I 級手術室節能方案
本文以 I 級手術室為例，比較分析多個夏季降溫除濕過程的不同，找出恰當的節能方案。
以北京某醫院一間I級手術室為例：面積 50㎡，凈高3.0m。
• 夏季室內設計參數：溫度 24℃，相對濕度 50% ；
• 冬季室內設計參數：溫度 24℃，相對濕度 50%；
• 室內工作人員：12 人（含病人）；
• 北京地區室外設計參數。
夏季空調計算干球溫度 33.5℃，計算濕球溫度 26.4℃ ;
冬季空調計算干球溫度 -9.9℃ , 計算相對濕度 45%。
一
送風量計算：
依據《醫院潔凈手術部建筑技術規范》I 級手術室的工作區平均風速為 0.2~0.25m/s，送風口面積不低于6.24㎡（2.4×2.6），考慮到風速的衰減，出風口平面風速宜取工作區平均風速1.5倍，即 0.3~0.38m/s。因此總送風量計算為：
L=0.38×6.24×3600=8536m³/h
由此計算 I 級手術室換氣次數為57次 /h, 遠大于其它級別手術室的換氣次數要求，按《醫院潔凈手術部建筑技術規范》，II 級手術室為24次 /h, III 級為18次/h；也遠大于《綜合醫院建筑設計規范》中換氣次數不得低于 6次/h 的要求。
二
新風量確定：
依據《醫院潔凈手術部建筑技術規范》規定最小新風量計算：
LX=20×50=1000m³/h
與補償室內的排風并能保持室內正壓值的新風量比較取大值，一般情況下后者均低于前者。
三
I 級手術室熱濕負荷計算：
01
人員散熱量、散濕量
Q1 ＝ n·φ·q W1 ＝ n·φ·w
式中 Q1—人體散熱量（W）；
W1 —人體散濕量（g/h）；
n —手術室內的人員總數 ( 人 )；按《醫院潔凈手術部建筑技術規范》，I 級手術室 12 人，II 級手術室 10~12 人，III~IV 級手術室 6~10 人；
φ —群集系數，φ 取 0.92；
q —每名成年男子的散熱量（W）；按國標圖，平均顯熱70W，平均潛熱 80W，平均全熱 150W（男、女各 6 人的平均）；按措施，輕度勞動，全熱取182W；
w —每名成年男子的散濕量（g/h）；按國標圖，平均散濕量 120g/h；按措施，輕度勞動，取167g/h；
Q1= 12×0.92×182= 2009W
W1= 12×0.92×167= 1844g/h
02
照明散熱量
Q2 =n1·n2·n3·N
式中 Q2—照明散熱量（W）；
n1 —同時使用系數，取 1；
n2 —整流器消耗功率的系數，當整流器在吊頂內時取 1；
n3 —安裝系數，暗裝燈罩上無孔時取 0.8；
N —照明設備的安裝功率（W）；
本例中照明燈具采用熒光燈，按照每平米25W 計算。
Q2=1×1×0.8×50×25=1000W
03
設備散熱量
設備散熱量（Q3），取 3000W，以下為國標圖提供數據供參考：
04
手術過程產濕量和散濕形成的冷負荷
手術室內濕表面的大小因手術種類而異，通常可取 0.7㎡的濕表面，濕表面溫度40℃，Φ=50%，W2=F·g
式中 W2 —敞開水面的蒸發散濕量（g/h）
F —蒸發面積（m）
g —敞開水表面單位蒸發量［1.460kg/（m2·h）］
W2=0.7×1.4600 ＝ 1.022kg/h=1022g/h
散濕形成的冷負荷為：
Q4=0.28r·W
式中 Q 4—散濕形成的冷負荷（W）
r —汽化潛熱（2449kJ/kg）
Q4= 0.28×2449×1.022=701W
05
熱濕負荷匯總
由于該手術室處于空調內區，無外墻外窗，因此近似認為無圍護結構的傳熱負荷 , 夏季和冬季的冷熱負荷、濕負荷相同，熱濕比ε相同。
總 負 荷：Q=Q1+ Q2 + Q3+ Q4
