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外科病房大楼洁净手术部所用净化空调系统设计
外科病房大楼洁净手术部所用净化空调系统设计
来源:中制冷设备网    2009-9-21
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摘要:本文介绍了洁净手术室净化空调系统的设计理念:通过对手术部室内各参数的控制,使手术部处于一个受控状态,达到降低术中及术后患者感染率的目的。手术部净化空调系统通过对手术室各参数的控制,降低发菌和抑制室内细菌的繁殖,从而达到降低手术和术后的感染率,使医院手术部能够满足新形势下的各种要求。

关键词:净化机组 末端送风装置 DDC控制系统

 

1 引言
  武汉协和医院创建于1866年,是目前国内历史悠久的医院之一。由于医院原有住院设施难以适应发展需要,为改善病人的住院环境,现建造新的外科病房大楼。

  在外科病房大楼建设过程中,《医院洁净手术部建筑技术规范》GB50333-2002(以下简称《规范》)于2002年12月实施,为此,根据规范,我们对其洁净手术部净化空调系统进行了深化设计。

 

2 工程概况
  武汉协和医院外科病房大楼建筑面积76000m2,建筑高度126.3m,地下两层,地上三十二层。共设病床800张。手术部设在三~八层,其中三层为麻醉科办公用房及手术室辅助用房,四、五层为手术室,六层为手术室设备层,七层为ICU病房,八层为避难层兼设备层。手术部共设手术室42间,其中Ⅰ级手术室3间,Ⅱ级手术室6间,Ⅲ级手术室21间,Ⅳ级手术室10间,感染手术室2间;七层ICU病房设床位37张。

 

3 手术部平面布局
  洁净手术部的设计是以控制微生物对患者的污染为宗旨。控制污染的途径有很多种,合理的建筑平面布局与人、物流路线设置非常关键。患者、医生、护士、设备和手术物品在术前术后均需进出手术室,即:手术前病人流向、手术后病人流向、手术前工作人员流向、手术后工作人员流向、使用前无菌器材流向、使用后器材流向。根据这六种人、物流,可分成多种平面类型。

  根据此大楼的整体平面,结合我国现在的国情,充分体现洁污分流、流程最短的八字原则,建筑设计将该手术部设计为外廊回收型(见图1)。该布置型式将污物流线独立分离出来,术后物品由外周走廊回收。手术室和直接为手术室服务的辅助用房形成手术核心区。无菌物品、术前和术后医护人员与患者均在中心洁净走廊通过,术后污物从外污物走廊送出。此种布局既有效控制微生物污染,又符合人的行走习惯,易于被医护人员接受。
 


图1 手术室平面布局

4 手术部冷、热源
  手术部冷、热源由设在地下二层的冷冻机房及换热站供给。其中冷冻机房特设一台水冷螺杆式制冷机组用于手术部过过渡季节的供冷。加湿用的蒸汽由中心锅炉房引来,在地下室设减压阀至0.2MPa供至设备层净化机组。

 

5 手术部净化空调系统
  合理的净化空调系统是保障整个手术部处于受控状态的重要环节。洁净手术部要求系统能够控制各等级手术室及辅助用房的室内温度、湿度、洁净度、细菌与有害气体浓度、气流分布,保证室内人员所需的新风量,维持室内合理的气流流向,维持手术部合理、有序的压力梯度。

 

5.1 净化机组的位置

  该院手术室集中在四、五两层,由于建筑面积的要求,不可能对每层手术室设一层设备层。因此,四、五层手术室的净化机组均设在六层设备层中。七层ICU的净化机组利用八层避难层的空间摆放。这样六层设备层专用于设置净化机组,设备集中布置,可实现手术部空调机组的集中控制,便于将来的运行管理。

 

5.2 净化系统的流程

  净化系统的流程如图2所示。

  (1)Ⅰ、Ⅱ级手术室各采用净化机组与手术室一对一设置,Ⅲ、Ⅳ级手术室采用一台净化机组对应2间或3间手术室设置,走廊与辅助用房根据分区分别采用净化机组;污物走道的净化级别按照清洁走道考虑。七层两个ICU单元各设一台净化机组。

  (2)Ⅰ级手术室采用洁净手术专用阻漏式送风天花,上顶送下侧回;Ⅱ、Ⅲ级手术室采用层流送风天花送风,上顶送下侧回;Ⅳ级手术室采用高效送风口送风,上顶送下侧回; 洁净走道与辅助用房采用高效送风口送风,辅助用房上顶送下侧回,走道上顶送上顶回;ICU及相关辅助用房采用高效送风口送风,上顶送上顶回。

  (3)新风分区集中控制,新风集中处理后送至每台净化机组的回风管上与回风混合,各回风管与新风支管上设定风量阀。

  (4)每间手术室均配独立的直排风口,由设备层分系统设排风机排出;各排风支管上设定风量阀。
 


图2 净化系统流程图
 

  (5)为保证手术室的噪声指标,在净化机组的送、回风管上各设置两台卫生型宽频消声器。

 

5.3 净化机组的配置:

