成像設備應用在手術室有很長的歷史。早在 20世紀 60 年代初， X 射線裝置就安裝在手術室天花上，60 年代后期推出的移動 C 臂，成為手術室成像的支柱。復合手術室概念在上世紀在 80 年代構思出來的。樹上鳥教育暖通設計杜老師。

  1983 年第一次成功進行經皮球囊瓣膜成形術治療嚴重主動脈瓣狹窄后，到 2002 年開始進行人體經導管主動脈瓣膜置換術。這需要一種將血管造影導管插入與心臟手術相結合的設施。越來越復雜的手術和介入方法需要更先進的成像，并且要在手術床上術中和術后成像和干預，這樣復合手術室（圖 1）被定義為在同一場所、同一時段、在同一病患完成兩種及以上亞?？频闹委煼绞降膱鏊?。

  盡管復合手術及其手術室設施昂貴，但還是得到了穩(wěn)步的發(fā)展，近年來發(fā)展更快。目前，復合手術應用到各個醫(yī)學臨床的領域，滿足多學科的需求，廣泛應用于胸心外科、神經外科、血管外科、肝膽外科等介入手術的治療。德國最新頒布的 DIN 1946-4-2018《醫(yī)療建筑與用房通風空調》將復合手術室歸類為可容納大型醫(yī)學成像設備的 1 級手術室。并規(guī)定手術室的通風空調設施應滿足該手術室內要進行的所有手術中最嚴格的手術環(huán)境控制。

  復合手術室在我國的發(fā)展速度以及復合手術室的擁有量已經在世界上名利前茅。目前我國還有不少醫(yī)院正在建設復合手術室。由于沒有國內外相應的標準或規(guī)范，這些復合手術室設計均參照我國 GB50333–2013《醫(yī)院潔凈手術部建筑技術規(guī)范》（以下簡稱《規(guī)范》）推薦的濕度優(yōu)先控制的方法，即新風集中處理與各手術區(qū)循環(huán)機組組合的凈化空調系統(tǒng)（圖 2）。

  這一系統(tǒng)可以避免了耗能的冷卻除濕后再加熱的空氣處理過程，又便于實現(xiàn)潔凈手術部有序梯度壓差的控制、以及各手術室有效控制與自行調節(jié)，有力地推動了我國潔凈手術室的建設。

  《規(guī)范》推薦的新風集中處理與各手術室循環(huán)機組組合的凈化空調系統(tǒng)與英國的復合手術室的空調系統(tǒng)類似。英國采用新風集中處理，承擔全部熱濕負荷，各手術區(qū)上方設置凈化循環(huán)機組，不進行熱濕處理僅作為自循環(huán)，加大送風量以實現(xiàn)無塵無菌的層流送風。

  在我國，不同于英國，尤其東部地區(qū)，春夏季室外不僅氣溫高而且含濕量高，新風集中處理承擔全部濕負荷，除濕量大、機器露點低，一般在 11℃ 左右，使得冷水機組通常的 7℃ 冷凍出水難以達到，造成在室外濕度大的時候手術室室內濕度易超標。為此有的采用可產生低溫冷凍水的特殊冷水機組，但這些冷水機組的運行效率低。

  有的增加直膨式制冷機組，將直膨式的蒸發(fā)器盤管加入在新風處理機組冷凍水盤管后部再次冷卻除濕，以達到所需的機器露點，但增加了能耗。有時為了避免過低的露點溫度對室內環(huán)境控制造成負面影響，不得不再加熱。又為了節(jié)能去增添熱管，增加直膨式冷凝器盤管等措施進行再加熱。系統(tǒng)越搞越復雜。

  由于《規(guī)范》推薦的凈化空調系統(tǒng)，涉及到新風集中處理機組、各手術室循環(huán)機組以及組合的凈化空調系統(tǒng)，系統(tǒng)較多，空氣處理過程又較為復雜，整個系統(tǒng)的性能與控制質量很大程及其施工管理人員的素質，這是造成目前潔凈手術部良莠不齊的主要原因之一。