=2009+1000+3000+701=6710W
濕負荷：W=W1+W2=1884+1022=2906g/h
按手術室面積計算冷（熱）指標為 134W/m²，冷（熱）負荷中權重最大的是設備散熱量（Q3），占比45%，其次是人員散熱量Q1，占比30%。濕負荷中占比較高的也是人員散濕量，從負荷特點來說都沒有減少空間。
四
I 級手術室熱濕負荷計算
1. 方案一 : 獨立新風一次回風系統
編外話：新風過濾機組沒有設置冷熱盤管
夏季空氣處理過程如下：
編外話：W點為室外參數，N點為室內參數，W點新風僅經新風機組過濾后，與手術室的回風在C點混合，再經冷熱處理到L點，最后加熱到K點送入室內。
方案二 : 新風集中處理一次回風系統（與方案一的區別是，新風機組加入了冷熱盤管）
方案三：新風集中處理二次回風系統
夏季處理過程如下：
三種方案的冷熱負荷比較匯總表
三種方案比較，方案一和方案二的總冷量和再熱量是相同的，區別在方案二的新風在新風機組內預處理了（括號的11kw）。按總冷量為 44.6KW 計算，冷指標達到 892W/㎡, 是室內負荷6.7KW 的6.7 倍，其中再熱量占60%；如果將總冷量和再熱量相加，是室內負荷的10.7 倍。
方案三與方案一和方案二比較，總冷量為 17.7KW，冷指標為 354W /㎡, 是室內負荷的 2.6倍，再熱量為零，新風冷量占總冷量的 62%。
目前在手術室的凈化空調系統設計中，方案一和方案二占大多數，因此凈化空調尤其 I 級手術室的空調能耗是相當高的，要想減少凈化空調系統能耗應從減少再熱量入手。
方案三的再熱量為零，沒有冷熱抵消，總冷量是方案一和方案二的 40%，實際項目應用卻較少，一般認為方案三的二次回風系統控制復雜，室內溫濕度穩定性較差，果真如此嗎？
五
I 級手術室空氣處理過程分析：
對比方案一和方案三的空氣處理過程如下圖：
圖中 L 點是經過表冷器后空氣出口的最低送風溫度，當空調冷水的供水溫度為 7℃時，為7+3.5=10.5℃（見《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》的 7.5.4 和 7.5.5 條），可以隨著供水溫度提高而提高，降低而降低。將 L 點與室內設計點連起來，當室內熱濕比小于這條連線值時，空調系統需要將空氣冷凍除濕到L點后再熱，才能達到室內設計溫度；當熱濕比大于這條連線值時，可以分三種情況處理：
第一是處理到圖中的 L2 點，L2 點是熱濕比與機器露點線的交點，根據 L2 點計算出經過表冷器處理的風量 L0，當L0 小于送風量 L 且新風量 LX 小于 L0 時，先一次回風混合到 C2 點，由 C2 點冷凍除濕到 L2 點，再二次回風混合到 O 點，這個過程是方案三，不用再熱。
第二是處理到圖中的 L1 點，L1 點是送風點 O 的含濕量線與機器露點線的交點，當新風量 LX 小于 L 時，先一次回風混合到 C1 點，由 C1 點冷凍除濕到 L1 點，再熱到 O 點，這是方案一。
第三是處理到圖中的 L1 與 L2 之間的 L3 點，根據 L3點計算出經過表冷器處理的風量 L0，當 L0 小于送風量 L 且新風量 LX 小于 L0 時，先一次回風混合到 C3 點，由 C3 點冷凍除濕到 L3 點經再熱后，再二次回風混合到 O 點，這個過程是介于方案三和方案一之間的，再熱量比方案一減少。
空調系統降溫除濕過程一般有兩種控制方法：定露點控制和變露點控制。
定露點控制法（如上圖）用冷水盤管的出風溫度（O 點）控制冷水盤管上的調節閥來調節供冷量，再用室內溫度控制再熱盤管的上的調節閥來調節再熱量達到室內溫度。
