正負壓轉換手術室凈化空調系統設計探討（附實例）

一、工程建設現狀
國內已建正負壓轉換手術室多為Ⅲ級潔凈手術室，設置一套獨立的凈化空調系統，下圖為此類手術室凈化空調系統的流程圖。

從上圖可以看出，正負壓轉換手術室的氣流組織為上送下回、頂部排風。手術室內空氣經回風口（內設粗效或中效過濾器）流向循環機組，回風與新風混合，進入循環風機箱，凈化處理后送入手術室；手術室內另一部分空氣經室內排風口，由排風機箱(內設中效過濾器)過濾處理后排至室外。手術室設置一個排風口，配有兩個排風機，一個正壓工況運行（低排風量），一個負壓工況運行（高排風量），通過兩個排風機的轉換實現手術室的正壓或負壓狀態。
由于此類手術室凈化空調系統使用回風，且室內回風口和排風機箱內設置的是中效過濾器，僅適用于為普通患者進行手術，可通過空氣傳播感染的患者在此類手術室內進行手術時，病原微生物傳播、交叉感染風險較大。一方面是因為室內空氣中懸浮的病原微生物可能通過排風排至周圍環境，另一方面病原微生物也可能隨著回風進入空氣處理機組，在表冷器處隨冷凝水流出，引起污染物外泄。
二、工程設計探討
1、凈化空調系統設計
負壓狀態下室內含有可通過空氣傳播的病原微生物，為防止污染物擴散傳播，正負壓轉換手術室應設置一套獨立的凈化空調系統，避免與其它區域共用空調系統而引起交叉感染。
文獻對隔離病房回風高效過濾器的濾菌效率進行了實驗研究，結果如下表所示。從表中可以看出B類高效過濾器的平均濾菌效率達到99.99997%，C類高效過濾器的平均濾菌效率達到99.999997%。國產高效過濾器濾菌效率：見下表：

負壓手術室在生物安全要求上并不比負壓隔離病房、生物安全實驗室嚴格，可采用循環風，但應在其頂棚排風口入口處及室內回風口入口處設高效過濾器。正負壓轉換手術室可以考慮在對烈性傳染病患者進行手術時采用全新風工況運行的余地，全新風凈化空調系統能耗較大，運行成本高，應考慮最大限度的節約能源；在對一般傳染病患者，尤其是非呼吸道傳播的傳染病患者進行手術時，應采用帶部分回風的負壓工況運行；在對非傳染病患者即普通患者進行手術時，應采用帶部分自循環回風的正壓工況運行。
由于正負壓轉換手術室是正壓手術室與負壓手術室的集成，所以在考慮其凈化空調系統時，應綜合考慮正壓、負壓兩種工況。負壓狀態下為保護室外周圍環境，避免污染物外泄引起院內外感染，應在室內排風入口處設高效過濾器；另外，為避免因室內空氣循環引起污染物濃度升高，應在室內回風入口處設高效過濾器。由于高效過濾器阻力較大，當在室內回風入口處設高效過濾器時，會加大風系統阻力，為保持室內送風量不變，凈化空調系統的風機能耗增大。
正負壓轉換手術室僅在傳染病流行期間或對有空氣傳播感染可能的患者進行手術時才需負壓運行，更多時間是處于正壓運行狀態。正壓運行狀態時，室內并無傳染性病原微生物。為降低能耗，無需在室內排風、回風入口處設置高效過濾器。由于正負壓手術時設置一套凈化空調系統，共用一套排風口、回風口，在正負壓狀態切換時不可能人為去拆除、安裝回風和排風入口處的高效過濾器，故應考慮將回風口分為兩部分，一部分不裝高效過濾器，在正壓狀態下使用，此時室內下側排風口（不是頂棚上排廢氣的排風口）關閉；另一部分回風口加裝高效過濾器，在負壓狀態下使用。
綜上所述，正負壓轉換手術室凈化空調系統的設計原則為：
（1）正負壓轉換手術室必須采用一套獨立的凈化空調系統，避免與其它區域共用空調系統而引起交叉污染；
（2）正負壓轉換手術室的凈化空調系統應能在正壓手術室與負壓手術室之間自由轉換，兩種運行工況下均應滿足污染控制要求，即正壓工況運行時保護手術室內環境不受周圍環境的污染，負壓工況運行時保護手術室外環境，避免傳染性氣溶膠外泄；
（3）新風口與排風口之間要有一定的距離，嚴防排風口空氣泄漏導致新風口的空氣污染；
（4）回風應選用下回風方式，對烈性傳染病患者進行手術室時也可以考慮轉換到全排風、全新風工況運行；
（5）排風口應遠離人群和通風窗口，排風入口需安裝高效過濾器，并且采用零泄漏動態氣流密封的排風裝置或可以掃描檢漏的風口，確保環境不受污染；
（6）應在部分回風口上加裝高效過濾器，另一部分未設高效過濾器的回風口供正壓狀態使用，與這兩部分回風口相連的回風支管上均設密閉閥，可在正負壓狀態下進行相應切換控制。
上圖為符合上述設計原則要求的某醫院正負壓轉換手術室凈化空調系統原理圖。需要指出的是，上圖為凈化空調系統原理圖，加裝高效過濾器、未裝高效過濾器的回風口分別布置在平行于手術床布置方向的兩面側墻上，實際工程中Ⅲ級手術室一般設四個側下回風口，布置在平行于手術床布置方向的兩面側墻上，每面墻各兩個回風口。正負壓轉換手術室在回風口的劃分上（即加裝高效過濾器還是中效過濾器）應考慮氣流組織情況，建議在平行于手術床布置方向的每面側墻上各設一個加裝高效過濾器的回風口和一個未安裝高效過濾器的回風口。

