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医院洁净室净化空调系统设计

针对国内医院洁净室及空调系统存在的设计与设备选型的问题,本文在洁净手术室执行标准、设计理念、设备配置选择、机组保养等方面提供了参考意见。 2009年3月,天津蓟县妇幼保健医院内6名新生儿发生感染,5名死亡。卫生部公布调查结果:此院手术室气流组织不合格,暖箱消毒不合格。近日某部门在对北京几家医院已建成的手术室及空调设备进行了几项常规检测,结果令人震惊:其中有一家手术室设定温度与实测温度相差6℃~8℃,设定湿度与实测湿度相差最大为38%(无论在手术室还是在空调机房,温湿度设定调整均不起作用);室内外压差与规范要求相差了31Pa,应为正压手术室的成了负压;室内噪音将近70分贝。对系统疏理时,发现集中新风预处理的管道内有抢风现象,造成各手术室压差混乱,有的手术室送风量只相当于设计值的60%左右,对机组检查时,发现机组表皮已大面积锈蚀溃烂,接缝处漏风严重,机组的控制系统、传感系统、加湿系统、电加热、风阀、水阀均为工程公司在施工中后配,所选组件均为在中国知名的国际品牌。再进一步观察,运动组件并未失灵,但运动逻辑混乱,机组的段位明显不合理,并且为负压机组。医院的维护人员告诉我们,这个工程自交付以来,就不断被迫进行改造,但始终无法满足正常使用要求。 

    通过对上述的问题进行分析,发现这些项目在设计及设备选型上都存在着很大问题。 

    根据笔者多年参与医院各类洁净室建设的经验,我们在此为用户提供一些参考意见,希望能对建设长期良好运行的手术室及其他洁净室有所帮助。 

一、医院洁净室专用空调的生产依据 

    我国2004年颁布了《洁净手术室用空气调节机组》GB/T19569-2004国家标准。尽管这个标准还需要进一步补充完善,但它仍不失为一个针对专用领域的专业标准。而目前欧美尚没有针对手术室专用净化空调机组的技术标准。目前在一些招投标文件中出现的如DIN1946-4、VDI6022、Eurovent等,虽对在医院使用的空调有所涉及,但均不是手术室专用空调技术标准,无论在形式上还是内容上,都不如我国的国标更专业。 

    按照我国法律规定,无论是进口产品还是国产产品,均应首先满足我国的国家标准才被允许在中国境内销售,除非中国国家标准与国外的标准有官方正式的互认。而现实的情况是由于各个国家和地区的气候条件相差巨大,空气受污染的程度和原因也不同,所以权威性的国际标准难以形成,各国只能根据自身的情况,借鉴其他国家的一些先进经验,自行制定标准,也很难形成互认。我国的现行国家标准时基于我国的气候条件和经济发展程度而制定的一个可以普遍推广的基本标准,并不是有些人说的是一个可以被忽视的标准。 

二、医院洁净室用空调≠空气处理机或组合式空调器 

    我国尚有很多医院在洁净室建设项目上使用空气处理机或虽冠以医用、卫生的名称但并无本质不同的空气处理机。但是医院洁净室用空调即手术室专用空调机组是空气处理机的一个专业分支,它不等同于空气处理机。医院洁净室用空调在许多方面与商用、工业、民用的空气处理机有着明显不同的要求,它在漏风率、送风量、噪音、温湿度控制等方面的要求较通用型空气处理机要严格的多。另外,它还有防菌、杀菌和自身不能成为污染源的要求。 

三、手术室环境控制要求 

    我国2002年颁布的《洁净手术部建设技术规范》GB50333-2002中,针对不同级别的手术室给出了相应的控制指标,但对机组温湿度的控制精度没有提出要求,这一点在《洁净手术室用空气调节机组》中得到了补充:机组的温度调整区间为21℃~27℃,控制精度为±1℃,湿度调整区间为40%~65%,控制精度给出了较宽的±10%,从现代医疗发展的实际需要来看,这明显是不够的,例如在各种移植手术中,各国的医生们已懂得利用大范围的温度调整来减少患者的出血量及帮助恢复体能,这需要温度在16℃~28℃的范围内可调,而在治疗烧伤病人及哮喘病人的手术中,湿度的控制可缓解病人的痛苦,可提高手术的成功率。 

