船舶潔凈空調(diào)的研究與應(yīng)用

祝熠珺，鄭楠楨，童 歡

（上海船舶設(shè)備研究所，上海 200031）

0 引言

自2019年末至今，新冠疫情在全球各地陸續(xù)爆發(fā)。在2020年，鉆石公主號郵輪曾一度成為新冠疫情的重災(zāi)區(qū)，1月20日，1名攜帶新冠肺炎病毒的中國香港游客同其他3 700多人一同登上郵輪，其中1 000多名乘客都是超過70歲的老人，截至2020年2月10日，已有130名乘客確認(rèn)感染上了新型冠狀病毒。之前，媒體一度傳言是由于郵輪上的空調(diào)循環(huán)系統(tǒng)，造成了病毒在全船蔓延，后經(jīng)專家辟謠，郵輪的新風(fēng)加風(fēng)機(jī)盤管空調(diào)系統(tǒng)不會造成病毒的傳播。但是如果船方能在第一時(shí)間將攜帶病毒的乘客有效隔離，也能避免悲劇的釀成，而在船上裝備有效的醫(yī)療潔凈室，想必會成為越來越多船舶的迫切需求。

醫(yī)療潔凈室的概念已在陸用建筑中廣泛運(yùn)用，主要用于醫(yī)院、藥廠和電子工程等，借助完善的標(biāo)準(zhǔn)及多方位的研究，陸用潔凈室已經(jīng)相當(dāng)成熟。隨著諸如“鉆石公主”號郵輪等海上突發(fā)事件的增多，帶來了海上隔離、救援以及治療的需求。相應(yīng)的，為醫(yī)療潔凈室配置合適的空調(diào)設(shè)備及系統(tǒng)也會成為船舶空調(diào)通風(fēng)專業(yè)的重點(diǎn)。

1 潔凈空調(diào)標(biāo)準(zhǔn)

船舶上的醫(yī)療區(qū)域根據(jù)潔凈度要求，需要配置專業(yè)的醫(yī)療潔凈空調(diào)系統(tǒng)，潔凈空調(diào)系統(tǒng)是保證艙室內(nèi)溫濕度、送風(fēng)量和過濾各種微粒的系統(tǒng)，不僅要能對醫(yī)療區(qū)域的空氣進(jìn)行有效過濾，還要能夠?qū)ζ溥M(jìn)行精準(zhǔn)的溫度和濕度控制，防止細(xì)菌和病毒的增長。

1.1 潔凈手術(shù)部分級標(biāo)準(zhǔn)

船舶醫(yī)療區(qū)根據(jù)實(shí)際用途，與陸用醫(yī)院手術(shù)室類似，可以分為潔凈手術(shù)室、潔凈輔助用房和非潔凈輔助用房等，其中潔凈手術(shù)室主要是對病患開展各項(xiàng)專門外科手術(shù)的區(qū)域；潔凈輔助用房一般是為手術(shù)室配套提供各種輔助功能，如刷手消毒、麻醉、更衣、體外循環(huán)等；非潔凈輔助用房則對室內(nèi)潔凈度無要求，一般為普通的儲藏室、走廊燈。潔凈手術(shù)室和潔凈輔助用房的分類參照《醫(yī)院潔凈手術(shù)部建筑技術(shù)規(guī)范》可以分為I～I(xiàn)V級，各等級的具體用途見表1。

表1 潔凈手術(shù)室和潔凈輔助用房分類[1]

船舶醫(yī)療船根據(jù)實(shí)際用途，主要還是治療外傷和燒傷之類的外科戰(zhàn)地手術(shù)，所以醫(yī)療船的醫(yī)療區(qū)手術(shù)室主要是III類，配置少量II類，潔凈輔助用房也以III級和IV級為主。

各等級潔凈手術(shù)室和輔助用房的相關(guān)潔凈度要求參照同等級陸用醫(yī)院潔凈區(qū)標(biāo)準(zhǔn)，表2為《醫(yī)院潔凈手術(shù)部建筑技術(shù)規(guī)范》中對各級潔凈區(qū)域潔凈等級指標(biāo)要求。

表2 潔凈手術(shù)室和潔凈輔助用房等級標(biāo)準(zhǔn)[1]

潔凈手術(shù)室一般分為手術(shù)區(qū)及周邊區(qū)，手術(shù)區(qū)空氣參照高潔凈度級別，周邊區(qū)參照較低潔凈度級別。

1.2 空氣調(diào)節(jié)指標(biāo)

對于潔凈空調(diào)系統(tǒng)，除了潔凈指標(biāo)的要求，常規(guī)的溫濕度、壓力和氣流組織等，也需要重點(diǎn)考慮。

1.2.1 溫濕度

常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)主要還是為了滿足艙內(nèi)人員的舒適性要求，或者為重要發(fā)熱設(shè)備制冷降溫。而潔凈空調(diào)服務(wù)的對象，其環(huán)境參數(shù)要求較高，范圍變化廣，控制精度要求高。

