潔凈層流手術室空調系統設計計算方案
 

1關于凈化計算的室內外計算參數的確定

1.1室外環境含塵濃度 

在空氣潔凈技術中，最常見的是以大于或等于0．5μm粒徑的塵埃粒子數量為準的計數濃度。對于室外大氣塵濃度，不同的地域差異較大，通�？梢苑秩�類典型地區來統計。大量統計資料分析可得到我國這三類典型地區的室外計數濃度： 

工業城市：計數含塵濃度一般不超過3X105粒/L，最高約為106粒/L（屬嚴重污染程度）； 

城市郊外（不包括郊外工業區）：計數含塵濃度一般不超過2X105粒/L； 

非工業區或農村計數含塵濃度一般不超過1X105粒/L。 

大量的研究表明，對于高效空氣凈化系統100級及以下的潔凈室，當大氣塵濃度在106粒/L以內變化時，對潔凈室合塵濃度的影響可以忽略不計，所以通常作凈化設計計算時取106粒/L作為室外大氣塵濃度，這在工程處理上也是保險的。 

1.2室內單位容積發塵量 

手術室內發塵量主要包括人和建筑表面、設備表面等。實踐證明人的發塵量是最主要的，而且人的活動對發塵量的影響也較大，在一般情況下，設計計算中可�。� 

靜止時人的發塵量為：105粒/（P·min） 

活動時人的平均發塵量：5x105粒／（P·min） 

地面表面發塵量：1．25x104粒／9min·m2） 

2潔凈手術室布置

目前國內潔凈手術室的凈化等級一般為100、1000、10000、100000級四個等級。少數超過100級的和低于100000級的。潔凈手術室按室內潔凈度的要求可布置為單向流潔凈室、準單向流潔凈室和亂流潔凈室，分述如下。 

2.1單向流潔凈手術室 

對于100級及100級以上的高潔凈度手術室一般采用單向流潔凈室。單向流潔凈手術室一般布置為全頂棚送風，兩側回風，用兩側回風替代傳統單向流潔凈室的格柵地板回風。這樣改善了人們視覺上不適之感，地板由格柵改為實體地板對手術室使用上也方便了許多。近幾年來國內做了大量的研究工作，第一次從理論、實驗以及實際應用方面比較全面地對兩側回風的方式給予了評價，得出了在6m室寬以內可以實現單向流，達到100級潔凈度的結論。對于手術室來講6m室寬己足夠了。因此，只要將回風口布置在手術室的長側邊下部即能滿足潔凈室設計條件。

2.2局部單向流潔凈手術室 

手術室按醫療功能來劃分可大致分為手術臺區、手術操作區、設備儀器區、巡回護士通道區和輔助設備區這五個區域。從保證手術創口無菌感染為目的來講，這五個區的潔凈度是可以有差別的。其中手術臺區、手術操作區凈化要求最嚴格，其余區域可略低要求。因此，近幾年來國內外均有大量采用局部單向流潔凈手術室的報道。  暖通空調在線

局部單向流潔凈手術室把亂流潔凈室的主流區擴大覆蓋手術臺區、手術操作區，在頂部以送風頂棚向下均勻送風，使主流區的氣流完全符合單向流的技術條件。從而在手術室內形成局部的垂直單向流區。這種主流區的局部單向流高潔凈區的應用在醫院手術室方面獲得了較理想的效果。氣流從頂部送風頂棚送出并以活塞式推進至手術臺平面后向四周分散，以亂流形式在室內其余部分擴散稀釋室內的產塵后由側墻回風口排出手術室�；仫L口形式取決于室內潔凈度的等級，對于局部100級室內基準1000級的手術室一般用兩長側邊回風，對于局部100～1000級室內基準1000級的手術室，回風口一般只布置在八角形房間的四角。 

以局部單向流替代全室單向流的做法對減少室內送風風量、降低噪聲進而減少初投資及日常的運行費用都是有利的。一般的100級潔凈手術室均采用這種方案。 

2.3亂流潔凈手術室 

對于1000級以下潔凈度的手術室一般是采用亂流潔凈室的模式。高效過濾送風口布置在手術臺上方的頂棚上，在側墻四角（1000級）或對稱兩角（10000級及以下）布置國風口。見圖4、5。 

