【暖通学院】洁净手术室设计方案及节能分析

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一、洁净手术室净化空调处理的典型方案与节能 (一)、洁净手术室空调负荷的特点 1、洁净手术室的外部空调负荷主要是来空调新风的处理负荷以及风机温升;洁净手术室的内部空调负荷主要有人员(医护人员及患者)的散热散湿,医疗用设备、仪器仪表的产热以及照明灯具的热负荷。 2、围护结构的传热、传湿因洁净手术室一般没有外墙和外窗而且围护结构的热工性能又非常好,因此围护结构的热湿负荷很小,可忽略不计。

一、洁净手术室净化空调处理的典型方案与节能


(一)、洁净手术室空调负荷的特点

1、洁净手术室的外部空调负荷主要是来空调新风的处理负荷以及风机温升;洁净手术室的内部空调负荷主要有人员(医护人员及患者)的散热散湿,医疗用设备、仪器仪表的产热以及照明灯具的热负荷。

2、围护结构的传热、传湿因洁净手术室一般没有外墙和外窗而且围护结构的热工性能又非常好,因此围护结构的热湿负荷很小,可忽略不计。

3、洁净手术室空调负荷的热湿比较小大约为9000~9500kj/kg(1900~2500大卡/kg)。

(二)、洁净手术室空调负荷计算的假定条件

1、假定Ⅰ级洁净手术室的面积为45m2,Ⅱ级为35m2,Ⅲ级为30m2,Ⅳ级为25m2;洁净手术室的净高为3m。

2、假定洁净手术室的室内温度为24±1℃,相对湿度为50%±10%;室外计算参数为上海地区夏季空调干球温度为34℃,夏季空调湿球温度为28.2℃,冬季空调温度为-4℃,冬季相对湿度为78%。

3、假定Ⅰ级洁净手术室的新风量为1000m3/h,Ⅱ级、Ⅲ级为800m3/h,Ⅳ级为600m3/h。

4、假定Ⅰ级洁净手术室内的人数为10人,Ⅱ级、Ⅲ级为8人,Ⅳ级为6人。

而且人员为轻度劳动,轻度劳动的人员在24℃室温的条件下,每人产生的显热为80W/人;潜热为130W/人,全热为210W/人,产湿量为190g/h·人。

5、假定洁净手术室内设备仪表的热负荷ⅠⅡ级洁净手术室为1500W,ⅢⅣ级为1100W;照明灯具负荷ⅠⅡ级为500W,ⅢⅣ级为400W。

6、空调循环机组和空调新风机组的风机温升均为1℃,冬季风机温升不考虑。

各级洁净手术室内的热湿负荷列于表1。

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(三)、四种不同空调处理方案及其能耗的比较

现列举国内目前在洁净手术室常用的四种空气处理方案及其空调热湿处理的能耗进行分析比较,四方案如下:

第一方案:新风与循环风混合后再进行空调热湿处理方案,新风不单独进行热湿处理(即AHU方案)。

第二方案:新风进行深冷预处理后送入循环机组回风段与回风混合再进行空调的微处理方案(即MAU+RAU方案)。

第三方案:新风进行深冷预处理后送入循环机组送风段与空调微处理后的循环风再混合的方案(即MAU+RAU方案)。

第四方案:新风进行深冷预处理,新风不仅仅承担本身的热湿负荷而且还承担洁净手术室内的全部热湿负荷,新风送入洁净手术的静压箱与不进行热湿处理的循环风混合的方案(即MAU+FFU方案)。

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(四)、四种不同空调处理方案的节能分析

1、就夏季空调冷量消耗而言,第一方案能耗较大是不节能的方案。第二方案,第三方案和第四方案的耗冷量均较小,第二,第三,第四方案的冷量消耗均为第一方案的37%左右。同时夏季再热的能耗量第一方案很大更不可取。第二、三方案的再热量只是第一方案的12%,第四方案的夏季再热量更小.而冬季加热量和加湿量的能耗三种方案基本相同。因此单从节能角度,第二、第三,第四方案优于第一方案。其中第四方案最节能.

2、第二、第三方案的冷量、热量、加湿量基本相同,第四方案的能耗都小于第二,第三方案,但是在洁净手术室不工作的时间(大约占总时间的2/3)为了保证手术室的洁净度不受外界污染,就必须维持室内的一定正压,即必须向不工作的洁净手术室送一定量的经空调处理的洁净新风,此时第二方案不仅新风机组要运行而且循环机组内的风机也要开启,而第三方案和第四方案仅新风机组运行循环机组可停机节电,这就显出第三和第四方案的优点了。

3、第三和第四方案除上述优点外,其新风的质量新鲜程度也比第二方案高,而且容易控制和调节手术室内的压力,还可以减少价格昂贵的定风量装置。

4、第三和第四方案方案中新风深冷处理可分为两步进行,第一步可利用医院的集中冷冻站的冷冻水为冷源对新风进行降温除湿处理;第二步可利用独立的风冷直接蒸发机组为冷源对新风进行深度抽湿处理,而该机组的风冷冷凝器的废热又可做为可调的新风再热的热源。这样又进一步节能了。

