術(shù)中核磁共振手術(shù)室的凈化空調(diào)設(shè)計

1、術(shù)中核磁工作原理
首先在建筑布局和房間設(shè)置上與常規(guī)手術(shù)室不同，術(shù)中核磁的手術(shù)室是由兩個各自獨立的房間組成的統(tǒng)一體。一間是手術(shù)室，稱為OR，另一間則是磁體設(shè)備房間，稱為DR。OR和DR之間有一道移動屏蔽門相隔，平時關(guān)閉，手術(shù)時可開啟也可關(guān)閉。房間吊頂有軌道相通，磁體設(shè)備吊裝在軌道上，可以來回滑動。
術(shù)中核磁手術(shù)室平面示意圖：

術(shù)中核磁手術(shù)室剖面示意圖：

其工作過程為：
（1）病人先在DR進(jìn)行磁共振檢測，確認(rèn)病灶部位；
（2）病人推入OR準(zhǔn)備手術(shù)，此時移動屏蔽門是先開后關(guān)閉狀態(tài)；
（3）病人在OR進(jìn)行手術(shù)，此時移動屏蔽門是關(guān)閉狀態(tài)，OR與DR為獨立的兩間潔凈室；
（4）術(shù)后移動屏蔽門打開，由DR的磁體設(shè)備移動至OR進(jìn)行磁共振掃描，以便觀察手術(shù)是否做得成功。此時OR與DR聯(lián)通，成為一個整體潔凈室。
（5）手術(shù)結(jié)束，病人離開手術(shù)室。
2、案例分析
（1）工程概況
此項目由某醫(yī)院綜合樓一層的功能房改建為術(shù)中核磁手術(shù)室，改建面積約250m²，層高約5.4m。包括手術(shù)室、磁體室、操作室及其一些凈化輔房。為保證術(shù)中核磁工作人員及病人需要，此區(qū)域全年滿足凈化工藝對空調(diào)的要求。
凈化間內(nèi)設(shè)備散熱量：

可接受的溫度和濕度范圍：

（2）冷熱源及系統(tǒng)簡介
1）冷熱源：該工程夏季空調(diào)總冷負(fù)荷約138kW，冬季空調(diào)總熱負(fù)荷約60kW。空調(diào)冷、熱源選用一臺制冷量為155kW,制熱量為125kW的能同時供冷、熱的四管制風(fēng)冷熱泵機(jī)組，機(jī)組設(shè)置在大樓五層立面。
2）獨立空調(diào)系統(tǒng)：為OR和DR各自設(shè)置一個獨立的潔凈空調(diào)系統(tǒng)，其余各輔助用房設(shè)置一個獨立的空調(diào)系統(tǒng)。新風(fēng)機(jī)設(shè)有粗、中效空氣過濾段、表冷段、熱水盤管段、送風(fēng)機(jī)段；空調(diào)箱功能段設(shè)有粗、中效空氣過濾段、表冷段、熱水盤管段、蒸汽加濕段、送風(fēng)機(jī)段。各功能區(qū)域新風(fēng)直接取自室外并由新風(fēng)機(jī)集中處理后送入各空調(diào)箱經(jīng)二次處理后再送入各功能室。
3）空調(diào)水系統(tǒng)：該工程采用四管制閉式循環(huán)系統(tǒng)，冷水泵配置兩臺，熱水泵配置兩臺，冷、熱水系統(tǒng)水泵分別為一用一備。水系統(tǒng)為異程式，采用平衡閥平衡系統(tǒng)阻力。冷、熱水系統(tǒng)分別由兩套穩(wěn)壓型定壓罐補(bǔ)水。
（3）潔凈度標(biāo)準(zhǔn)
就一般核磁檢查室（DR）而言，是不需要凈化空調(diào)的，但是術(shù)中核磁將檢查與手術(shù)聯(lián)系到一起，需要相互“互動”。因此，DR也需要做凈化。
由于手術(shù)室（OR）主要是外科手術(shù)，手術(shù)室凈化級別定為1級，而DR與OR之間在手術(shù)過程中移動屏蔽門將打開，彼此連成一體，為了保證OR內(nèi)的潔凈度及氣流組織的穩(wěn)定，原考慮將DR定為2級手術(shù)室來做凈化，否則會造成OR與DR之間壓差及潔凈度相差過大，開門時造成兩室氣流的不穩(wěn)定，對1級層流的擾動太大從而影響手術(shù)的效果。但是，對于一個磁體檢查室來說，2級手術(shù)室的標(biāo)準(zhǔn)又太高，同時也不利于節(jié)能。因此，根據(jù)OR與DR的工作特性，設(shè)計時采取了一個折中的辦法。
在OR與DR之間的屏蔽門關(guān)閉時，其實兩室是*獨立的，只有在門打開時才相互連通。設(shè)計中DR室設(shè)計為一個變風(fēng)量系統(tǒng)，在屏蔽門關(guān)閉時，為一般萬級（Ⅲ級）潔凈室的標(biāo)準(zhǔn)，保證房間的潔凈度及相對于鄰室輔助用房的壓差。在屏蔽將要打開之前，再將DR的潔凈級別提高至2級手術(shù)室標(biāo)準(zhǔn)，使DR與OR在屏蔽門打開連通之后，OR室內(nèi)的潔凈環(huán)境不會受到太大的影響，保證手術(shù)的正常運行。其余潔凈輔助用房則均按照《醫(yī)院潔凈手術(shù)建筑技術(shù)規(guī)范》GB 50333-2002的要求進(jìn)行設(shè)計。
下表為各房間潔凈指標(biāo)：

