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洁净手术部新风处理方案的技术经济分析

文章来源:http://www.iwuchen.com/  2018年04月07日  点击数:282

洁净手术部的新风不仅要保证人员呼吸,还要补偿室内的排风并能保持室内正压值。新风量过大,造成新风负荷大,一次性投资及运行费用高;新风量过小,医护人员会感觉室内闷,甚至会出现医护人员因缺氧而昏倒的现象。GB 50333-2002《医院洁净手术部建筑技术规范》(以下简称《规范》)综合考虑各因素,给出了各级别手术室每间最小新风量,见表1。

 

   在洁净手术部洁净空调系统设计中常用的新风处理方案有以下几种:

  (1)自取新风的空调系统。

  (2)双冷源深度除湿的集中式新风空调系统(新风空调机组带直膨段)。

  (3)单冷源的集中式新风空调系统(新风空调机组表冷段为盘管)。

   单冷源的集中式新风空调系统根据新风处理的状态点又分为两种方案:

   ① 新风处理到设计露点的集中式新风空调系统 。

   ② 新风处理到室内焓值的集中式新风空调系统 。

1 各种方案的技术经济分析

   为了方便对各方案的技术经济分析,以济南地区夏季工况为例,为某医院手术部配置空调系统,手术部设Ⅰ级手术室 1 间,Ⅱ级手术室 1 间(35m2),Ⅲ级手术室 3 间(30 m2),吊顶高度为3 m,按一次回风空气处理方案计算。

   由于手术室设有环绕手术室的清洁走廊,手术室处于建筑的内区,通过围护结构传热形成的冷负荷可忽略不计。因此,手术室内的热源包括人员散热、照明设备散热、主要医用电器设备散热。计算结果如表2。

 

   本手术部分为三个空调系统,其中Ⅰ级手术室为一个独立系统,1间Ⅱ级手术室为一个系统,3间Ⅲ级手术室为一个系统。依据《规范》,Ⅰ级手术室最小送风口面积为 6.24 m2,出口风速取0.4 m/s。Ⅱ级、Ⅲ级洁净手术室按照换气次数计算送风量,均取上限。新风量依据《规范》每间分别取Ⅰ级手术室1000 m3/h,Ⅱ级、Ⅲ级手术室 800m3/h,风量计算结果如表3所列。

 

2.1 各方案空气处理过程及能量计算

2.1.1 自取新风空调系统

   自取新风空调系统没有新风空调机组,只设有循环空调机组,循环空调机组一般功能组合方案为:新风电预热、混合、风机、均流段、初效过滤G 4 、中效过滤 F 8 、表冷(加热)、再热、加湿、出风段。为保证整个手术部始终处于受控状态,不因某洁净手术室停开而影响整个手术部的压力梯度分布,破坏各房之间的正压气流的定向流动,引起交叉污染,循环空调机组设定运行风量和正压风量两档。手术室停用后仍维持正压风量运行。

   空气处理过程为:新风进入循环空调机组与回风混合后一同进入循环空调机组的冷水盘管进行降温除湿至机器露点,然后再等湿加热至送风状态点,送入室内(见图1(a))。

   能量分析见表4。

 

2.1.2 双冷源深度除湿的集中式新风空调系统

   双冷源深度除湿的集中式新风空调系统采用新风空调机组+循环空调机组。新风空调机组一般功能组合方案为:新风电预热、风机段、均流、中效过滤 F8、亚高效过滤 H10 段、表冷、抽湿再热机的蒸发器、抽湿再热机的冷凝器、出风段。循环空调机组一般功能组合方案为:混合、风机、均流段、中效过滤器 F 8 、表冷(加热)、加湿、出风段。新风空调机组变频调节,可根据手术室的需要,进行运行、值机切换。手术室停用时,新风机组进入值班运行,新风机组只送维持手术部正压的风量,实现系统低速、低能耗运行。新风机组有很强的除湿能力,承担了室内的全部余湿,循环空调机组的冷水盘管进行近似干工况下的等湿冷却。

   空气处理过程为:室外新风经新风空调机组冷水盘管进行一次降温除湿,再经抽湿再热机的蒸发器进行深度除湿,然后经抽湿再热机的冷凝器等湿再热,进入循环空调机组与回风混合后一同进入循环机组的冷水盘管进行近似干工况下的等湿冷却,处理到送风温度后送入室内(见图1(b))。

能量分析见表5。

 

