某醫院手術部潔凈空調新風系統改造技術應用及分析*

廣東省建筑科學研究院集團股份有限公司 路建嶺 麥粵幫 唐 毅 曾東杰

0 引言

醫院建筑作為一種特殊的公共建筑，其空調系統不同于舒適性空調系統。醫院空調的主要功能是為了滿足病房、手術室的使用要求，并為病人和醫療人員提供良好的室內環境[1]。

本文以某醫院手術部潔凈空調新風系統改造工程為例，對項目概況、診斷分析、改造技術應用和改造效果等進行介紹和分析。

1 項目概況

該醫院于2011年4月正式投入使用，手術部設置在住院樓11層(頂層)，建筑面積約2 000 m2，共設置10間手術室和多間配套輔助房間，包括1間Ⅰ級潔凈手術室、1間Ⅱ級潔凈手術室和8間Ⅲ級潔凈手術室。

該醫院手術部設置單獨的潔凈空調系統，由1臺風冷冷水機組、2臺冷水泵(一用一備)、3臺新風機組和8臺空調機組組成(新風機組采用電加熱升溫冷卻除濕后的新風，1臺新風機組對應多臺空調機組)。新風機組將室外新風集中冷卻除濕后送至空調機組，空調機組將混合風處理后送至室內。

2 空調系統診斷分析

2.1 現場調研結果

通過現場調研可知，手術部潔凈空調系統運行效果不佳，存在如下問題：

1) 在空調季節，手術室相對濕度經常在60%以上，在“回南天”或雨季，室內相對濕度更是達到75%以上。不滿足設計和標準要求[2]。

2) 風冷冷水機組制冷能力較差，供水溫度在10 ℃以上，明顯高于7 ℃的設計要求。經廠家調試，供水溫度仍無法滿足要求。

3) 現有新風機組僅采用冷水盤管除濕，除濕能力有限，設計欠妥，沒有考慮南方地區“回南天”及雨季等特殊天氣時段的除濕需求。

4) 冷水污濁，含雜質多，水管過濾器存在堵塞現象。

2.2 改造前測試診斷分析

手術室內相對濕度偏高，主要受到新風機組除濕效果差的影響。對新風機組進行現場測試，以進一步了解其實際除濕能力。

2.2.1測試儀表

測試儀表如表1所示。

表1 測試儀表及測試參數

2.2.2測試結果分析

1) 新風機組風量測試。

新風機組風量測試結果如表2所示，可知1#和2#新風機組的風量滿足要求，3#新風機組的風量偏小，不滿足要求[3]。應檢查新風機組過濾器是否集塵堵塞、風機皮帶是否松弛打滑及進出風管的風閥是否全開，確保3#新風機組的風量滿足要求。

表2 新風機組風量測試結果

2) 新風機組內部溫濕度測試。

室外溫濕度如圖1所示。室外新風經冷水盤管冷卻除濕后的溫濕度如圖2～4所示。由圖1可知，測試期間，室外溫度維持在26.5～28.0 ℃之間，相對濕度維持在94%～100%之間，屬于典型的南方地區雨季天氣。

圖1 室外溫濕度曲線

圖2 1#新風機組內溫濕度

圖3 2#新風機組內溫濕度

圖4 3#新風機組內溫濕度

由圖2～4可知：1#新風機組內的空氣溫度維持在23.5～24.5 ℃之間，相對濕度維持在90%～100%之間；2#新風機組內的空氣溫度維持在25.0～26.5 ℃之間，相對濕度維持在85%～98%之間；3#新風機組內的空氣溫度維持在21.0～23.5 ℃之間，相對濕度維持在85%～92%之間。可見，室外新風經冷水盤管處理前后的含濕量變化不大，新風機組除濕能力較差，除濕效果無法達到設計和使用要求，急需對新風機組進行深度除濕改造。

3 新風系統改造技術應用

根據空調系統診斷分析結果，對新風系統采取了如下改造技術。

3.1 常規檢查清洗

對新風機組風機皮帶進行了更換，對新風機組的過濾器、風管閥門及冷水管過濾器進行了全面的檢查和清洗。

3.2 冷水機組更換改造

對風冷冷水機組進行了更換改造，在原位置安裝2臺空氣源熱泵機組，確保冷水供水溫度不高于7 ℃，并對空調系統的冷水進行換水處理，確保冷水清潔無雜質。

3.3 深度除濕再熱改造

根據現場測試結果得知，新風機組除濕能力較差，達不到設計要求，同時考慮南方地區“回南天”及雨季的特殊天氣影響及現場條件，最終決定為新風機組增設獨立的深度除濕再熱機組，采用深度冷卻除濕技術和冷凝再熱技術，并委托專業設備廠家定制、現場組裝。

每臺新風機組配置1臺獨立的深度除濕再熱機組，由室外機、蒸發器、冷凝器、制冷劑管道及輔助部件組成。其中，室外機安裝在新風機組外部附近通風良好的位置；蒸發器安裝在新風機組內部緊挨冷水盤管下風側位置，對新風進行深度除濕；冷凝器安裝在新風機組內部靠近中效過濾器上風側位置，對新風進行冷凝再熱，熱量不夠時電加熱輔助。

