医院洁净手术室净化空调电气自动控制探析

医院洁净手术室净化空调电气自动控制探析

范金强

浙江中跃医疗科技有限公司浙江宁波315100

摘要：详细阐述了医院手术室净化空调控制系统的结构、功能及实现方式。分部对空调电气自动控制进行分析和探讨方式，因为了解具体场合空调工作原理及工艺流程对电气控制系统设计师来说是非常重要的

关键词：洁净手术部；净化空调；电气自动控制；集散控制系统

洁净手术室主要通过净化设计来有效地阻止室外污染物侵入室内，降低术后感染率。同时，迅速有效地排除室内的污染空气，防止病菌扩散，创造一个洁净无菌的手术环境，并给病人和医务人员提供舒适的环境。高空气洁净度是洁净手术室的必要保障条件，空气净化处理是实现手术室洁净目标的关键。因此，洁净手术室对空调电气自动控制技术要求远远高于一般的舒适性空调。必须有完善的电气自动控制系统，才能保证空调系统的正常运行，使洁净手术室可以达到技术指标要求。本文就医院洁净手术部的净化空调电气自动控制的设计作一些探讨。

一、空调电气自动控制系统功能及其技术指标

手术部的净化空调机组电气自动控制系统实现如下功能：①对各净化空调机组的所有参数(如室内温度、湿度、压力、过滤器状态等)进行监测；②对各净化空调机组的运行状况、故障状态进行监测；③远程(自动控制室或护士站)设置各手术室内的温度、湿度，并可远程调整控制参数，保证环境参数的恒定，符合手术要求；④各手术室内就地显示温度、湿度、风机状态、组的运行状态和故障报警信息。手术部的净化空调机组电气自动控制系统技术指标如表1所示。

表1：医院洁净手术室净化空调电气电气自动控制技术指标

二、各净化空调机组电气自动控制设计探计主要由

1）新风系统的自动自动控制设计2）循环机组的自动控制设计3）排风机自控系统的设计4）风冷热泵式冷水机组空调控制系统设计5）中央控制系统的电气自控控制总体设计这五方面内容。

1、新风系统的自动控制设计

1.1新风系统配置组成

手术室新风可以采用集中预处理方式。新风机组设置、流、中效、亚高效过滤、表冷、抽湿再热、出风等功能段，采用二管制（目前四管制国内生产厂家比较少）。机组将冷热盘管置于正压段，有利于冷凝水顺利排出，防止机内积水而滋生细菌，避免空调系统二次污染。为达到净化空气的目的，新风处理机组设置初效、效和亚高效3级过滤，并在进口处安装防雨、防虫网。同时，机组内配置特定波长的紫外线灯，对过滤网及盘管进行杀菌处理。

1.2新风系统DDC自控

新风机组自动控制的主要内容包括温度调节、湿度调节与空气洁净度处理。主要目的是对空调系统中的新风风量、温度、湿度进行控制，根据工艺要求把新风量、风温度与湿度控制在合适的范围之内。新风系统的各类模拟量输入(AI)、输出点(AO)与数字量输入(DI)、出点(DO)的设置如下图所示

