在這個綜合手術平臺上，建筑空間是需控制的，人員數(shù)量是受限制的，手術區(qū)域環(huán)境是可控的，潔凈等級是可變的，空調系統(tǒng)是變風量的，氣流組織是變化的，運行是多樣化的。在交融通倉手術室內，經(jīng)驗較少的外科醫(yī)生和麻醉師能夠在專家指導下，能成功地完成手術，使他們的能力得到了鍛煉，并且增加了手術數(shù)量，減少了人員配置，提高了手術運營效率，又可隨時根據(jù)手術技術與裝備的發(fā)展而變化。

壹

通倉交融手術室設計方案

通倉交融手術室一般能同時開展1~4臺手術，在手術進行時，僅需要一位高級麻醉師及一名資深手術醫(yī)生，其余均由麻醉師、主刀醫(yī)生及護士完成。一名巡回護士同時管理4臺手術，醫(yī)護人員數(shù)量配置相比傳統(tǒng)模式縮減25%，大大提高了工作效率，而且手術空間、手術器具與設備、手術人員得以高效利用，最大程度發(fā)揮高級外科醫(yī)生與高級麻醉師的作用，手術團隊分享臨床專業(yè)知識與手術技能，使醫(yī)院在有限優(yōu)質醫(yī)療資源下，更快、更省、更安全和更有效地服務治療更多的病人。

通倉交融手術室一般建筑面積控制在長23.4m×寬8.4m=196㎡（見圖2）內，手術內區(qū)與外區(qū)面積比1:5.5左右，手術室人員與設備標準配置見表（表１、表2），手術室內設備和人員布置見圖（圖2）。

圖2 手術室設備與人員布置圖

表1 人員布置表

表2 設備布置表

基于手術性質及對不同手術凈化等級要求的區(qū)別，四臺手術均可在Ⅰ級潔凈手術室與Ⅲ級潔凈手術室之間任意變級切換，而不影響其它手術的開展。也就是說1#或3#手術區(qū)按I級潔凈手術室運行，而其它2#、4#手術區(qū)可以是III級潔凈手術室運行。理論上可以有24種運行模式。但當開展移植手術時，通倉交融手術室只能按Ⅰ級潔凈手術室運行。

通倉交融手術室，共有4個即獨立又關聯(lián)的手術區(qū)域，為使手術區(qū)處于受控狀態(tài)，并且各手術區(qū)能夠靈活使用，每個手術區(qū)采用4套獨立空調系統(tǒng)，而整個手術室采用1套新風空調系統(tǒng)，有利于通倉交融手術室整體壓力控制和正壓維持。

空調系統(tǒng)設計方案的理念是，采用集中新風空調系統(tǒng)消除手術室內濕負荷，循環(huán)空調系統(tǒng)調節(jié)手術室內溫度，空調的2個系統(tǒng)分別對手術室內溫度和濕度進行獨立控制，使通倉交融手術室整體處于受控狀態(tài)，各手術區(qū)可靈活使用。

手術室室外參數(shù)參考上海地區(qū)，室內設計參數(shù)依據(jù)《醫(yī)院潔凈手術部建筑技術規(guī)范》（GB 50333–2013）指標確定：室內溫度24℃，相對濕度50%，單個手術區(qū)平均室內人數(shù)4.5人。通過計算通倉交融手術室（四個手術區(qū)）總冷負荷Q=89.7kW,總濕負荷d =9.28Kg/h,室內冷負荷Qn=31.3kW,新風負荷Qw =58.4kw,每個手術室控制區(qū)為2.6m×2.4m，送風量9000m3/h，新風量1000m3/h，排風量500m3/h，滲透風量500m3/h。

根據(jù)以上闡述，通倉交融手術室凈化空調系統(tǒng)采用溫度濕度獨立控制（見圖3），其特點是：潔凈手術部內各手術室新風處理后狀態(tài)點相同，并且是恒定的，各手術室循環(huán)空調系統(tǒng)自成獨立系統(tǒng)，而且各手術室也可以靈活使用。

