医建风向标

作为医院的核心部门，洁净手术室净化空调系统建设水平与手术室的温度、湿度、空气洁净度等环境参数及节能、高效运行有着莫大关系。新基建时代，随着各项技术的更新迭代，洁净手术室净化空调的设计与配置都有哪些要点？绿色节能又如何在其中得以实践？江苏省人民医院手术部在净化空调系统建设和绿色节能等方面做到了极致，今天就来具体谈谈该院手术部的绿色运营之道。

壹

手术部项目概况

该医院新建的门急诊病房综合楼内（简称“新大楼”）设有53间洁净手术室（Ⅰ级6间、Ⅲ级47间），正在改造的外科楼设置20间手术室（Ⅲ级17间、普通手术室3间）。新大楼手术部建设面积约12350㎡。

表1 新门急诊病房综合楼手术室分布

序号	楼层	区域	数量（间）	备注
01	负一层	一体化复合手术室	1	Ⅰ级手术室1间,铅防护。
02	五层	日间及门急诊手术部	14	急诊及日间手术室8间，眼科手术室6间，全部为Ⅲ级，4间铅防护。
03	七层	中心手术部	38	胸外手术室8间（包含Ⅰ级手术室5间，其中2间为DSA复合手术室），脑外科手术室7间，骨科手术室8间，泌尿科手术室7间，整伤、耳鼻喉手术室8间。16间铅防护。

贰

净化空调系统总体概况

江苏省人民医院净化空调系统的设置使洁净手术部始终处于受控状态，既能保证洁净手术部整体控制，又能使各洁净手术室灵活使用。各洁净手术室与配套辅助用房分开设置相应的净化空调系统。

一 气流组织设计

洁净手术室采用高效送风天花送风，送风天花集中布置于各手术室手术台上方，使手术台及周边组成的手术核心区位于洁净气流形成的主流区内。Ⅰ级手术室5级洁净区内的气流流型确保为单向流，核心区手术台工作面截面平均风速为0.2~0.25m/s，Ⅲ级手术室换气次数设计为24次/h，配置高于现行《医院洁净手术部建筑技术规范》GB50333-2013的相关规定。

各洁净手术室均采用双侧墙下部回风，回风口连续设置，洞口顶部边缘高度距地面为0.5m，洞口下边距地面为0.1m，既避免引起地面二次扬尘，又保证了工作区洁净气流的稳定。

二 空气过滤器设置

每个净化空调系统均设置三级过滤装置：

一级过滤装置设置在新风端，新风过滤装置由三道过滤器串联组成，第一道设在新风口，采用人工尘计重效率大于30%的预过滤器；第二道设在净化新风机组进风口，采用G4+F7组合过滤器；第三道设在净化新风机组出风段，采用过滤级别为F9的中高效过滤器。

二级过滤器设在各净化空调机组内，为负压段F5初效过滤器与正压段F8中效过滤器的组合。

三级过滤器设在各净化空调系统末端高效送风天花或高效送风口，高效送风天花采用过滤效率为99.9995%的H14高效过滤器，高效送风口采用过滤效率为99.995%的H13高效过滤器。

各级空气过滤器均采用效率梯度递增的组合形式，形成逐级保护，确保手术室及相关医疗用房洁净度的同时，延长高级别过滤器的使用寿命，整体配置高于国家现行规范GB 50333-2013的相关规定。

此外在所有洁净手术室回风口设置中效F5回风过滤器，排风口设置中效F5排风过滤器。其他区域回、排风口按洁净度级别设置相应级别的过滤器。

三 净化空调系统划分

中心手术室全部配备各自独立的净化空调循环系统，即“一拖一”的机组配置，高于现行国家规范的要求，保证各手术室实现个性化控制的同时，按需启用实现节能运行。手术室净化系统前瞻性的配置在新冠疫情期间发挥了极大的效用。

图1 江苏省人民医院净化空调系统原理图

根据手术室团组式的布局模式，洁净区辅房及清洁区辅房分别按所在团组分区配置集中的净化空调系统，其中洁净区配置5个集中的净化空调系统，清洁区配置5个集中的净化空调系统。

