洁净手术室用空气调节机组的设计要点分析

2013-09-06牛维乐曹国庆

发电技术 2013年1期

牛维乐，孙宁，曹国庆

（中国建筑科学研究院，北京 100013）

0 引言

洁净手术室用空气调节机组是一种向洁净手术室和为其服务的区域或其他类似的有生物控制要求场所直接提供处理空气的专用设备[1]，这种专用设备是具有对空气进行几种处理功能的单元体。它通常包括空气混合段或进风段、均流段、过滤段（粗效段、中效段、高中效段、亚高效段）、表冷段、再热段、加热段、风机段、消声段等功能子单元。洁净手术室用空气调节机组在医院领域主要用于洁净手术部及附属用房、洁净重症监护单元（ICU）、中心供应室、血库、PET中心、配液中心等有微生物控制要求和洁净要求的场所；在实验室领域主要用于无菌实验室、生物安全实验室等有微生物控制要求和洁净要求的场所；在药厂领域主要用于洁净生产车间、无菌检验室、医疗器械等有洁净要求的区域。

2 相关国家标准介绍

洁净手术室用空气调节机组的相关产品标准主要有两个：洁净手术室用空气调节机组（GB/T 19569-2004）[1]和组合式空调机组（GB/T 14294-2008）[2]；相关的设计标准有医院洁净手术部建筑技术规范（GB50333）报批稿[3]和洁净厂房设计规范（GB 50073-2001）[4]；相关的验收标准有医院洁净手术部建筑技术规范（GB 50333-2002）[3]和洁净室施工及验收规范（GB50591-2010）[5]。

3 洁净手术室用空气调节机组的设计要点

洁净手术室用空气调节机组和普通的组合式空调机组之间最大的区别在于更加注重空调机组内部的二次污染，空调机组的二次污染主要指由于空调机组局部积尘与存水（或高湿度）诱发的细菌等微生物的滋生。为了减少二次污染，洁净手术室用空气调节机组在设计时特别需注意其箱体、过滤器、冷热水盘管段、电再热器、加湿器、风机的设计。

3.1 箱体的设计要点

洁净手术室用空气调节机组的所有空气处理过程均是在箱体内完成的，箱体可以接触到各个处理阶段的空气，为了尽量减少箱体对所处理空气的影响，减少二次污染，箱体的材质、密封性、耐压性都是非常重要的。材料通常采用不易滋菌材料制作，内壁应光洁，尽量减少凹凸不平，以减少细菌等微生物滋生的空间，防止机组内部积尘滋菌，保证输送空气的质量满足卫生要求。各零部件应采取防锈措施、并且能够耐消毒物品腐蚀。箱体通常采用双面板结构，外表面为喷涂各种颜色的钢板，内表面为热镀锌板，内外板之间为阻燃型聚氨酯保温材料，聚氨酯发泡通常在工厂进行并与钢板牢固结合，不能有间隙。面板尽量采用标准模块化的面板直接拼接。检修门材料和面板材料一致，检修门的门框及门框与门体之间均要考虑可靠的密封措施。

箱体的强度要满足箱体变形率和漏风率的要求：当机组风量大于等于30 000m3/h时，机组要作变形率检测，要求机组内保持静压1000Pa条件下，箱体的变形率不超过4mm/m；风量小于30 000m3/h时，变形率检测可不作，漏风的检测适用于所有洁净手术室用空气调节机组，要求机组内保持静压1000Pa条件下，机组的漏风率不大于1%。机组变形率和漏风率的检测方法参照洁净手术室用空气调节机组（GB/T19569-2004）[1]和组合式空调机组（GB/T14294-2008）[2]。

洁净手术室用空气调节机组要有良好的防冷桥措施，冷桥的产生表现为空调机组表面结露、滴水，会造成能量的损耗、运行费的增加、同时会造成箱体的锈蚀，影响机组的外观和使用寿命。保温板边角、框架（空调骨架）、检修门边框、连接螺栓等位置是最容易产生冷桥的地方。

3.2 过滤器的设计要求

空气过滤器是洁净手术室用空气调节机组的重要组成部分，机组的服务区域均有一定的洁净要求，空气的预过滤通常是在机组内完成的，机组内的空气过滤器有：粗效过滤器、中效过滤器、高中效过滤器、亚高效过滤器。过滤材料应有良好的过滤性能，并应该无毒、无异味、不吸水、抗菌，同时要有足够的强度。洁净手术室用空气调节机组（GB/T19569-2004）[1]所规定的空气过滤器的选型是参照空气过滤器（GB/T14295-1993）制定的，由于新的空气过滤器标准空气过滤器（GB/T14295-2008）已经颁布执行，因此在设计洁净手术室用空气调节机组时应该参照。为了更好的控制空气的洁净度，降低细菌等微生物滋生的概率，设计人员应采用粗效1或者粗效2、中效1或者中效2。粗效过滤器应设置在新风口，中效过滤器应尽量设置在正压段，新风机组应该在出风段设置亚高效过滤器。各种空气过滤器应采用一次抛弃型。空气过滤器的框架或者支撑体应有一定的强度和刚度不得采用木制品，滤芯和框架或者支撑体之间压接紧密，如果采用胶封，则粘接应该牢固、无漏孔及裂缝，所用密封胶要有弹性并且耐温和耐湿性要和滤料相同，并且不能对空气产生二次污染。空气过滤器的安装方式为框架式，空气过滤器和框架连接处应密封良好。