圖3 溫度濕度獨立控制空調系統(tǒng)圖

潔凈手術室新風集中設置有利于滿足各手術室的正壓要求，保證各手術室的壓力梯度。循環(huán)空調系統(tǒng)保證手術室的潔凈度，避免空氣交叉感染。排風采用獨立系統(tǒng)，并且與手術室自動門連鎖，當手術室門關閉時排風系統(tǒng)自動開啟，使手術室始終處于正壓受控狀態(tài),各手術區(qū)也可以靈活使用。由于新風空調系統(tǒng)承擔手術室內全部濕負荷，新風空調箱冷卻盤管的冷卻除濕能力加大,要求進新風空調箱表冷器的冷水溫度降低。當表冷器冷水進水溫度達不到要求時，可采用直接蒸發(fā)冷卻器進行二級冷卻處理。新風空調箱濕工況運行，循環(huán)空調箱在干工況狀態(tài)下工作，并且新風空調系統(tǒng)控制室內相對濕度，循環(huán)空調系統(tǒng)控制手術室溫度，保證手術室在設定的溫濕度范圍內運行，特別是手術室相對濕度必須＜60%。

通倉交融手術室新風集中處理，新風處理到I級手術區(qū)和III級手術區(qū)公共狀態(tài)點（其含濕量小于手術室內含濕量）,循環(huán)空調系統(tǒng)各手術區(qū)分別獨立處理，夏季處理過程h-d圖（見圖4），冬季處理過程h-d圖（見圖5）。

圖4 溫度濕度獨立控制空調系統(tǒng)夏季h-d

夏季，新風處理到L1點（公共狀態(tài)點）,新風處理狀態(tài)點由do=dn—W/1.2L（其中do為送風含濕量，dn為室內含濕量，W為濕負荷）確定。由于手術室的濕負荷主要是人員散濕，在手術過程中，室內人員是固定的，因此室內濕負荷基本恒定，所以L1點基本是固定的。由于Ⅰ、Ⅲ級手術室濕負荷不同，因此含濕量差Δd也不同，確定的公共狀態(tài)點能保證不同級別手術室的室內溫濕度在《規(guī)范》許可范圍內既可。

新風W先經(jīng)三維熱管預冷至W′，由于新風需從W′點處理到L1點，一級表冷器往往難以實現(xiàn)，因此通常采用兩級表冷器來處理，第一級表冷器將新風由W′點冷卻到L點（一般為室內狀態(tài)點的等焓線與相對濕度95%線的交點），第二級表冷器將新風由L點冷卻到L1點。由于兩個表冷器處理后的出風溫度不同，所以其所需的冷水進水溫度也不同（通常表冷器冷水進水溫度比出風溫度低4 ℃左右）。在一個集中空調系統(tǒng)內要提供兩種不同的冷水溫度，水系統(tǒng)比較復雜也不經(jīng)濟，通常第一級表冷器采用集中空調系統(tǒng)提供冷源（或采用獨立冷源——多功能熱泵機組），第二級表冷器采用直接蒸發(fā)盤管。

根據(jù)各手術室的控制調節(jié)需要，將新風從L1點經(jīng)三維熱管再熱至T點，循環(huán)風與處理到T點的新風在手術室送風靜壓箱（送風天花）內混合到C點，考慮機器內升溫至C′，再降溫至熱濕比線上O點，送入手術室內。

此方案新風空調箱承擔了降溫除濕功能，循環(huán)空調箱在干工況狀態(tài)下運行，可減少細菌滋生繁殖，對控制手術室內無菌環(huán)境十分有利，而且簡化了空調系統(tǒng)控制。當手術室內顯熱變化時，控制循環(huán)空調箱進行加熱或降溫處理，而且循環(huán)空調箱控制溫度反應速度較快，控制精度也較高。

冬季，新風從W點加熱到H點（在L1點的等溫線上），再等溫加濕到與公共狀態(tài)點L1，并根據(jù)各手術室的控制調節(jié)需要，將新風從L1點加熱至T點，與循環(huán)風在手術室送風靜壓箱內混合到C點，再降溫至熱濕比線上O點，送入手術室內。新風空調箱承擔加熱、加濕功能。當手術室進行制熱或制冷功能轉換時，新風的共同送風狀態(tài)點始終維持不變，空調系統(tǒng)轉換簡單，使用靈活方便。

綜上所述，新風空調箱對新風進行冷卻、再熱（夏季）或加熱、加濕（冬季）處理到一個共同的送風狀態(tài)點，循環(huán)空調箱對室內回風進行冷卻（加熱）處理；集中新風系統(tǒng)與室內循環(huán)系統(tǒng)互不干擾，控制系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。

