无菌病房净化空调
系统设计及质量控制

Des ign and Quality Cont rol for HVAC Sys tem in Highly Clean Wards

中国医学科学院血液学研究所血液病医院  李在秋
天津大学环境科学与工程学院  安大伟  张文胜

摘要：结合工程实例, 介绍了无菌病房净化空调设计的新思路: 采用双风机分别满足病房白天和夜间不同的送风量要求; 采用集中处理新风的方式保证了室内洁净度, 缩短了自净时间; 采用送风三级消声回风二级消声, 有效地解决了病房噪声的问题; 最后介绍了无菌净化病房空调系统在施工过程中的质量控制。

关键词：无菌病房，洁净空调，消声器，质量控制

    医院空调系统的任务是维持室内所需要的温湿度并除去空气中的尘埃、微生物、气味和有害气体。其中病房空调的设计是最重要的, 因为减少和避免通过空气途径的术后感染是保证手术成功、缩短患者恢复时间、降低医疗费用的关键所在。本文以医科院血液学研究所血液病医院干细胞治疗中心的无菌病房设计为例, 介绍了设计者的一些新思路以及在施工过程中的质量控制心得。

1 工程概况

    本次设计的该医院干细胞治疗中心的无菌病房包括2间百级单向流病房和5 间千级洁净病房。该无菌病房位于住院楼的3 层, 楼内局部为设备层, 病房层高3.9 米, 设备层高3.6 米。2 间百级单向流病房用于干细胞移植手术的患者病房, 5 间千级洁净病房用于干细胞移植患者的康复病房, 洁净大厅(洁净走道) 设计为千级, 兼做护士观察站; 其它辅助用房设计为十万级和万级净化。

    病房与洁净走道及病房与外走道侧墙均为全玻璃设计( 带窗帘) , 便于医护人员观察病人和病人家属探视。病人
流线: 走道→缓冲/药浴→洁净走道→病房; 医护人员流线: 前室→男更/女更→走廊→二更→洁净走道( 护士观察站) ; 一般物品流线: 前室→风淋→洁净走道; 无菌物品由无菌处理室经传递窗传入洁净走道; 污物流线: 废弃物由卫生间传递箱直接传出, 其它污物经污洗打包间后再送出消毒; 餐食通过传递箱传入内部洁净走道。

2 无菌病房通风系统的确定

2.1 洁净病房通风系统的划分

    高级别无菌病房空调系统独立设置。其原因是高级别手术室空调送风量大, 同样面积的无菌病房, 百级的空调风量是万级的10 多倍; 另外高级别无菌病房的使用频率远低于低级别手术室, 这样无论是一个空调系统负担多个高级别无菌病房, 或是一个空调系统负担一个高级别无菌病房和多个低级无菌病房, 都会使空调系统长时间处于“大马拉小车”的运行状态。考虑到本无菌病房的特殊性, 设计白天空调运转时截面风速为0.25m/s, 由于晚上病人睡觉时对房间风速和噪音要求较高, 晚间空调运转模式下设计截面风速为0.18m/s。

    为了防止在病房进行消毒或做产生有异味的气流混合物的工作时, 影响其它病房的病人, 给病人的安全带来隐患, 防止病房间的交叉感染, 从使用灵活性、可靠性和安全性考虑, 本工程中的两间百级病房各设置独立的循环组合机组, 千级洁净病房1、2、3 供同样病人使用, 合用一个循环组合机组。千级病房4、5 供同样的病人使用, 合用一个循环组合机组。从节能的方面考虑, 每个循环组合机组都采用双风机系统,一台为白天大风量运转, 一台为晚间小风量运转, 且两台风机设置互为备用。当一台损坏时另一台自动迅速启动并发出维修报警信号, 保证室内的无菌环境。

2.2 洁净走廊及辅助用房通风系统的确定

    中央清洁大厅、洁净走廊、高级别手术间的准备区、辅助用房等由一个单独的空调系统负担, 目的是保证手术室外部空气环境时时处于“临战”状态。那种将以上部位空调合在低级别洁净病房空调系统中的做法显然不合理,因为合在一起的空调系统, 或是在低级别洁净病房停止使用时系统送风能耗过大, 或是无法保证洁净病房外部气候环境时时处于受控状态。