將室內產塵壓向回風口，達到潔凈的目的，這種手術室在潔凈手術室中占有較大比例。 

綜上所述各類手術室的送回風方式歸納為以下幾種形式，如表6所示。 

潔凈度 

手術室形式 

送風形式 

回風形式 

100級 

單向流潔凈手術室 

頂棚滿布高效過濾器，送風形成平行單向流 

長側邊滿布統長回風口 

局部100級 

基準100-1000級 

局部單向流潔凈手術室 

局部頂棚滿布高效過濾器（覆蓋手術臺區、手術操作區）局部單向流 

長側邊滿布統長回風口  暖通在線

局部100-1000級 

基準1000級 

局部單向流潔凈手術室 

局部頂棚滿布高效過濾器（覆蓋手術臺區、部分手術操作區）局部單向流 

四角回風 

1000級 

亂流潔凈手術室 

高效過濾送風口亂流送風 

四角回風  

10000級 

亂流潔凈手術室 

高效過濾送風口亂流送風 

三對角回風 

100000級 

亂流潔凈手術室 

高效過濾風口亂流送風 

三對角回風 

3高效凈化系統計算

3.1高效凈化系統的組成 

目前國內外空氣高效凈化系統一般由三級空氣過濾器即初級空氣過濾器、中間空氣過濾器和末級空氣過濾器串聯組成。其濾塵的總效率為： 

η=1-（1-η1）（l-η2）（1-η3） 

式中η1——初級空氣過濾器計數效率： 

η2——中間空氣過濾器計數效率； 

η3－－末級空氣過濾器計數效率； 

η——三級串聯后總的計數效率。

其中初級空氣過濾器設在新風入口或回風口上（兼作回風阻尼層）一般為粗效空氣過濾器，在額定風量下粒徑≥5μm時，計數效率20％～80％，初阻力≤50Pa。中間空氣過濾器設在空調機組風機的壓出段內，一般為中效空氣過濾器或高中效空氣過濾器，在額定風量下粒徑≥1μm時，中效過濾器計數效率為20％～70％，初阻力≤80Pa；高，中效過濾器計數效率為70％～99％，初阻力≤100Pa。末級空氣過濾器設在送風管路的末端進風口處，一般為高效空氣過濾器或在高效空氣過濾器，在額定風量下，高效空氣過濾器對于粒徑≥0．5μm塵粒計數效率可達99．9％～99．99%，其初阻力為190～250Pa。亞高效空氣過濾器在額定風量下對于粒徑≥0．5μm塵粒計數效率可達95％～99．9％，其初阻力為120Pa。

3.2單向流潔凈手術室

經過三級過濾的空氣，其含塵量已接近于0，所以，對于滿足單向流條件的手術室來講無需再核算室內的塵粒濃度和菌落數。 

為了達到單向流潔凈手術室的效果，室內氣流組織必須滿足手術室內流線平行度、室內流速亂流度和送風下限風速的三項特性指標”’。 

對于流線平行度的要求為流線傾角的最小值約65°，流線從直線逐漸傾斜，其傾斜程度不大于0．5°／cm。 

對于流速的亂流度要求室內各點流速的均方差根與平均流速比值不大于0．2。 

為了達到以上兩項技術指標，在單向流潔凈手術室的布置上要保證： 

a．送風頂棚高效過濾器的滿布比要大于80％； 

b．防止高效過濾器出現漏洞，以免漏塵破壞工作區的潔凈度和漏風干擾室內氣流場；  暖通空調在線

c.為了保證送風頂棚上各高效空氣過濾器均勻出風要求，送風靜壓箱內的壓力分布要均勻。必須控制靜壓箱內風速不超過lm/s，其入口進風風速不超過6m／s。或者加設阻風檔板調整靜壓箱內的壓力分布； 

d．保證送風頂棚上各高效過濾器的阻力要均勻，每個過濾器的額定阻力與平均阻力之間的差值不超過5％； www.klcfilter.com

e.提高回風均勻度，回風口應滿布在兩長側邊的下方，用以拉動送風的均勻。 

為了控制室內各方面的污染源的污染，并能迅速使室內空氣自凈，送風頂棚的送風風速應大于下限風速。空氣調節研究所專題研究表明［7］，垂直單向流的下限風速為0．25m/s，水平單向流的下限風速為0．35m／s。在具體工程設計時，送風風速應略高于下限風速。 