正負壓轉換手術室凈化空調系統工作原理如下：
（1）正壓狀態下，凈化空調系統為一次回風運行工況，密閉閥M1,M5關閉，M2，M3，M4打開，排風機P2不運行，排風機P1運行，新風管上的風量調節閥T2為低風量狀態，回風總管上的風量調節閥T3為高風量狀態。
（2）負壓狀態下，對普通傳染病患者進行手術時，凈化空調系統為一次回風運行工況，密閉閥M5關閉，M1，M2，M3，M4打開，排風機P1，P2均運行，新風管上的風量調節閥T2為中風量狀態，回風總管上的風量調節閥T3為低風量狀態，排風總管上的風量調節閥T1為低風量狀態。
（3）負壓狀態下，對烈性傳染病患者進行手術時，凈化空調系統如設為全新風運行工況，密閉閥M1, M2, M5打開,M3，M4關閉，排風機P1,P2均運行，排風總管上的風量調節閥T1為高風量狀態，新風管上的風量調節閥T2為高風量狀態。
（4）系統停止運行時，新風管上的密閉閥M2關閉。
2、負壓手術室回排風無害化處理
《傳染病醫院建筑施工及驗收規范》GB 50686-2011對負壓隔離病房的排風高效過濾處理進行了規定，指出：排風高效過濾器的效率不宜低于B類，排風高效過濾器的安裝應具備現場檢漏的條件；否則，應采用經預先檢漏的專用排風高效過濾器裝置。排風口應高出屋面不小于2m，排風口處應安裝防護網和防雨罩。正負壓轉換手術室的排風過濾處理可參照執行。
國產高效過濾器濾菌效率表格是在過濾器及其邊框無泄漏的基礎上得出的，過濾器可以現場掃描檢漏，確定無漏時再安裝，但無法對邊框進行檢漏。現有一種動態密封負壓高效無泄漏排（回）風裝置，廣泛應用于傳染病醫院負壓隔離病房建設中。該高效過濾器和外殼之間形成正壓腔，將空氣從送風管引入正壓腔，只要腔內有1Pa的正壓，縫隙很大也不會造成室內空氣泄漏，但《潔凈室施工及驗收規范》GB 50591-2010規定驗收時應達到10Pa的正壓。
3、空調自控系統
正負壓轉換手術室存在多種運行工況，通過風機變頻與電動密閉閥的聯合作用，可實現不同工況的自由轉換。正負壓轉換手術室的負壓控制是該類手術室安全的核心，有序的壓力梯度、合理的壓差值是污染不致擴散的前提。為了保證正負壓轉換手術室的負壓和壓力梯度，一般要對手術室的送排風系統進行變風量控制，這種變風量運行的控制策略也可實現節能，降低運行費用。
下圖為正負壓轉換手術室的空調自控系統原理圖，控制策略如下：
（1）正負壓轉換手術室的凈化空調機組采用四管制，冷熱源均可全年供給。其中冷源為7℃/12℃冷水，熱源為電加熱器（非供暖期）或60℃/50℃熱水（供暖期）。根據系統熱濕負荷變化進行全年運行工況連續調節，不同控制策略自動轉換，同時預留人工控制手段，可進行人工轉換。
（2）正壓工況運行時，排風機P2不運行，排風機P1運行，根據手術室內壓力傳感器的信號調節新風管的變風量閥，對室內靜壓差進行控制，同時確保手術室內新風量滿足要求。
（3）負壓工況運行時，排風機P1，P2均運行，根據手術室內壓力傳感器的信號調節排機P2所連接的排風管的變風量閥，對室內靜壓差進行控制；根據設置在排風機P2的排風主管的壓力傳感器的信號調節排風機變頻器，以適應排風高效過濾器阻力的變化。全新風工況運行時，關閉回風主管的密閉閥。
（4）正負壓轉換手術室凈化空調系統的排風機與送風機聯鎖，負壓工況運行時，排風機先于送風機開啟，后于送風機關閉；正壓工況運行時聯鎖順序與負壓工況相反。
（5）對凈化空調系統的各級空氣過濾器設置壓差報警，送風高效過濾器、排風高效過濾器可各取一個過濾器作為代表，設置壓差報警。
（6）空調系統的電加熱器應與送風機連鎖，并設無風斷電、超溫斷電保護裝置，并具備超溫報警功能。