2.3 洁净病房气流组织的确定

    根据现场条件和洁净病房的特点, 本工程百级单向流病房采用垂直单向流方式, 高效过滤器满布顶棚送风, 过滤器面积占顶棚面积的65%以上, 满足“高效空气过滤器占顶棚面积不小于60%”[1] 的要求。千级洁净病房采用顶棚均布高效送风口, 侧墙下部布置回风口的上送下回的气流组织形式, 洁净走道及相关辅房采用顶棚均布高效送风口, 集中布置回排风的上送下回的气流组织形式, 洁净走道及辅房单设一套排风系统。

    总之, 无菌病房空调风系统的划分原则应该是: 运行可靠、调节灵活、各司其责、节约能源。本工程中采用的通风方式完全可以达到洁净要求, 各房间的总送风量和换气次数测量结果如表1 所示。

表1 各房间换气次数测试结果

3 空调机组的配置

    无菌病房空调机组的配置要根据系统要求的风量、风压、控制要求以及业主投资能力和运行管理能力等因素综合考虑。文献[2] 中有关空调机组配置的要求有:

(1) 新风可采用集中的送风系统;
(2) 各洁净房间宜采用独立设置的净化空调机组, Ⅲ、Ⅳ级洁净房间允许2～3 间合用一个系统。

    本工程的空调系统采用单设的新风机组与多个循环机组相组合的方式。新风经过集中处理后送到各个循环空调机组。同时考虑到每间百级病房循环风量较大, 循环空调机组如果采用一次回风形式制冷机组容量需增大, 浪费能源。本系统设计采用二次回风并辅助电加热的形式, 在保证达到室内温湿度要求的同时, 又节约能源。每台机组风机均采用变频控制技术, 风机在节能状况下运转, 达到节能效果。系统原理图如图1 所示。

该系统有如下特点:

(1) 新风集中处理有利于新风净化, 这对保证无菌病房的洁净度和改善末级高效过滤器的运行工况均有利。
(2) 新风机组可以作为系统的值班机组运行, 维持病房的常年正压工况, 缩短病房启用时的自净时间。各房间自净时间和绝对压力的检测结果如表2 所示。

表2 各房间自净时间和压力检测结果

(3) 循环风机采用变频风机按一对一配置可以做到恒定风量运行, 克服机组正压段中效过滤器和末端高效过滤器阻力变化的影响, 有效地缓解了风机配置时风量与风压难匹配的矛盾。

这类系统有很大的优越性, 但是对控制要求较高。本工程采用德国西门子DDC 控制系统, 有效地解决了控制变频风机在设定风量下定风量变风压运行、白天/夜晚模式的自动切换以及故障报警和滤料堵填报警等控制。

4 噪声控制

4.1 无菌病房噪声源的分析

    在无菌病房中, 对噪声的要求非常高, 文献[3] 要求无菌病房的声压等级不超过50dB。给病人一个安静的环境, 有利于病情的恢复。病房噪声的来源除了室外噪声通过围护结构传递到室内以外, 另一个主要的噪声源就是空调系统本身的噪声。空调系统本身的噪声主要有: 通风机和空调机等设备的转动、振动噪声; 风管的振动噪声和管件的气流噪声; 出风口的气流噪声等三个方面。通风机和空调机的噪声, 其产生与风机的叶片形式、片数、风量、风压等多种因素有关。设计中如果缺少风机的声学特性资料, 可以按公式(1) 估算其声功率级。

Lw=5+10lgL+20lgH, dB             (1)

其中:

Lw: 风机的声功率级, dB;
L : 风机的风量, m3/h;
H : 风机的全压, Pa。

按公式(1) 估算的声功率级是风机在最高效率点时的值。对于同一台风机, 转数n 不同时, 其声功率级的换算如公式(2) 所示。

4.2 无菌病房空调系统的消声设计

    对于无菌病房空调系统的噪声控制, 可以从以下三个方面着手: 选用低噪声的空调通风设备; 优化系统方案,合理计算空调系统的风量与风压; 设置消声器。

    消声器的种类很多, 我们选用的是微孔板消声器。微孔板消声器为双腔式, 由双层同一穿孔率的微孔板构成, 板上小孔颈处的空气柱与空腔内空气构成一个夹板吸声结构, 当外界噪声频率和弹性系统固有频率相同时, 引起小孔径处空气强烈共振, 产生剧烈磨擦从而消耗了声能, 微孔板消声器利于低频噪声的衰减。微孔板消声器采用金属结构, 构造简单, 体积小, 防火, 在气流作用下不会产生灰尘、纤维等物质污染空气, 特别适用于无菌病房的净化工程。