2.1.3 新风处理到设计露点的集中式新风空调系统

   新风处理到设计露点的集中式新风空调系统采用新风空调机组+循环空调机组。新风空调机组一般功能组合方案为:新风电预热、风机段、均流、中效过滤 F8、亚高效过滤 H10 段、表冷、出风段。循环空调机组一般功能组合方案为:混合、风机、均流段、中效过滤器 F 8 、表冷(加热)、再热、加湿、出风段。新风空调机组变频调节,可根据手术室的需要,进行运行、值机切换。手术室停用时,新风机组进入值班运行,新风机组只送维持手术部正压的风量,实现系统低速、低能耗运行。新风机组承担了室内的全部余湿,循环空调机组的冷水盘管进行近似干工况下的等湿冷却。

   空气处理过程为:室外新风经新风空调机组表冷盘管先进行一次降温除湿,进入循环空调机组与回风混合后一同进入循环机组的冷水盘管进行近似干工况下的等湿冷却,处理到送风温度后送入室内(见图1(c))。

能量分析见表6。

 

2.1.4 新风处理到室内焓值的集中式新风空调系统

   新风处理到室内焓值的集中式新风空调系统采用新风空调机组+循环空调机组。新风空调机组一般功能组合方案为:新风电预热、风机段、均流、中效过滤 F8、亚高效过滤 H10 段、表冷、出风段。循环空调机组一般功能组合方案为:混合、风机、均流段、中效过滤器 F 8 、表冷(加热)、再热、加湿、出风段。新风空调机组变频调节,可根据手术室的需要,进行运行、值机切换。手术室停用时,新风机组进入值班运行,新风机组只送维持手术部正压的风量,实现系统低速、低能耗运行。新风机组承担了室内的部分余湿,循环空调机组的冷水盘管还要进行降温除湿。(www.iwuchen.com)

   空气处理过程为:室外新风经新风空调机组冷水盘管先进行一次降温除湿至室内状态点的等焓线与F=90%的相对湿度线的交点,进入循环空调机组与室内回风混合,在空气处理机上进行二次降温除湿至送风状态点的等湿线与F=90% 的相对湿度线的交点,再经过辅助风管电加热器加热,处理到送风温度后送入室内(见图1(d))。

   能量分析见表7。

 

2.2 各方案能量对比

   从能量分析表(见表8)可以看出,方案 2、方案3 都属于节省能源的方案。方案3 对大楼系统制冷主机的依赖性强,要求制冷主机所提供的冷水温度稳定并低于 7℃,一旦制冷主机供水温度不稳定,则无法保证手术部空调房间所需的温度和湿度,因此方案 3 基本上在实际工程中难于应用。方案 2的冷量比方案 1、方案 4 的冷量分别节省 45.85kW、48.36 kW,节省效率达 38.54%、39.81%,可避免传统除湿再热方案冷热量耦合而引起的高耗能问题,是很好的节省能源的可行性方案。此方案即使在大楼冷源不能保证 7℃的供水温度以及在过渡季节大楼冷源停机状态时,空调系统仍然能够充分保证空调房间的温湿度要求,其有着稳定的除湿能力,此方案在工程中采用的越来越多。方案1、方案 4 虽不节能,但有其自身的优点,在很多工程中仍采用。

 

3 各种方案适用的场合及优缺点

   通过以上对各种可行处理方案进行技术经济分析,结合在设计建设实践过程中的经验,总结了各种方案适用的场合及优缺点。

   自取新风的空调系统一般用在净化区域小,空调机组空间有限,没有新风机组安装空间的工程中。其优点是各系统湿负荷可分别得以保障。缺点是循环空调机组要设定运行风量和正压风量两档,节能效果差,运行费用高。

   双冷源深度除湿的集中式新风空调系统一般用在大楼冷源不能保证 7℃的供水温度以及在过渡季节没有冷源的工程中。其优点是使空调系统的除湿不受大楼冷源波动影响,使手术室温湿度全年逐时得以保障,新风机组承担几乎全部室内湿负荷和部分显热负荷,循环空调机组承担主要显热负荷,近似干工况工作,节能效果最佳,运行费用少。缺点是一次性投资高,分系统湿负荷差异较大时难以同时保证。

   新风处理到设计露点的集中式新风空调系统具有节能、一次性投资少,运行费用少的优点,稳定的低温的冷源是使用此方案的关键。缺点是分系统湿负荷差异较大时难以同时保证。

   新风处理到室内焓值的集中式新风空调系统是运用较广泛的系统,其优点是一次性投资较少,分系统湿负荷差异较大时可分别得以保障。缺点是新风机组没有承担室内湿负荷,只承担部分显热负荷,循环空调机组必须处理到设计露点,节能效果差,运行费用高。

4 结论

   洁净手术部新风处理的各种方案都有其优缺点,对具体的工程要采用何种方案,设计人员要根据当地的能源政策,对各种可行的处理方案进行技术经济分析,选择最佳的处理方案。随着空调技术的进步,大楼冷源性能也会有很大的改进,因此我们相信,将来新风处理到设计露点的集中式新风空调系统在洁净手术部空调系统中的应用会越来越多。

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