1、濕度控制的重要性
不合適的空調(diào)在夏季制冷工況下常常會濕度超標(biāo)。我國東南地區(qū)，空調(diào)室內(nèi)的高濕度往往發(fā)生在非設(shè)計(jì)工況，這是由于非設(shè)計(jì)工況時(shí)室內(nèi)的顯熱負(fù)荷降低，而潛熱負(fù)荷變化不大，導(dǎo)致室內(nèi)的熱濕比減少，如果空調(diào)系統(tǒng)僅根據(jù)室內(nèi)顯熱負(fù)荷來降低制冷量，就會降低系統(tǒng)的除濕能力。研究表明，在夏季系統(tǒng)滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，室內(nèi)相對濕度很少會超過70%，而在過渡季節(jié)，當(dāng)系統(tǒng)部分負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，在某些月份室內(nèi)相對濕度超過70%的時(shí)間高達(dá)80%，靠單純的溫度優(yōu)先控制無法保證將室內(nèi)相對濕度保持在60%的上限值以下。
有無菌要求的空間，其控制室內(nèi)的相對濕度的意義在于能將細(xì)菌和病毒在空氣中存活的時(shí)間控制在一個(gè)較短的范圍內(nèi)。而在空調(diào)環(huán)境范圍內(nèi)的溫度變化對微生物生存能力和毒性的影響不是很明顯。相對濕度對大多數(shù)微生物而言是一個(gè)重要的影響因素。將相對濕度控制在30%～60%之間就能夠?qū)⒋蠖鄶?shù)細(xì)菌和病毒的活力期控制在最小的時(shí)間范圍內(nèi)。對室內(nèi)來說，相對濕度控制在50%左右是各種微生物生長的最不利環(huán)境。
2、手術(shù)部的空調(diào)系統(tǒng)模式
《規(guī)范》針對潔凈手術(shù)室環(huán)境控制的特點(diǎn)提出了具體的空調(diào)系統(tǒng)模式。通常認(rèn)為傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)模式存在如下問題：
傳統(tǒng)的空調(diào)對顯熱負(fù)荷和潛熱負(fù)荷處理是耦合的，冷凍水不得不為了滿足濕度處理要求而降低水溫或加大水量。又因常常采用一次回風(fēng)系統(tǒng)，溫濕度變化范圍很大的新風(fēng)與室內(nèi)瞬時(shí)變化的負(fù)荷易造成室內(nèi)狀態(tài)控制不穩(wěn)定，尤其是新風(fēng)比很大的場合。另外，當(dāng)回風(fēng)中微生物遇到高溫高濕的新風(fēng)也易繁殖滋生，運(yùn)行實(shí)踐也證明對微生物控制不利。
傳統(tǒng)凈化空調(diào)保障衛(wèi)生的新風(fēng)量與保證正壓控制的補(bǔ)風(fēng)量是耦合的。有時(shí)為了滿足正壓風(fēng)量而加大了新風(fēng)量，或者為了滿足新風(fēng)量保證正壓差風(fēng)量而加大了排風(fēng)量。由于系統(tǒng)送風(fēng)通路上與回風(fēng)通路上空氣過濾器級數(shù)不同，積塵速度不一，引起送、回風(fēng)量的變化，造成區(qū)域內(nèi)有序壓力梯度失調(diào)。
