醫療潔凈室的概念已在陸用建筑中廣泛運用,主要用于醫院、藥廠和電子工程等,借助完善的標準及多方位的研究,陸用潔凈室已經相當成熟。隨著諸如“鉆石公主”號郵輪等海上突發事件的增多,帶來了海上隔離、救援以及治療的需求。相應的,為醫療潔凈室配置合適的空調設備及系統也會成為船舶空調通風專業的重點。
1、潔凈空調標準
船舶上的醫療區域根據潔凈度要求,需要配置專業的醫療潔凈空調系統,潔凈空調系統是保證艙室內溫濕度、送風量和過濾各種微粒的系統,不僅要能對醫療區域的空氣進行有效過濾,還要能夠對其進行精準的溫度和濕度控制,防止細菌和病毒的增長。
1.1 潔凈手術部分級標準
船舶醫療區根據實際用途,與陸用醫院手術室類似,可以分為潔凈手術室、潔凈輔助用房和非潔凈輔助用房等,其中潔凈手術室主要是對病患開展各項專門外科手術的區域;
潔凈輔助用房一般是為手術室配套提供各種輔助功能,如刷手消毒、麻醉、更衣、體外循環等;非潔凈輔助用
房則對室內潔凈度無要求,一般為普通的儲藏室、走廊燈。潔凈手術室和潔凈輔助用房的分類參照《醫院潔凈手術部建筑技術規范》可以分為I~IV 級,各等級的具體用途見表1。
船舶醫療船根據實際用途,主要還是治療外傷和燒傷之類的外科戰地手術,所以醫療船的醫療區手術室主要是III類,配置少量II類,潔凈輔助用房也以III級和IV級為主。
各等級潔凈手術室和輔助用房的相關潔凈度要求參照同等級陸用醫院潔凈區標準,表2為《醫院潔凈手術部建筑技術規范》中對各級潔凈區域潔凈等級指標要求。潔凈手術室一般分為手術區及周邊區,手術區空氣參照高潔凈度級別,周邊區參照較低潔凈度級別。
1.2 空氣調節指標
對于潔凈空調系統,除了潔凈指標的要求,常規的溫濕度、壓力和氣流組織等,也需要重點考慮。
1.2.1 溫濕度
常規空調系統主要還是為了滿足艙內人員的舒適性要求,或者為重要發熱設備制冷降溫。而潔凈空調服務的對象,其環境參數要求較高,范圍變化廣,控制精度要求高。
1.2.2 艙室正壓
常規空調系統設計中,只要送入艙內的風量略大于艙室排風,整個艙內保持略微正壓即可,不需要對正壓值進行隨時隨地的檢測與控制。潔凈空調系統則不同,由于潔凈空調的潔凈級別要求,相鄰的艙室都有嚴格的正負壓要求。最小壓差≥5 Pa,最大壓差<20 Pa,不應因壓差而產生哨音或影響開門,如果是潔凈度相同的相鄰艙室,也應有適當的壓差,以保持要求的氣流方向,
而且需要對艙室的壓差進行即時的檢測和控制。為了方便調試,在實際設計系統時,在送風、回風和排風風管上都需安裝風量調節閥,根據現場實際情況,調節閥位并固定,保證系統正常運行時,房間的正負壓在設計要求范圍內。
1.2.3 氣流組織
船舶空調系統通常采用每個艙室頂部中央布風器送風,氣流通過門縫下格柵,或從走廊回到空調器、或從浴廁排風排出。整個系統對于氣流組織要求較低,甚至不太考慮氣流組織,送風布風器、回風口位置等都是以布置方便為前提,有時還需要服從于其他設備或者內裝美觀要求。
潔凈空調的氣流組織設計首先需要滿足規范標準,4個級別的潔凈等級都有明確的送風和回風方式要求。氣流組織的合理設計,直接影響了凈化是否滿足要求。比如對于最高等級100級,就必須要采用垂直或者水平單向層流設計,回風格柵需要安裝在地板下或者夾墻內以達到凈化效果,規范中對于室內的平均風速,也嚴格要求控制其在0.20~0.25 m/s之間。
