洁净手术室对空调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。本文就工程实例——某医院洁净手术部的净化空调自动控制的设计作一些介绍。
1 手术部净化工程简介 医院病房大楼洁净工程位于5层手术部及6层重症监护室( ICU) 。其中5层手术部设2套百级手术室、4套千级手术室、12套万级手术室,以及洁净走廊、污物走廊、辅助用房等; 6层设1间万级重症监护室及其辅助用房;设备夹层位于5层与6层之间。百级、千级洁净手术室净化空调系统采用一拖一形式,即一台洁净空调循环机组供应一间手术室。万级洁净手术室采用一拖三形式,新风集中预处理。洁净走廊、污物走廊、辅助用房等设4台洁净空调循环机组,新风自取。重症监护室及其辅助用房设一独立系统,采用1台洁净空调循环机组,新风自取,空调系统采用一次回风方式。大楼洁净工程独立设一套中央空调系统,采用4台风冷热泵式冷水机组,冷水机组(内置冷冻水泵)集中设在6层裙房屋面。
2 空调自动控制系统功能及其技术指标手术部的净化空调机组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态、故障状态进行监测; ③远程(监控室或护士站)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、机组的运行状态和故障报警信息。手术部的净化空调机组自动控制系统技术指标如表1所示。
3 各空调控制系统设计
3. 1 新风系统的监控设计
3. 1. 1 新风系统配置组成本工程手术室新风采用集中预处理方式,共设计了2台新风机组。新风机组设置风机、均流、中效、亚高效过滤、表冷、抽湿再热、出风等功能段,采用二管制。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、中效和亚高效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。
3. 1. 2 新风系统DDC监控 新风机组监控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、新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(A I) 、输出点(AO)与数字量输入(D I) 、输出点(DO)的设置如图1所示。
新风机组监控控制功能及控制方式如下:(1) 状态监视检测。检测初效、中效、亚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、中效、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)通过自动控制系统远程控制或按预先设计好的时间程序自动控制风机起/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。
3. 2 空调循环机组的监控设计
3. 2. 1 空调循环机组配置组成空调循环机组设置风管、送风、表冷、电加热、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、中效2级过滤,并在静压箱处设置高效过滤器。
3. 2. 2 空调循环机组DDC监控空调循环机组监控主要实现温度调节、湿度调节、压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(A I) 、输出点(AO)与数字量输入(D I) 、输出点(DO)的设置如图2所示。空调循环机组监控功能及控制方式如下
(1) 状态监视检测。检测初效、中效、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,过滤器堵塞报警等。
(2) 温度、湿度调节。① 送风温度自动控制。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、中效、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(或监控中心)可以通过自动控制系统远程控制或按预先设计好的时间程序自动控制风机起/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、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。
3. 3 排风机的监控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(或监控中心)通过自动控制系统远程控制或按预先设计好的时间程序自动控制风机起停。
(2) 联锁保护控制。洁净手术室、洁净走廊、污物走廊、重症监护室及无菌、消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。
3. 4 风冷热泵式冷水机组的监控设计本洁净工程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,冷水机组的监控设计有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、负荷状况等) ,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、冷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、压差等参数,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。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。
4 空调自动控制系统构成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、各种DDC控制器及各类传感器、阀门、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、节能化,为医务人员和病人提供舒适、便利、安全、高效的环境。该工程净化空调自动控制系统方案如图3所示。 中央控制系统主机置于手术部监控室内,DDC控制器分散置于技术夹层,护士站设有监控分站。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监控室,以便于医务人员对手术部的净化空调自动控制系统进行全面的监控和管理,并可远程对手术室各参数的设定进行修正、调整。
医院净化空调自动控制系统的设计中,由于空调控制工艺不尽相同,故电气设计人员更需了解净化空调的基本原理,并与空调设计工程师进行沟通,结合空调设计的空气处理流程方案,提对自动控制系统的自控要求,合理地设计电气监控方案。