垂直單向流潔凈手術室設計風量為： 

Q＝F·v×3600（2．3） 

式中Q一一垂直單向流潔凈手術室送風量， 

m3／h； 

F——送風頂棚面積，m2； 

V－一送風風速，建議取0．30～0．35m／s。 

3.3亂流潔凈手術室 

潔凈度為1000級和1000級以下的手術室均可設計成亂流潔凈手術室。亂流潔凈手術室內氣流流線不平行，速度場的流速不是單一方向，速度大小也不均勻，室內存在渦流，由于其凈化原理是*潔凈送風稀釋滲混室內產塵，把含塵高于送風濃度（此濃度也應符合潔凈度標準）的空氣排出室外，從而帶走室內產塵。因此，對于亂流潔凈手術室的設計計算的任務主要是計算室內空氣含塵濃度的變化，按預定的潔凈度要求確定送風量（或換氣次數）。 

將亂流潔凈手術室作一個封閉體系，建立由送、回風帶進、帶出塵粒和室內產生塵粒而引起的室內含塵濃度變化的動態平衡模型，可得： 

a．  室內平均含塵濃度： 

式中  N——室內穩定含塵濃度，粒/L； 

Na——主流區內含塵濃度，粒/L； 

Nv——渦流區內含塵濃度，粒/L： 

NS一一送風含塵濃度，粒/L： 

G——一室內單位容積發塵量，粒／m3·min）： 

N一一手術室換氣次數，次／h； 

ψ——不均勻系數，按表7取值： 

Na一主流區含塵濃度，粒/L； 

β—一主流區中發塵量占總發塵量的比;

φ——渦流區至主流區的引帶風量和送 

風量之比，可按表9取值。 

對于亂流潔凈手術室可由（2．4）式推導出換氣次數的計算公式： 

Ns可由下式計算： 

式中  M——大氣含塵濃度，粒/L，取106粒/L； 

S——回風量對于全風量之比； 

η——見前式。 

室內穩定含塵濃度N此時可理解為設計含塵濃度，直取該潔凈度最高含塵濃度的1／2～1／3。再求出Na和Nb，就可從理論上推出在該手術室要控制的較潔凈的主流區和最不利的渦流區的含塵濃度，要求Nb不大于設計要求潔凈度的最高合塵濃度為合格，否則應作調整。 

最后還需計算該潔凈手術室的自凈時間： 

式中No一一潔凈室原始合塵濃度，一般圍護結構 

可取0．8m； 

t－一達到自凈時間，min；其余同前。 

自凈時間對潔凈手術室來講也是一個重要指標，要求它與醫務人員的手術準備時間同步，若此項指項指標不滿足，仍需調整換氣次數，重新作設計計算。 

3.4局部單向流潔凈手術室 

局部單向流潔凈手術室目前應用較廣，一般100級～1000級的潔凈手術室大都采用此種形式。其設計計算分兩步進行： 

首先，確定單向流送風區域，應覆蓋手術臺區和手術操作區，部分覆蓋設備儀器區。其最小的區域建議為手術操作區每邊外擴150mm，有條件時可擴大到設備儀器區1/2到全部。以此單向流送風面積按單向流下限風速計算出系統的總送風量。 

再由總送風量推出換氣次數用（2．4）、（2．5）、（2．6）式計算出Nb、N、Na，并用（2．9）式復核自凈時間，Na、Nb、t應均能符合設計要求，否則再調整單向流送風區域，重新計算直至符合要求為止。

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