一种洁净手术室的精准控湿空气处理系统的制作方法

1.本发明涉及空气处理系统领域，具体指有一种洁净手术室的精准控湿空气处理系统。


背景技术：

2.手术室是为病人提供手术及抢救的场所，是医院的重要技术部门。手术室配备的手术室空气净化系统，可以保证手术室的无菌环境，从而满足器官移植、心脏、血管、人工关节置换等手术所需的高度无菌环境。
3.《建筑节能与可再生能源利用通用规范》(gb55015-2021)第3.2.17条：除温湿度波动范围要求严格的空调区外，在同一个全空气空调系统中，不应有同时加热和冷却过程。同时，根据《医院洁净手术部建筑技术规范》（gb50333-2013）的要求，洁净手术用房技术指标如下表所示：
[0004][0005]
表1洁净手术部用房主要技术指标
[0006]
从上述表格看出：为保障医患安全健康环境，需要对空气洁净度及温湿度进行控制，但手术室的温湿度控制要求并不算严格，温度要求21~25℃，相对湿度30~60%，因此需要
满足《建筑节能与可再生能源利用通用规范》的要求，设计更科学精准的控制方法，避免出现同时加热和冷却的冷热抵消情况。现有运行的手术室配备的空气处理系统如图1所示，由于洁净手术室需要大的换气次数，导致循环机组风量很大，送风温差很小。现有技术依靠手术室循环机组控制湿度，通过冷却降湿，必须使换热器表面温度低至露点温度以下，才能析出水分，再利用热源加热至接近房间温度的送风状态点。这样，势必造成大额的冷热量抵消现象发生。以一个现有百级手术室为例，面积45m2，净高3米，为控制洁净度需要配备风量很大的循环机组，比如采用10000m3/h循环机组。需经大冷量的冷却除湿，再大热量的加热升温后，才能保证室内温湿度同时满足要求。这种空调系统存在严重冷热抵消现象，造成大量能源浪费。
[0007]
针对上述的现有技术存在的问题设计一种洁净手术室的精准控湿空气处理系统是本发明研究的目的。


技术实现要素：

[0008]
针对上述现有技术存在的问题，本发明在于提供一种洁净手术室的精准控湿空气处理系统，能够有效解决上述现有技术存在的问题。
[0009]
本发明的技术方案是：
[0010]
一种洁净手术室的精准控湿空气处理系统，包括：
[0011]
预冷空调机组，所述预冷空调机组的进风口设置为新风入口，所述预冷空调机组包括直膨系统，所述预冷空调机组用于产生处理后新风；
[0012]
空气循环处理机组，所述预冷空调机组的出风口连通至所述空气循环处理机组的进风口，所述空气循环处理机组设置有风机、冷水盘管、热水盘管，所述空气循环处理机组的出风口连通至相应的手术室；
[0013]
回风管，连通于所述手术室和所述空气循环处理机组的进风口之间。
[0014]
进一步地，包括控制系统，用于控制预冷空调机组和空气循环处理机组。
[0015]
进一步地，所述控制系统用于控制使所述预冷空调机组的出风温度达到所述预冷目标温度，控制所述预冷空调机组的出风湿度达到预冷目标相对湿度。
[0016]
进一步地，所述预冷空调机组的进风口设置有温湿度传感器t1，所述预冷空调机组的出风口设置有温湿度传感器t2，所述回风管设置有温湿度传感器t3，所述控制系统接收所述温湿度传感器t1、所述温湿度传感器t2、所述温湿度传感器t3的数据。
[0017]
进一步地，所述预冷目标温度为10-11℃。
[0018]
进一步地，所述预冷目标相对湿度为95%rh以上。
[0019]
进一步地，所述空气循环处理机组依气体路径依次设置有风机、冷水盘管、热水盘管。
[0020]
进一步地，所述预冷空调机组的出风量：所述空气循环处理机组的出风量=1：10。
[0021]
因此，本发明提供以下的效果和/或优点：
[0022]