傳統(tǒng)凈化空調(diào)系統(tǒng)對凈化所需風(fēng)量與熱濕處理風(fēng)量是耦合的。潔凈度級別越高的系統(tǒng)兩者風(fēng)量相差越大，為了滿足凈化所需風(fēng)量不得不減少了送風(fēng)溫差，或者說不同潔凈度級別房間送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)不同。醫(yī)院空調(diào)系統(tǒng)多以功能區(qū)域劃分，因此區(qū)域內(nèi)不同潔凈度級別的房間難以組合在一個(gè)系統(tǒng)。另外，龐大的空調(diào)箱與碩大的風(fēng)管也難以適用醫(yī)用場所。
為了解決以上這些常見的耦合問題，更有效的控制手術(shù)環(huán)境，《規(guī)范》特別規(guī)定：手術(shù)部新風(fēng)宜集中處理，Ⅰ級、Ⅱ級潔凈手術(shù)室采用獨(dú)立設(shè)置的凈化空調(diào)機(jī)組；Ⅲ級、Ⅳ級潔凈手術(shù)室允許2～3間合用一個(gè)系統(tǒng)。手術(shù)部中的潔凈手術(shù)室與輔助用房分開設(shè)置。
依據(jù)《規(guī)范》以上思路，手術(shù)部空調(diào)系統(tǒng)模式由集中新風(fēng)處理機(jī)組與手術(shù)室循環(huán)機(jī)組組成。由于新風(fēng)集中處理，取消了一次回風(fēng)，加強(qiáng)二次（或旁通）回風(fēng)。但是如何確定新風(fēng)集中處理的終狀態(tài)點(diǎn)以及如何確定循環(huán)機(jī)組運(yùn)行方式有不同觀點(diǎn)與不同的技術(shù)措施。
《規(guī)范》強(qiáng)調(diào)手術(shù)室合適的溫濕度控制，提出濕度優(yōu)先控制理念。高濕度誘發(fā)生物性污染，將相對濕度控制在50%左右就是將微生物控制在最不利環(huán)境，或者說實(shí)現(xiàn)無菌環(huán)境的關(guān)鍵之一就是濕度控制。這樣就可將手術(shù)室微生物控制簡化為濕度控制的概念。提出了“余濕是污染物"的理念，受到“新風(fēng)任務(wù)就是消除污染"的傳統(tǒng)思路啟發(fā)，手術(shù)室室內(nèi)狀態(tài)可以由通風(fēng)與空調(diào)兩個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。這樣的新風(fēng)處理不再是將新風(fēng)處理到不會干擾室內(nèi)的狀態(tài)，即室內(nèi)焓值點(diǎn)。而要求新風(fēng)處理到更低的焓值，消除室內(nèi)余濕。由于新風(fēng)集中處理后應(yīng)輸入到整個(gè)手術(shù)部的各個(gè)手術(shù)室循環(huán)機(jī)組，因此要求新風(fēng)處理終狀態(tài)對整個(gè)手術(shù)部各個(gè)手術(shù)室是一個(gè)公共點(diǎn)，并且是穩(wěn)定的。這種將新風(fēng)處理到公共點(diǎn)的做法在實(shí)際工程中已有應(yīng)用，比如對舒適性空調(diào)，由于各室內(nèi)狀態(tài)是類同的，所以獨(dú)立新風(fēng)常處理到室內(nèi)狀態(tài)的焓值點(diǎn)，由循環(huán)機(jī)組承擔(dān)室內(nèi)熱濕負(fù)荷，這是最典型的系統(tǒng)處理模式；又如對于工業(yè)車間，因其室內(nèi)發(fā)濕量占發(fā)熱量的比例很小，或者說熱濕比線基本上是垂直的，新風(fēng)常集中處理到室內(nèi)狀態(tài)的露點(diǎn)，室內(nèi)循環(huán)機(jī)組只處理顯熱負(fù)荷，特別對潔凈廠房這是典型的控制模式?？梢娨陨鲜切嘛L(fēng)zui常用的兩個(gè)處理終狀態(tài)點(diǎn)：室內(nèi)狀態(tài)的焓值點(diǎn)和室內(nèi)狀態(tài)的露點(diǎn)。
