與一般的舒適性空調(diào)相比，醫(yī)院手術(shù)室凈化空調(diào)系統(tǒng)的送風(fēng)量大，風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓高，從而動(dòng)力消耗大。同時(shí)、醫(yī)院手術(shù)室的噪聲要求嚴(yán)格，而噪聲的控制又是設(shè)計(jì)者容易忽視的問題。特別是對于一些受條件的限制將手術(shù)室的循環(huán)凈化機(jī)組裝于手術(shù)室邊污物走廊的吊頂內(nèi)，由于送回風(fēng)很短，更難于控制噪聲。
本文試圖通過對凈化空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行分析，尋找一個(gè)既節(jié)能又能降低噪聲的方法。
1過濾器
1.1過濾器風(fēng)量的確定
Ⅰ級特殊潔凈手術(shù)室采用局部單向流氣流方式，是擠壓的原理。ⅡⅢ級潔凈室由于出風(fēng)風(fēng)速較低，未能有足夠的動(dòng)量以保持單向流，是低紊流度的置換氣流，是充填的原理。Ⅳ級準(zhǔn)潔凈手術(shù)室使用混合送風(fēng)氣流，是稀釋的原理，只要求采用上送風(fēng)方式，對送風(fēng)口布置不做特殊的要求。Ⅰ級特殊潔凈手術(shù)室在手術(shù)臺的上方需保持單向流態(tài)?！兑?guī)范》中規(guī)定斷面風(fēng)速0.25-0.3m/s。其風(fēng)速是指手術(shù)臺上方（離地面0.8米）過濾器投影面的平均風(fēng)速，并非過濾器的出風(fēng)風(fēng)速。由于送風(fēng)氣流與周圍空氣的動(dòng)量交換，送風(fēng)氣流會(huì)逐漸減弱。設(shè)計(jì)時(shí)過濾器的出風(fēng)風(fēng)速取0.4-0.46 m/s。ⅡⅢⅣ手術(shù)室及輔助用房的送風(fēng)量采用換氣次數(shù)法進(jìn)行計(jì)算。
過濾器的風(fēng)量之和就等于手術(shù)室的送風(fēng)量?，F(xiàn)在的各級手術(shù)室一般采用勻流板。Ⅰ級特殊潔凈手術(shù)室送風(fēng)面積內(nèi)滿布高效過濾器，其它手術(shù)室多采用兩側(cè)或單側(cè)布高效過濾器，根據(jù)過濾器總的送風(fēng)量就可以確定各個(gè)過濾器的送風(fēng)量了，從而進(jìn)行過濾器的選擇。
1.2 過濾器阻力的分析
過濾器的全阻力主要由兩部分組成：一是濾料的阻力,二是過濾器結(jié)構(gòu)的阻力。至于過濾器進(jìn)出口阻力，一般是一個(gè)變化不大的值，在5Pa上下，可以作為定值附加。
過濾器的濾料阻力是：
從公式中我們可以看出，過濾器的全阻力與濾速（或面速）成拋物線關(guān)系。阻力的增加比濾速的增加快。對于高效過濾器，一般風(fēng)量比額定風(fēng)量大得不多時(shí)，m的值略大于１，即阻力和通過風(fēng)量的關(guān)系近似可以看成線性關(guān)系，所造成誤差在工程中是可以接受的。
1.3 過濾器的使用壽命
在標(biāo)準(zhǔn)容塵量之下或者阻力增值不超過初阻力的1倍時(shí)，高效過濾器的阻力增值和積塵量近似成直線關(guān)系，產(chǎn)生的誤差在10Pa以內(nèi)。如果濾速超過常規(guī)，或容塵量已超過標(biāo)準(zhǔn)容塵量，阻力將隨著積塵的增加而更快地增加。所以用容塵量計(jì)算出來的使用壽命，也就是阻力將達(dá)到初阻力既定倍數(shù)時(shí)所需的運(yùn)行時(shí)間。
當(dāng)過濾器在額定風(fēng)量QO下運(yùn)行，積塵量P從0增加到過濾器的終阻力等于初阻力的既定倍數(shù)（一般1.5-2倍）時(shí)，此時(shí)過濾器不能再使用，其上的積塵量已達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)容塵量PO，也就達(dá)到過濾器的使用壽命TO，即
T1不是某運(yùn)行風(fēng)量Q1時(shí)的過濾器的壽命，而只是在Q1條件下運(yùn)行，積塵量達(dá)到P0時(shí)所需的時(shí)間。 當(dāng)運(yùn)行風(fēng)量不等于額定風(fēng)量時(shí)，運(yùn)行阻力和使用壽命都改變了，其變化關(guān)系國外進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。.