本技术精准分析手术室热湿负荷状况，通过预冷目标温度的设定以及预冷空调机组的加入，可以产生深度除湿的新风，用于与手术室回风混合，从而调节手术室回风的温湿度，直接得到接近或符合手术室要求的混风，避免出现循环机组大风量冷却和再热的发生。特别适用于高温高湿地区，避免冷热抵消，节能空间巨大。
[0023]
本技术采用所述处理后新风占所述混风的5%-15%，对于室外空气低温时段，少量的新风直接与室内大量回风混合，再经风机温升，已接近送风状态，可避免新风预热再冷却的热冷抵消的能源浪费。
[0024]
采用本技术提供的系统，以厦门地区气候核算，全年综合节能量为68%。
[0025]
由于本技术加入了预冷空调机组提前预冷，产生深度除湿的新风，可以减小手术室循环机组的风量，并手术室循环机组冷热盘管负荷降低。将现有方案的1万风量机组由原来60kw和40kw变成8kw，电动阀门由dn50和dn40变成dn25即可，降低造价，提高控制精准度。
[0026]
本技术提供的系统，手术室循环机组为干盘管，无冷凝水产生，避免细菌藻类产生，提高空气质量。
[0027]
应当明白，本发明的上文的概述和下面的详细说明是示例性和解释性的，并且意在提供对如要求保护的本发明的进一步的解释。
附图说明
[0028]
图1为现有手术室空气处理系统的结构示意图。
[0029]
图2为本技术提供的控湿空气处理系统的结构示意图。
[0030]
图3为现有手术室空气处理系统1的夏季实验数据。
[0031]
图4为现有手术室空气处理系统2的夏季实验数据。
[0032]
图5为本发明提供的手术室空气处理系统的夏季实验数据。
[0033]
图6为现有手术室空气处理系统1、2、本技术提供的系统的冬季实验数据。
具体实施方式
[0034]
为了便于本领域技术人员理解，现将实施例结合附图对本发明的结构作进一步详细描述：
[0035]
参考图2，一种洁净手术室的精准控湿空气处理系统包括：
[0036]
预冷空调机组1，所述预冷空调机组1的进风口设置为新风入口，所述预冷空调机组1包括直膨系统101，直膨系统101包括盘管和压缩机，所述预冷空调机组1用于产生处理后新风；
[0037]
空气循环处理机组2，所述预冷空调机组1的出风口连通至所述空气循环处理机组2的进风口，所述空气循环处理机组2根据气流流动方向依次设置有风机201、冷水盘管202、热水盘管203，所述空气循环处理机组2的出风口连通至相应的手术室3；
[0038]
回风管4，连通于所述手术室3和所述空气循环处理机组2的进风口之间。
[0039]
本实施例中，预冷空调机组1也称作冷媒直膨机，冷媒直膨机本身自带压缩机101，其制冷过程中液态制冷剂在其蒸发器盘管内直接蒸发实现对盘管外的空气吸热而制冷。并且，预冷空调机组1的进气口用于输入新风，从而能够对外界的新风进行冷却。在预冷空调机组1对空气冷却的过程中，空气中的水蒸气分压力不变，也就是空气中的总的含水量不变，但是饱和蒸汽压降低，那么相对湿度升高。因此，本实施例新增的预冷空调机组1可以将外界新风的温度降低、相对湿度升高。
[0040]
空气循环处理机组2通过风机201、冷水盘管202、热水盘管203的互相配合，风机201可以将预冷空调机组1送来的新风进行输送，冷水盘管202连通到相应的冷源，例如冷
水，热水盘管203连通到相应的热源，例如热水，同时冷水盘管202、热水盘管203分别设置有电子阀门，通过对电子阀门的控制，可以实现相应的冷源或热源在冷水盘管202、热水盘管203中流通，从而对预冷空调机组1送来的新风进行降温或加热。
[0041]
回风管4连通于所述手术室3和所述空气循环处理机组2的进风口之间，从而能够将手术室3内的空气抽出，在所述空气循环处理机组2的进风口与预冷空调机组1送来的新风进行混合，通过预冷空调机组1送来的新风对将手术室3内的空气进行降温、调节湿度等，实现空气循环以及温度、湿度的控制。
[0042]
进一步地，包括控制系统（未画出），用于控制预冷空调机组1和空气循环处理机组2。
