大连医科大学附属第二医院住院部病理科空调系统设计
摘要
文章介绍了大连医科大学附属第二医院教学住院部病理科粒子净化技术以及空调系统的设计，详细分析了冬夏季的空气处理过程。通过采用热管和板式空气热交换器解决了夏季送风再热和冬季新风预热的问题，降低了空调系统的运行能耗。
关键词
粒子净化 病理科 空调系统
一、工程概况
大连医科大学附属第二医院教学住院部总建筑面积75000m2，包括地下2层、地上28层，总高度99.7m，内设1010张床位，具有医疗、教学、科研等综合服务功能。病理科位于该楼四层，面积约1600m2，内设取材室、冰冻室、染色包埋室、综合切片室、综合读片室、荧光显微镜室、报告室、办公室和教室等。其中，污染严重的房间（取材室、冰冻室、染色包埋室、综合切片室等）被划分在一个独立的区域中，面积约为300m2。
二、病理科空气污染和防护
病理科是大型综合医院必不可少的科室之一，它的主要作用是通过活体组织检查、脱落和细针穿刺细胞学检查以及尸体剖检，为临床提供明确的病理诊断、确定疾病性质、查明死亡原因。病理科工作人员对送检的标本（组织）进行固定、取材、脱水、浸蜡、包埋、切片、染色、封片等一系列处理时，需要使用甲醛水溶液（福尔马林）作为固定剂，使用二甲苯作为透明剂，由于频繁使用这些试剂，导致了这些区域空气中的甲醛和二甲苯含量的浓度远远超出了国家标准《室内空气质量标准》（GB/T18883-2002）中规定的允许值（空气中甲醛含量<0.1mg/m3，二甲苯含量<0.2mg/m3），对病理工作人员和环境造成很大的危害。因此，通常也将取材室、冰冻室、染色包埋室、综合切片室等空气污染比较严重的区域称为污染区。
目前国内医院的病理科大部分采用通风稀释的方法来消除甲醛和二甲苯等有害物质，但是使用这种方法取得的效果并不理想，主要原因是通风稀释只能使室内污染物的浓度达到一个质量平衡状态（费克第二定律），并不能完全排出污染物。国内的一些调查也表明，取材室等污染严重的房间即使在通风系统工作时，甲醛的含量浓度也约在0.5mg/m3左右，仍高于国家标准。
近年来，国外一些公司采用粒子净化技术来分解空气中的甲醛、二甲苯等挥发性有机污染物（VOCS），其原理是在电场等外界能量的作用下，空气中的氧分子失去或得到一个电子而形成一种过渡状态的粒子氧（活性双极氧粒子），它具有很强的氧化能力，可在短时间内与空气中的有害气体（甲醛、二甲苯等）发生氧化降解反应，最后生成水、二氧化碳等对人体无害的小分子化合物。
本项目在空调系统上采用了国外某品牌的粒子净化装置，这种粒子净化装置采用了两项技术，能够在产生粒子的过程中抑制臭氧的产生，避免其对室内工作人员的损害。其一，粒子发射电极采用3000伏以下的低电压，大幅度降低了高电压下产生的臭氧数量；其二，采用智能控制系统，通过对空气湿度、空气流量、臭氧浓度、有机挥发物浓度以及室外空气品质等5个参数的检测，适时调节粒子发射量，使室内粒子量与处理甲醛和二甲苯所需量动态平衡，从而避免剩余过多的粒子引起的副作用（资料证明，空气中的氧粒子数量超过106/cm3时，将会产生臭氧及氮氧化合物等有害气体衍生物）。
粒子净化装置由粒子发射主机、控制系统和传感器组成，一般安装在送风管上与通风或空调系统结合在一起使用。这种净化方式有以下优点：
第一，采用分解的方式直接减少了污染物数量，在达到质量平衡状态时污染物浓度比常规的通风稀释处于更低的数值（达到国家标准）；
第二，排放到室外的挥发性有机污染物（VOCS）浓度低于国家规定的排放标准，有利于环境保护；
第三，比单一通风稀释的方法所需通风量少，能以较低的能耗有效地消除空气污染。
三、空调系统
本工程中，病理科设置了两套独立的空调系统：污染区采用直流式空调系统，送风管上设有粒子净化装置，用于处理室内空气中的挥发性有机污染物（VOCS）；办公区域采用风机盘管加新风系统，各房间新风量均按照维持房间正压所需风量进行校核，以保证清洁区空调系统的空气压力高于污染区，各房间设计参数见表1。
（一）污染区空调系统
污染区采用直流式空调系统，根据污染区的平面布局设计了3个送、排风支路（图1），其