手术室新风采用集中处理的形式,新风净化空调机组同样按照团组式布局形式分区配置，手术部共设置5套净化新风空调机组分别对新风分区进行集中处理，处理后的新风送入所在团组的各手术室净化空调循环机组，接入循环机组的新风支管上设置定风量调节装置对新风量进行控制。

各手术室设置独立的排风系统；预麻室、苏醒室内设置排风口，纳入所在团组集中排风系统；所有卫、浴间均设置独立的排气扇；污物打包间设置排风口，纳入所在系统的集中排风；科学合理的排风系统设计既达到保证各区域有序的梯度压力控制，同时平衡的系统风量分配使室内温、湿度、洁净度等参数稳定在设定范围，房间空气保持适宜的清新度。

手术室办公生活区采用风机盘管+新风的系统形式，共设置2套组合式新风空调机组，分别为手术室生活区和办公区供应新风。

四 冷热源及空调水系统

手术室空调冷热源由大楼集中供应，大楼空调水系统采用分区两管制形式，手术室空调水系统独立设置。大楼冷源由三台1650RT离心式冷水机组和两台550RT离心式变频冷水机组组成，热源由四台燃气热水锅炉组成，冬、夏季集中供应，利于冷热源机组设备高效节能运行。手术室制冷工况延长期间，运行两台变频离心机组承担手术室负荷。另外手术室集中新风处理机组设置直膨式深度除湿装置，独立运行，除了满足深度除湿的需要，过渡季节兼作手术室备用冷热源，弥补两管制空调水系统的不足。

手术室办公生活区空调水系统纳入大楼集中系统，与手术室分区设置，实现双工况运行，确保满足各自区域的不同需求。

图2 江苏省人民医院空调水系统原理图

五 系统加湿形式

手术室空调系统加湿采用干蒸汽加湿形式，一次蒸汽源取医院蒸汽锅炉房。

叁

手术部绿色节能措施

江苏省人民医院手术室净化空调系统形式、配置及设备选型，充分考虑了节能高效，安全运行、卫生洁净、低耗长效。

一 综合全面的节能措施

1 节能设计

Tips

科学全面的节能设计，是净化系统绿色节能运行的前提条件。

净化空调自动控制设计最先进的手术室智能化运行信息综合管理系统。

空调水系统采用分区两管制，冷热源设备始终保持在综合能效最高的状态下运行。

净化空气处理过程采用热湿分离的处理方式，减少系统再热的能源损失。

2 节能设备

Tips

核心设备的高效低耗选型，是净化系统绿色节能运行的硬件基础。

手术室核心设备净化空调机组采用德国原装进口定制型号的医用卫生型机组，三大核心部件–风机、电机、换热器，特别配置了当前世界最先进的高效节能产品。

3 节能管理

Tips

高质量的运维管理是节能技术措施得以发挥效果的实施保障。

净化系统采用主动式常态化运行维护替代常规的被动式故障维修，保持净化系统在全寿命周期内的能量匹配最佳化运行。

净化厂家上海风神派驻工程师常驻医院现场，全年无休、每日巡检，确保设备一直保持最佳状态运行，避免设备能效降低，发挥管理节能效用。

二 节能措施的核心技术

1 手术室智能化运行信息综合管理系统

净化空调系统采用上海风神环境设备工程有限公司自主开发的手术室智能化运行信息综合管理系统，对整个净化系统运行过程中的耗能设备进行集中管理、监测，记录、分析、保存能源数据，并不断提出改进措施。

该管理平台基于空调自动控制系统，从电力系统中将空调设备的用电数据通过通讯的方式采集到信息综合管理系统平台中，对于所有的控制设备的用电量结合使用时间进行数据采集、存储和归档，再通过数据的有效分析得到系统能耗的使用情况，将分析结果通过图表等形式反映出来，进行能源使用策略的制定和调整。对于整个设备的用能进行合理的管理，从而降低系统能耗，达到节能减排的目的。

图3 江苏省人民医院手术室能源管理平台

1 控制网络结构

系统采用就近设置控制器，远程组网的形式。就近设置的控制器靠近现场设备，控制器与控制器之间采用工业级的专业通讯协议进行数据交换，可以实现点对点的精密通信，即快速又稳定。

上位系统利用工业控制的WEB专业技术，将上位机的操作通过互联网实现远程监控，在可以连接互联网的地方都可轻松实现对现场自控系统的操作，大大提高了操作员的工作效率和现场运行效率。