需要注意的是，對于手術(shù)室來說，由于室內(nèi)人員較多，熱濕比較小，沒有必要推廣干盤管或無凝水空調(diào)?？諝馔緩絺魅镜母綦x病房是一個(gè)特例，因?yàn)楦綦x病房前后有污染走廊與清潔走廊，沒有外窗，沒有瞬變負(fù)荷，或者說各室熱濕負(fù)荷穩(wěn)定，這就保證了集中處理新風(fēng)存在一個(gè)公共終狀態(tài)點(diǎn)。另外室內(nèi)狀態(tài)控制精度也不高。由于室內(nèi)有空氣途徑傳染的病菌，為*消除盤管表面和凝水盤等處的滋菌隱患，必須強(qiáng)調(diào)循環(huán)機(jī)組無凝水。為此開發(fā)了溫差小、顯熱換熱量大的專用無凝水機(jī)組，并由大焓差的專用新風(fēng)機(jī)組承擔(dān)所有濕負(fù)荷。此外，為了保證循環(huán)機(jī)組干工況運(yùn)行，必須隨時(shí)控制盤管表面溫度高于室內(nèi)露點(diǎn)溫度。
3、手術(shù)室濕度優(yōu)先控制
《規(guī)范》一再強(qiáng)調(diào)手術(shù)室環(huán)境不是恒溫恒濕的控制，而是“濕度優(yōu)先控制"。但是往往被誤讀，在實(shí)施過程中常常將“濕度優(yōu)先控制"誤解為單純的自控概念。不同類型的手術(shù)室，手術(shù)過程中醫(yī)護(hù)人員的數(shù)量幾乎沒有變化，但手術(shù)電動器械或設(shè)備使用時(shí)間與數(shù)量變化很大。這反映了手術(shù)室負(fù)荷的一個(gè)明顯特點(diǎn)：即濕負(fù)荷相對穩(wěn)定，而熱負(fù)荷瞬時(shí)變化較大?？梢妼τ谶@種負(fù)荷特性，采用常規(guī)的“濕度先行"自控往往難于奏效。如果手術(shù)部集中處理后的新風(fēng)能從系統(tǒng)層面上首先消除室內(nèi)濕負(fù)荷，然后再靠循環(huán)機(jī)組控制室內(nèi)顯熱負(fù)荷，這就是《規(guī)范》推薦的“濕度優(yōu)先控制"思路。
對手術(shù)室空調(diào)系統(tǒng)來說新風(fēng)是最大的無常熱濕負(fù)荷，尤其是陰雨與高濕天氣的新風(fēng)對系統(tǒng)的濕度影響不容忽視。按照“濕度優(yōu)先處理"的思路，集中處理新風(fēng)不僅要先消除自身的高濕量，而且還要承擔(dān)系統(tǒng)的濕負(fù)荷，由于新風(fēng)中幾乎不含致病菌，因此整個(gè)除濕過程應(yīng)該在新風(fēng)集中處理過程中解決。或者說集中處理的新風(fēng)應(yīng)該承擔(dān)整個(gè)系統(tǒng)的余濕量。從這個(gè)思路出發(fā)，新風(fēng)的量與處理終狀態(tài)參數(shù)應(yīng)由室內(nèi)濕負(fù)荷確定，并保持相對穩(wěn)定，就能保證室內(nèi)濕負(fù)荷優(yōu)先被新風(fēng)帶走，就能穩(wěn)定室內(nèi)溫濕度控制。可見，“濕度優(yōu)先控制"是一個(gè)系統(tǒng)層面上的概念，而非單純的自控的概念。它是指系統(tǒng)優(yōu)先集中進(jìn)行濕度處理，控制送風(fēng)的含濕量以達(dá)到控制室內(nèi)相對濕度的目的。濕度優(yōu)先控制的出發(fā)點(diǎn)有兩個(gè)：一是防止室內(nèi)相對濕度過高，有效控制室內(nèi)微生物污染；二是降低循環(huán)機(jī)組系統(tǒng)二次污染的風(fēng)險(xiǎn)，保證室內(nèi)送風(fēng)的量與質(zhì)。