  復合手術室環(huán)境控制特點

  復合手術室不同于傳統(tǒng)單間手術室。手術室面積大，要求單邊不小于7.32m，面積不小于60.39m2，最大可以達到200多m2。復合手術室內人員多，一般由 8 到 10 名不同學科的人組成的團隊工作，不同學科人員論替，進出頻繁。復合手術室內熱濕負荷大，手術時間長，手術團隊常感到氣悶。期望能在室外氣候合適的時候增加新風量供給，提高室內的空氣品質。

  通常來說潔凈室系統(tǒng)變新風量是個大忌，會破壞整個潔凈區(qū)域有序梯度壓差分布。《規(guī)范》推薦的凈化空調系統(tǒng)，因其集中處理的新風量是固定的，難以在氣候合適的時候增加新風量。即使能變新風量運行，各間手術室內獨立的排風量還需做相應變化，以維持各手術室壓力、乃至整個手術部有序梯度壓差不變，增加手術部控制難度。至少無法滿足復合手術室變新風量最佳運行的要求。

  復合手術室面積較大，往往要求獨立運行。要在復合手術室上方設置大面積技術夾層，集中布置循環(huán)機組、新風機組及其相應的風、水、電等多種復雜管線，難度較大。

  近年來，我國醫(yī)院潔凈手術部的冷熱源大多配置了多功能四管制熱泵，可同時供熱供冷。不僅提供空調系統(tǒng)所需的冷熱水，而且還可供給生活用水。對于多功能四管制熱泵來說，最大的節(jié)能效益在于充分利用其供給的冷凍水與熱水。但是對于《規(guī)范》推薦的凈化空調系統(tǒng)來說，多功能四管制熱泵產生的熱量在夏季用不掉，不得不排放到大氣，降低了運行效率。

  綜上所述，《規(guī)范》推薦的凈化空調系統(tǒng)對復合手術室環(huán)境控制顯現(xiàn)出不足，對此有必要研究一種合理可行、控制簡單有效、節(jié)能降耗的手術環(huán)境控制系統(tǒng)。

  探討復合手術室環(huán)境控制系統(tǒng)

  針對目前潔凈手術部配置的多功能四管制熱泵的冷熱源與復合手術室的特點，本文提出的可變新風量凈化空調系統(tǒng)是個較為合理的手術環(huán)境控制方案。

  可變新風量凈化空調系統(tǒng)采用一臺集中式全空氣空調機組，不同于新風集中處理與各手術室循環(huán)機組組合的半集中式凈化空調系統(tǒng)，系統(tǒng)中所有的熱濕處理部件及其控制部件全都集中在一個機組，機組質量完全可由工廠生產全過程完善控制，并將復合手術室全年運行的控制邏輯下載到 PLC 的控制器里，由機組自帶。

  由于是集中式全空氣空調機組，對于復合手術室實體來說，機組運至手術室附近配置，接上相應管線即可運行，因此無需在手術室上方設置一層技術夾層，不需要在手術室上方設置多種機組，也不需要將復雜的風、水、電管線引入技術夾層，避免水損、降低了造價、減少施工時間，也改善了手術室的噪聲水平。

  將工程與工程質量交給工廠，實現(xiàn)規(guī)?；a是一個發(fā)展趨勢。大與施工經理素質的要求。由此可見，可變新風量凈化空調機組設計與制造質量成為手術環(huán)境控制成功的關鍵。兩者的差別反映表 1。

  可變新風量凈化空調機組要實現(xiàn)變新風量，較為理想是雙風機機組模式（見圖 3）。不同于舒適性變風量空調機組，必須同時考慮室外的焓值變化和顆粒物濃度的變化，實現(xiàn)最佳運行也是個難題。本機組自帶的 PLC 基于文獻，計算出合適的氣候條件下加大新風量，盡可能利用新風自然冷源降低能耗。

