（設計溫度22℃～24℃），手術室內人員、燈具、設備散熱需要依靠手術室自身的凈化空調系統來調節。

下面以百級手術室（送風10000m3/h、新風1000m3/h）為例討論手術室的過熱情況。手術室得熱量為圍護結構傳熱Qw、室內設備人員散熱Q、得冷量為Qs，則手術室內熱量變化ΔQ為：

ΔQ=Qw+Q+Qs

熱量變化就是空氣處理機組要消除的負荷，下面逐項分析：

1.1 維護結構傳熱Qw

維護結構通過周圍房間的熱傳導維持手術室的室內溫度，使手術部溫度趨于平衡。

1.2 手術室設備人員散熱Q

手術部的熱負荷由醫療設備、燈具、人員的散熱組成，根據手術室級別類型的不同，百級手術室熱負荷一般估算為6kW，其中燈具散熱1.68kW，設備散熱1.5kW，人員散熱2.82kW。

Q=Q1+Q2+Q3

式中：

Q—總散熱量

Q1—手術室燈具散熱量

Q2—手術室設備散熱量

Q3—手術室人員散熱量

1.3 得冷量Qs

供暖季，一般空調系統無制冷能力，得冷量等于新風所提供冷量。以東北某地區為例：冬季新風干球溫度為-29℃、相對濕度為74%，回風溫度為24℃、相對溫度為50%，將新風預熱至5℃后，新回風混合后為干球22.1℃、相對濕度50.6%，計算得新風焓差為18.6kJ/（kg·干空氣），得冷量=-6.2kW。

則手術室熱量變化為：

ΔQ=Q-Qs=-0.2kW

即供暖季百級手術室有0.2kW的熱負荷，需要執行空調供熱模式。但在凈化手術室的實際應用中存在以下五個因素，使得手術室出現過熱的情形：

（1）為防止機組盤管凍裂，新風往往預熱到大于5℃才送入空氣處理機組；（2）由于系統老化，過濾器更換不及時等原因造成新風量達不到設計的標準；（3）《GB50333醫院潔凈手術部建筑技術規范》征求意見稿中有減少新風量的趨勢，降低了通過加大新風量以控制手術室過熱的可能性；（4）空氣循環機組風機的散熱變相增加了手術室的熱負荷；（5）冬季一般采用的蒸汽加濕會造成手術室顯熱的增加。

綜合上述幾個方面，類比夏季制冷工況，在手術室過熱時，我們設定與夏季相同的送風溫度（一般為21℃），根據送風量的不同，百級手術室具有10kW左右的制冷能力，千級、萬級手術室分別有5kW、3kW的制冷能力，完全可以實現消除冬季手術室室內過熱的目的。

但在寒冷季制冷機組制冷能力受到很大限制，許多冷水機組在氣溫5℃以下就停止工作，所以需要尋找節能環保的替代冷源。

2 冷卻塔供冷方案

當室外空氣溫度低于一定數值時，可以直接利用空氣中的“免費冷源”直接或間接向空調系統供冷。對于普通空調系統，可以采用將室外新風直接引入的方式利用“免費冷源”；而凈化空調系統對空氣的質量有較高要求，需要在不增加新風量的情況下消除室內冷負荷，即間接“免費取冷”。間接取冷一般通過冷卻塔，根據各地氣候條件的差異，采用不同的冷卻塔供冷形式。

2.1 開式冷卻塔供冷

開式冷卻塔（簡稱開塔）直接冷卻噴淋水，得到15℃的高溫冷水，可以作為空調機組在過渡季和冬季等不除濕工況下的冷源。考慮冷幅為4℃，在室外濕球11℃以下（此時干球溫度在16℃左右）的環境下均可以使用此種方式取冷。

此系統效率較高，但是也存在以下問題：（1）開塔不能在0℃以下使用；（2）開塔冷卻的工質直接接觸大氣，水質較差。

如果將開塔冷卻的噴淋水經過板換得到清潔的冷媒水，則屬于開塔間接供冷。考慮板換帶來的換熱溫差，為得到15℃高溫冷水，系統可以在室外濕球溫度10℃以下，0℃以上的環境使用。

2.2 閉式冷卻塔供冷

系統等同于將開塔間接供冷系統的板換放置到開塔內組成閉塔，從而保證冷媒水的清潔的形式，系統運行溫度區間等同于開塔間接供冷系統。

在環境溫度低于0℃時，可以停掉管外噴淋水，只利用空氣冷卻管內工質，即采用空冷的形式，但會降低閉塔的換熱效率，并且也存在凍壞閉塔換熱盤管的風險。

系統適用于我國長江中下游冬季不易結冰的區域，以南京為例，每年有1～3月、12月的平均濕球溫度低于10℃，可采用此系統。

2.3 空冷器供冷

系統包括設置于戶外的空冷器、機房內的換熱器以及管路系統，空冷器中的乙二醇水溶液等抗凍工質經空氣冷卻后輸送到機房內，再通過換熱器冷卻蓄水箱中的冷媒水，此冷媒水作為凈化空調機組冷源使用。