中两个支路为内区房间（取材室、冰冻室、细胞室、免疫室等）服务，另一个支路为外区房间（综合切片室和染色包埋室）服务。空气处理机为一台设有板式全热空气热交换器、电热加湿器、送风机和排风机的组合式空调机组，送风量为8000m3/h，排风量为9000m3/h。
为了消除室内甲醛、二甲苯等挥发性有机污染物（VOCS），本空调系统分别在总送风管上和取材室、冰冻室的送风支管上设有1#和2#两个粒子净化装置，并且在相对应的排风管上设有空气质量传感器和控制器（图1）。1#粒子净化装置为整个污染区服务，2#粒子净化装置专用于服务污染物浓度较高的取材室、冰冻室。取材室、冰冻室和包埋切片室采用专用的孔板送风口，含有粒子氧的空气从孔板中向下送出，使工作人员的头部始终处在新鲜气流的包围中（图2），空气中的粒子氧在人体头部的下方与有害物质发生氧化降解反应后经下部排风口排至室外。总排风管和取材室、冰冻室排风管上设有空气质量传感器和控制器，能够根据空气中甲醛和二甲苯气体的浓度适时调节粒子发射主机的粒子发射量，避免剩余过多粒子引起的副作用，同时也延长了粒子主机的寿命。
夏季空调机采用露点送风方式，由于各房间的送风量（各房间的换气次数见表1）远大于消
除余热所需的风量，所以送风必须再热以便适应房间的显热冷负荷。为了节省再热能量，本设计在送风/排风管上装有热管式换热器，利用排风中的热量加热送风以达到再热目的，同时在热管式换热器旁的通管上设有电动多叶调节阀，由室内温控器控制电动调节阀的开度恒定室内温度。冬季空调机的送风温度设定为18℃，以消除内区房间的余热，外区送风管上设有二次加热器用来提高送风温度以满足外区房间的供暖需要。（二）办公区域空调系统
办公区域是指除污染区之外的病理科房间，在这一区域中除了综合读片室和荧光显微镜室会散发微量的甲醛和二甲苯外，其他房间均没有污染物产生。本区域采用新风换气机加风机盘管空调系统，新风换气机由送风机、排风机、过滤器和热管换热器组成。新风量除按人员所需最小新风量取值外，还与维持房间正压所需新风量进行校核，两者取大值。本区域还设有排风系统，在综合读片室和荧光显微镜室等有污染物散发的房间设有排风口，以便排除这些房间中的污染物，排风机为变频调速风机，根据走廊和房间的压差调节排风量，使该区域的空气压力高于污染区，以防止污染物的扩散。
四、空调系统空气处理过程和控制策略
夏季室外空气先经过空调机中的板式全热交换器由W预处理到W1，再经过表冷器降温减湿处理到露点L，然后分别由设在送、排风管上的热管换热器再热到送风状态点O1、O2、O3后送入各房间内（图3、图4）。
冬季室外空气经过板式全热空气热交换器预热到W1，然后由热水盘管加热到18℃（W2），再由电热加湿器等温加湿到内区送风状态点O1后分别送到内区和外区。送入内区的空气直接用来消除房间的冷负荷，个别冷负荷小的内区房间可以由热管换热器再热到O2点；送入外区房间的空气经过外区加热盘管加热到送风状态点O3，然后送入外区房间供暖。
内区因为常年供冷所以温控器TC-1、TC-2为单一制冷控制模式，当室温高于设定温度时增大热管换热器旁通管上电动多叶调节阀的开度，使进入换热器的排风量变小、送风温度降低以此降低室温；反之减少电动多叶调节阀的开度使进入换热器的排风量变大、送风温度升高以此增加室温。外区采用TC-3和TC-4两个温控器控制室温，夏季温控器TC-3工作，冬季温控器TC-4工作。温控器TC-3的控制模式与TC-1相同，通过控制器旁通管上电动多叶调节阀的开度来达到控制室温的目的；温控器TC-4控制加热盘管回水管上的电动两通阀TV-4，当室温高于设定温度时，电动两通阀关闭；反之则电动两通阀开启。
五、结束语
病理科采用粒子净化技术能有效地分解空气中的甲醛和二甲苯等挥发性有机污染物（VOCS），使室内空气质量达到国家规定的标准。但粒子净化技术一定要与空调系统有效地结合起来才能发挥出更好的效果。在病理科空调系统的设计中，除了要满足净化功能外，还要保证室内的温湿度要求，特别是北方地区冬季室内（包括内区和外区）的温湿度。由于污染区空调系统为直流式空调系统且风量较大，因此夏季利用热管空气热交换器为送风再热，冬季利用热管或板式空气热交换器为新风预热，可以有效地降低空调系统的能耗。 （编辑 薛京晶）
参考文献
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