實(shí)驗(yàn)曲線如圖2。其中K=Q1/Q0。
國內(nèi)根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了擬合，擬合的曲線如下：
從曲線和擬合公式中我們可以看出，在運(yùn)行風(fēng)量低于額定風(fēng)量的條件下，高效過濾器的阻力隨時(shí)間的增長較慢。當(dāng)運(yùn)行風(fēng)量等于額定風(fēng)量的一半時(shí)，高效過濾器的使用壽命遠(yuǎn)大于其在額定風(fēng)量下的使用壽命。
1.4 過濾器的選擇
從上述的理論分析中可以看出：高效過濾器的使用壽命按過濾器阻力或容塵量來評價(jià)是一致的。在標(biāo)準(zhǔn)容塵量以下或者阻力增值不超過初阻力的1倍時(shí)，高效過濾器的阻力增值和積塵量近似成正比。對于高效過濾器，一般風(fēng)量比額定風(fēng)量大得不多時(shí)，阻力和通過風(fēng)量的關(guān)系近似成正比關(guān)系。對于手術(shù)室及輔助用房的均可按低于額定風(fēng)量選擇高、中效過濾器，這雖然增加了設(shè)備的初投資，但由于過濾器使用壽命增加的倍數(shù)大于因過濾器面速減小而使過濾器面積增大的倍數(shù)，總體上并未造成設(shè)備投資的增加。由于風(fēng)機(jī)的風(fēng)量、風(fēng)壓、軸功率分別和轉(zhuǎn)速的一次、二次、三次方成正比。
風(fēng) 機(jī)風(fēng)壓的降低減少了電機(jī)的輸入功率。如風(fēng)壓降低 50%，功率降低約65%，具有明顯的節(jié)能效果。在額定風(fēng)量下，高效過濾器的初阻力在200-250Pa，中效過濾器的初阻力在100-150 Pa。建議采用按額定風(fēng)量的50%-70%進(jìn)行高、中效過濾器的選擇，高效過濾器的阻力在120-170Pa，這樣中效過濾器的阻力在60-80Pa，初效過濾器的阻力在50 Pa左右。過濾器的總初阻力在230-300 Pa，初效過濾器的初阻力在50 Pa左右。高、中效過濾器的終阻力一般按初阻力的1.5-2倍計(jì)算。則過濾器的總終阻力在410-550 Pa左右。
由于手術(shù)室的循環(huán)風(fēng)機(jī)一般設(shè)置在手術(shù)室外的污物走道或?qū)Ｓ每照{(diào)機(jī)房內(nèi)，這主要是為了降低噪聲以及檢修方便。當(dāng)循環(huán)風(fēng)機(jī)置于污物走道時(shí)，由于循環(huán)風(fēng)凈化空調(diào)機(jī)由于與手術(shù)室相臨，管道的阻力損失在150 Pa左右。則總的風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓在560-700Pa，風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓與常規(guī)空調(diào)接近，運(yùn)行較平穩(wěn)。如果噪聲超標(biāo)，還可以繼續(xù)降低通過過濾器的風(fēng)速減小過濾器的運(yùn)行阻力，以滿足噪聲要求。除上述方法外，還可以首先確定風(fēng)機(jī)，然后反推出過濾器的阻力進(jìn)行過濾器的選擇，但過濾器的面速不宜過低即所選過濾器不宜過大。
如以系統(tǒng)的終態(tài)總阻力和設(shè)計(jì)風(fēng)量進(jìn)行風(fēng)機(jī)的選擇，風(fēng)機(jī)采用變頻風(fēng)機(jī)，則節(jié)能效果更明顯。此種方法既避免了通過風(fēng)閥調(diào)節(jié)所造成的節(jié)流損失，又能使送風(fēng)量恒定。圖3為其風(fēng)機(jī)和管路運(yùn)行曲線。
2噪聲的控制
2.1噪聲標(biāo)準(zhǔn)
瑞士對高級的無菌手術(shù)室定為50dB（A），一般無菌手術(shù)室為45 dB（A）；德國標(biāo)準(zhǔn)均為45dB（A）；我國《醫(yī)院潔凈手術(shù)部建筑技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定：Ⅰ級手術(shù)室≤52 dB（A），Ⅱ-Ⅳ級手術(shù)室≤50dB（A）。
2.2 凈化系統(tǒng)中的消聲器