有序的氣流組織設計是保證通倉交融手術室的潔凈度，防止菌塵污染的重要措施，上部送風下部回風的氣流組織設計，可以有效控制各手術區(qū)菌塵沉降污染。但受通倉交融手術室平面及各種條件限制，上部下回氣流組織有一定困難，我們按現(xiàn)有成熟的設計經(jīng)驗,送風形式設計成：I級手術區(qū)上部送風，1/3風量下回，2/3風量上回，而III級手術區(qū)上部送風，全部采用下回風，并且I級和III級手術室下部回風不是平行于手術臺長邊兩側，而是在手術臺短邊一側（見圖8），風量平衡計算表見下表（表3）。

表3 風量平衡和風口參數(shù)表

《醫(yī)院潔凈手術部建筑技術規(guī)范》第8.2.1條規(guī)定，“I級~III級潔凈手術室內集中布置于手術臺上方的非誘導型送風裝，應使包括手術臺的一定區(qū)域即手術區(qū)處于潔凈氣流形成的主流區(qū)內?！蔽覀儚腎級~III級潔凈手術室集中送風裝置面積中發(fā)現(xiàn)（圖6），不同級別的送風面積長度是固定的，不同的是寬度。

圖6 手術區(qū)送風裝置面積

這樣為我們了提供解決I/III級手術區(qū)轉換的思路，將手術區(qū)集中送風裝置分成三個送風箱體，可完美解決I/III級轉換難題（圖7）。將I級手術區(qū)送風裝置（2600×2400）分成3個箱體，即中心箱體1個（2600×2400），在長邊二側各增加1個箱體（2600×500）。將3個箱體組合使用即可達到I/III級手術區(qū)轉換。當使用中心箱體時為III級手術區(qū)，當中心箱體和二側箱體同時使用時為I級手術區(qū)。

圖7 I/III級轉換送風裝置

我們以I級手術區(qū)為例進行分析，送風為中心箱體和二側箱體，送風總箱體（2600×2400），送風量9000m3/h，箱體面積2600×2400=6.24m2，截面風速0.4m/s，送風管分以送風裝置長邊左右6路分支管，分別送入3個箱體。每路送風管上安裝定風量閥，并固定設計風量，保證整個送風裝置截面風速的均勻。每個定風量設雙位控制，實施送風狀態(tài)與關閉狀態(tài)的切換。為維持各分支管路風量平衡，必須選擇壓力無關型定風量裝置，才會隨過濾器積塵而阻力增加等因數(shù)改變風量，長期維持送風裝置截面風速的恒定。同樣III級手術區(qū)送風時，開啟中心箱體（2600×1400），送風量3000m3/h，箱體面積260×1400=3.64m2，截面風速0.22m/s。關閉二側箱體的定風量閥，實現(xiàn)低級別運行，大大減少了送風量，可以降低運行費用與能耗。具體變級別方式見表4。

表4 手術區(qū)變級別運行

通倉交融手術室I級手術區(qū)送風量9000m3/h, III級手術區(qū)送風量3000m3/h,送風量比為3:1。根據(jù)風量與風壓平方 (L/L1=H/H11/2) 關系計算，當循環(huán)空調箱送風量9000m3/h,機外余壓600Pa時滿足I級手術區(qū)潔凈度要求，當轉換III級手術區(qū)時，風量需減少到原送風量的1/3,機外余壓降至66Pa左右，顯然不能滿足克服風系統(tǒng)阻力的要求。按風量-風壓性能曲線，當空調系統(tǒng)完成后，管網(wǎng)性能曲線固定，而改變風機性能曲線必然的，也是可行的。

我們將I級手術區(qū)9000m3/h的送風機，設計成二臺4500m3/h的相同性能曲線的風機，當運行I級手術時，開二臺風機，而運行III級手術時，開一臺風機，這樣當送風機4500m3/h改變3000m3/h時，機外余壓600Pa降為400Pa。按管網(wǎng)特性方程式H=KQ2計算，由于I/III級手術區(qū)合用一套管路，阻力系數(shù)確定，風量減少使系統(tǒng)阻力減少2.25倍，循環(huán)風機產(chǎn)生的風壓完全能克服風系統(tǒng)阻力。