[0043]
进一步地，所述控制系统用于控制使所述预冷空调机组1的出风温度达到所述预冷目标温度，控制所述预冷空调机组1的出风湿度达到预冷目标相对湿度。
[0044]
进一步地，所述预冷目标温度为10-11℃。本实施例中，预冷目标温度为10.5℃。
[0045]
进一步地，所述预冷目标相对湿度为95%rh以上。
[0046]
本实施例中，获取的新风的温度是指外界空气或者其他空气流入预冷空调机组时的温度，手术室设定温度为23℃-25℃，手术室设定温度是根据表1中的i级洁净手术室和需要无菌操作的用房中的要求进行选择，在其他实施例中也可以是21℃-25℃中的任意温度。手术室处于空调内区，无外窗外墙，因此其热湿负荷与维护结构无关，冬夏热湿比
ɛ
相同，其变化因素仅仅在于新风。这就使得精准控制新风含湿量，让新风承担手术室湿负荷，避免冷热抵消成为可能。本发明通过优化空气处理过程，达到大幅度降低手术室空调能耗的目的。
[0047]
由于手术室的湿度变化一般由室内的操作人员、患者的呼吸作用、皮肤汗液蒸发作用引起，当手术室内人员增多，手术室回风的相对湿度也会增高，当手术室内人员减少，手术室回风的相对湿度也会降低。因此，手术室内的相对湿度是一个变化的参数，且根据人员数量变化，并且手术室内的人员相对较为恒定，一般为5-8人左右。因此手术室回风的温度、湿度变化一般也在一定的范围内。
[0048]
通过所述预冷目标温度为10-11℃、所述预冷目标相对湿度为95%rh以上这个参数，新风在预冷空调机组1进行降温处理，并且由于本技术对新风的处理是朝着深度除湿（所述预冷目标温度为10-11℃、所述预冷目标相对湿度为95%rh以上）的方向进行，通过所述处理后新风调节所述手术室回风的相对湿度，可以得到含湿量为7.3~9.5g/kg的混风，该混风通入手术室后，可以使手术室内的相对湿度为35%rh-55%rh。本步骤通过获得温度更低、更干燥（相对湿度高）的深度除湿的处理后新风，从而用于对手术室回风进行混合，并且朝着混风的含湿量为7.3~9.5g/kg的混风这个目标进行。并且，本实施例中，最优化的结果为含湿量为9.2g/kg的混风，在其他实施例中也可以是含湿量7.3g/kg的混风或者含湿量9.5g/kg的混风。通过将该参数的混风输入手术室中，可以将手术室内的空气调节至满足手术室要求。
[0049]
进一步地，所述预冷空调机组1的进风口设置有温湿度传感器t1，所述预冷空调机组1的出风口设置有温湿度传感器t2，所述回风管4设置有温湿度传感器t3，所述控制系统接收所述温湿度传感器t1、所述温湿度传感器t2、所述温湿度传感器t3的数据。
[0050]
通过收集各个传感器的数据，控制系统可以选择性地启用或关闭或调节预冷空调
机组1或空气循环处理机组2。例如若所述手术室回风的相对湿度大于等于55%rh，则调低所述预冷目标温度，若所述手术室回风的相对湿度小于等于35%rh，则调高所述预冷目标温度。
[0051]
进一步地，所述空气循环处理机组2依气体路径依次设置有风机、冷水盘管、热水盘管。
[0052]
由于空气循环处理机组2的风机201在转动过程中，风机201的转动会产生一定的热量，以及空气和扇叶之间的摩擦作用，混风通过风机201会略微升高温度。因此，本系统的设置方式可以对处理后新风起到一定的加热效果，最后，在本步骤中经过风机的加温作用，一般升高的温度为1℃-2℃。混风的温度和湿度已经十分接近手术室要求（21-25摄氏度，湿度35%-55%），通过所述冷水盘管202可以对混风再次制冷，通过热水盘管203可以对混风再次制热，从而对混风的温度进行微调，确保其符合手术室要求。
[0053]
进一步地，所述预冷空调机组1的出风量：所述空气循环处理机组2的出风量=1：10。
[0054]