控制网络示意图：

图4 能源管理系统控制网络示意图

2 节能效率优化

常规系统中，自控系统的启动和停止是需要操作人员进行控制的，操作人员通过人机界面输入系统启动和停止的指令来使整个系统进行运作。该方式对于操作人员要求很高，如果出现系统运行时间和实际需要使用时间脱离的情况，就会造成能源的浪费。

江苏省人民医院手术室智能化运行信息综合管理系统中加入了控制时间表功能，系统可根据预先设置好的时间点运行，可以配合手术室的实际使用时间进行自由灵活的调节，在手术开始前提前启动，手术正式开始时已经具备了符合要求的温湿度、洁净度的手术环境，同时可以在一天的手术结束后自动关闭，避免了能源的浪费。

3 手术室智能化运行信息综合管理硬件设备

采用42吋一体化高端平板多点电容式LED智能触摸屏，分辨率为1920×1080，色彩度最大1677万色，亮度≥400cd/㎡，对比度≥4000：1，视角178°，整机寿命＞60000小时。一体化智能触摸屏CPU配置INTEL I7处理器，内存为8G，硬盘为1T。

触摸屏采用windows操作系统,系统具有编程控制功能，可直接和手术室各系统设备联网，实现手术室集中控制及信息管理，并可通过pad、手机等移动设备上实现远程实时控制。

手术室智能化运行信息综合管理终端软件及友好的人机界面由净化公司自行开发，具有相关专利等知识产权。可实现如下功能：

?	时间信息管理：可显示北京时间，进行麻醉计时、手术计时。待机状态下时间系统作为屏保，全屏显示手术计时、麻醉计时、北京时间。

图5 手术室信息智能管理终端界面

?	环境信息管理：可调节与显示房间温、湿度参数，可显示房间压差值、房间内TVOC及CO2浓度；
?	供电照明信息管理：可实现手术室照明开关控制，照明灯具调光管理等功能，还可显示UPS及IT系统的工作状况及故障报警。

图6 手术室信息智能管理终端二级菜单

?	医气信息管理：可显示医用气体压力，实现高、低压报警功能；
?	通讯信息管理：具有对讲呼叫，视频通话等功能；
?	空调系统控制：机组启、停控制及状态指示；值班运行/全风量运行转换及状态指示；房间温、湿度的设定；机组运行及故障指示；过滤器堵塞报警及指示；正负压切换控制及指示；空调机组运行参数查询；
?	能源信息管理：可与手术室能源管理系统联网，在手术室可直接查询实时能耗统计及分类显示等数据。

图7 手术室信息智能管理终端二级菜单能源管理模块

2 卫生型净化空调机组

空调系统是建筑能耗第一大户，尤其是手术室净化空调，其能耗占手术室总能耗的50%以上，因此空调系统的核心设备净化空调机组的节能配置对整个系统的节能效果起决定作用。

江苏省人民医院手术室净化空调机组采用德国某著名品牌原装进口的卫生型专用机组。所配置的系列型号机组是经过德国ILH专业机构认证的医用卫生型机组。

图8 江苏省人民医院手术部净化空调机组

净化空调机组功能段配置为：回风段过滤段F5+表冷段+风机（混风）段+再热段+加湿段+活性炭过滤段+中效过滤段F8+出风段。

净化机组具有良好的绝热性能，采用46mm厚度的双层可拆卸箱体面板，内置A1级玻璃岩棉夹心材料保温层，绝热材料玻璃岩棉密度为55kg/m3，绝热材料导热系数为0.035w/(mk)，箱体壁板传热系数为0.9w/(㎡k)。

净化机组具有良好的密封性能，优于欧洲标准EN1886 2007的最高标准L1(R)级，保持机组内静压700P时，泄漏率仅为0.1 l/(s㎡)。

净化机组采取良好的防冷桥措施，冷桥因子达到0.69。

1 核心部件

冷热水盘管：配置了最新技术的椭圆管高效翅片式换热器，翅片式换热器采用椭圆形紫铜管套防腐亲水铝翅片，具有强化换热的功能,比常规圆管换热器换热效率高1.8%；并具有较低的空气阻力，比常规圆管换热器空气阻力低28.6%，椭圆管翅片式换热器阻力在制冷（湿）工况仅为17.5Pa/单排(即换热器排数为4排时空气侧总阻力仅为70pa)。