改造后潔凈空調系統深度除濕的空氣處理過程如圖5所示。

圖5 空氣處理過程示意圖

由圖5可知，新風機組承擔系統全部濕負荷和部分冷負荷，空調機組僅承擔系統部分冷負荷。新風機組首先將室外新風深度冷卻除濕到L1點，然后再熱至L′1點，使處理后的新風相對濕度不高于75%[2]，隨后新風與室內回風混合至C點，再經空調機組冷卻(等濕冷卻，干工況運行)至O點，最終送至室內。隨著室外溫濕度和室內熱濕負荷的變化，空氣處理過程中，若C點與O點重合，則空調機組無需處理混合風，直接送至室內；若C點位置低于O點，則空調機組加熱處理混合風，然后送至室內。

3.4 配套新風控制系統

為有效控制新風機組除濕效果，并實現節能運行，為每臺新風機組開發了一套獨立的控制系統，由控制配電箱、可編程邏輯控制器(PLC)、電氣元件、溫度傳感器、電動調節閥及線纜等組成。其中，控制配電箱固定安裝在新風機組附近；PLC及相關電氣元件置于控制配電箱內；溫度傳感器分別安裝在新風機組內除濕再熱機組蒸發器的下風側(監測機器露點溫度)、新風機組進風管上(監測進風溫度)和新風機組送風管上(監測送風溫度)；電動調節閥安裝在新風機組冷水出水管上(調節冷水流量)。安裝完成后對新風控制系統進行調試，確保相關設備動作準確可靠和傳感器監測數據準確有效，最終實現新風控制系統對新風機組準確、及時、高效的監測和調控。

4 改造效果及分析

對新風機組性能和手術室溫濕度進行測試，檢驗新風系統改造效果。

4.1 新風機組性能測試

4.1.1新風機組風量測試

新風機組風量測試結果如表2所示。雖然在新風機組內部安裝了深度除濕再熱機組的蒸發器和冷凝器，增加了新風機組自身的阻力，但通過更換新風機組風機皮帶和清洗過濾器，3臺新風機組的風量均有所增加，其中，3#新風機組的風量增加明顯，3臺新風機組的風量均已滿足要求[3]。

4.1.2新風機組空氣溫度測試

新風機組進風溫度、機器露點溫度和送風溫度測試結果如圖6～8所示。

圖6 1#新風機組空氣溫度曲線

圖7 2#新風機組空氣溫度曲線

圖8 3#新風機組空氣溫度曲線

由圖6～8可知：受溫度傳感器測點位置不同的影響，3臺新風機組的進風溫度(即室外新風溫度)稍微有差別，但基本一致，整個測試過程新風機組進風溫度先升后降，維持在28.0～34.0 ℃之間，屬于典型的夏季溫度工況；1#新風機組的機器露點溫度維持在11.8～13.4 ℃之間，送風溫度維持在21.2～23.8 ℃之間；2#新風機組的機器露點溫度維持在10.7～11.6 ℃之間，送風溫度維持在20.9～22.6 ℃之間；3#新風機組的機器露點溫度維持在10.1～11.0 ℃之間，送風溫度維持在21.9～23.4 ℃之間。測試過程中3臺新風機組的機器露點溫度和送風溫度均比較穩定且滿足設計要求，從而保證了新風機組的除濕效果和送風相對濕度不高于75%的要求，較好地保護了新風機組末端過濾器，同時創造了較為干燥的運行環境，滿足衛生要求。

4.2 手術室溫濕度測試

對手術室內的溫濕度進行測試，并與改造前的測試結果進行對比，如圖9、10所示。

圖9 手術室改造前后溫度曲線

圖10 手術室改造前后相對濕度曲線

由圖9、10可知：改造前，除了1#手術室的溫度稍微偏高外，其余手術室的溫度在23.2～24.8 ℃之間，滿足設計和標準要求，但各手術室的相對濕度明顯偏高，在79%～84%之間，不滿足設計和標準要求；改造后，各手術室的溫度在22.0～24.5 ℃之間，相對濕度在48%～57%之間，兩者均滿足設計和標準要求[2]。可見，改造后各手術室的溫濕度明顯改善，均滿足設計和標準要求，改造效果明顯。

5 結語

通過對某醫院手術部潔凈空調系統現場調研和測試診斷分析，深入了解到其存在原設計不合理、日常運行管理不到位、系統不平衡及溫濕度較難控制(特別是在南方地區的“回南天”)等問題，從而影響了手術室的室內環境和空氣品質，不僅造成能源浪費，而且無法創造良好的醫療環境。

基于上述調研和測試結果，采取了相應的改造技術和措施，有效解決了潔凈空調系統的問題，使各手術室的溫濕度滿足了設計和標準要求，改造效果顯著，對醫院潔凈空調系統的設計和改造具有參考價值。