探討潔淨手術室控製技術--濕度優先控製

1、濕度控製的重要性
不合適的空調在夏季製（zhì）冷（lěng）工況下常（cháng）常會濕度超標。我（wǒ）國東南地區，空調室內的高濕度往往發生在非設計工（gōng）況，這是（shì）由於非（fēi）設計工況時室內的顯熱負荷降（jiàng）低（dī），而（ér）潛熱（rè）負荷變（biàn）化不大，導致室內（nèi）的熱濕比減少，如果空調係統僅根據室內顯熱負（fù）荷來降低製冷量，就會降低係統的除濕能力。研究表明，在夏季係統滿負荷運行時，室內相對濕（shī）度很少會超過70%，而在過渡（dù）季（jì）節，當係統部分負（fù）荷運行時，在（zài）某些月份室（shì）內相對濕（shī）度超過70%的時間高達（dá）80%，靠單純的（de）溫度優先控製無（wú）法保證將室內相對濕度保持在60%的上限值以下。
有無菌要求的空（kōng）間，其控製（zhì）室內的相對濕度的意義在於能將細菌和病毒在（zài）空氣中存活的時間控製在一個較短的範（fàn）圍內。而在空（kōng）調環境範圍內的溫度變化對微生物生存能力和毒（dú）性的（de）影（yǐng）響不是很明顯（xiǎn）。相對濕度對大多數微生物而言是一個重（chóng）要的影響因素。將相對濕度控製（zhì）在30%～60%之間就能（néng）夠將大多數細（xì）菌（jun1）和病（bìng）毒的活力期控製在最小的時間範圍內（nèi）。對室內來說，相對濕度控製在50%左右是各種微（wēi）生（shēng）物生（shēng）長的最不利環（huán）境。
2、手術部的空調（diào）係（xì）統模（mó）式
《規範》針對潔淨手術室環（huán）境控製的特點提出了具體的空調係統模（mó）式。通常認為傳統空調係統模式存（cún）在如下問題：
傳統的空調對顯熱負荷和潛熱負荷處理是耦合的，冷凍水不得不為了滿足濕度處理要（yào）求而降低水溫或加大水量。又因常常采用（yòng）一次回風係統，溫濕度變化範圍很大的新風與室內瞬時變化的負荷易造成室內狀（zhuàng）態控製不穩定，尤其（qí）是新風比（bǐ）很大的場合。另外，當回風中微生物遇到高溫（wēn）高（gāo）濕的（de）新風也易繁殖滋生，運行實踐也證明對微（wēi）生物控製不利。
傳統淨化空調保障（zhàng）衛生的新風量與保證正壓控製的補風量是耦（ǒu）合的（de）。有時（shí）為了（le）滿足正壓風量而加大（dà）了新風量，或者為（wéi）了滿足新風量保證正壓差風量而（ér）加大了排（pái）風（fēng）量（liàng）。由於係統送風（fēng）通路上與回風通路上空氣過濾器級數不同（tóng），積塵速度不一，引起（qǐ）送（sòng）、回風量的變（biàn）化，造成區域內有（yǒu）序壓力梯度（dù）失調（diào）。
傳統淨化空調（diào）係統對淨化所需（xū）風量（liàng）與熱濕處理（lǐ）風量是耦合的。潔淨度（dù）級別越高的係統兩者風量相差越大，為了（le）滿足（zú）淨化（huà）所需風量（liàng）不得不減少了送風溫差（chà），或者說不同潔淨度（dù）級別房間送風狀態點不同。醫院空調係統多以功能區域劃分，因此區域內不同潔淨度級別（bié）的房間難以組合在一個（gè）係統。另外，龐大的空調箱與碩大的風管也難以（yǐ）適（shì）用（yòng）醫用場所。