图：新风机组自动控制电路图

新风机组自动控制控制功能及控制方式如下：

(1)状态监视检测。检测初效、效、高效过滤器和风机压差开关状态，风机变频器运行状态和故障报警，过滤器堵塞报警。(2)温度、湿度调节。①送风温度电气自动控制。冬季自动调节热水阀开度，保证送风温度为设定值；夏季自动调节冷水阀开度，保证送风温度为设定值。②送风湿度电气自动控制。鉴于大楼内无蒸汽来源及福州地区冬季湿度相对较大，手术室空调净化系统冬季加湿采用新风集中加湿(电极式加湿)后送入各循环机组的方式。为满足Ⅰ级手术室及ICU的湿度要求，循环机组内均设电极式加湿器。加湿水源可达到直接饮用水标准。考虑到现场地处福州，湿度较大，在整个系统的控制设计中采用除湿优先的控制方法，即在控制时，始终优先考虑控制湿度。当温度达到设定值而湿度仍然较高时，继续打开冷水阀进行除湿。同时，根据需要调节电加热，进行再加热处理。由于在温度上升过程中相对湿度也会随之下降，从而可确保湿度控制在设定范围内。(3)空气洁净度控制。通过设置初效、效、高效空气过滤网3级过滤，使空气达到所要求的洁净度。(4)风机控制。风机控制箱设有手动/自动选择开关，平时位于自动状态。由护士站(或监控中心)通过电气自动控制系统远程控制或按预先设计好的时间程序电气自动控制风机起/停。(5)联锁控制。电磁调节阀、新风风门与风机起动联锁。当送风机起动时，开冷水阀(热水阀)和新风风门，调节冷水阀(热水阀)；风机停止后，新回风风门、电动调节阀、电磁阀自动关闭。风机起动后，其前后压差过大时故障报警，并联锁停机。新风机组与空调机组联锁，先起动新风机组才能起动空调机组。只要有一间手术室工作，新风系统就起动运行；只有在整个手术部关闭(检修或维护)时，新风机组才可停止工作，关闭新风口处电动阀。

2空调循环机组的自动控制设计

2.1空调循环机组配置组成

空调循环机组设置风管、风、冷、加热、电极加湿等功能段，采用二管制。机组将冷热盘管置于正压段，有利于冷凝水顺利排出，防止机内积水而滋生细菌，避免空调系统二次污染。为达到净化空气的目的，循环机组设置初效、效2级过滤，并在静压箱处设置高效过滤器。

2.2空调循环机组DDC自动控制

空调循环机组自动控制主要实现温度调节、湿度调节、差调节与空气洁净度处理。其目的是对空调系统中的新风风量、温度、湿度进行控制，为手术室提供合适的温度、湿度、气流速度、高洁净度的空气。百级手术室空调循环机组各类模拟量输入(AI)、出点(AO)与数字量输入(DI)、出点(DO)的设置如下图所示。

空调循环机组自动控制功能及控制方式如下：

(1)状态监视检测。检测初效、效、效过滤器和风机压差开关状态，风机变频器运行状态和故障报警，过滤器堵塞报警等。(2)温度、湿度调节。①送风温度电气自动控制。冬季自动调节热水阀开度，保证回风温度为设定值；夏季自动调节冷水阀开度，保证回风温度为设定值。②回(送)风湿度电气自动控制，监测回风湿度。洁净手术部以湿度优先。根据湿度设定值调节加湿阀，使湿度满足各洁净手术部需求。除湿控制为自动调节冷水阀开度及冷冻除湿机(新风机)。同时，根据温度需要调节电加热，进行再加热处理，保证湿度达到设定值。(3)压差调节。各洁净手术室空调循环机组的新风支管上均设置电动双位定风量器，向各循环风系统分配新风，即手术室空调启用时，定风量器设定为高档风量，满足新风量及正压要求。在手术室空调停用时，定风量器设定为低档风量，维持手术室内压力稳定。新风机组及空调机组内，风机根据系统阻力进行变频调节，保证风量达到设定值。(4)空气洁净度控制。通过设置初效、效、高效空气过滤网3级过滤，使空气达到所要求的洁净度。(5)风机控制。风机控制箱设有手动/自动选择开关，平时位于自动状态。护士站(或自动控制中心)可以通过电气自动控制系统远程控制或按预先设计好的时间程序电气自动控制风机起/停。(6)联锁控制。电磁调节阀新风风门与风机起动联锁。当送风机起动时，开冷水阀(热水阀)和新风风门，调节冷水阀(热水阀)。风机停止后，新回风风门、动调节阀、磁阀自动关闭；风机起动后，其前后压差过大时故障报警，并联锁停机。新风机组与空调机组联锁，先起动新风机组才能起动空调机组。