一臺風機單獨工作時的風量大于并聯(lián)工作時每臺風機的風量，二臺風機并聯(lián)工作時，其并聯(lián)工作時的風量不可能比單臺泵工作時的風量成倍數(shù)增加（L1+L2＜2L1）。因此在選擇風機時，應考慮相同型號風機在并聯(lián)運行時，均處在風量高效率工作點而且風量大于單臺風機風量的因數(shù)。

潔凈手術室一年四季處于制冷、再加熱、制熱這種特殊狀況，在以往的潔凈手術室設計中，冷熱源采用風冷熱泵機組或冷水機組+熱水鍋爐，水系統(tǒng)采用二管制或四管制，潔凈空調箱再加熱采用電加熱或熱水盤管。風冷熱泵機組難以滿足同時供冷供熱的要求，而潔凈空調箱采用冷卻去濕再加熱，形成冷熱量互相“抵消”， 造成明顯不合理的能耗，使?jié)崈羰中g室成為醫(yī)院高能耗部門。采用多功能冷熱源一體機，替代鍋爐+冷水機組制冷和制熱設備，是手術室一種比較合理的冷熱源選擇方案。

冷熱源采用四管制多功能空氣源熱泵，可實現(xiàn)同時解決潔凈手術部冷凍去濕、再加熱的要求，達到恒溫恒濕控制的目的。該方案取消空調箱內電加熱，利用多功能空氣源熱泵余熱作為再加熱熱源，節(jié)約了大量冷熱量互相“抵消”的能耗。同時在過渡季節(jié)手術室可同時制冷制熱，各類手術室之間互相不干擾。通過近幾年在手術室的實際運行，取得了較好的節(jié)能效果。

貳

通倉交融手術室氣流模擬實驗

為驗證通倉交融手術室采用上部回風氣流組織的合理性，我們搭建了1:1實體模型(1/2型)，目前正在做實體模型氣流模擬試驗， 主要檢驗：

（1）手術區(qū)內上回風是否影響在手術主流有效區(qū)域內單向流氣流。

（2）條形上部回風口和下部回風口結合回風是否合理。

（3）I/III級級別轉換在多少時間內氣流達到相對平衡。

（4）手術室內溫濕度場分布。

（5）各手術區(qū)按I/III級運行時互相干擾問題。

模擬實驗具體結果將在以后文章中討論。CFD模擬圖（見圖8）得出主要結論：

圖8 通倉交融手術室實景圖

（1）手術燈對氣流的影響較大，導致手術燈下方出現(xiàn)渦旋。但在非手術燈下方，流線基本保持直線。

（2）在污物通道處設置下部回風口，導致手術室潔凈通道側出現(xiàn)較大渦旋，但此渦旋并未影響手術關鍵區(qū)。

（3）上部回風口回風量大，能夠在各個手術區(qū)之間形成氣流方向向上的“空氣幕”。

叁

通倉交融手術室氣流交叉感染的預防設計

通倉交融手術室內氣流組織是防止通倉交融手術室交叉感染的關鍵，也是通倉交融手術室潔凈技術的核心。我們從氣流組織和細菌控制三方面著手：

首先，各手術區(qū)采用各自獨立的空調系統(tǒng)，為了使二臺手術區(qū)之間氣流盡量互不干擾，空調設計氣流組織為，I級手術區(qū)大風量送風時，采用2/3風量上回，送風天花送風氣流下降到手術床高度后成U型氣流上回至回風口（見圖9），使二臺手術區(qū)之間形成潔凈氣幕。當III級手術區(qū)小風量送風時，無法形成氣流幕，采用下回風。手術室采用上回風形式與國家有關規(guī)范相抵觸，我們正在實驗室做氣流模擬和細菌檢測實驗，論證上回風的合理性（國外手術室有上回風工程實例），實驗室初步檢測結果：潔凈度滿足潔凈手術室的級別要求。

圖9 通倉手術室氣流模擬圖

其次在二臺手術區(qū)內安裝DNA實時細菌檢測和分析設備，該設備采用DNA基因技術檢測細菌成份，當手術區(qū)細菌濃度超過標準值時報警，啟動潔凈空調箱加大細菌超標手術區(qū)的送風量，形成該手術區(qū)對二側手術區(qū)正壓，使手術區(qū)細菌濃度始終處于標準值。最后當各手術區(qū)手術結束不同步時，為防止各手術區(qū)術后打包交叉感染，采用密閉污物小車（圖11）替代術后打包，將術后各類器械、輔料等物品全部裝入密閉小車內，密閉運出手術室送入醫(yī)院中心供應室，徹底消除各手術區(qū)交叉感染潛在風險。