本实施例中，通过对预冷空调机组1和空气循环处理机组2的参数进行选择，选择预冷空调机组1的风机的输出功率：空气循环处理机组2的风机的输出功率为1：10，使得处理后新风占所述混风的10%，在其他实施例中，处理后新风占所述混风的5%或者15%。并且，根据申请人的多次实验，处理后新风占所述混风的10%为最优，其节约的能耗最佳。对于室外空气低温时段，10%成新风直接与室内90%回风混合，可避免新风预热再冷却的热冷抵消的能源浪费。
[0055]
实验数据
[0056]
以厦门市某百级净化手术室为例，面积45m2，净高3米，14名医护人员（规范最高值）：
[0057]
室外状态：夏季tg=33.5℃，ts=27.5℃，iw=90.0kj/kg，dw=22g/kg；
[0058]
冬季tg=6.6℃，相对湿度φn=79%，iw=18.76kj/kg，dw=4.81g/kg；
[0059]
室内状态为：tn=24℃，相对湿度φn=50%，in=48.5kj/kg，dn=9.4g/kg；
[0060]
机组送风量：10000m3/h，新风量1000m3/h；
[0061]
其中，tg是温湿度传感器的干球的温度数据。ts是温湿度传感器的湿球的温度数据。
[0062]
经计算手术室总冷负荷q=6.7kw，湿负荷w=2550g/h=0.71g/s（计算过程略）。
[0063]
根据室内已知状态点和热湿比，计算可得循环机组送风状态点：
[0064]
io=in-q/(lρ)=48.5-6.7x3600/(10000x1.2)=46.5kj/kg；
[0065]
do=dn-w/(lρ)=9.4-2500/(10000x1.2)=9.2g/kg；
[0066]
查焓湿图可得送风点其它参数：to=22.8℃，φo=52.5%；
[0067]
现行常用的两种处理系统为：
[0068]
（一）核算比较夏季工况处理过程及节能情况：
[0069]
现有系统1，夏季新风不预处理与一次回风混合后冷却除湿，再经过加热升温后至送风状态。参考图5，该系统的工作流程为：将新风w与回风n混合，得到混风c点，然后通过风机的加热作用将其加热至c1点，再通过冷水盘管的降温作用降温到l点，再通过热水盘管的加热作用加热到o点。
[0070]
参考图3，混合点c参数tc=25.1℃，ic=52.65kj/kg，dc=10.66g/kg；
[0071]
考虑风机温升1℃，c1参数tc1=26.1℃，ic1=54.5kj/kg，dc=10.66g/kg；
[0072]
求l点参数，l点为o点等湿度线与φl=95%线的交点，即do=dl=9.2g/kg，il=36.9kj/kg；
[0073]
所以，循环机组从c1点处理至l点表冷器冷量为：
[0074]
q冷=lρ（ic1-il）=10000x1.2x（54.5-36.9）/3600=58.6kw；
[0075]
再热至o点，送风状态点：
[0076]
q热=lρ（io-il）=10000x1.2x（46.5-36.9）/3600=32kw。
[0077]
现有系统2，新风集中处理至室内焓与一次回风混合后冷却除湿，再经过加热升温后至送风状态。
[0078]
参考图4，新风处理至室内焓值，状态点w1：iw1=48.5kj/kg，φw1=95%；
[0079]
新风冷负荷q新冷=l新ρ（iw-iw1）=1000x1.2x（90-48.5）/3600=13.8kw；
[0080]
新风与室内回风混合点为c点ic=48.5kj/kg。经风机温升后ic1=50.3kj/kg；
[0081]
求l点参数，l点为o点等湿度线与φl=95%线的交点，即do=dl=9.2g/kg,il=36.9kj/kg；
[0082]
所以，循环机组从c1点处理至l点表冷器冷量为：
[0083]
q冷=lρ（ic1-il）=10000x1.2x（50.3-36.9）/3600=44.8kw