為了解決以上這些常（cháng）見的耦合問題（tí），更（gèng）有效的控製手術環境，《規範》特別規定：手術部新風宜集中處理，Ⅰ級、Ⅱ級潔淨手術室采用獨立設（shè）置的淨化空調機組（zǔ）；Ⅲ級、Ⅳ級潔淨手術室允許（xǔ）2～3間合用一個係統。手術部中的潔淨手術室（shì）與輔助用房分開設置。
依據《規範（fàn）》以上思路，手術部空調係統模式由集中新風（fēng）處理機組與（yǔ）手（shǒu）術室循環機組組成。由於新風集中處理，取消了一次回風，加（jiā）強二次（或旁通）回風。但是如何確定新（xīn）風集中處理的終狀態點以及如何確定循環機組（zǔ）運行方式有不同觀點與不同的技術（shù）措施。
《規（guī）範》強調手術（shù）室（shì）合適的溫濕度控製，提出濕度優先控製理念。高濕度誘發生物性汙（wū）染，將（jiāng）相對濕（shī）度控製在50%左右（yòu）就是將微生物控製在最不利（lì）環境，或者說實（shí）現無菌環境的關鍵之一就是濕度控製。這樣就可將手術室微生物控製簡（jiǎn）化為濕度控製（zhì）的概念。提出了“餘濕是汙染物"的（de）理念，受到“新風任務就是消除汙染"的傳統思路啟發（fā），手術室室內狀態可以由通（tōng）風與空（kōng）調兩個係統實現。這樣的新（xīn）風處理不（bú）再是（shì）將新風處理到不會幹擾室內的狀態，即室內焓值點（diǎn）。而要求新風處理到更低的焓值，消除室內餘濕。由於新風集中處理後應輸入到整個手術部的各（gè）個手術室（shì）循環機組，因此要求新風處理終（zhōng）狀態對整個手術部各個手術室是一個公共點，並且是穩定的。這種將（jiāng）新風處理到公共點的做法在實際工程中已有應用，比如對舒適性空調，由於各室內狀態（tài）是類同的，所以獨立新風常處理到室內狀態的焓值點，由循環機組承擔室內熱（rè）濕負荷，這是最典型的係（xì）統處（chù）理模式；又如對於工（gōng）業車間，因其（qí）室內發濕量占發熱量的比例很小（xiǎo），或者說熱濕比線基本上是垂直（zhí）的，新風常集中處理到室內狀態的露點，室內循環機組隻（zhī）處理顯（xiǎn）熱（rè）負荷，特別對（duì）潔淨廠房這是典型的控製（zhì）模式。可見以上是新風zui常用的兩個處理終狀態點：室內狀態的（de）焓值點和室內狀態的（de）露點。
需要注意的是，對於手術室來（lái）說，由於室（shì）內人員較多，熱濕比較小，沒有必要推廣（guǎng）幹盤管或無凝水（shuǐ）空調。空氣途徑傳染的（de）隔離病房（fáng）是一個特例，因（yīn）為隔（gé）離病房前後有汙染走廊與清潔（jié）走廊，沒有外窗，沒有瞬變負荷，或者說（shuō）各室熱濕負荷穩定，這就保證了集中處理新風存在一個公共（gòng）終狀態點。另外室內狀態控製精度也不高。由於（yú）室內有空氣途徑傳染的病菌，為*消除盤管表麵和凝水盤等處的滋菌隱患，必須強調循環機組（zǔ）無（wú）凝水。為此（cǐ）開（kāi）發了溫差小、顯（xiǎn）熱換熱量大的專用無凝水機組，並由大焓差的專用新風機組承擔所（suǒ）有濕負荷。此（cǐ）外，為（wéi）了（le）保證循環機組幹工況運行，必須隨時控製盤管表麵溫（wēn）度高（gāo）於室內露點溫度。
3、手術室濕度優先控製