這種控制法存在冷熱抵消，當熱濕負荷變化低于設計值時，可以保證溫度不變且濕度控制在一定范圍內（圖中 d0 和dn 之間），上述方案一和方案二的空調系統控制方法都是采用這種方法。
變露點控制法（如上圖）用室內溫度控制冷（熱）水盤管的上的調節閥來調節供冷（熱）量，用濕球（露點）溫度控制風量調節閥以調節風量，以達到恒溫恒濕的目的。民用建筑的空調系統（包括家用空調）都用這個方法的前面部分，后面的幾乎沒有應用。
用“室內溫度控制冷（熱）水盤管的上的調節閥來調節供冷（熱）量”這種控制法不存在冷熱抵消，當熱濕負荷變化低于設計值時，可以保證溫度不變，但濕度變化范圍不可控，一般向濕度增加方向變化，這對減少新風冷量是有利的。
方案三相比方案一和方案二增加了二次回風環節，系統復雜了一些。如果方案三采用變露點控制法，可以保證室內溫度，但濕度變化范圍不可控，不能滿足手術室對濕度也要控制的要求。即使采用了定露點控制法，濕度變化范圍也要比方案一和方案二擴大較多，并且隨著負荷下降，室內溫度也下降（由于沒有再熱），因次上述“二次回風系統控制復雜，室內溫濕度穩定性較差”是存在的。
方案三的 L2 點溫度較低，空調機組盤管把空氣處理到此，由于焓差較大，比較困難，也是二次回風系統應用較少的原因之一。
建議采用上述的第三種處理方法改進方案三，采用定露點控制法，即將空氣處理到圖中的 L1 與 L2 之間，再熱后二次回風的方法，這之間處理點的含濕量要根據手術室的相對濕度控制范圍和冷熱抵消量經過經濟比較確定。雖然系統比方案一和方案二復雜一些，但即可以保證溫濕度可控，提高空調機組盤管入口溫度，還可以大幅減少再熱量，從而減少總冷量，降低手術室的空調能耗。
六
新風濕度優先控制：
按《醫院潔凈手術部建筑技術規范》8.1.6 條要求，當有條件時宜采用新風濕度優先控制模式。
在夏季空調室外計算含濕量（露點溫度）低于室內設計值時，應優先采用新風除濕，可以適當的增加新風量。
例如烏魯木齊的夏季空調計算干球溫度 33.5℃，計算濕球溫度 18.2℃（如下圖），新風與室內空氣混和至C點后，等濕降溫至送風狀態點O，不存在冷熱抵消，不需要二次回風。
總冷量較低，只包含室內冷量，新風冷量也較低（室內外焓差較小，甚至是負值）。因送風溫度可以較高，冷源溫度也可相應提高以減少冷機能耗。
若還是在北京如何采用新風濕度優先控制模式呢？
還是將圖中 L 點與室內設計點連起來，當室內熱濕比小于這條連線值時，根據 L 點計算出經過表冷器處理的風量L0，當 LX 小于 L0 時，顯然只靠新風降溫除濕不能完成除濕任務；但當 LX 大于等于 L0 時，則 L0=LX，即為全新風空調系統（LX 大于等于 L）或全新風二次回風系統（LX<L），將新風冷凍除濕到 L 點后再熱，保證室內設計溫度。
當熱濕比大于 L 點與室內設計點這條連線值時，先要找到圖中的 L2 點（室內熱濕比線與機器露點線的交點），根據 L2 點計算出經過表冷器處理的風量 L0，當 LX 小于 L0 時，此刻新風處理點必然低于 L2 點，當還低于 L 點時，也是不能靠新風降溫除濕完成全部除濕任務的，只有新風處理在 L和 L2 點之間時，濕度優先控制模式或溫濕度獨立控制系統才成立。
一直有一種錯誤觀念，即采用溫濕度獨立控制系統就可以解決再熱引起的冷熱抵消問題，實際上正好相反。
進一步說，二次回風方案的缺點在類似北京這種室外新風條件下的濕度優先控制模式或溫濕度獨立控制系統上更明顯，新風機組處理起來更困難。
七
小結：
本文比較分析了 I 級手術室的多個夏季降溫除濕過程和控制方式，建議采用將空氣處理到圖中的 L1 與 L2 之間再熱后二次回風的方法，雖然系統復雜一些，但可以保證溫濕度可控，提高空調機組盤管入口溫度，還可以大幅減少再熱量，從而減少總冷量，以減少 I 級手術室的空調能耗。
