手术室净化空调系统的电气设计改进

2019-09-26赵东升孔康辉

中国医学装备 2019年9期

赵东升张龙孔康辉

目前,洁净装备在医疗领域的发展改善了就医环境,降低了手术感染率,尤其洁净手术室的出现,促进了外科手术发展,使得一些疑难手术如心脏搭桥手术、骨关节置换手术、器官移植手术等能够顺利进行.但洁净装备电气控制设计在医疗领域使用中发现了一些问题,如设备电气控制可靠性低,存在火灾隐患、双路供电切换时设备故障停机等问题[1].河南省人民医院综合手术部共有40间手术室,其中有18间百级层流手术间,22间万级层流手术间.针对手术室净化空调系统的电气控制设计存在的问题,进行了改进.

1 手术室洁净空调系统的组成及作用

手术间洁净系统包含空气处理机组、送回风管道、手术室高效过滤器以及送风天花和电气控制系统,室外新鲜空气经初效、中效及亚高效过滤器过滤,温湿处理后进入手术间循环机组.手术间循环机组包含混合段、过滤网段和冷热加湿处理段,经处理过的空气通过风管进入手术间顶部静压箱,经高效过滤器过滤,均流网均流进入手术区域.在手术区域稀释尘埃颗粒浓度,降低细菌含量,形成降低患者感染风险的安全区域.手术间墙面两侧贴近地面处设置回风百叶口,室内气流经回风百叶汇合进入手术间循环机组构成循环.手术间顶部靠近麻醉机上方设置排风口,排出手术中的部分废气.手术室洁净空调系统原理见图1.

图1 手术室洁净空调系统原理

根据国家标准"医院洁净手术部建筑技术规范"(GB50333-2013)[2]要求,洁净手术室按照每立方米中0.5 μm尘埃粒子数的浓度水平,将手术间洁净度分为5~8.5级.以5级手术间为例,要求每立方米中0.5 μm尘埃颗粒数>350粒,<3500粒,5 μm尘埃颗粒数为零,5级手术间主要用于心脏外科手术、骨关节置换手术和器官移植手术等,手术部位感染可能直接危及患者生命及术后生活质量,洁净手术间净化空调系统设计必须要求高可靠性,尤其是电气控制系统设计,应考虑高可靠性、应急替代性和安全性等因素.

2 手术室洁净空调系统电气设计存在的问题

洁净空调系统的电气控制设计在医疗领域使用中发现电气控制可靠性低、电加热交流接触器烧粘连,并存在火灾隐患、排风机控制电路设计不合理以及双路供电切换时设备停机等问题.

3 手术室洁净空调系统电气设计改进方案

3.1 电气控制改进

在医院手术室洁净空调系统使用中存在因电气设计可靠性低造成的医疗影响:①机组故障,部件损坏无法立即修复;②电加热交流接触器烧粘连,造成手术间温度失控,产生焦糊味并存在火灾隐患;③排风机控制电路不合理,风机电机烧坏过流时造成控制电路保险管烧毁,机组停止运行.

机组故障,部件损坏无法立即修复.洁净空调系统风机采用变频控制,手术进行中若变频器故障,无法立即复位,手术间洁净空调机组将停止工作,手术间失去洁净保护,手术患者存在感染风险;手术间温湿度将无法控制,夏季造成手术间闷热,冬季造成手术间温度低,不仅影响到患者安全,也严重影响到医务人员的舒适度.因手术室特殊环境,必须要求洁净系统高可靠性,改进洁净空调机组风机控制,增加接触器和热继电器控制风机,当变频器出现故障时,切换至工频模式可继续运行,保障手术继续进行[3-4].手术室洁净空调系统控制系统应具有变频、定频和应急三种模式.当控制系统如CPU、输入输出模块和控制电路等故障时,为保障手术顺利进行,应将机组转换为应急模式(图2).

图2 手术室洁净空调系统三种模式控制电路

3.2 电加热交流接触器改进

电加热交流接触器烧粘连,造成温度失控,产生焦糊味.手术室洁净空调机组电辅助加热交流接触器会出现烧粘连,原设计电辅助加热控制电路见图3,CPU输出信号进入R7、R8、R9中间继电器线圈,R7、R8及R9中间继电器的常开触点分别控制三组电加热交流接触器的M3、M4及M5线圈,该洁净空调机组电辅助加热采用电热管式,当电加热管连续长时间工作或经过电辅助加热管的风量过小,电热管表面温度过高,运行电流增大,导致交流接触器起热而粘连,造成温度失控故障.

图3 电加热控制原理

电辅助加热原设计在电加热管组旁边安装温度保护器,当温度>125 ℃时输出断开信号进入CPU高温报警输入端口,CPU接到高温报警信号,输出R7、R8及R9中间继电器线圈断开信号,中间继电器断电驱动电加热交流接触器线圈断电,电加热组停止工作.若电加热交流接触器触点烧粘连,则发出高温报警信号,无法导致电加热组断电.

改进措施为更换电加热空气开关,安装具有脱扣器连锁的空气开关,脱扣器线圈串联入高温报警中间继电器常开触点,两端连接220 V控制电源.当电加热出现高温报警信号时,高温报警中间继电器线圈带电,常开触点闭合,脱扣器线圈带电驱动电加热空气开关跳闸,从而起到保护作用.对于选用电热管加热的洁净空调系统,控制系统配置大功率交流接触器可避免烧粘连的现象.同时应尽可能选用PTC陶瓷电加热组,PTC陶瓷电加热组表面工作温度低,不会出现加热器发红起烟,工作电流会随着风量的大小改变,当洁净空调系统循环风量减小时,PTC电加热组工作电流会相应减小.控制电路改进见图4.

图4 高温报警控制原理

3.3 排风机控制电路改进

排风机控制电路不合理,风机电机烧坏漏电时造成控制电路保险管烧毁,机组停止运行.手术间排风机通过风机运行中间继电器常开触点并连入控制电路,当排风机电机损坏时,电流增大导致控制电路保险管烧毁,电路设计见图5.

图5 原设计排风控制电路原理

改进排风机控制电路安装独立保险管,应小于总控制电路保险管,为能够及时发现排风机报警,应设置排风机故障报警中间继电器,排风机故障报警中间继电器线圈串入排风机控制电路,电路改进见图6.电路经改进后,避免排风机故障导致控制系统断电故障,提高洁净系统可靠性.

图6 排风控制电路原理

3.4 双路供电改造

手术室供电通常采用双路供电,当一路电断开时,另一路电自动切换投入,电路设计见图7.

图7 双路供电电路原理

手术室双路供电切换在夏季高负荷情况下,供电部门需要倒闸频率偏大,在用电高峰时段,一天中曾发生4次断电倒闸故障,每次倒闸均会使大量洁净机组故障停机,故障内容多因变频器过流或欠压保护,必须由人工到每台机组控制柜现场进行变频器复位后洁净机组才可正常工作,频繁的停机和需要大量时间去复位,严重影响到手术的顺利进行.以手术室洁净空调机组使用ABB510系列变频器为例,当出现倒闸切换时,变频器通常出现F0001故障,更改内部参数设置可保障双路供电切换时变频器能够重新启动,ABB510系列变频器自动复位参数调整方法见表1.根据设备特点,将相应参数设置为允许自动复位,当出现双路电切换时,可保障变频器能够重新启动[5-6].