与一般的舒适性空调相比，医院手术室净化空调系统的送风量大，风机的风压高，从而动力消耗大。同时、医院手术室的噪声要求严格，而噪声的控制又是设计者容易忽视的问题。特别是对于一些受条件的限制将手术室的循环净化机组装于手术室边污物走廊的吊顶内，由于送回风很短，更难于控制噪声。 

本文试图通过对净化空调系统进行分析，寻找一个既节能又能降低噪声的方法。 

1过滤器 

1.1过滤器风量的确定 

    Ⅰ级特殊洁净手术室采用局部单向流气流方式，是挤压的原理。ⅡⅢ级洁净室由于出风风速较低，未能有足够的动量以保持单向流，是低紊流度的置换气流，是充填的原理。Ⅳ级准洁净手术室使用混合送风气流，是稀释的原理，只要求采用上送风方式，对送风口布置不做特殊的要求。Ⅰ级特殊洁净手术室在手术台的上方需保持单向流态。《规范》中规定断面风速0.25-0.3m/s。其风速是指手术台上方（离地面0.8米）过滤器投影面的平均风速，并非过滤器的出风风速。由于送风气流与周围空气的动量交换，送风气流会逐渐减弱。设计时过滤器的出风风速取0.4-0.46 m/s。ⅡⅢⅣ手术室及辅助用房的送风量采用换气次数法进行计算。

    过滤器的风量之和就等于手术室的送风量。现在的各级手术室一般采用匀流板。Ⅰ级特殊洁净手术室送风面积内满布高效过滤器，其它手术室多采用两侧或单侧布高效过滤器，根据过滤器总的送风量就可以确定各个过滤器的送风量了，从而进行过滤器的选择。

1.2  过滤器阻力的分析 

    过滤器的全阻力主要由两部分组成：一是滤料的阻力,二是过滤器结构的阻力。至于过滤器进出口阻力，一般是一个变化不大的值，在5Pa上下，可以作为定值附加。 

    过滤器的滤料阻力是： 

    从公式中我们可以看出，过滤器的全阻力与滤速（或面速）成抛物线关系。阻力的增加比滤速的增加快。对于高效过滤器，一般风量比额定风量大得不多时，m的值略大于１，即阻力和通过风量的关系近似可以看成线性关系，所造成误差在工程中是可以接受的。 

1.3  过滤器的使用寿命 

    在标准容尘量之下或者阻力增值不超过初阻力的1倍时，高效过滤器的阻力增值和积尘量近似成直线关系，产生的误差在10Pa以内。如果滤速超过常规，或容尘量已超过标准容尘量，阻力将随着积尘的增加而更快地增加。所以用容尘量计算出来的使用寿命，也就是阻力将达到初阻力既定倍数时所需的运行时间。 

    当过滤器在额定风量QO下运行，积尘量P从0增加到过滤器的终阻力等于初阻力的既定倍数（一般1.5-2倍）时，此时过滤器不能再使用，其上的积尘量已达到标准容尘量PO，也就达到过滤器的使用寿命TO，即

    T1不是某运行风量Q1时的过滤器的寿命，而只是在Q1条件下运行，积尘量达到P0时所需的时间。当运行风量不等于额定风量时，运行阻力和使用寿命都改变了，其变化关系国外进行了实验研究。.

    实验曲线如图2。其中K=Q1/Q0。

    国内根据实验结果进行了拟合，拟合的曲线如下：

    从曲线和拟合公式中我们可以看出，在运行风量低于额定风量的条件下，高效过滤器的阻力随时间的增长较慢。当运行风量等于额定风量的一半时，高效过滤器的使用寿命远大于其在额定风量下的使用寿命。

1.4 过滤器的选择 

    从上述的理论分析中可以看出：高效过滤器的使用寿命按过滤器阻力或容尘量来评价是一致的。在标准容尘量以下或者阻力增值不超过初阻力的1倍时，高效过滤器的阻力增值和积尘量近似成正比。对于高效过滤器，一般风量比额定风量大得不多时，阻力和通过风量的关系近似成正比关系。对于手术室及辅助用房的均可按低于额定风量选择高、中效过滤器，这虽然增加了设备的初投资，但由于过滤器使用寿命增加的倍数大于因过滤器面速减小而使过滤器面积增大的倍数，总体上并未造成设备投资的增加。由于风机的风量、风压、轴功率分别和转速的一次、二次、三次方成正比。

    风 机风压的降低减少了电机的输入功率。如风压降低 50%，功率降低约65%，具有明显的节能效果。在额定风量下，高效过滤器的初阻力在200-250Pa，中效过滤器的初阻力在100-150 Pa。建议采用按额定风量的50%-70%进行高、中效过滤器的选择，高效过滤器的阻力在120-170Pa，这样中效过滤器的阻力在60-80Pa，初效过滤器的阻力在50 Pa左右。过滤器的总初阻力在230-300 Pa，初效过滤器的初阻力在50 Pa左右。高、中效过滤器的终阻力一般按初阻力的1.5-2倍计算。则过滤器的总终阻力在410-550 Pa左右。