[0084]
再热至o点，送风状态点：
[0085]
q热=lρ（io-il）=10000x1.2x（46.5-36.9）/3600=32kw
[0086]
新风与循环机组总冷量为q总=q新冷+q冷=58.6kw。
[0087]
以上两种处理系统区别仅仅是将新风全部交由循环机组处理还是部分新风机组处理部分循环机组处理，但由于新风处理深度不足，无法避免冷热抵消现象，因此总能耗是一样的。
[0088]
本技术提供的系统，本技术先对新风集中深度处理至精准状态，混风后正好能够抵消房间湿负荷，循环机组等湿处理至送风状态。参考图5，
[0089]
新风要能正好消除房间湿负荷，则新风状态点如下：
[0090]dѡ
1=（dnxlρ-w）/(lρ)==7.3g/kg，i
ѡ
1=28kj/kg，t
ѡ
1=10.5℃；
[0091]
新风冷负荷q新冷=l新ρ（iw-iw1）=1000x1.2x（90-28）/3600=20.67kw；
[0092]
深度处理后的新风与室内回风混合点为c点：dc=do=9.2g/kg,刚好为送风点含湿量。
[0093]
则ic=(28x1+48.5x9)/10=46.45kj/kg,接近为理想送风状态，经风机温升后为c1点；
[0094]
ic1=47.5kj/kg，循环机组冷量，从c1点等湿冷却到o点；
[0095]
q冷=lρ（ic1-io）=10000x1.2x（47.5-46.45）/3600=3.5kw；
[0096]
可采用变频冷媒直膨机对新风集中深度处理至10.5℃。或者采用冷冻水表冷组合变频冷媒直膨机组精准处理新风至最佳状态，避免冷热抵消现象发生。
[0097]
总冷量为q总=q新冷+q冷=20.67+3.5=24.2kw，q热=0kw。
[0098]
相比现有系统1或2，本技术提供的系统节约冷量34.4kw，冷量节约率=（58.6-24.2）/58.6=58.7%，由于本技术完全无再热，冷热综合节能率 = （58.6+32-24.2）/（58.6+
32）=73.2% 。
[0099]
（二）核算比较冬季工况处理过程及节能情况：
[0100]
冬季设计工况：tg=6.6℃，相对湿度φn=79%，iw=18.76kj/kg，dw=4.81g/kg，
[0101]
参考图6，现有系统1、2、本技术提供的系统，新风含湿量低于7.3g/kg，新风均可以直接与回风混合。
[0102]
ic=（18.76+48.5x9)/10=45.5kj/kg，dc=（4.81+9.4x9)/10=8.91g/kg，加上风机温升后，刚好达到送风状态点焓值46.5kj/kg；
[0103]
保持恒定湿度加湿量为=10000x1.2(9.2-8.94)=3120g/h；
[0104]
并且在处理后的新风为10.5摄氏度、95%相对湿度、占混风比例10%的情况下，达到最佳节能状态。
[0105]
（三）全年节能量核算
[0106]
查阅厦门逐时的温度数据，低于10℃的小时数大约550h，占全年小时数的比例6.3%。室外温度低于10℃，三种处理系统能能耗相当，只要室外温度高于10℃，现有系统1、2处理过程均会产生由于除湿需求造成的冷热抵消现象，因此全年综合节能量为68%。
[0107]
以及，由于手术室循环机组冷热盘管负荷降低，1万风量机组由原来60kw和40kw变成8kw，电动阀门由dn50和dn40变成dn25即可，降低造价，提高控制精准度。手术室循环机组为干盘管，无冷凝水产生，避免细菌藻类产生，提高空气质量。
[0108]
应当注意的是，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或步骤。位于部件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。本发明可以借助于包括有若干不同部件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