由于手術(shù)室是一個(gè)無菌空間，這樣的濕度優(yōu)先控制對手術(shù)室應(yīng)該是適度控制而不是嚴(yán)格控制。這種“濕度優(yōu)先控制"的系統(tǒng)模式實(shí)際上強(qiáng)化了新風(fēng)機(jī)組，不僅夏季承擔(dān)降溫去濕作用，而且冬季承擔(dān)升溫增濕效用。同時(shí)弱化了循環(huán)機(jī)組作用，僅僅成為溫度控制的空調(diào)機(jī)組。這不但對無菌環(huán)境控制十分有利，而且也簡化了控制。在整個(gè)過程中，將被調(diào)節(jié)房間內(nèi)的濕度控制和溫度控制解耦。使得集中處理的新風(fēng)分別送入每個(gè)房間，并實(shí)現(xiàn)雙位控制，手術(shù)時(shí)送入保障衛(wèi)生的新風(fēng)量；無人時(shí)保證正壓所需的補(bǔ)風(fēng)量，使得兩者解耦。由于循環(huán)機(jī)組風(fēng)量可由各手術(shù)室潔凈度級別確定，與整個(gè)手術(shù)部的系統(tǒng)無關(guān)，將各室凈化所需風(fēng)量與新風(fēng)熱濕處理風(fēng)量解耦，將整個(gè)手術(shù)部處于受控狀態(tài)。
“濕度優(yōu)先控制"不同于目前手術(shù)部套用的工業(yè)上傳統(tǒng)恒溫恒濕空調(diào)的濕度先行控制，它是弱化新風(fēng)機(jī)組而強(qiáng)化循環(huán)機(jī)組?；蛘哒f將控制重點(diǎn)放在循環(huán)機(jī)組，循環(huán)機(jī)組配備了冷卻除濕和加熱加濕的功能組件，靠循環(huán)機(jī)組的自控實(shí)現(xiàn)濕度先行的功能。這種傳統(tǒng)的濕度先行控制只是在自控層面上的濕度信號先行控制而非系統(tǒng)層面上的濕度優(yōu)先控制。依據(jù)運(yùn)行中室內(nèi)的溫、濕度傳感器的信號，先行處理濕度信號，調(diào)節(jié)系統(tǒng)機(jī)器露點(diǎn)，再處理溫度信號調(diào)節(jié)再熱量，以達(dá)到室內(nèi)狀態(tài)的控制。這是zui傳統(tǒng)、zui可靠、zui成熟，但也最耗能的控制?！皾穸葍?yōu)先控制"理念也不同于隔離病房的無凝水空調(diào)。隔離病房的空調(diào)強(qiáng)調(diào)循環(huán)機(jī)組保持無凝水狀態(tài)，這對室內(nèi)致病菌控制十分重要。為保持無凝水狀態(tài)，空調(diào)控制的重點(diǎn)仍在循環(huán)機(jī)組，特別是水系統(tǒng)的復(fù)雜控制。手術(shù)室內(nèi)瞬變的顯熱負(fù)荷較多，有時(shí)變化幅度較大，如果仍要保持無凝水狀態(tài)，必須采用進(jìn)水水溫較高的冷凍水，對室內(nèi)瞬變負(fù)荷的反應(yīng)速度不快。而且手術(shù)室是無菌空間，沒有必要刻意保持循環(huán)機(jī)組無凝水狀態(tài)，因此在濕度優(yōu)先控制的系統(tǒng)模式中，循環(huán)機(jī)組仍應(yīng)直接采用7℃冷凍水，在室內(nèi)仍作溫度控制，大大簡化了水系統(tǒng)?！皾穸葍?yōu)先控制"并非由集中處理新風(fēng)承擔(dān)室內(nèi)全部熱濕負(fù)荷，從理論上講，似乎集中處理新風(fēng)全部承擔(dān)各室的熱濕負(fù)荷zui合理，系統(tǒng)控制zui簡單，各循環(huán)機(jī)組無需再作熱濕處理，只需要根據(jù)室內(nèi)潔凈度要求（或換氣次數(shù)要求）確定其循環(huán)風(fēng)量，這時(shí)新風(fēng)處理的終狀態(tài)應(yīng)為室內(nèi)熱濕比與95%相對濕度線的交點(diǎn)。見下圖。