    由于手术室的循环风机一般设置在手术室外的污物走道或专用空调机房内，这主要是为了降低噪声以及检修方便。当循环风机置于污物走道时，由于循环风净化空调机由于与手术室相临，管道的阻力损失在150 Pa左右。则总的风机的风压在560-700Pa，风机的风压与常规空调接近，运行较平稳。如果噪声超标，还可以继续降低通过过滤器的风速减小过滤器的运行阻力，以满足噪声要求。除上述方法外，还可以首先确定风机，然后反推出过滤器的阻力进行过滤器的选择，但过滤器的面速不宜过低即所选过滤器不宜过大。 

    如以系统的终态总阻力和设计风量进行风机的选择，风机采用变频风机，则节能效果更明显。此种方法既避免了通过风阀调节所造成的节流损失，又能使送风量恒定。图3为其风机和管路运行曲线。 

2噪声的控制 

2.1噪声标准 

    瑞士对高级的无菌手术室定为50dB（A），一般无菌手术室为45 dB（A）；德国标准均为45dB（A）；我国《医院洁净手术部建筑技术规范》中规定：Ⅰ级手术室≤52 dB（A），Ⅱ-Ⅳ级手术室≤50dB（A）。 

2.2 净化系统中的消声器 

    净化工程中不能采用纤维性吸声材料，多采用金属（如铝材）结构的微孔板消声器。该消声器属于复合消声器。阻性消声器利用吸声材料吸收低频率噪声的能力很低。阻性消声器的声学性能主要取决于吸声材料的种类、吸声层厚度及密度、气流速度、气流流过通道的断面形状和尺寸以及消声器的长度等因素。共振消声器利用穿孔板共振吸声的原理构成共振消声器。其对特定的频率产生较大的衰减、气流阻力小、但结构偏大。复合消声器是把阻性消声器和共振消声器两者的优点相结合。复合消声器对低频消声性能有一定的改善。如1.2m长的微孔板消声器的低频消声量可达10-20dB（A）。微孔板消声器的主要设计参数为：板厚：0.5-1.0mm；孔径Ф0.5-1mm；穿孔率1%-3%，孔板后的空腔为5-20cm(低频取15-20；中频取10-15；高频取5-10)。采用1-2米的微孔板消声器的消声量在10-20 dB（A）。 

2.3 净化系统中的噪声 

    净化系统中的主要噪声源是风机。风机噪声的大小与风压、风量、叶片型式、片数等因素有关。风机噪声是由叶片驱动空气产生的紊流引起的宽频带气流噪声以及相应的旋转噪声所组成，后者可由转数和叶片数确定其噪声频率。风机产生的噪声大小，通常用声功率级表示。风机的噪声水平应由厂家提供，当缺乏资料时可按下式计算声功率级，它与实测的误差在±4dB（A）以内。

Lw=5+10lgQ+20lgP  

Lw—风机的声功率级；Q—风机的风量；P—风机的风压。 

    当风压减小一半时，噪声减小约6个dB（功率级）。两个相同声压级相叠加时，仅比单个声源的声压级大3dB（A）。当选用一个风机噪声较大时，可采用多台风机并联的方式。 

    净化系统中除风机为主要噪声源外，还由于风道内气流流速和压力变化以及管壁和障碍物的作用而引起的气流噪声。噪声的大小和风速有关，风速越高产生的噪声越大。但在低速风道内（风管速度<8m/s）即使存在气流噪声但与较大的风机噪声源相叠加，可以忽略不计。因而从减小噪声考虑，应尽可能地采用较小的风速。 

    考虑不同噪声要求的推荐风速见1表：

2.4 净化系统中噪声的自然衰减 

    风管输送空气到房间的过程中，噪声会有衰减，这种噪声的衰减对手术室是有利的，从而在设计中应予以计算。净化系统的噪声衰减包括噪声在风管内的自然衰减、风口反射的噪声衰减、空气进入室内的噪声衰减。具体计算可参考文献。 

    净化空调机组一般与手术室相临，送回风的管道较短采用表1的推荐风速，噪声的自然衰减在15 dB（功率级）左右。 

    由上分析，受位置限制，手术室一般只能选用一个消音器。其消声量在10-20 dB（A），加上噪声的自然衰减，总的噪声衰减量在25-35 dB（A）。加上室内允许的噪声Ⅰ级52 dB（A）、其它50 dB（A），故风机的噪声不宜高过85 dB（A）。当风机噪声低于70 dB（A），并送风管上选用了1-2米的消声器，手术室的噪声可不进行核算，否则、应进行核算。如噪声超标，可以增加消音器、降低风压、选用多台风机等措施进行改进。

3 结论 

3.1采用容尘量和过滤器的终阻力来评价过滤器的使用寿命是一致的。 

3.2以低于过滤器额定风量进行过滤器的选择，过滤器使用寿命增加的倍数大于因过滤器面速减小而使过滤器面积增大的倍数。 

3.3以低于过滤器额定风量进行过滤器的选择，降低了动力消耗与空调负荷。 

3.4以低于过滤器额定风量进行过滤器的选择，具有降低噪声的作用，并使系统运行平稳。 

3.5如采用变频风机，节能与降低噪声的效果更显著。

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知识点：洁净手术室噪声控制的设计探讨

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