图9 椭圆管换热器

风机、电机：配置了高效率无涡壳直联风机，及EC直流电动机，所选用的风机风量—全压曲线比较平缓，EC直流电动机具有无级调速功能，适合变负荷调节，电动机效率达到欧洲最高能效等级IE4，相当于国标一级。

图10 高效率无涡壳直联风机和EC直流电动机

2 节能效果

◆	风机配置了德国知名品牌无蜗壳风机

无蜗壳风机采用直联式的连接方式，与常规的皮带传动连接相比，由于取消了风机与电机之间的皮带传动机构，消除了中间机构的效率损失，风机效率提高5%以上。

由于取消了皮带，避免了皮带传动过程中磨损产生的尘粒造成的二次污染，降低了中效及高效过滤器的负荷，系统阻力降低，过滤器使用寿命延长，节能减耗。

常规风机运行过程中，皮带在应力作用下会伸长变形俗称“打滑”，从而造成风机风量降低，为了维持手术室各项参数稳定，风机转速必须提高，运行能耗相应增加。而无蜗壳风机直联式结构，不存在皮带打滑现象，风机一直保持高效运行。

◆	电机配套采用德国先进的EC电机

德国该品牌的EC电机是目前世界上风机用电机中最节能的产品。

图11 德国先进的EC电机

EC电机效率可达93%，能效等级为IE4，为欧洲能效标准的最高等级，相当于国标1级。而常规3相异步电机即AC电机效率仅为83%左右。

EC电机不采用电刷，使用电子元件进行电流的换向，与常规的异步电机比较，没有滑差损失。

EC电机将AC电机需要另外配套的变频器、过载保护等功能全部集成，由控制器与电机组件组成为一个整体，产品的安全性、可靠性更高。

◆	采用EC电机可节约能耗对比

表2 普通AC电机VS.高效EC电机能耗

◆	换热器配置当前最先进的椭圆管换热器

该换热器在传统圆形紫铜管套铝翅片换热器基础上，采用与圆管周长相同的椭圆形紫铜管套铝翅片，换热面积不变（也就是所消耗的有色金属材料数量不变），而空气阻力相比减小28.6%；同时换热效率提高1.8%。其原理如图所示：

椭圆管换热器空气阻力大大降低，当空气流经换热器时，由于采用椭圆管，与周长相同的圆管相比，空气与换热器迎面接触面积变小，气流流型顺畅，气流涡流减少，空气所受到的阻力减小，从而减小空调箱内部阻力，空调机组配置的风机压头相应降低，从而节约能耗。

由国家空调设备质量监督检验中心对这两种换热器在同等条件下进行测试，测试结果得出：常规4排管圆管换热器空气阻力为98Pa，而同等条件下，4排管椭圆管换热器空气阻力仅为70Pa,空气阻力减小了28.6%。

椭圆管换热器换热效率提高，与周长相同的圆管相比，空气与换热器接触时，气流流型更顺畅，涡流减少，与换热器表面接触更充分，换热效率因此得以提高。换热效率提高，在相同制冷量要求下，换热器需要的冷热水量就相应减少，从而空调冷热源机组及配套的水泵容量都可以相应减少，既节约了运行能耗，又可减少初投资。

由国家空调设备质量监督检验中心对这两种换热器在同等条件下进行测试，测试结果得出，常规4排管圆管换热器平均供冷量为18127W，而同等条件下，4排管椭圆管换热器平均供冷量为18446W,供冷量提高了1.8%。

特别鸣谢上海风神环境设备工程有限公司对本文的大力支持！

未完待续

下文将继续展示江苏省人民医院智慧手术部的那些炫酷新技术。

1.从团组式设计到体验式装修，江苏省人民医院手术室的建设亮点有哪些？

2.十二年磨砺锐锋芒——江苏省人民医院门急诊病房综合楼建成记

3.高精尖！探究江苏省内首个急诊复合手术室和它的“伙伴们”建成的奥秘~

4.先布局，再组合——揭秘江苏省人民医院手术部三大智能物流系统

5.为啥医院智慧手术部都需要一套行为管理系统？这家医院用实践告诉你答案~

END

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来源：筑医台