1.2.2 艙室正壓

常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，只要送入艙內(nèi)的風(fēng)量略大于艙室排風(fēng)，整個(gè)艙內(nèi)保持略微正壓即可，不需要對正壓值進(jìn)行隨時(shí)隨地的檢測與控制。潔凈空調(diào)系統(tǒng)則不同，由于潔凈空調(diào)的潔凈級別要求，相鄰的艙室都有嚴(yán)格的正負(fù)壓要求。最小壓差≥5 Pa，最大壓差＜20 Pa[1]，不應(yīng)因壓差而產(chǎn)生哨音或影響開門，如果是潔凈度相同的相鄰艙室，也應(yīng)有適當(dāng)?shù)膲翰睿员３忠蟮臍饬鞣较颍倚枰獙ε撌业膲翰钸M(jìn)行即時(shí)的檢測和控制。為了方便調(diào)試，在實(shí)際設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，在送風(fēng)、回風(fēng)和排風(fēng)風(fēng)管上都需安裝風(fēng)量調(diào)節(jié)閥，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，調(diào)節(jié)閥位并固定，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，房間的正負(fù)壓在設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)[2]。

1.2.3 氣流組織

船舶空調(diào)系統(tǒng)通常采用每個(gè)艙室頂部中央布風(fēng)器送風(fēng)，氣流通過門縫下格柵，或從走廊回到空調(diào)器、或從浴廁排風(fēng)排出。整個(gè)系統(tǒng)對于氣流組織要求較低，甚至不太考慮氣流組織，送風(fēng)布風(fēng)器、回風(fēng)口位置等都是以布置方便為前提，有時(shí)還需要服從于其他設(shè)備或者內(nèi)裝美觀要求。

潔凈空調(diào)的氣流組織設(shè)計(jì)首先需要滿足規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，4個(gè)級別的潔凈等級都有明確的送風(fēng)和回風(fēng)方式要求。氣流組織的合理設(shè)計(jì)，直接影響了凈化是否滿足要求。比如對于最高等級100級，就必須要采用垂直或者水平單向?qū)恿髟O(shè)計(jì)，回風(fēng)格柵需要安裝在地板下或者夾墻內(nèi)以達(dá)到凈化效果，規(guī)范中對于室內(nèi)的平均風(fēng)速，也嚴(yán)格要求控制其在0.20～0.25 m/s之間[3]。

對于艙室換氣次數(shù)、溫濕度等主要空調(diào)設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)，規(guī)范中的要求可參見表3。

表3 潔凈手術(shù)部用房主要技術(shù)指標(biāo)

最小新風(fēng)量需要根據(jù)手術(shù)使用的各類手術(shù)氣體進(jìn)行確定。

2 醫(yī)療區(qū)空調(diào)系統(tǒng)的實(shí)船應(yīng)用

近20年來，隨著我國海軍的發(fā)展壯大，其中建造的大多數(shù)水面艦船都配有醫(yī)療區(qū)空調(diào)系統(tǒng)，特別是醫(yī)院船、救撈船等，但對于空間比較緊湊的戰(zhàn)斗艦船，目前還并未配置潔凈空調(diào)系統(tǒng)。

2.1 系統(tǒng)原理

艦船上的醫(yī)療區(qū)空調(diào)系統(tǒng)由潔凈空調(diào)裝置及凈化末端裝置組成，主要服務(wù)于潔凈手術(shù)室和潔凈輔助用房及監(jiān)控病房等有潔凈要求的區(qū)域。一般艦船都是Ⅲ級手術(shù)室的要求，醫(yī)院船會按相關(guān)要求配有Ⅱ級手術(shù)室，相應(yīng)的凈化末端配套設(shè)備需根據(jù)不同的等級進(jìn)行配置。醫(yī)療區(qū)空調(diào)系統(tǒng)典型系統(tǒng)簡圖見圖1。

圖1 醫(yī)療區(qū)空調(diào)系統(tǒng)典型系統(tǒng)簡圖

潔凈空調(diào)裝置和常規(guī)的組合式空調(diào)機(jī)組類似，不同的是，常規(guī)的組合式空調(diào)機(jī)組大多只設(shè)置一道初效過濾裝置，而潔凈空調(diào)由于對于艙室內(nèi)環(huán)境的潔凈度要求較高，在空調(diào)機(jī)組內(nèi)設(shè)置了2道過濾器，由初效過濾器和中效過濾器組成，在系統(tǒng)末端還必須根據(jù)手術(shù)室潔凈度標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置高效或者亞高效過濾器。

根據(jù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，潔凈空調(diào)的高效過濾器必須設(shè)置在末端位置。這是由于系統(tǒng)末端風(fēng)速較低，可以有效保護(hù)用玻璃纖維材料制作的過濾器不被氣流吹破，同時(shí)可以保證末端過濾，防止空氣在送風(fēng)管道內(nèi)因塵埃等雜質(zhì)的再次污染。