  净化机组配混合段、表冷段、加湿段、风机段、中效过滤段、出风段,用于空气再热的电加热器设在净化机组送风管上。

  新风净化机组配中效过滤段、亚高效过滤段、表冷段、出风段。

  排风机组配中效过滤段、风机段、出风段。

 

5.4 净化系统的控制:

  (1)每台净化机组均配置一套两通调节阀,一套温、湿度探头,该两通调节阀设置于机组回水总管上,温、湿度探头设置于手术室回风总管上,温、湿度探头采集到信号后传递给DDC,DDC再通过所设定的温度来控制两通调节阀的开启度。

  (2)DDC实行湿度优先控制,在夏季工况下:新风表冷器先进行一次降温除湿,新、回风混合后在空气处理机组上进行二次降温除湿,直到湿度满足DDC设定的标准,这时DDC再通过辅助电加热器工作来达到设定的温、湿度。冬季工况下,由湿膜加湿器对空气进行加湿,使湿度满足要求。

  (3)辅助电加热器的开关程序通过DDC来控制,当风管内的空气温度小于所设定的温度时电加热自动打开,反之则关闭,电加热器本身还带有过热保护装置,当其温度超过90度时,电加热器自动关闭。

  (4)新风净化机组与空气净化机组实现连锁控制,即系统内只要有一台空气净化机组打开,其对应的新风净化机组必须先打开,只有当共用该新风系统的空气净化机组全部关闭时,所属新风净化机组才能关闭。

  (5)排风机与空气净化机组实现连锁控制,即空气净化机组打开,其对应的排风机就开始工作,只有当共用该排风系统的空气净化机组将全部关闭时,所属排风机才能先关闭。为了保证手术室的正压,建议甲方在非手术室时段将新风机及排风机开启。

 

6 手术室洁净指标的保证


6.1 合适的空气过滤系统

  实测表明:大气尘中>0.5μm的微粒为百万数量级以上,为了保证系统内压力梯度,整个系统需要大量的新风,系统中绝大多数的微粒都来源于新风,新风的控制对于整个系统的保障起到至关重要的作用。合理的新风过滤对后面的高级别的过滤器的保护、今后的运行管理来说是非常重要的,所以特选用具有足够过滤面积的新风采集箱设在新风入口。该采集箱内第一级设置优质纤维滤网,能够初步过滤掉比较大的灰尘粒子,阻止昆虫、树叶等进入净化空调系统内。经验证明,新风入口足够面积的纤维滤网提高了后面的粗效、中效及至高效过滤器的使用寿命。此工程新风系统除有设有足够面积的新风采集箱外,还在新风机组内设置对≥1μm大气尘计数效率不低于75%的中效过滤器,对≥0.5μm大气尘计数效率不低于95%的亚高效过滤器。

  在净化空调机组的正压段设置一级中效过滤器对空气进行预过滤,并防止净化空调机组二次污染对高效过滤器(HEPA)前系统的影响。高效过滤器(HEPA)对于净化空调过滤系统来说最为关键。手术部净化的主要目的是控制手术病人的外部环境,从而减小病人手术中及术后被感染率。病人的感染通常由细菌、病毒引起,而感染手术病人的病毒常常由一层蛋白质内的单个DNA或RNA分子组成。研究表明,大多数病毒在空气中不能独立的存在,常常附着在比它们大很多的细菌上,细菌又以尘粒为营养源。根据实例资料统计,空气中细菌的浓度与大气中3~5μm的粒子浓度有关。过滤掉该粒径范围内的粒子,清除病毒与细菌的生存外部环境,可以有效的抑制细菌与病毒的生存与繁殖。所以一般手术部净化过滤系统通常选用效率不低于99.97%(≥0.5μm 粒子,DOP法)的高效过滤器。

  洁净手术区的传统做法是将高效过滤器布置在静压箱的末端,它是靠末端过滤器的最后把关来体现其有效性。传统的末端装置起过滤、均流与保证不泄漏的三种作用。但这三种作用耦合,对高效过滤器与静压箱箱体的要求很高。该工程对Ⅰ级手术室选用高效过滤器箱与静压箱相结合的阻漏式洁净送风天花,该天花与传统送风天花相比有如下优点(见表1):
 

表1 传统与新型手术专用末端送风装置比较表

设备

项 目

传统洁净送风天花

阻漏式洁净送风天花

对室内洁净度的保护

万一高效过滤器漏泄,室内工作必将受到影响。

能将由于高效过滤器漏泄所造成的影响降低至原来的1/475。

对主流区气流的保护

洁净送风天花下部的气流均匀度,不易达至国家标准的有关要求,抗环境干扰能力弱。

洁净送风天花下部的气流均匀度,窥达至国家标准的有关要求,抗环境干扰能力强。

出风面积

出风面采用多块散流孔板,网组合,安装要求高。

仅用四块漏层组合,安装方便,气流满布率≥95%。

设备高度

装置高度高,在土建层高较低的场合无法安装。

本装置厚度仅在350mm之内,特殊情况可再降低其厚度能适合更多的安装场合。

设备维护工作方便性

更换高效过滤器必须进入洁净手术室,不利于洁净手术部的无菌化管理。

在手术室外更换高效过滤器,不污染受保护环境,更换快捷,操作方便。

设备安装质量的保障

现场制作,传统拼装,不利于设备质量的保障。

工厂制造,仅需现场用配套专用联接件简单拼接组合,有利于设备质量的保障。

 