《規範》一再強調手術室環境不是恒溫（wēn）恒濕的控製，而是“濕度優（yōu）先控製"。但是往往被誤讀，在（zài）實施過程中常常將“濕度優先控製"誤解為單純的自控概念。不（bú）同類（lèi）型的手術室，手術過程中醫護人員（yuán）的數量幾乎沒有變化，但手術電動器械或設備（bèi）使用時間與（yǔ）數量變化很大（dà）。這反映了手術室負荷的一個明顯特點：即濕（shī）負荷相（xiàng）對穩定，而熱負荷瞬時變化較大。可（kě）見對於這種負荷特（tè）性，采用常規（guī）的“濕度先（xiān）行"自控往往難於奏（zòu）效。如果手術部（bù）集中處理後的新風能從係統層麵上首先消除室內濕負荷，然後再靠循環機組控製室內顯熱負荷，這就是《規範》推薦的“濕度優先控製"思路（lù）。
對手術室空（kōng）調係統來說新風是最（zuì）大的無常熱濕負荷，尤（yóu）其是陰雨與高濕天氣的（de）新風對係統的濕度影響不容忽視。按（àn）照“濕度優先（xiān）處理"的思路，集中處理（lǐ）新風不僅要先消除自身的高濕量，而且還要承擔係統的濕負荷（hé），由於新（xīn）風中幾乎不含致病菌，因此整個除（chú）濕過程應該在新風集中處理過程中解決。或者（zhě）說集中處理的新風應該承擔整個係統的餘濕量。從這個思路出（chū）發（fā），新風（fēng）的量（liàng）與處理終狀態參數應由室內濕負荷（hé）確定，並保（bǎo）持相對穩定（dìng），就能保證室內濕負荷優先被新風帶走，就能穩定室內（nèi）溫濕度控製。可見，“濕度優先控製"是一個（gè）係統層麵上（shàng）的概念，而非單純的自控的概念（niàn）。它是指係統優先集中進行濕度處（chù）理，控製送（sòng）風的含濕（shī）量以達到控製室內相對濕度的目（mù）的。濕度優（yōu）先控製（zhì）的出發點有兩個：一是防止室內相對（duì）濕度過高，有效控製室內微生物汙染；二是降低循環機組係統二次（cì）汙染的風險，保證室內送風的量與質。由於手術室是一個（gè）無菌空間，這樣的濕度優先控製對手術室應該是適度控製而不是嚴格控製。這種（zhǒng）“濕度優先控製"的（de）係統模式實際上強化了新風機組，不僅夏季承擔降溫去濕作用，而且冬季承（chéng）擔升溫（wēn）增（zēng）濕效用。同（tóng）時弱化了循環機組作用，僅僅成為溫度控製的空（kōng）調機組。這不但對無菌環境控製十分有利，而且也簡化了控製。在整個過程中（zhōng），將（jiāng）被調節房間內的濕度控製和溫度控製解耦。使得集中處理的新風分別送入每個房間，並實（shí）現雙（shuāng）位控製，手術（shù）時送入保障衛生的（de）新風量；無人時保證正壓所需的補風量，使得兩者解耦。由於循環機（jī）組（zǔ）風（fēng）量可由各（gè）手術室潔淨度級別確定，與整個手術（shù）部的係統無關，將（jiāng）各室淨化所需風量與新風熱濕處理風量解耦，將（jiāng）整個手術部處於受控狀態。
“濕（shī）度優先控製"不（bú）同於目前手術部套用的工業上傳統恒溫恒濕空調的濕度先行控製，它是弱化新風機組（zǔ）而強化循環機組。或者說將控製重點放在循環機組，循環機組配備了冷（lěng）卻除濕和加熱加濕的功能組件，靠循環（huán）機組的自控實現濕度先行的功能。這種傳統的濕度先行控製隻（zhī）是在自控層麵上（shàng）的濕度信號先行控製而非係統層麵上的濕度優先控製。依（yī）據運行中室內的溫、濕度傳（chuán）感器的信號，先行處理濕度信號，調節係統機器露點，再處理溫度信號（hào）調節再熱量，以達到室內狀態（tài）的（de）控製。這是（shì）zui傳統、zui可靠、zui成熟，但（dàn）也最耗能的控製。