2.2 實(shí)船空調(diào)系統(tǒng)

2.2.1 總體布置

某醫(yī)療船，其中一潔凈醫(yī)療區(qū)由1間大手術(shù)室、1間小手術(shù)室、2間監(jiān)護(hù)病房、消毒中心、更衣室及若干輔助用房組成，總布置信息見表4。

表4 某醫(yī)療區(qū)域布置情況

空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)覆蓋潔凈醫(yī)療區(qū)所有艙室，主要由潔凈空調(diào)裝置、凈化末端裝置、排氣通風(fēng)裝置及風(fēng)管等附件組成。其中潔凈空調(diào)裝置和凈化末端裝置是系統(tǒng)的核心設(shè)備。

2.2.2 潔凈空調(diào)裝置

整套潔凈醫(yī)療區(qū)空調(diào)系統(tǒng)包含3臺潔凈空調(diào)裝置：其中1號空調(diào)器負(fù)責(zé)大手術(shù)室、2號空調(diào)器負(fù)責(zé)小手術(shù)室、3號空調(diào)器負(fù)責(zé)監(jiān)護(hù)病房和消毒中心等輔助用房，主要參數(shù)見表5。

表5 潔凈空調(diào)裝置設(shè)計(jì)參數(shù)

潔凈空調(diào)裝置主要是對醫(yī)療區(qū)的空氣進(jìn)行過濾凈化、夏季降溫除濕、冬季加溫加濕的。夏季制冷是以冷媒水為冷卻介質(zhì)；冬季加熱是以蒸汽或熱媒水為制熱介質(zhì)；冬季加濕是以蒸汽為加濕介質(zhì)。

潔凈空調(diào)裝置主要由電加熱器、初效過濾器、風(fēng)機(jī)（含變頻電機(jī)）、中效過濾器、換熱器、加濕器、亞高效過濾器、電氣控制箱等組成。潔凈空調(diào)裝置是保證艙室內(nèi)溫濕度、送風(fēng)量、過濾微粒的設(shè)備。潔凈空調(diào)裝置機(jī)組實(shí)物圖見圖2。

圖2 潔凈空調(diào)裝置

由于合適的溫度、濕度和營養(yǎng)條件是細(xì)菌生長繁殖的溫床。研究情況表明濕度對細(xì)菌生長繁殖的影響尤為顯著。例如：當(dāng)環(huán)境相對濕度為50%時(shí)，細(xì)菌浮游10 min即死亡；而當(dāng)相對濕度高于或低于50%時(shí)，大部分細(xì)菌存活時(shí)間大于24 h。在常溫下，相對濕度超過60%時(shí)，會導(dǎo)致發(fā)霉，而當(dāng)相對濕度超過80%以上時(shí)，任何溫度都會造成發(fā)霉。因此艙室和設(shè)備的濕度控制相當(dāng)重要。

2.2.3 凈化末端裝置

凈化末端裝置是保證艙室內(nèi)過濾微粒的設(shè)備，經(jīng)過潔凈空調(diào)裝置的熱濕處理和凈化處理后的空氣進(jìn)入凈化末端裝置，經(jīng)處理后送入各潔凈區(qū)域，使其達(dá)到凈化效果。

凈化末端裝置主要由高效過濾箱、高效送風(fēng)裝置、送風(fēng)天花裝置、中效回風(fēng)裝置、中效排風(fēng)裝置、手術(shù)室控制面板、定風(fēng)量閥等組成。其中，高效過濾箱、高效送風(fēng)裝置、送風(fēng)天花裝置、中效回風(fēng)裝置具有過濾凈化功能；中效排風(fēng)裝置可按實(shí)際情況增減過濾凈化功能；定風(fēng)量閥具有在一定的壓差范圍內(nèi)，可將氣流保持在預(yù)先設(shè)定的流量范圍內(nèi)的作用。凈化末端裝置一般情況下的性能指標(biāo)具體見表6，凈化末端裝置見圖3。

表6 凈化末端裝置的性能指標(biāo)表

圖3 凈化末端裝置

3 結(jié)論

以郵輪為代表的高端客船在應(yīng)對突發(fā)事件時(shí)，各種問題就顯得格外突出，由于其作為一個(gè)相對封閉的大空間，更易于流行病等的傳播。潔凈空調(diào)作為一種全空氣系統(tǒng)，較適合應(yīng)用于船舶空調(diào)上，在船舶上設(shè)置專門的醫(yī)療安全隔離區(qū)，配置專業(yè)的潔凈空調(diào)系統(tǒng)，采用一定的方式對區(qū)域的壓力、送排風(fēng)進(jìn)行即時(shí)的監(jiān)控和調(diào)整。當(dāng)船上發(fā)生需要隔離人員的情況時(shí)，潔凈空調(diào)系統(tǒng)既能夠保證醫(yī)療區(qū)域空氣的凈化消毒，同時(shí)能夠保證船上其他區(qū)域人員的健康和安全。