圖10 潔凈空調系統(tǒng)及氣流分析圖

圖11-1 密閉污物小車

圖11-2 密閉污物小車

肆

通倉交融手術室，空調節(jié)能性分析

目前手術室空調系統(tǒng)基本上有二種方案，傳統(tǒng)的一次回風加再熱系統(tǒng)，另外一種是溫度濕度獨立控制、新風濕度優(yōu)先控制。二種空調系統(tǒng)方案從h-d圖上分析，從L1點加熱到T點，可利用余熱、廢熱進行加熱。新風冷卻后再加熱有多種方案，如可采用多功能熱泵機組的廢熱再加熱，也可采用直接蒸發(fā)冷卻器的冷凝熱再加熱。本方案采用三維熱管技術，在新風空調箱表冷器前后側增加U型熱管，夏季新風預冷卻，可節(jié)省冷量Q=4000×1.2×(90.6-85.2)/3600=7.2kW，經(jīng)新風直膨機深度冷卻后，再將新風再熱Q = 4000×1.2×(33-29.4)/3600=4.8kW，節(jié)省新風能耗約12kW。采用三維熱管技術，在夏季對提高新風最終處理溫度，在冬季減少新風相對濕度，使新風控制系統(tǒng)內出風口空氣相對濕度不大于75%。

通倉交融手術室空調方案放棄了一次回風加再熱方案傳統(tǒng)方案，采用溫度濕度獨立控制、新風濕度優(yōu)先控制方案，并在新風空調箱內采用三維熱管技術。經(jīng)計算比較，通倉交融手術室夏季總冷量94.4kW，其中：新風機組中一級制冷段由冷水機組承擔48.8kW，二級制冷段由直膨機承擔20.4kW，循環(huán)機組冷量5.2kW（單臺冷量6.3kW），冬季總熱量34.4kW，新風加熱量 21.6kW，循環(huán)機組加熱量12.8kW（單臺熱量3.2kW），加濕量25kg/h。

對比傳統(tǒng)的一次回風加再熱方案，總冷量約為199.48kW，其中：新風機組冷量46.68kW，循環(huán)機組冷量150.8kW。兩方案比較，采用溫濕度獨立控制方案，總冷量約為94.4kW，每年運行1500h，年耗能14.16萬kW·h電。采用一次回風再加熱方案，總冷量約為199.48kW，如每年運行1500h，年耗能29.92萬kW·h電；前者比后者每年少用電15.76萬kW·h。按熱泵機組最低COP=3.0估算，一間通倉交融手術室一年可節(jié)電315.24kW。

作者將通倉交融手術室空調方案，采用傳統(tǒng)的一次回風加再熱方案和溫度濕度獨立控制方案進行比較結果如表5所示。

表5 潔凈手術室耗冷量比較

注：一次回風加再加熱方案I-D圖，見暖通空調 2015年增刊2。

伍

結語

通倉交融手術室在國內醫(yī)院建設標準或規(guī)范中，如我國《醫(yī)院潔凈手術部建筑技術規(guī)范》（GB 50333–2013）尚未涉及，需要不斷努力從控制思路、設計計算、實體模型、數(shù)值模擬等方面在具體工程中驗證后實施。

我國胸外科微創(chuàng)手術已經(jīng)不亞于國外，通倉交融手術室能在很大程度上提高手術室運營效率，改善感染控制并最大程度降低運行成本。對于我國大型?？漆t(yī)院手術室來說，這是一個“減量增效”的新思路。

通倉交融手術室可減少醫(yī)護人員總數(shù)量約25%，高級麻醉師及資深護士約37.5%，人力成本降低9.38%，手術量可提高25%以上，經(jīng)濟效益增加顯著。

通艙交融手術室空調系統(tǒng)有四大特點：

通倉交融手術室潔凈I/III等級可轉換，使在切除不良結節(jié)的手術量過程中，需調正手術方案，擴大手術視野而轉換潔凈度成為可能。