3.3 冷热水盘管段的设计要点

冷热水盘管通常为铜管铝翅片、不锈钢盘管铝翅片、不锈钢盘管不锈钢翅片，翅片应采用平翅片或其它不易积尘的翅片形式。管壁厚要保证承压能力及耐用，翅片要平，不采用带波纹和天窗形式，可抗一定刮擦，翅片间距宜大于2mm。为了使空气均匀通过冷热水盘管，达到较佳的冷却和加热处理，盘管迎面风速不应大于2m/s，断面风速均匀度不小于80%。机组水侧压降宜相近，最好小于50 kPa。夏季高湿地区盘管制冷量应考虑足够的裕度。严寒和寒冷地区的新风机组加热盘管宜考虑防冻措施。在冷热盘管下部设集水盘，集水盘的设计应该有利于迅速排除凝结水，停机时积水盘内既没有存水，也不至于漏气倒灌，集水盘的材质应该耐腐蚀。

3.4 电再热器的设计要点

夏季，所处理的空气经过表冷器冷却除湿后，通常需要进行再热处理到送风状态点送入所服务区域，夏季有热水供应的场所可以采用热水再热，没有热水供应的场合可采用电再热，再热量的大小根据服务区域室内负荷的变化进行调整，电再热的设计可以根据加热量的大小及服务区域负荷的特性进行分组，也可以采用可控硅无极控制，再热量设计应考虑最低负荷时满足室内环境要求。采用二次回风形式，可以降低表冷器制冷量和再热器热量。电再热器必须与风机联锁启停，电加热器应采用不积尘、不生锈、不脱尘的加热器或者其它形式。

3.5 加湿器的设计要点

洁净手术室用空气调节机组不宜采用湿膜加湿、高压喷雾加湿等产生二次污染的加湿器，宜采用蒸汽加湿，蒸汽加湿为等温加湿。根据蒸汽的来源可以分为：一次蒸汽加湿和二次蒸汽加湿。一次蒸汽加湿的蒸汽来源是锅炉房或者蒸汽发生器（电极式蒸汽发生器、电热式蒸汽发生器）产生的蒸汽。二次蒸汽加湿器的蒸汽来源是由一次蒸汽作为热源加热纯水产生的二次蒸汽，避免了一次蒸汽所带的气味或者杂质对所处理的空气造成影响。蒸汽加湿器的喷管布置要能够使蒸汽快速、均匀地和所处理的空气混合，获得最好的加湿效果，尽量减少因蒸汽凝结产生的滴水现象。加湿器后的空气湿度不宜高于75%；加湿器的材质最好选用不锈钢材质。

3.6 风机的设计要点

根据风量和静压值的要求，风机段可以选配一台或者多台离心风机，风机为离心叶片前倾式、后倾式或机翼式，蜗壳及加固件可以是镀锌钢制成，风轮需要做动、静平衡实验。风机可以采用无蜗壳、直连或者单进风风机。由于洁净手术室用空气调节机组所服务的区域通常为洁净区，需要维持送风量的恒定，为了补偿由于过滤器阻力的增大，风机一般都设计成变频风机。电机一般为全封闭结构，风机和电机安装于共同的底座上，并应配置减震架，弹簧减震装置需要设置消声垫及调平螺栓。离心风机出口设置双面光滑的柔性接头。医院洁净手术部建筑技术规范（GB 50333）[3]送审稿提出了对于风机的单位风量耗功率的要求并给出了具体的计算方法和限定值，按下式计算，数值不应大于表1中的规定。

式中 P—风机全压，Pa；

ηt—风机的全效率，包含风机效率、电机效率和传动效率。

表1 风机设计单位风量耗功率限值

4 洁净手术室用空气调节机组各功能段的组合方式

洁净手术室用空气调节机组是由各功能段按照工程实际情况组合而成的设备，在进行功能段组合时需要考虑下列因素：新风是否经过集中处理后再送入各洁净手术用空调机组；区分全新风机组、一次回风洁净手术用空调机组、二次回风洁净手术用空调机组；洁净手术用空调机组送风之前至少要经过粗、中效过滤，全新风机组表冷器前的空气至少要经过粗、中、亚高效三级过滤；正压段是否有中效以上的空气过滤器。现推荐以下几种功能段的组合。

图6～图10中的表冷段和加热段分开设置，适用于四管制的空调水系统，如果采用两管制的空调水系统，表冷段和加热段可以合二为一；回风、一次回风、二次回风均经过粗效过滤，粗效过滤器安装在机组所服务区域的回风口上。图9和图10混合段之前的新风粗、中效过滤如果受制于安装空间限制，可以设置到新风管上易于检修更换的位置。图9中的高中效过滤段也可以设计成亚高效过滤段。