“濕（shī）度優（yōu）先控製"理（lǐ）念也不同於隔離病（bìng）房（fáng）的無凝水空調。隔離病房的空調強調循環機組保持無凝水狀（zhuàng）態，這對室內（nèi）致病菌控製十分重要。為保持無凝水狀態，空調控製（zhì）的（de）重點仍在循環機組，特別是水係（xì）統的（de）複雜控製。手術室內瞬變的顯熱負荷較多，有時（shí）變化幅（fú）度較大，如果仍要（yào）保持無凝（níng）水狀態，必須采用進水水溫較（jiào）高的冷凍水（shuǐ），對（duì）室內瞬變負荷的反（fǎn）應（yīng）速度不快。而且手術室是無菌空間，沒有必要（yào）刻意保持循環機組無（wú）凝水狀態，因此在濕度優先控製的係統模式中，循環機組仍應直接采用7℃冷凍水，在（zài）室內仍作溫度控製，大（dà）大簡化了水係統。“濕度優先控製"並非由集中處理新風承擔室內全部熱濕負荷，從理論上講，似乎集中處理新風全部（bù）承擔各室的熱濕負荷zui合理，係統控製zui簡單，各（gè）循環機組無需再作熱濕處理，隻需（xū）要根（gēn）據室內潔淨度要求（或換氣次數要（yào）求）確定其循（xún）環風量，這時新風處理的終狀態應（yīng）為室內熱濕比與95%相對濕度（dù）線的交點。見下（xià）圖。

一些國外公司使用的手術室自循環吊頂機組，就是利（lì）用這個原理。但是（shì）實際上手術部內各手術室的熱濕比是（shì）不同的，如果差異很大（dà），那如何確定這集中（zhōng）處（chù）理新風的公共終狀（zhuàng）態點？即（jí）使各室（shì）的熱濕比相差不（bú）大，運行中各室的（de）熱濕（shī）比均在變化，為保持（chí）室內狀態，自控係（xì）統必須使新風處理終狀態點（diǎn）也隨之變化（huà），那麽如何不斷的調節新風處理到新的公共狀（zhuàng）態點？如調節不當會導致（zhì）各室內狀態難以控製。可見（jiàn）以上各手術室的溫（wēn）濕度控製*由一（yī）個集中處理全新風係（xì）統（tǒng）承擔，在實際工程中是難以實現的，尤（yóu）其是我國的東南（nán）高溫高濕地區。一般恒溫恒濕機組新風比隻能在10%以內才能完成（chéng）室內溫濕度控製。國外公司手（shǒu）術（shù）室自（zì）循環（huán）吊頂機組到實施時也不得（dé）不利用一次回風來處理室（shì）內（nèi）熱濕負荷，實際上變成二次回風係統，而自循環吊頂機組隻是完成二次回風。
4、手術室濕（shī）度優先控製實現（xiàn）
如上所述（shù），“濕度優先控製"的出發點和目的都（dōu）是控製（zhì）室內微生物汙染，同時保證室內舒適性和降低係統能耗。“濕度優（yōu）先控（kòng）製（zhì）"理念（niàn）隻（zhī）適用於特定的場合。實現“濕度優先控製（zhì）"這個理念必須有（yǒu）三點必要條件：一是（shì）對係統內各室均合（hé）適的新風集中處理終狀態點（diǎn）；二是允許偏差較大的室內濕度控製範圍（wéi）；三是較大的最小新風量，能帶走室內濕負荷。為（wéi）此（cǐ）必須對潔淨手術部作如下分析（xī）。對於Ⅰ級、Ⅱ級手術室，相對濕度的控製範圍為40%～60%，新風（fēng）量分別為1000m3/h與800m3/h，而Ⅲ級、Ⅳ級手術室，相對濕度的控製範圍可擴展到35%～60%，新風量分別為800m3/h與600m3/h，因（yīn）此第二、第三（sān）個條件可以滿足。