一些國外公司使用的手術(shù)室自循環(huán)吊頂機(jī)組，就是利用這個(gè)原理。但是實(shí)際上手術(shù)部內(nèi)各手術(shù)室的熱濕比是不同的，如果差異很大，那如何確定這集中處理新風(fēng)的公共終狀態(tài)點(diǎn)？即使各室的熱濕比相差不大，運(yùn)行中各室的熱濕比均在變化，為保持室內(nèi)狀態(tài)，自控系統(tǒng)必須使新風(fēng)處理終狀態(tài)點(diǎn)也隨之變化，那么如何不斷的調(diào)節(jié)新風(fēng)處理到新的公共狀態(tài)點(diǎn)？如調(diào)節(jié)不當(dāng)會導(dǎo)致各室內(nèi)狀態(tài)難以控制?？梢娨陨细魇中g(shù)室的溫濕度控制*由一個(gè)集中處理全新風(fēng)系統(tǒng)承擔(dān)，在實(shí)際工程中是難以實(shí)現(xiàn)的，尤其是我國的東南高溫高濕地區(qū)。一般恒溫恒濕機(jī)組新風(fēng)比只能在10%以內(nèi)才能完成室內(nèi)溫濕度控制。國外公司手術(shù)室自循環(huán)吊頂機(jī)組到實(shí)施時(shí)也不得不利用一次回風(fēng)來處理室內(nèi)熱濕負(fù)荷，實(shí)際上變成二次回風(fēng)系統(tǒng)，而自循環(huán)吊頂機(jī)組只是完成二次回風(fēng)。
4、手術(shù)室濕度優(yōu)先控制實(shí)現(xiàn)
如上所述，“濕度優(yōu)先控制"的出發(fā)點(diǎn)和目的都是控制室內(nèi)微生物污染，同時(shí)保證室內(nèi)舒適性和降低系統(tǒng)能耗?！皾穸葍?yōu)先控制"理念只適用于特定的場合。實(shí)現(xiàn)“濕度優(yōu)先控制"這個(gè)理念必須有三點(diǎn)必要條件：一是對系統(tǒng)內(nèi)各室均合適的新風(fēng)集中處理終狀態(tài)點(diǎn)；二是允許偏差較大的室內(nèi)濕度控制范圍；三是較大的最小新風(fēng)量，能帶走室內(nèi)濕負(fù)荷。為此必須對潔凈手術(shù)部作如下分析。對于Ⅰ級、Ⅱ級手術(shù)室，相對濕度的控制范圍為40%～60%，新風(fēng)量分別為1000m3/h與800m3/h，而Ⅲ級、Ⅳ級手術(shù)室，相對濕度的控制范圍可擴(kuò)展到35%～60%，新風(fēng)量分別為800m3/h與600m3/h，因此第二、第三個(gè)條件可以滿足。而無論是由室外空氣狀態(tài)變化還是由內(nèi)部熱源變化引起的室內(nèi)熱負(fù)荷變化，只要手術(shù)室內(nèi)的濕負(fù)荷穩(wěn)定，并由系統(tǒng)控制住新風(fēng)處理的機(jī)器露點(diǎn)溫度，就能保證室內(nèi)空氣的含濕量。對于有無菌要求的室內(nèi)，濕度控制范圍在夏季工況可推薦為上限值控制，一旦控制住上限，下限也是很容易控制的，因?yàn)閷τ诓捎美鋮s去濕的空調(diào)系統(tǒng)，在空調(diào)夏季工況時(shí)一般難于使室內(nèi)濕度低于40%。對于控制系統(tǒng)來說，不需要在被調(diào)節(jié)空間內(nèi)再單獨(dú)的設(shè)置濕度傳感器對系統(tǒng)進(jìn)行除濕量調(diào)節(jié)，這樣控制過程變得相對簡單可靠。