  但傳統(tǒng)的雙風機空調機組在變新風量過程中難以同時準確控制排風量與循環(huán)風量，常常造成室內壓力失控。要實時精確控制這三者的風量，傳統(tǒng)的風閥結構與調節(jié)方法無法勝任。另外，手術過程中頻繁啟停不同的手術裝備，室內熱濕負荷變化較快，要實時準確控制機器露點、及時精確補償大容量的再加熱，也是個困擾的難題。這些均是傳統(tǒng)變新風量空調機組難以在醫(yī)院科室推廣應用的主要原因。

  新型的復合手術室可變新風量凈化空調機組

  本文提出的可變新風量凈化空調機組（見圖 4）由送風機組 18 與回風機組 2 組成。送風機組的送風機 8 配置了變頻器與靜壓傳感器，在送風機 8 的進風側設置壓力無關新風風量調節(jié)閥 5、粗效過濾器6。在其送風側依次設置：均流裝置 10、中效過濾器 12、制冷盤管 15，加熱盤管 16，加濕器 17 等部件。

  回風機組 2 的回風風機配置變頻器與靜壓傳感器，在其進風側設置回風閥 1，出風側設置壓力無關排風風量調節(jié)閥 4 以及壓力無關循環(huán)風風量調節(jié)閥 3，循環(huán)風風量調節(jié)閥 3 與送風機組 18 相通。為避免空調機組帶水或積水，將熱濕處理部件設置在正壓段，斷面風速不大于 2m/s。

  新風過濾機組 13 作為選配部件，只有當?shù)赜锌赡艹霈F(xiàn)大氣污染，如 PM2.5 超標的霧霾天才選用。新風過濾機組的進風側設置粗效過濾器 14，出風側設置高中效過濾器 11。通常，新風管上的電動風閥 7常開，新風電動閥 9 常閉。只有在大氣污染時，開啟新風過濾機組 13，打開新風電動閥 9，關閉新風管上的電動風閥 7 進行工況切換。

  我國霧霾天氣大多發(fā)生在冬末春初期間，可根據當?shù)氐拇髿鉅顟B(tài)配置新風過濾機組。隨著我國大氣污染治理力度加大，霧霾天氣發(fā)生頻率越來越少、持續(xù)時間越來越短。越來越多的地區(qū)可變新風量凈化空調機組的新風入口沒有必要常年配置冗余的空氣過濾設施，增加運行能耗。

  傳統(tǒng)雙風機空調機組造成的“手術室送回風量與房間壓力失控”，主要涉及到風閥自身性能與控制系統(tǒng)兩大問題。因為普通調節(jié)風閥是壓力有關型，即管道壓力波動會影響風量的控制。其次，風量調節(jié)靠閥門開度，如過去常用風閥連桿控制三個風閥的風量，難以精確控制或調節(jié)風量。

  本文提出的可變新風量凈化空調機組的新風閥、回風閥與排風閥采用了與壓力無關的文丘里控制閥，以及獨特的PLC 控制系統(tǒng)。 PLC 控制系統(tǒng)利用文丘里調節(jié)閥可以用數(shù)值精確控制的特性，在調節(jié)新風量 QF 的過程中，由靜壓傳感器保證了送、回風量不變。 PLC按下列算式相應計算出循環(huán)風量 QC 與排風量 QE 的數(shù)值，然后直接對新風風量閥、循環(huán)風風量閥與排風風量閥進行數(shù)值控制，精確維持差值風量 QΔ 不變，保持了手術室內正壓穩(wěn)定。

  循環(huán)風量 QC = 送風量 QS - 新風量 QF （ 1）

  排風量 QE = 新風量 QF - 差值風量 QΔ （ 2）

  可變新風量凈化空調機組的空氣處理過程采用了簡單有效的一次回風冷卻除濕后再加熱，這種恒溫恒濕控制措施由于先用大量冷量冷卻除濕后，再消耗大量的再加熱量，達到控制狀態(tài)點，這種冷熱抵消通常被認為是極為耗能的。如果再加熱量是充分利用配置的多功能四管制熱泵在制冷過程中同時產生的大量熱量，這種空氣處理過程不應再被認為是耗能，而應該視為節(jié)能減排。