而無論是由室外空氣狀態變化還是由內部熱源變化引起的室內熱負荷變化，隻要手術（shù）室內的濕負荷穩定，並由係統控（kòng）製住（zhù）新風處理的機器露點（diǎn）溫度（dù），就能保（bǎo）證室內空氣的（de）含濕量。對於（yú）有無菌要求的室內，濕（shī）度控製（zhì）範圍（wéi）在夏（xià）季（jì）工況可推薦為上限值（zhí）控製，一（yī）旦控製住（zhù）上限，下（xià）限也是很（hěn）容（róng）易控製的，因為對於采用冷卻去濕的空調係統（tǒng），在空調夏季工況時一般難於使室內濕度低於40%。對於控製係統來說，不需要在被調節空間內再單獨的設置濕度傳（chuán）感器對係統進行除濕量調節，這樣控製過程變得相對簡單可靠。
那麽要實現“濕度優先控製"這個理念，關（guān）鍵在於手術部是否存在一個集中處理新風的公共終狀態點呢（ne）？對於一個手術部，由於各個手術室內的是負荷以及所需的新風量是不同的，因此對送（sòng）風含濕（shī）量的要求也是不同（tóng）的（de）。在確定係統的除（chú）濕能力時，必須計（jì）算（suàn）每個房間所需的送風含濕量（liàng），並選擇zui低送風含濕量作為係統新風處理後的狀態（tài）。
潔淨手術室的濕負荷主要由醫護人員散濕構成，散濕量按照24℃下輕（qīng）度勞（láo）動時的散濕量為（wéi）106g/h計算，群集係統取0.91。潔淨（jìng）手（shǒu）術室內（nèi）的（de）醫護（hù）人員數和新風量根據手術級別而定，新風送風的機器露點溫度也有所不同。見下表。

由此可見，手術部不同級別潔淨手術室要求（qiú）的（de）集中處理（lǐ）新風送風露點溫度很接（jiē）近，或者（zhě）說對於手術部新風處理有一（yī）個公共終狀態點。當室內（nèi）幹球溫度不變，室內相對濕度從50%上升到（dào）55%時，新（xīn）風露點溫度上升1.6℃左右，使得常規新（xīn）風機組更（gèng）容易對新風進行處理，不需要更低溫的冷凍水。這是（shì）因（yīn）為手術室新風量大（dà）大高於一般舒適性空調，單位新（xīn）風除濕量不會非常大的緣故（gù）。同樣，如果（guǒ）手術人員散濕量按照（zhào）167g/h計算（suàn），也存（cún）在一（yī）個公共狀態點。因此濕度優先控製的（de）技術（shù）可以替代（dài）傳統的恒溫恒濕冗餘控製。
為了節能，目前（qián）Ⅰ級、Ⅱ級潔淨手術室常常采（cǎi）用新風集中處理（L1）、循環機組獨立處理（L2）二次回（huí）風（C）替代傳統（tǒng）的（de）一次回風（fēng）再加熱係統。見下圖。但實際工程中（zhōng）靠二次回風閥調節送風（fēng）狀態點O難以（yǐ）完成，常常（cháng）采用固定二次回風比（bǐ），靠再加熱（rè）來調節（jiē）。其控製思路：當設（shè）計工況再加熱量為零，當室內（nèi）顯熱負荷變（biàn）小時，靠加大再加熱量去補償變小（xiǎo）的負荷，循環機組處理室內顯熱負荷至M，混合至送風狀態點O。見下圖。其控製思路：當設計工況再冷卻量為最大（dà），當室內顯熱負荷變小時，靠減少再加（jiā）冷卻量去補償變（biàn）小負荷（hé），以（yǐ）維持送風狀態穩定（dìng）。兩者相比，可見“濕度優先控製"係統能以更低的能耗維持室內空氣狀態（tài）N在容許範圍（wéi）內（nèi）。
新風集中處理二次回風係統

濕度優先處理係統