    另外,我国现行的用于通用建筑空调设计的各地室外环境。依据如果直接应用于手术室建设,是存在问题的。手术室(还有血液病房等等)不同于任何其他民用空调服务场所,它要求每一天每一刻都应被控在合格的状态之内,这就需要对极端天气状况必须加以考虑,所以在计算冷、热、湿负荷时也应参考每年的最高气温、最低气温、最高环境湿度和最低环境湿度来。以北京为例,全年室外环境参数超出通用设计依据参数的时间在90天左右,也就是说如果计算不当,手术室全年有三个月时间可能是在不合格的情况下运行。 

四、设计理念 

1.单独预处理新风 

    据我们了解和通过与建筑科学研究院空调所专家的沟通,国内大部分专家学者都已倾向于新风单独处理,这样更利于压差的控制、利于手术室的灵活使用、利于洁净室温湿度的控制,可防止净化系统内的抢风以及由于将所有湿负荷交给集中新风处理而带来的其他问题。 

2.新风集中预处理后直接进入静压箱与循环机组送风混合可行吗? 

    理论上在特定的条件下是可行的。但在实际施工中却几乎不可能实施。这种设计方案要求系统安装空间上要允许,新风压头与循环风压头及高效过滤器阻力都要保持一定的平衡,还有要求集中处理的新风到达各个房间的静压箱时,余压保持一致,否则在循环机组的参数选型上就会很麻烦,手术室过滤器的脏堵情况也要基本一致,这显然是无法实现的,因为不仅在设计时设计师难以给出各处的参数,实际施工时由于各种因素的限制导致的最终管道敷设也不可能严格按原设计图一模一样地实施,而手术室的使用频率也不可能一样,而最后的结果是几个压力和阻力之间不可能平衡,勉强达到初始平衡后也需在使用中不断地调整,这又带来了新的问题:谁来调?在什么时间调?保修期结束后的费用问题等等。 

3. 按(二)的方法,用Y型接法不能解决压力平衡问题 

    Y型接法能解决充分混流的问题,但解决不了压力动态平衡问题。我们都有这样的体验,在洗澡时初始调好一个水温,但如果其中一个冷水或热水的供水压力有变化,整个出水的温度就会剧烈变化,冷热水的出水量这时也分别产生了变化。在现实生活中,水系统压力变化的可能性要比洁净室风系统压力变化的可能性要小得多,换句话说,洁净室风系统的压力变化几乎是实时的。 

4.湿度优先与自控 

    湿度优先主要是为了防止系统内长期高湿产生霉变,系统设计上的保障是必不可少的。但对于房间内的温湿度调控要求它是同时实现的,真正的恒温恒湿控制器可以做到这一点,并不是管了湿度管不了温度,上述说法只有在控制系统的温、湿度控制器是单独分开的两个控制器或者一个控制器内有两个独立的过程控制程序时才有一定的道理。

5.两管制净化空调不能满足全年手术室内环境稳定 

    两管制的设备在秋冬之交、整个冬季及春冬之交时,系统内只有热源而没有冷源。而现代手术室是一个封闭的环境,只有新风进入,而新风的温度和风量往往不足以承担室内产生的热负荷,所以会造成手术室内过热。 

6.冬季时也需要为净化空调系统提供冷冻水 

    冬季仍需要为净化空调系统提供冷冻水,但冷水机组并不是在时时制冷,只是在室外环境温度较高或者室内热负荷较大时才会自动工作。值得说明的是,由于医院建筑在冬季整体供暖,手术部内不可避免地产生区效应,即使手术部不供暖时,也会因整幢建筑内的相邻区域供暖而使温度值升高至相近的温度,这样再加上室内的人员及其他发热设备,就会造成室内温度较高。这一点上,各地区也有明显不同,越是北方,冷水机组的工作时间就越短。 