5、上述四种洁净手术室净化空调系统的典型方案中,无论是在能耗方面还是在运行管理方面,第三、第四方案都优于第一、第二方案。如果洁净手术室在运行中负荷比较稳定且波动不大时第四方案不仅最节能最省运行费,并且大大的节省了建造投资。


二、不同地区、不同季节洁净手术室净化空调系统运行管理的特点


(一)、我国幅员辽阔,南北东西气候差别极大。北方冬季严寒干燥,南方夏季炎热潮湿,东部临海温和湿润,西部山区干燥多风。因此在不同地区建造医院洁净手术室时,要特别重视净化空调系统的运行管理的特点。

根据《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019-2003中给出的(室外气象参数表)可查出我国夏季室外空气热焓最高的地区位于高温潮湿的上海、江苏、浙江和湖北等省市,其热焓值高达90.3kj/kg。其中,江苏省的南通市和常州市以及浙江省的温州市夏季室外空气的热焓超过92kj/kg。而安徽、江西、湖南、福建、广东、广西、四川、台湾、香港、澳门等广大南方地区夏季室外空气的热焓也在88kj/kg左右。北京、天津、河北、山东、山西、吉林、辽宁、黑龙江、陕西等东北和华北地区夏季室外空气的热焓大约在80kj/kg左右。对于干旱少雨、低温的大西北和西南地区的内蒙、甘肃、宁夏、新疆、云南等地区夏季室外空气的热焓一般都低于58.5kj/kg。我国夏季室外空气热焓最低的地区是西藏、青海等高原省份,其热焓还不足41.8kj/kg。夏季室外空气的热焓高,医院洁净手术室净化空调系统空气降温处理消耗的能量就大,运行费用也就昂贵。

在冬季,我国黄河以北的华北(北京、天津、河北、山东、山西等地区),内蒙、东北(辽宁,吉林,黑龙江),西北(甘肃、宁夏、青海、新疆)以及西藏自治区室外空气温度一般都是-100C至-300C;黑龙江北部的爱辉县和新疆北部的阿勒泰地区,冬季室外气温可低至-350C至-400C;长江流域的上海、江苏、江西、安徽、河南、湖北、湖南、四川、贵州、云南等省市区冬季室外气温大都在-100C至100C;而江南亚热带地区的浙江、福建、广东、广西以及台湾、香港、澳门等省市区的冬季室外气温均在50C至200C。因此,为了保证洁净手术室新风量和温度,必须对新风进行加热,地区不同,室外气温不同,净化空调系统的加热量、加湿量不同,耗电量也不相同。

现仅就45m2一级手术室的耗能为例,它们分别建在北京、上海、深圳三个不同地区,比较它们空调的夏季耗冷量和冬季加热量、加湿量的差别(见表7)。净化空调系统新风处理的终温均为100C,相对湿度均为95%。

由表可见,在相同的条件下,上海夏季的空调耗冷量最大,北京冬季的加热量、加湿量最大。夏季空调耗冷量北京是上海的85.3%,深圳是上海的97%。冬季加热量北京是上海的157%,深圳是上海的28.5%。冬季加湿量北京是上海的123%,深圳是上海的65%。

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(二)、在我国黄河以北广大地区,尤其是东北、内蒙和新疆,冬季的室外温度多在-200C至-400C,因此新风机组内的冷热盘管及其附件极易冻裂冻坏,故必须在新风机组内设有防冻的预热设施,热媒最好是电加热或蒸汽加热。但在黄河以南和长江流域,冬季气温也有可能降至-100C以下,为了安全,最好也设有以防冻为目的的新风预热设施。

(三)、在我国南方的高温高湿地区,尤其是广东、广西、福建、浙江、江苏等省,夏季室外空气的温度和湿度都很高,净化空调系统的冷水管道和空调风管会出现严重的结露和凝水现象,而且一旦发生,还极难处理。因此,上述这些地区必须特别重视空调水管和风管的保温问题。

(四)、医院为了保证病人和医护人员有良好的医疗环境,以利病人的治疗和顺利康复和医护人员的工作,在医院的门诊、住院、办公、管理等建筑内都设有采暖、通风和空调系统。为了便于管理,医院设有集中锅炉房和集中冷冻站,给整个医院供热水、蒸汽和冷冻水。但是,在过渡季节(即不需要采暖也不需要空调降温的季节)医院的锅炉房和冷冻站均停止运行,即没有采暖热也没有空调冷冻水供应,因此为了保证洁净手术部的净化空调环境,在洁净手术部应设有专用的、独立的或备用的冷热源系统。


来源:洁净技术与应用

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