（4）h-d計算及空調(diào)系統(tǒng)
OR與DR室內(nèi)設(shè)計溫度T=22℃，相對濕度φ=55%，計算OR百級手術(shù)室人員12人，DR萬級磁體室人員8人，進(jìn)行空調(diào)負(fù)荷計算，根據(jù)《醫(yī)院潔凈手術(shù)建筑技術(shù)規(guī)范》GB 50333-2002確定手術(shù)室風(fēng)量。
1）DR的計算及空調(diào)系統(tǒng)
DR為一個凈化空調(diào)系統(tǒng)，室內(nèi)冷負(fù)荷Q=5.1kW，空調(diào)濕負(fù)荷d=0.29kg/h，門開和門閉時室內(nèi)負(fù)荷變化忽略不計，萬級潔凈確定新風(fēng)量定為800m³/h，門閉時送風(fēng)量為2400m³/h，門開時送風(fēng)量為3900m³/h。
DR萬級磁體室采用一次回風(fēng)系統(tǒng)，新風(fēng)處理到室內(nèi)焓值，新風(fēng)不承擔(dān)室內(nèi)負(fù)荷，新風(fēng)空調(diào)箱僅承擔(dān)新風(fēng)負(fù)荷，室內(nèi)循環(huán)空調(diào)箱承擔(dān)全部室內(nèi)冷負(fù)荷，循環(huán)空調(diào)箱在濕工況下工作，此種方式在工程設(shè)計中經(jīng)常被采用。
下圖為一次回風(fēng)系統(tǒng)空氣處理流程：