由于空冷器的冷卻極限是環境的干球溫度，為得到15℃高溫冷水，環境干球溫度需低于10℃（濕球溫度約為6℃）。在我國北方地區，此系統有半年左右的可利用時間。以哈爾濱為例，每年有1～4月、10～12月的平均干球溫度低于10℃。endprint

3 凈化手術室供冷系統

以哈爾濱某醫院的氣候條件為例，我們選取空冷器冬季供冷方案。系統如圖1，主要包括空冷器、換熱水箱、水泵等設備，還需要特殊定制的空氣處理機組與之配合。在傳統空氣處理機組中再加入一冷卻段，此段不能與夏季表冷段共用，考慮到冬季加濕比較困難，此段需位于加濕段后，出風口前。

圖1 空冷器冬季供冷系統圖

3.1 系統實施過程

3.1.1 系統包括兩個循環，分別是乙二醇水溶液循環和冷媒水循環，其中除空氣冷卻器（2）放置于室外，其他設備均放置于室內，做好保溫。

3.1.2 乙二醇水溶液首選通過變頻泵（3）輸送至空氣冷卻器（2），在其中通過換熱，得到室外環境中的冷量，然后流回換熱水箱（5）的換熱管內，進入下一個

循環。

3.1.3 經過換熱水箱（5）冷卻的冷媒水送入空氣循環機組（7）的換熱盤內，冷卻室內空氣后流回換熱水箱（5）中進行下一個循環。

3.2 系統控制過程

3.2.1 為便于空氣循環機組（7）制冷量的控制和節省乙二醇變頻泵（3）的泵功，需要控制出水溫度恒定，通過測溫點T1的反饋值調節乙二醇變頻泵的轉速。

3.2.2 通過測溫點T2得到的溫度反饋至調節風機（1）的起停，當T2高于設定值時，啟動風機（1），加速乙二醇水溶液的冷卻；當T2低于設定值時，關閉風機（1），這樣既可以保護管殼式換熱器不被凍裂，也節省了風機電耗。

3.2.3 為在不同數量的空氣循環機組（7）的情況下節省冷媒水變頻泵功，設定冷媒水循環系統的壓力采集點，根據空氣循環機組（7）數量的不同帶來的系統循環壓力的變化，調整冷媒水變頻泵的頻率。

為防止加濕后的空氣有凝水析出，所以冬季冷盤管內水溫要不低于15℃，按常規5℃溫差設定冷盤管進水15℃，回水20℃；按照乙二醇水溶液與冷媒水5℃換熱溫差計算，乙二醇水溶液進換熱水箱溫度為10℃，回空冷器溫度為15℃。此系統可在環境溫度低于10℃的環境中使用，溫度越低，空冷器換熱效果越好。

4 結語

位于建筑內區的凈化手術室與外界“隔絕”，存在冬季過熱的問題。

寒冷季節，大樓一般不提供冷源，冷水機組呈低溫保護狀態不能正常啟動?！皟艋中g室供冷系統”可以從室外“免費取冷”，很好地解決凈化手術室冬季過熱的

問題。

以環境溫度為10℃為切換溫度，低于此溫度，可以使用此系統“免費取冷”，當環境高于此溫度時，手術室進入過渡季工況，可以直接開啟冷水機組制冷。

參考文獻

[1] 許鐘麟.潔凈室及其受控環境設計[M].北京：化學

工業出版社，2008：344-347.

[2] 李永安，常靜，徐廣利.閉式冷卻塔供冷系統氣象條

件分析[J].暖通空調，2005，35（6）：107-108.

作者簡介：白亮，供職于上海德明醫用設備工程有限公司，碩士。endprint

3 凈化手術室供冷系統

以哈爾濱某醫院的氣候條件為例，我們選取空冷器冬季供冷方案。系統如圖1，主要包括空冷器、換熱水箱、水泵等設備，還需要特殊定制的空氣處理機組與之配合。在傳統空氣處理機組中再加入一冷卻段，此段不能與夏季表冷段共用，考慮到冬季加濕比較困難，此段需位于加濕段后，出風口前。

圖1 空冷器冬季供冷系統圖

3.1 系統實施過程

3.1.1 系統包括兩個循環，分別是乙二醇水溶液循環和冷媒水循環，其中除空氣冷卻器（2）放置于室外，其他設備均放置于室內，做好保溫。

3.1.2 乙二醇水溶液首選通過變頻泵（3）輸送至空氣冷卻器（2），在其中通過換熱，得到室外環境中的冷量，然后流回換熱水箱（5）的換熱管內，進入下一個

循環。

3.1.3 經過換熱水箱（5）冷卻的冷媒水送入空氣循環機組（7）的換熱盤內，冷卻室內空氣后流回換熱水箱（5）中進行下一個循環。

3.2 系統控制過程

3.2.1 為便于空氣循環機組（7）制冷量的控制和節省乙二醇變頻泵（3）的泵功，需要控制出水溫度恒定，通過測溫點T1的反饋值調節乙二醇變頻泵的轉速。

3.2.2 通過測溫點T2得到的溫度反饋至調節風機（1）的起停，當T2高于設定值時，啟動風機（1），加速乙二醇水溶液的冷卻；當T2低于設定值時，關閉風機（1），這樣既可以保護管殼式換熱器不被凍裂，也節省了風機電耗。