7.夏季时,四管制净化空调也需要热水 

    夏季净化空调最好能有热水。因为高温天气下,机组优先除湿而使空气过冷,需要热补偿而达到恒温恒湿并且降低空气的相对湿度。机组内虽设有电加热补偿,但一般设计值都较小,并且即使是分级启动也不可能像热水那样易控热量的大小,会影响送风温度的稳定。如果您需要手术室内温湿度控制精度高,最好供应热水。选择较大功率的电加热也不节能,同时受限于医院的配电总容量。 

8.通过控制新、回风混合温湿度,不能避免冷盘管过冷而造成冷热平衡带来的能耗问题 机组的运行只可能听命于一套温湿度传感系统,这套传感系统只能是用于感知房间内温湿度的,因为稳定控制房间内的温湿度才是我们的最终目的。如果将传感器置于新回风混合处,房间内的温湿势必会紊乱,任何一个空调系统都是维持一个特定服务区域内的温湿度动态平衡,不可能在换热器前后出现两个平衡点。 

五、机组的配置 

    依据《洁净手术室用空气调节机组》国家标准中的定义,手术室专用空调是“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。它主要包括空气循环和过滤装置,不但包括制冷系统、加热、加湿、净化和通风装置,同时还应包括控制微生物滋生的特别措施。” 从上述定义可以看出,手术室专用空调不是只有制冷盘管和过滤器的箱子,而从空调两个字上就可以顾名思义地得出机组必须具有自控装置和其他所有的功能组件。实际状况是,很多的工程建设项目都是由工程公司自行购买只有盘管、各种空段的箱体,再用各种买来的包括控制器、配电柜、传感器、加湿器、过滤器、电加热、风阀、水阀、压差计等在施工现场拼凑而成。即使在GB50333-2002《洁净手术部建设技术规范》中明令禁止、GB/T19569-2004《洁净手术室用空气调节机组》中详细规定后,情况仍无改善。指标不合格固然有维护保养问题,但更重要的是设计理念,设备选型等方面的问题。现场拼装机组不仅在产品质量、性能上没有保障,配电安全也会埋下巨大隐患,这一点上,国标也缺乏明确的规定,只针对直膨式机组做了些要求,这不能不说是个明显的缺憾。 

    由于我国经济发展水平还比较低,所以专家学者们在考虑制定标准规范时要顾虑到县、乡一级医院的经济承受能力,所以在机组的工艺和材料上给出了较低的要求。但从实践上来看,这样带来了许多问题: 

1.净化空调的有效使用寿命过短,有的只能两三年箱板已经出现变形。 2.机组内部锈迹斑斑,有的甚至有如垃圾场。 3.密封胶老化失效,漏风率无法保证。 4.温湿度控制不住,温控与湿控协调性差。 5.送风量不稳定。 6.负压机组受外界污染。 7.冷凝水排水口冬季漏风。 

8.噪音大,风道上辅助降噪设备过多。 9.配置功率偏低无法应对变量。 

10.不能给电热式、二次蒸汽加湿器合理配套纯净水设备,致使起不到产生纯净蒸汽的作用。 

11.用有蜗壳风机做压差机组时带来的过滤均匀度问题。 12.使用两管制设备带来的温湿度控制达不到要求的问题。 13.晚秋、冬天、初春等季节不能开启冷源的问题。 14.直膨式机组带来的送风温度忽高忽低的问题。 

15.低质元器件运行达不到要求的问题及使用寿命问题和能耗问题。 16.会积尘及产生二次污染的元器件被应用在洁净空调中的问题。

17.不使用变频器带来的能耗问题。 

    诸如此类,不胜枚举,购买质次价低的产品对于用户来讲并不划算。一些有名望的专家早就呼吁,将用于手术室装修的大笔费用降低一些,投入到最重要的净化空调系统上来。 

六、机组选择上应注意的问题 

    由于对净化空调系统缺乏足够的认知,用户在机组选型时就相应地存在一些误区,比较明显的有如下几个方面: 