6.2 合适的气流组织

  对于手术室来说合理的气流能防止微粒的积累,并能将其迅速排除,有效地保护关键区域,减小患者术中与术后的感染率。《规范》要求“Ⅰ~Ⅲ级洁净手术室内集中布置在手术台上方的送风口,应使包括手术台的一定区域处与洁净气流形成的主流区内。洁净手术室应采用双侧下回风。洁净手术部设上部排风口,其位置宜在病人头侧的顶部。”这种气流具备以下特征(见图3):

  a、手术区明显的置换流流型;

  b、使室内的手术区域处于有效的气流控制之中;

  c、满足人员的热舒适要求;

  d、送风量较小;

  e、对室内的医疗设备影响小;

  f、对手术人员影响小;

  g、不妨碍手术人员的工作;

  h、有效地排除气味和麻醉气体。

  对于本工程,手术室与无菌辅房均采用上顶送下双侧回,避免了气流短路的同时,又形成送风核心区(特别是手术室送风集中布置),达到用较少的送风量满足其功能要求,保护病人手术切口不受外接感染。洁净手术室专用阻漏式送风天花末端设置了相当亚高效过滤器效果的阻漏层,既保护了过滤系统的过滤效果,又使出风及速度更加均匀。
 

  洁净、清洁走廊采用上顶送上顶回,送风均匀布置,充分的保护手术室的环境避免受外界的因素的干扰。手术部麻醉诱导室(预麻室)采用全送全排的模式,同时保证该室相对邻近区域-8Pa的负压。这样可以及时将散发至该室内的麻醉气体排除室外,保持了该室与其它无菌室的良好空气品质。

 

6.3 合适的正压控制

  《规范》要求“净化空调系统应使洁净手术部处于受控状态。”合理压力梯度可以避免室外对室内,或低级别环境对高级别环境的影响。只有确保在任何情况下,都能维持洁净手术部内有序、合理的压力梯度分布不变,才能真正有效地减少手术区交叉感染的风险。

  通常正压控制是通过调节正压送风量与排风量之间的差值,并结合各种控制手段来实现的。

  根据该工程手术部建筑平面的整体布局,每间手术室均配独立的排风口,通过风管连接后接排风机排出室外。采用分区集中供应新风,确保各洁净室的新风量的供给。排风、新风与回风上均设有定风量装置。因为随着系统的不断使用,系统内的三级过滤器容尘不断增多,过滤器阻力也随之增大,如果控制风量的装置不能随阻力增加而变化调整,则运行中送风量、新风量、排风量会降低,这样会破坏原本有序的压力梯度,从而会影响洁净区域的洁净程度。该定风量装置为德国进口产品,它自带刻度盘,一次调定风量后,运行中叶片能根据压差自动调节角度,始终保持调定的风量。实践说明:在保证有序稳定的压力梯度方面,使用该定风量装置比变频、变风量系统更加符合洁净手术部这一特殊环境的要求。

 

6.4 合适的温湿度控制

  合适的温湿度,既满足了室内人员的舒适性要求,又可以降低人体发菌与抑制室内细菌的繁殖。尤其是湿度高低对于微生物的滋生有明显的影响,湿度应放在温湿度控制的首要位置来考虑。据研究表明,相对湿度为50%时,细菌浮游10min后即死灭。当房间湿度大于60%时候,细菌繁殖的速度就会大大加快,再结合考虑人员的舒适性,取相对湿度为40%~60%,根据国外的一些标准结合国内的相关国情,温度取22℃~24℃。

  本工程采用先进的西门子DDC控制系统,对于湿度进行优先控制。它既能集就地控制与远程手术室控制于一体,又能通过微电脑进行系统监控,并能与大楼楼宇控制系统进行连接,实现信息资源共享。

7 结语
  手术部净化空调系统通过对手术室各参数的控制,降低发菌和抑制室内细菌的繁殖,从而达到降低手术和术后的感染率,使医院手术部能够满足新形势下的各种要求。

 

参考文献

  1、 标准编写组:《医院洁净手术部建设标准》,2000年9月.
  2、 中华人民共和国国家标准:医院洁净手术部建筑技术规范》GB50333-2002.
  3、 中华人民解放军工程建设行业标准,FL0106 YFB001-1995《军队医院洁净手术部建筑技术规范》,1995.
  4、 马茨.朗姆斯道勃:《污染控制与洁净室技术介绍》.
  5、 许钟麟、梅自力、郭大荣、沈晋明:“洁净手术室集中送风方式的最新成果”,《洁净与空调技术》,2002年增刊.
  6、 沈晋明:“洁净手术部的净化空调系统的设计”,2003年9月.
  7、 陆耀庆等:《采暖通风设计手册》,中国建筑工业出版社1987年.

 

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