3.2.3 為在不同數量的空氣循環機組（7）的情況下節省冷媒水變頻泵功，設定冷媒水循環系統的壓力采集點，根據空氣循環機組（7）數量的不同帶來的系統循環壓力的變化，調整冷媒水變頻泵的頻率。

為防止加濕后的空氣有凝水析出，所以冬季冷盤管內水溫要不低于15℃，按常規5℃溫差設定冷盤管進水15℃，回水20℃；按照乙二醇水溶液與冷媒水5℃換熱溫差計算，乙二醇水溶液進換熱水箱溫度為10℃，回空冷器溫度為15℃。此系統可在環境溫度低于10℃的環境中使用，溫度越低，空冷器換熱效果越好。

4 結語

位于建筑內區的凈化手術室與外界“隔絕”，存在冬季過熱的問題。

寒冷季節，大樓一般不提供冷源，冷水機組呈低溫保護狀態不能正常啟動。“凈化手術室供冷系統”可以從室外“免費取冷”，很好地解決凈化手術室冬季過熱的

問題。

以環境溫度為10℃為切換溫度，低于此溫度，可以使用此系統“免費取冷”，當環境高于此溫度時，手術室進入過渡季工況，可以直接開啟冷水機組制冷。

參考文獻

[1] 許鐘麟.潔凈室及其受控環境設計[M].北京：化學

工業出版社，2008：344-347.

[2] 李永安，常靜，徐廣利.閉式冷卻塔供冷系統氣象條

件分析[J].暖通空調，2005，35（6）：107-108.

作者簡介：白亮，供職于上海德明醫用設備工程有限公司，碩士。endprint

3 凈化手術室供冷系統

以哈爾濱某醫院的氣候條件為例，我們選取空冷器冬季供冷方案。系統如圖1，主要包括空冷器、換熱水箱、水泵等設備，還需要特殊定制的空氣處理機組與之配合。在傳統空氣處理機組中再加入一冷卻段，此段不能與夏季表冷段共用，考慮到冬季加濕比較困難，此段需位于加濕段后，出風口前。

圖1 空冷器冬季供冷系統圖

3.1 系統實施過程

3.1.1 系統包括兩個循環，分別是乙二醇水溶液循環和冷媒水循環，其中除空氣冷卻器（2）放置于室外，其他設備均放置于室內，做好保溫。

3.1.2 乙二醇水溶液首選通過變頻泵（3）輸送至空氣冷卻器（2），在其中通過換熱，得到室外環境中的冷量，然后流回換熱水箱（5）的換熱管內，進入下一個

循環。

3.1.3 經過換熱水箱（5）冷卻的冷媒水送入空氣循環機組（7）的換熱盤內，冷卻室內空氣后流回換熱水箱（5）中進行下一個循環。

3.2 系統控制過程

3.2.1 為便于空氣循環機組（7）制冷量的控制和節省乙二醇變頻泵（3）的泵功，需要控制出水溫度恒定，通過測溫點T1的反饋值調節乙二醇變頻泵的轉速。

3.2.2 通過測溫點T2得到的溫度反饋至調節風機（1）的起停，當T2高于設定值時，啟動風機（1），加速乙二醇水溶液的冷卻；當T2低于設定值時，關閉風機（1），這樣既可以保護管殼式換熱器不被凍裂，也節省了風機電耗。

3.2.3 為在不同數量的空氣循環機組（7）的情況下節省冷媒水變頻泵功，設定冷媒水循環系統的壓力采集點，根據空氣循環機組（7）數量的不同帶來的系統循環壓力的變化，調整冷媒水變頻泵的頻率。

為防止加濕后的空氣有凝水析出，所以冬季冷盤管內水溫要不低于15℃，按常規5℃溫差設定冷盤管進水15℃，回水20℃；按照乙二醇水溶液與冷媒水5℃換熱溫差計算，乙二醇水溶液進換熱水箱溫度為10℃，回空冷器溫度為15℃。此系統可在環境溫度低于10℃的環境中使用，溫度越低，空冷器換熱效果越好。

4 結語

位于建筑內區的凈化手術室與外界“隔絕”，存在冬季過熱的問題。

寒冷季節，大樓一般不提供冷源，冷水機組呈低溫保護狀態不能正常啟動。“凈化手術室供冷系統”可以從室外“免費取冷”，很好地解決凈化手術室冬季過熱的

問題。

以環境溫度為10℃為切換溫度，低于此溫度，可以使用此系統“免費取冷”，當環境高于此溫度時，手術室進入過渡季工況，可以直接開啟冷水機組制冷。

參考文獻

[1] 許鐘麟.潔凈室及其受控環境設計[M].北京：化學

工業出版社，2008：344-347.

[2] 李永安，常靜，徐廣利.閉式冷卻塔供冷系統氣象條

件分析[J].暖通空調，2005，35（6）：107-108.

作者簡介：白亮，供職于上海德明醫用設備工程有限公司，碩士。endprint