3排风机的自动控制设计

排风系统内均设置手动风量调节阀及止回阀。手术室排风口均带F8中效过滤器，其他洁净区排风口带F5中效过滤器。排风系统控制功能及控制方式如下：

(1)风机控制。风机控制箱设有手动/自动选择开关。平时开关位于自动状态。由护士站(或自动控制中心)通过电气自动控制系统远程控制或按预先设计好的时间程序电气自动控制风机起停。(2)联锁保护控制。洁净手术室、净走廊、污物走廊、症监护室及无菌、毒等辅助用房设有机械定风量排风系统。手术室排风机与房间门及空调机组联动。室内排风机与自动门联锁，设有延时装置。瞬间开门，排风机立即停止。关门并建立正压以后，才可起动排风机。(3)过滤器堵塞报警。中效空气过滤网两端压差过大时报警，提示清扫。

4风冷热泵式冷水机组的自动控制设计

一般手术室净化系统为了保证365天的运行，均会独立设一套风冷热泵式冷水机组系统，为净化空调提供冷热源。

目前，冷水机组的自动控制设计有2种方式：一种是通过RS-232或RS-485/422串口通信(或通过标准通信网关)的方式与冷水机组实现完全开放式的数据通信。在净化自控系统中央站自由读取冷水机组内部数据，取得内部详细参数(如运行状态、油温、油压、供回水温度、荷状况等)，提高冷冻系统群控的性能，降低机组故障率，延长机组使用寿命。另一种是采取干接点的方式。此方式在冷水机组的控制箱内提供干接点信号，直接同现场控制器的I/O点连接。

风冷热泵、水机组控制功能及方式如下：

(1)冷负荷需求量的计算。根据空调供水、回水温度和供水流量测量值，自动计算建筑空调实际所需冷冻负荷量。(2)冷水机组台数控制。根据建筑所需冷负荷及差压旁通阀开度，自动调整冷水机组运行台数，达到最佳节能的目的。(3)机组联锁控制。实现空调水蝶阀、起动循环水泵和开热泵机组的开启，以及停热泵机组和关闭循环水泵及空调水蝶阀。(4)空调水压差控制。根据空调供水与回水压差，自动调节旁通调节阀，维持供水压差恒定。(5)水泵保护控制。水泵起动后，水流开关检测水流状态，如遇故障则自动停机。(6)机组定时起/停控制。根据事先制定的工作及节假日作息时间表，定时起/停机组。自动统计机组各水泵的累计工作时间，提示定时维修。(7)机组运行参数。监测系统内各检测点的温度、差等参数，实现自动显示。并能够实现定时打印及故障报警。(8)水箱补水控制。电气自动控制进水电磁阀的开起与关闭，使膨胀水箱水位维持在允许范围内，水位超限进行故障报警。

5、中央电气自动控制系统的设计

电气自动控制系统的控制方式有集散式控制和分布式现场总线控制。工程设计中应用较多的是集散式控制系统。集散式控制系统是随着计算机在环境控制中的应用而发展起来的一种智能化控制管理网络。它由中央管理站、种DDC控制器及各类传感器、门、执行机构组成，能够完成多种控制及管理功能。具有集中操作、管理和分散控制的功能，能够实现设备管理自动化、智能化、安全化、能化，为医务人员和病人提供舒适安全、效的环境。下面是一个净化空调电气自动控制系统方案的示意图。

中央控制系统主机置于手术部自动控制室内，DDC控制器分散置于技术夹层，护士站设有自动控制分站。手术部的净化空调机组工艺系统不同于一般基本配置的空调机组，且管理上较为独立，归手术部内医护人员使用。故需要在手术部独立设置自动控制室，以便于医务人员对手术部的净化空调电气自动控制系统进行全面的自动控制和管理，并可远程对手术室各参数的设定进行修正。

三、结语

医院净化空调电气自动控制系统的设计和探讨会因为净化空调机组控制工艺不尽相同而不断变化。所以电气设计人员在了解净化空调的基本原理，并结合空调设计的空气处理流程方案，才能提供完美的电气自动控制系统合理地设计电气监控方案。在此基础上才能在上述文中的各个自控环节进行节能设计、精度控制设计。

参考文献

[1]郑学田医院洁净手术部空调设计2015

[2]GB洁净手术部建筑技术规范GB50333-2013

[3]GB50314-2015智能建筑设计标准GB50314-2015

[4]中国建筑标准设计研究所.建筑设备自动控制系统设计安装