從圖中分析，回風(fēng)N點與處理后的新風(fēng)L點混合，經(jīng)循環(huán)空調(diào)箱冷卻處理到L′點，再經(jīng)再熱加熱到送風(fēng)狀態(tài)點O點。
根據(jù)DR的運行特點，計算需分門閉時和門開時兩種狀態(tài)。
門閉時，根據(jù)h-d圖算得：
新風(fēng)預(yù)冷量：Q_新=[1.2*G*（h_W-h_L）]/3600=[1.2*800*（90.44-45.22）]/3600=12kW
再熱量：Q_再=[1.2*G*（h_O-h′_L）]/3600=[1.2*2400*（38.85-35.9）]/3600=2.36kW
DR凈化空調(diào)箱制冷量：Q=[1.2*G*（h_C-h′_L）]/3600=[1.2*2400*（45.22-35.9）]/3600=7.46kW
門開時，根據(jù)h-d圖算得：
新風(fēng)預(yù)冷量：Q_新=[1.2*G*（h_W-h_L）]/3600=[1.2*800*（90.44-45.22）]/3600=12kW
再熱量：Q_再=[1.2*G*（h_O-h′_L）]/3600=[1.2*3900*（41.3-36.06）]/3600=6.8kW
DR凈化空調(diào)箱制冷量：Q=[1.2*G*（h_C-h′_L）]/3600=[1.2*2400*（45.22-36.06）]/3600=11.9kW
2）OR的計算及空調(diào)系統(tǒng)
OR百級手術(shù)室內(nèi)冷負(fù)荷Q=11.3kW,空調(diào)濕負(fù)荷d=0.6kg/h，門開和門閉時室內(nèi)負(fù)荷變化忽略不計，百級手術(shù)新風(fēng)量門開時定為1200m³/h，門閉時定為2400m³/h，手術(shù)室控制區(qū)2.6*2.4m²，手術(shù)室控制區(qū)送風(fēng)量11000m³/h。
OR采用的是二次回風(fēng)系統(tǒng)，從圖中分析，一次回風(fēng)N點與處理后的新風(fēng)L點混合，經(jīng)循環(huán)空調(diào)箱冷卻處理到L′點，再與二次回風(fēng)N混合至送風(fēng)狀態(tài)點O點。