  由于一次回風冷卻除濕后再加熱處理系統(tǒng)大大提高了機器露點，無需在機組內加裝直膨式制冷機組，或低溫冷凍水的特殊冷水機組，降低了整個系統(tǒng)的運行能耗，而且使室內狀態(tài)控制簡便、有效、穩(wěn)定。至于手術過程中頻繁啟停不同的手術裝備，啟停對室內熱負荷影響很大，使得室內熱濕比變化較快。

  本機組采用的水盤管快速響應水閥執(zhí)行器與PLC 控制實現(xiàn)了實時準確控制機器露點，及快速補償再加熱量，以維持室內恒溫恒濕，避免了現(xiàn)有手術室常出現(xiàn)的濕度超標的現(xiàn)象。

  復合手術以微創(chuàng)手術為主。早期手術大多采用氣體麻醉，麻醉余氣釋放量較大，需獨立排風。如今氣體麻醉使用案例越來越少，即使氣體麻醉，自帶的排氣裝置的性能也越來越好，使得麻醉余氣逸漏量很少。因此可變新風量凈化空調機組采用集中回風，在回風機組內排風（即系統(tǒng)排風）。

  不會影響手術室內空氣品質，避免了在手術室內設置獨立排風系統(tǒng)。而且在變新風量工況時，更容易使排風量作相應變化，以保持穩(wěn)定的差值風量。

  可變新風量凈化空調機組也可根據實施室內手術類型對手術環(huán)境的要求，通過送風機的變頻器直接改變送入室內的總送風量，或按設定的潔凈度級別改變各手術區(qū)特定的非誘導送風裝置的送風量，或僅向個別需要實施手術的手術區(qū)送風，其他手術區(qū)不送風，同時通過 PLC 系統(tǒng)控制回風機的變頻器設定的相應回風量，以及新風量、循環(huán)風量與排風量，保證室內正壓不變，降低了手術室的運行能耗。

  結論

  我國《規(guī)范》推薦的濕度優(yōu)先控制的方法，避免了傳統(tǒng)的恒溫恒濕控制中再加熱的耗能弊病，便于潔凈手術部各手術室獨立控制與自行調節(jié)，以及有序梯度壓差控制，有力地推動了我國潔凈手術室的建設。

  鑒于目前潔凈手術部普遍配置的多功能四管制熱泵所產的熱水量富余，以及復合手術室面積大，人員多，進出頻繁，手術時間長，對空氣品質要求高，通常獨立配置凈化空調機組。本文提出了基于可變新風量凈化空調機組的集中式全空氣系統(tǒng)，由送風機組、回風機組、可以選配的新風機組以及 PLC 控制系統(tǒng)所集成。

  機組自帶的 PLC 控制器可實時控制送風機組、回風機組以及可以選配的新風機組最佳運行。無論運行工況如何變化可始終保持新風與排風間差值風量的恒定控制。能在變新風量節(jié)能運行期間，維持手術室總送風量與正壓不變。

  即使通過變頻減少送風量來改變手術區(qū)潔凈度級別，仍可維持正壓不變。機組對被調空氣采用一次回風再加熱的空氣處理過程，不僅保證了恒溫恒濕，更有效地控制了手術環(huán)境。而且消耗富余的熱水量，充分利用了多功能四管制熱泵的冷熱水就是最大的節(jié)能減排。

  可變新風量凈化空調機組不需要超低溫冷凍水，不需要在機組中增設直膨式盤管，不需要技術夾層，不需要在手術室上方設置凈化空調機組、不需要將風、水、電管線引入技術夾層，構成復雜的管線系統(tǒng)。機組可以設置復合手術室附近，只要將機組的送、回風管與設置在復合手術室內各手術區(qū)上方的送風裝置以及室內回風口相連通，即可運行，十分簡便。