凈化工程中不能采用纖維性吸聲材料，多采用金屬（如鋁材）結(jié)構(gòu)的微孔板消聲器。該消聲器屬于復(fù)合消聲器。阻性消聲器利用吸聲材料吸收低頻率噪聲的能力很低。阻性消聲器的聲學(xué)性能主要取決于吸聲材料的種類、吸聲層厚度及密度、氣流速度、氣流流過通道的斷面形狀和尺寸以及消聲器的長度等因素。共振消聲器利用穿孔板共振吸聲的原理構(gòu)成共振消聲器。其對特定的頻率產(chǎn)生較大的衰減、氣流阻力小、但結(jié)構(gòu)偏大。復(fù)合消聲器是把阻性消聲器和共振消聲器兩者的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合。復(fù)合消聲器對低頻消聲性能有一定的改善。如1.2m長的微孔板消聲器的低頻消聲量可達(dá)10-20dB（A）。微孔板消聲器的主要設(shè)計(jì)參數(shù)為：板厚：0.5-1.0mm；孔徑Ф0.5-1mm；穿孔率1%-3%，孔板后的空腔為5-20cm(低頻取15-20；中頻取10-15；高頻取5-10)。采用1-2米的微孔板消聲器的消聲量在10-20 dB（A）。
2.3 凈化系統(tǒng)中的噪聲
凈化系統(tǒng)中的主要噪聲源是風(fēng)機(jī)。風(fēng)機(jī)噪聲的大小與風(fēng)壓、風(fēng)量、葉片型式、片數(shù)等因素有關(guān)。風(fēng)機(jī)噪聲是由葉片驅(qū)動(dòng)空氣產(chǎn)生的紊流引起的寬頻帶氣流噪聲以及相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)噪聲所組成，后者可由轉(zhuǎn)數(shù)和葉片數(shù)確定其噪聲頻率。風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的噪聲大小，通常用聲功率級表示。風(fēng)機(jī)的噪聲水平應(yīng)由廠家提供，當(dāng)缺乏資料時(shí)可按下式計(jì)算聲功率級，它與實(shí)測的誤差在±4dB（A）以內(nèi)。
Lw=5+10lgQ+20lgP
Lw—風(fēng)機(jī)的聲功率級；Q—風(fēng)機(jī)的風(fēng)量；P—風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓。
當(dāng)風(fēng)壓減小一半時(shí)，噪聲減小約6個(gè)dB（功率級）。兩個(gè)相同聲壓級相疊加時(shí)，僅比單個(gè)聲源的聲壓級大3dB（A）。當(dāng)選用一個(gè)風(fēng)機(jī)噪聲較大時(shí)，可采用多臺風(fēng)機(jī)并聯(lián)的方式。
凈化系統(tǒng)中除風(fēng)機(jī)為主要噪聲源外，還由于風(fēng)道內(nèi)氣流流速和壓力變化以及管壁和障礙物的作用而引起的氣流噪聲。噪聲的大小和風(fēng)速有關(guān)，風(fēng)速越高產(chǎn)生的噪聲越大。但在低速風(fēng)道內(nèi)（風(fēng)管速度<8m/s）即使存在氣流噪聲但與較大的風(fēng)機(jī)噪聲源相疊加，可以忽略不計(jì)。因而從減小噪聲考慮，應(yīng)盡可能地采用較小的風(fēng)速。
考慮不同噪聲要求的推薦風(fēng)速見1表：
2.4 凈化系統(tǒng)中噪聲的自然衰減
風(fēng)管輸送空氣到房間的過程中，噪聲會(huì)有衰減，這種噪聲的衰減對手術(shù)室是有利的，從而在設(shè)計(jì)中應(yīng)予以計(jì)算。凈化系統(tǒng)的噪聲衰減包括噪聲在風(fēng)管內(nèi)的自然衰減、風(fēng)口反射的噪聲衰減、空氣進(jìn)入室內(nèi)的噪聲衰減。具體計(jì)算可參考文獻(xiàn)。
凈化空調(diào)機(jī)組一般與手術(shù)室相臨，送回風(fēng)的管道較短采用表1的推薦風(fēng)速，噪聲的自然衰減在15 dB（功率級）左右。
由上分析，受位置限制，手術(shù)室一般只能選用一個(gè)消音器。其消聲量在10-20 dB（A），加上噪聲的自然衰減，總的噪聲衰減量在25-35 dB（A）。加上室內(nèi)允許的噪聲Ⅰ級52 dB（A）、其它50 dB（A），故風(fēng)機(jī)的噪聲不宜高過85 dB（A）。當(dāng)風(fēng)機(jī)噪聲低于70 dB（A），并送風(fēng)管上選用了1-2米的消聲器，手術(shù)室的噪聲可不進(jìn)行核算，否則、應(yīng)進(jìn)行核算。如噪聲超標(biāo)，可以增加消音器、降低風(fēng)壓、選用多臺風(fēng)機(jī)等措施進(jìn)行改進(jìn)。
3 結(jié)論
3.1采用容塵量和過濾器的終阻力來評價(jià)過濾器的使用壽命是一致的。
3.2以低于過濾器額定風(fēng)量進(jìn)行過濾器的選擇，過濾器使用壽命增加的倍數(shù)大于因過濾器面速減小而使過濾器面積增大的倍數(shù)。
3.3以低于過濾器額定風(fēng)量進(jìn)行過濾器的選擇，降低了動(dòng)力消耗與空調(diào)負(fù)荷。
3.4以低于過濾器額定風(fēng)量進(jìn)行過濾器的選擇，具有降低噪聲的作用，并使系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)。
3.5如采用變頻風(fēng)機(jī)，節(jié)能與降低噪聲的效果更顯著。