根據(jù)OR的運行特點，計算同樣需分為門閉時和門開時兩種狀態(tài)。
門閉時，根據(jù)h-d圖算得：
新風(fēng)預(yù)冷量：Q_新=[1.2*G*（h_W-h_L）]/3600=[1.2*1200*（90.44-45.22）]/3600=18kW
OR凈化空調(diào)箱制冷量：Q=[1.2*G*（h_C-h′_L）]/3600=[1.2*11000*（45.22-35.73）]/3600=34.8kW
門開時，根據(jù)h-d圖算得：
新風(fēng)預(yù)冷量：Q_新=[1.2*G*（h_W-h_L）]/3600=[1.2*2400*（90.44-45.22）]/3600=36kW
OR凈化空調(diào)箱制冷量：Q=[1.2*G*（h_C-h′_L）]/3600=[1.2*11000*（45.22-35.73）]/3600=34.8kW
為了方便比較，把OR百級手術(shù)室也做了一次回風(fēng)系統(tǒng)的計算，根據(jù)h-d圖，其再熱量可算得，Q_再=[1.2*G*（h_O-h′_L）]/3600=[1.2*11000*（42.02-36.12）]/3600=21.6kW，如果OR采用一次回風(fēng)，那么相對于DR其再熱量要高出很多。
由此可以看出，百級手術(shù)室采用二次回風(fēng)系統(tǒng)運行能耗比一次回風(fēng)系統(tǒng)下降很多。沒有再熱產(chǎn)生的冷熱抵消的浪費。
3）凈化輔房的計算及空調(diào)系統(tǒng)
所有凈化輔房為一個凈化空調(diào)系統(tǒng)，總冷負(fù)荷Q=11.4kW，總濕負(fù)荷d=2.29kg/h，新風(fēng)量定為1146m³/h，送風(fēng)量為3735m³/h。
根據(jù)h-d圖算得：
新風(fēng)預(yù)冷量：Q_新=[1.2*G*（h_W-h_L）]/3600=[1.2*1146*（90.44-45.22）]/3600=17.27kW
再熱量：Q_再=[1.2*G*（h_O-h′_L）]/3600=[1.2*3735*（36.06-34.13）]/3600=2.4kW
DR凈化空調(diào)箱制冷量：Q=[1.2*G*（h_C-h′_L）]/3600=[1.2*3735*（45.22-34.13）]/3600=13.8kW
4）新風(fēng)處理
DR、OR及凈化輔助用房的新風(fēng)均有一臺新風(fēng)機(jī)組集中將新風(fēng)處理到室內(nèi)焓值，再送至三個凈化空調(diào)箱內(nèi)。項目總新風(fēng)量為4346m³/h。由室外新風(fēng)機(jī)處理至室內(nèi)的等焓點送往空調(diào)箱。
5）冷熱源的選擇
該項目DR磁體室及輔助用房凈化空調(diào)系統(tǒng)采用一次回風(fēng)系統(tǒng)，同樣也有再熱問題，而采用電再熱的形式將會造成過高的能源浪費，因此采用四管制冷、熱型風(fēng)冷熱泵作為系統(tǒng)冷熱源。
熱泵機(jī)組殼管式蒸發(fā)器生產(chǎn)冷凝水，作為系統(tǒng)的冷源。殼管式冷凝器生產(chǎn)熱水，作為系統(tǒng)的熱源，翹片式換熱器即可作蒸發(fā)器也可作冷凝器，并根據(jù)系統(tǒng)需要可實現(xiàn)蒸發(fā)器功能和冷凝器功能之間進(jìn)行切換，進(jìn)行冷熱量平衡調(diào)節(jié)，滿足潔凈空調(diào)箱冷凍去濕、再加熱的要求，達(dá)到潔凈手術(shù)室恒溫恒濕的要求，實現(xiàn)節(jié)能的目的。
（5）氣流組織
按照《醫(yī)院潔凈手術(shù)建筑技術(shù)規(guī)范》1級潔凈手術(shù)室的送風(fēng)面積不小于2.4m*2.6m的區(qū)域，但是OR吊頂裝了兩根軌道供磁體移動，因此只能將2.4m*2.6m的送風(fēng)區(qū)域分成三塊，每塊大小0.8m*2.6m，同時由于手術(shù)室面積較大，并且是不規(guī)則形狀，因此在手術(shù)室四周都設(shè)有下回風(fēng)口，保證氣流組織能分布均勻，以保證室內(nèi)潔凈度符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。
為了盡可能的減小開門后DR對OR的影響，當(dāng)門打開時希望能夠?qū)饬魑闪鳡顟B(tài)控制在一定范圍內(nèi)，保證手術(shù)臺區(qū)域的平行流，因此將兩個房間的排風(fēng)口設(shè)置在移動屏蔽門側(cè)，將紊流控制在排風(fēng)口范圍內(nèi)，《潔凈室施工驗收規(guī)范》中要求潔凈室開門時，距門0.6m處潔凈度不低。因此兩側(cè)排風(fēng)口設(shè)置在距門約0.65～0.8m的距離，而手術(shù)臺距門約2.5m。氣流紊流區(qū)域影響不到手術(shù)臺工作區(qū)域。
術(shù)中核磁風(fēng)口布置示意圖：

3、壓差控制
由上表表格所示的各房間潔凈指標(biāo)，可以得出DR與OR的送風(fēng)量、新風(fēng)量與排風(fēng)量，但當(dāng)屏蔽門開啟時，為保證潔凈度，DR的換氣次數(shù)由22次/h提高到36次/h，兩房間之間的門縫漏風(fēng)變成門洞漏風(fēng)，此時將OR新風(fēng)量增大，流入DR的風(fēng)量隨之增大，同時提高DR的排風(fēng)量，以保證兩個房間連通后的氣流組織穩(wěn)定。
在門開啟時，OR到DR的門洞風(fēng)量約為1430m³/h，屏蔽門尺寸為3m*2.5m，因此可以計算出門洞氣流方向流動速度約為0.053m/s，而磁體移動時速度緩慢，其從DR帶入OR的風(fēng)量可忽略不計，因此，能夠保證OR對DR的氣流組織的穩(wěn)定，使整個手術(shù)大環(huán)境不受干擾。項目終驗收實測時，OR對DR的壓差為9.3Pa，完滿滿足設(shè)計要求。其余潔凈輔房均按照常規(guī)潔凈空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，設(shè)計為一個獨立的空調(diào)系統(tǒng)，送風(fēng)、排風(fēng)均按照風(fēng)量平衡計算得出。