1.选择设备应注意的问题 

    就总体而言,制造业发达国家的产品质量、工艺等方面有着一定的优势。但如果用户简单地看问题,就会导致花了大钱,上了大当。事实上,纯进口设备在我国的应用不仅不理想,甚至可以说问题百出。 

    首先要清楚您要选择的产品是否是符合我国国家标准和合适本地气候环境条件的产品。其次是它是否是一个功能完善的产品,然后是其对施工和使用的要求高不高,再然后是其性能(如控制精度,可调范围等)符不符合要求,发达国家的各种产品一般都进行差异化生产,避免过度竞争,这就使其各有所长,那么这个长处是否是您最关注的。我国经常把几个本来各有所长的产品放在一起竞标,忽视专业要求,这会带来应用上的许多问题。 

2.空气处理机不等于净化空调 这个问题前文已说过,不再重复。 

3.慎用现场拼装机组,没有制造依据和检测手段的产品不能保证品质和性能。 4.风机不坏,不保证手术部合格。风机是净化空调最重要的部件之一,但绝对不是全部。 

5.不能将整体机组拆开,分别指定部件品牌。 

    可以限定所需要的机组档次,但希望不要随意指定部件的品牌,各个产品都有能让其机组整体性最佳的组件,将奔驰的发动机强行装到宝马上是不合理的。当然,产品之间一定是存在差异的,但应以整体性能为第一位。 

七、净化空调系统的维护与保养 

    在我国,大多数手术室净化空调的日常维护保养并不是由专业人员来完成的。 好的净化空调主体使用寿命应在20~30年,在正常维护下,在前3~5年只需要更换一些耗材和易损件,如过滤器、加湿灌等。然而由于一些非专业人员在维护时的不规范操作和使用不合适的耗材,致使机组的运行受到影响,长期下来,会影响一些重要组件的寿命,更会使手术部的控制效果出现问题。这里提到的不合适耗材不仅仅是不合格材料,如功率和效率不合适的加湿灌,阻力和效率不同各种过滤器等。 

八、大胆地对手术室专用空调机组进行独立采购 

    这样做有明显的好处:一是节约了成本。二是只要清楚洁净手术部的核心是洁净空调系统,而手术室洁净空调机组是洁净空调系统的核心这一事实,这显然是个纲举目张的举措。事实上,没有一家净化工程公司在洁净空调系统的理论和实践上超过一个真正的手术室空调设备设计者和制造者,因为大部分的净化工程公司往往受地域的限制、既定方案的限制、习惯的限制、代理制度的限制等等,在认知上总是不够全面,而且调整起来是困难的,他们的精力总是放在布局、物流供应、装饰等方面。 

九、呼吁手术部年检制度 

    手术室是关乎病患生命的场所,环境需要在使用时永远处于合格受控的状态,所以制定手术部年检制度是必要的(建议手术室每年须有权威机构出具正是检验合格的报告才能继续使用,权威机构每季度对各医院手术室进行免费抽检,医院每月进行自检并将自检合格结果交权威机构备案),对医院也是有好处的,医院可以通过手术部品质的提升减少病患感染的可能性,提高手术的最终成功率,同时扩大了医院的影响力。通过建设前期的投入重新分配,医院不会增加什么负担;使用合格的、功能完善的设备也会降低能耗、降低运维成本;使用专业人员养护可以有效延长设备使用寿命,避免短期内投资改造。另外,医院还可以在一些医疗纠纷中避免因洁净室不合格而带来的一些责任。 

十、结论 

    手术室建设总是医院建设中投资比较集中的地方,无论如何不能随意的变成实验场。一个新设计方案的确定,是要经过理论推演→模拟实验→总结→改进→模拟实验成功→局部试用成功→总结归纳→制定标准这样一个完整过程的,如果没有这样一个完整过程,遭受的损失是必定惨重的。

来源:洁净技术与应用

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