對于艙室換氣次數、溫濕度等主要空調設計技術指標,規范中的要求可參見表3。最小新風量需要根據手術使用的各類手術氣體進行確定。
2、醫療區空調系統的實船應用
近20年來,隨著我國海軍的發展壯大,其中建造的大多數水面艦船都配有醫療區空調系統,特別是醫院船、救撈船等,但對于空間比較緊湊的戰斗艦船,目前還并未配置潔凈空調系統。
2.1 系統原理
艦船上的醫療區空調系統由潔凈空調裝置及凈化末端裝置組成,主要服務于潔凈手術室和潔凈輔助用房及監控病房等有潔凈要求的區域。一般艦船都是Ⅲ級手術室的要求,醫院船會按相關要求配有Ⅱ級手術室,相應的凈化末端配套設備需根據不同的等級進行配置。醫療區空調系統典型系統簡圖見圖1。
潔凈空調裝置和常規的組合式空調機組類似,不同的是,常規的組合式空調機組大多只設置一道初效過濾裝置,而潔凈空調由于對于艙室內環境的潔凈度要求較高,在空調機組內設置了2道過濾器,由初效過濾器和中效過濾器組成,在系統末端還必須根據手術室潔凈度標準設置高效或者亞高效過濾器。
根據規范標準,潔凈空調的高效過濾器必須設置在末端位置。這是由于系統末端風速較低,可以有效保護用玻璃纖維材料制作的過濾器不被氣流吹破,同時可以保證末端過濾,防止空氣在送風管道內因塵埃等雜質的再次污染。
2.2 實船空調系統
2.2.1 總體布置
某醫療船,其中一潔凈醫療區由1間大手術室、1間小手術室、2間監護病房、消毒中心、更衣室及若干輔助用房組成,總布置信息見表4。
空調通風系統覆蓋潔凈醫療區所有艙室,主要由潔凈空調裝置、凈化末端裝置、排氣通風裝置及風管等附件組成。其中潔凈空調裝置和凈化末端裝置是系統的核心設備。
2.2.2 潔凈空調裝置
整套潔凈醫療區空調系統包含3臺潔凈空調裝置:其中1號空調器負責大手術室、2號空調器負責小手術室、3號空調器負責監護病房和消毒中心等輔助用房,主要參數見表5。
潔凈空調裝置主要是對醫療區的空氣進行過濾凈化、夏季降溫除濕、冬季加溫加濕的。夏季制冷是以冷媒水為冷卻介質;冬季加熱是以蒸汽或熱媒水為制熱介質;冬季加濕是以蒸汽為加濕介質。
潔凈空調裝置主要由電加熱器、初效過濾器、風機(含變頻電機)、中效過濾器、換熱器、加濕器、亞高效過濾器、電氣控制箱等組成。潔凈空調裝置是保證艙室內溫濕度、送風量、過濾微粒的設備。潔凈空調裝置機組實物圖見圖2。
由于合適的溫度、濕度和營養條件是細菌生長繁殖的溫床。研究情況表明濕度對細菌生長繁殖的影響尤為顯著。例如:當環境相對濕度為50%時,細菌浮游10 min即死亡;而當相對濕度高于或低于50%時,大部分細菌存活時間大于24 h。在常溫下,相對濕度超過60%時,會導致發霉,而當相對濕度超過80%以上時,任何溫度都會造成發霉。因此艙室和設備的濕度控制相當重要。
2.2.3 凈化末端裝置
凈化末端裝置是保證艙室內過濾微粒的設備,經過潔凈空調裝置的熱濕處理和凈化處理后的空氣進入凈化末端裝置,經處理后送入各潔凈區域,使其達到凈化效果。
凈化末端裝置主要由高效過濾箱、高效送風裝置、送風天花裝置、中效回風裝置、中效排風裝置、手術室控制面板、定風量閥等組成。其中, 高效過濾箱、高效送風裝置、送風天花裝置、中效回風裝置具有過濾凈化功能;中效排風裝置可按實際情況增減過濾凈化功能;定風量閥具有在一定的壓差范圍內,可將氣流保持在預先設定的流量范圍內的作用。凈化末端裝置一般情況下的性能指標具體見表6,凈化末端裝置見圖3。