[0109]
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
[0110]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
[0111]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0112]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、
ꢀ“
示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不应理解为必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本
领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

技术特征：
1.一种洁净手术室的精准控湿空气处理系统，其特征在于：包括：预冷空调机组，所述预冷空调机组的进风口设置为新风入口，所述预冷空调机组包括直膨系统，所述预冷空调机组用于产生处理后新风；空气循环处理机组，所述预冷空调机组的出风口连通至所述空气循环处理机组的进风口，所述空气循环处理机组设置有风机、冷水盘管、热水盘管，所述空气循环处理机组的出风口连通至相应的手术室；回风管，连通于所述手术室和所述空气循环处理机组的进风口之间。2.根据权利要求1所述的一种洁净手术室的精准控湿空气处理系统，其特征在于：包括控制系统，用于控制预冷空调机组和空气循环处理机组。3.根据权利要求2所述的一种洁净手术室的精准控湿空气处理系统，其特征在于：所述控制系统用于控制使所述预冷空调机组的出风温度达到预冷目标温度，控制所述预冷空调机组的出风湿度达到预冷目标相对湿度。4.根据权利要求2所述的一种洁净手术室的精准控湿空气处理系统，其特征在于：所述预冷空调机组的进风口设置有温湿度传感器t1，所述预冷空调机组的出风口设置有温湿度传感器t2，所述回风管设置有温湿度传感器t3，所述控制系统接收所述温湿度传感器t1、所述温湿度传感器t2、所述温湿度传感器t3的数据。5.根据权利要求3所述的一种洁净手术室的精准控湿空气处理系统，其特征在于：所述预冷目标温度为10-11℃。6.根据权利要求3所述的一种洁净手术室的精准控湿空气处理系统，其特征在于：所述预冷目标相对湿度为95%rh以上。7.根据权利要求1所述的一种洁净手术室的精准控湿空气处理系统，其特征在于：所述空气循环处理机组依气体路径依次设置有风机、冷水盘管、热水盘管。8.根据权利要求1所述的一种洁净手术室的精准控湿空气处理系统，其特征在于：所述预冷空调机组的出风量：所述空气循环处理机组的出风量=1：10。

技术总结
本发明涉及一种洁净手术室的精准控湿空气处理系统，包含循环进行的以下步骤：获取新风的温度，若所述新风的温度大于预冷目标温度，开启预冷空调机组的压缩机进行制冷，使所述预冷空调机组的出风温度达到所述预冷目标温度，使所述预冷空调机组的出风湿度达到预冷目标相对湿度，输出预冷目标温度、预冷目标相对湿度的处理后新风；将所述处理后新风和手术室回风混合成混风，使所述处理后新风抵消所述手术室的湿负荷；将混风输入空气循环处理机组，控制空气循环处理机组对所述混风调节至送风目标温度，将送风目标温度的混风输送至手术室，调节手术室内达到手术室目标温度范围。调节手术室内达到手术室目标温度范围。调节手术室内达到手术室目标温度范围。


技术研发人员：刘晓梅 张发勇 任义成
受保护的技术使用者：厦门金名节能科技有限公司
技术研发日：2022.09.27
技术公布日：2023/8/26