那么要實(shí)現(xiàn)“濕度優(yōu)先控制"這個(gè)理念，關(guān)鍵在于手術(shù)部是否存在一個(gè)集中處理新風(fēng)的公共終狀態(tài)點(diǎn)呢？對于一個(gè)手術(shù)部，由于各個(gè)手術(shù)室內(nèi)的是負(fù)荷以及所需的新風(fēng)量是不同的，因此對送風(fēng)含濕量的要求也是不同的。在確定系統(tǒng)的除濕能力時(shí)，必須計(jì)算每個(gè)房間所需的送風(fēng)含濕量，并選擇zui低送風(fēng)含濕量作為系統(tǒng)新風(fēng)處理后的狀態(tài)。
潔凈手術(shù)室的濕負(fù)荷主要由醫(yī)護(hù)人員散濕構(gòu)成，散濕量按照24℃下輕度勞動時(shí)的散濕量為106g/h計(jì)算，群集系統(tǒng)取0.91。潔凈手術(shù)室內(nèi)的醫(yī)護(hù)人員數(shù)和新風(fēng)量根據(jù)手術(shù)級別而定，新風(fēng)送風(fēng)的機(jī)器露點(diǎn)溫度也有所不同。見下表。

由此可見，手術(shù)部不同級別潔凈手術(shù)室要求的集中處理新風(fēng)送風(fēng)露點(diǎn)溫度很接近，或者說對于手術(shù)部新風(fēng)處理有一個(gè)公共終狀態(tài)點(diǎn)。當(dāng)室內(nèi)干球溫度不變，室內(nèi)相對濕度從50%上升到55%時(shí)，新風(fēng)露點(diǎn)溫度上升1.6℃左右，使得常規(guī)新風(fēng)機(jī)組更容易對新風(fēng)進(jìn)行處理，不需要更低溫的冷凍水。這是因?yàn)槭中g(shù)室新風(fēng)量大大高于一般舒適性空調(diào)，單位新風(fēng)除濕量不會非常大的緣故。同樣，如果手術(shù)人員散濕量按照167g/h計(jì)算，也存在一個(gè)公共狀態(tài)點(diǎn)。因此濕度優(yōu)先控制的技術(shù)可以替代傳統(tǒng)的恒溫恒濕冗余控制。
為了節(jié)能，目前Ⅰ級、Ⅱ級潔凈手術(shù)室常常采用新風(fēng)集中處理（L1）、循環(huán)機(jī)組獨(dú)立處理（L2）二次回風(fēng)（C）替代傳統(tǒng)的一次回風(fēng)再加熱系統(tǒng)。見下圖。但實(shí)際工程中靠二次回風(fēng)閥調(diào)節(jié)送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)O難以完成，常常采用固定二次回風(fēng)比，靠再加熱來調(diào)節(jié)。其控制思路：當(dāng)設(shè)計(jì)工況再加熱量為零，當(dāng)室內(nèi)顯熱負(fù)荷變小時(shí)，靠加大再加熱量去補(bǔ)償變小的負(fù)荷，循環(huán)機(jī)組處理室內(nèi)顯熱負(fù)荷至M，混合至送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)O。見下圖。其控制思路：當(dāng)設(shè)計(jì)工況再冷卻量為最大，當(dāng)室內(nèi)顯熱負(fù)荷變小時(shí)，靠減少再加冷卻量去補(bǔ)償變小負(fù)荷，以維持送風(fēng)狀態(tài)穩(wěn)定。兩者相比，可見“濕度優(yōu)先控制"系統(tǒng)能以更低的能耗維持室內(nèi)空氣狀態(tài)N在容許范圍內(nèi)。
新風(fēng)集中處理二次回風(fēng)系統(tǒng)

濕度優(yōu)先處理系統(tǒng)