    本工程采用送风三级消声, 回风两级消声的形式。达到了理想的消声效果。运行时病房噪声测试结果如表3 所示。

表3 各房间噪声测试结果

5 施工过程中的质量控制

    根据上述净化空调系统的特点, 技术要求精, 工艺标准要求严, 施工难度大, 质量控制比较突出, 那么如何控制空调施工质量呢? 除了严格的按照设计图纸施工外, 还要严格地执行有关标准和相关规范, 把质量控制贯穿在施工阶段的全过程。本工程施工过程中采取“人、机、料、法、环”的质量控制方法。

    施工一开始, 首先控制“人”的因素: 企业资质、人员资质、特种工种的资质审查, 无证的一律不许上岗, 施工单位在干细胞治疗中心净化系统的施工中对人的质量因素控制的比较好, 作到了持证上岗, 施工过程中熟悉设计图纸, 掌握规范要求, 作到了心中有数。人的因素强弱是影响质量关键。

    对“机”的因素控制, 对所有的施工机械、测量器具等控制机械设备的完好率达到100%, 不准带“病”作业从而保证了施工机械、加工机械的完好。

    对“料”的控制, 从材料、设备的进场, 严把供货商的资质“三证” ( 即: 资质证书、营业执照、生产许可证)和材料、设备“三证” ( 即: 合格证、质量证明书、检验报告) , 检查合格并符合设计和规范要求方可用于本工程。

    关于“法”的问题, 严格按照设计文件、施工组织设计、标准、规程、规范以及合同文件实施作业, 施工工艺过程的控制、净化空调系统的风管及其零部件的制作, 除按一般通风空调系统的要求进行外, 还必须满足净化工程的要求。风管板材减少拼接, 矩形风管底边宽度小于等于900mm时, 不允许拼接, 加固框或加固筋不许设在风管内, 风管板材拼接采用单口咬口, 转角采用转接咬口或者设联合咬口, 咬口处必须严密, 涂密封胶或贴密封胶带, 保证不漏风。风管安装应及时进行支、吊架固定和调整, 位置正确, 受力均匀, 同时根据调试要求在适当部位设置测量孔, 安装完成后进行漏光测试, 检查合格后, 进行保温施工。

    最后, 是“环”的控制, 在风管制作应在室内洁净,地面铺地毯的环境加工。风道安装完成后进行风管内的洁净、清扫、擦净, 达到洁净要求, 检查合格后, 方可进行高效过滤器的安装。

    总之, 净化空调系统的质量控制在施工的过程中, 依据设计( 变更) 图纸、施工验收规范、标准、法律、法规、合同、业主的要求等有关文件, 对净化空调系统工程从材料、设备进场到施工工艺的全过程控制进行控制, 从单机设备调试到净化空调系统的调试、测试、运行各过程的控制始终处于受控状态之中, 最终经第三方对空调系统的风量、风压、风速、湿度、温度的检测, 全符合设计及规范要求, 满足了使用要求。

6 结论

(1) 百级单向流病房应采用一机一室空调系统; 对于千级以下的病房, 相同洁净等级相同用途的洁净病房可以采用一机多室的空调系统, 但是数量不能太多。

(2) 对于不同等级的洁净病房采用一机多室的空调系统时, 要配备较复杂的配套装置并且需要有较高的自控保障系统才能正常运行。但是从投资的角度来看, 得不偿失。

(3) 对于无菌病房空调系统来说, 应该采用双风机系统,分别满足白天与夜晚的空调送风量, 并且可以互为备用。

(4) 集中处理新风, 可以提高新风的品质, 对保证室内洁净度和缩短洁净病房的自净时间有很大的好处。但是对自控要求较高。

(5) 无菌病房的洁净空调在施工过程中要严把质量关,确保施工过程中的每个环节都能达到施工规范的要求。

参考文献

1 陆耀庆. 实用供热空调设计手册. 北京: 中国建筑工业出版社, 1993
2 中华人民共和国卫生部. 医院手术部建设标准
3 YFB004- 1997, 军队医院洁净护理单元建筑技术标准