0 引言

　　近年来，我国医院事业正处于高速发展阶段，对医院净化等级的要求也在逐步提高。医院建筑的特点是建筑内多种病原与易感人群高度集合，人体发菌与发湿聚集，如果控制不好很容易产生大量的生物性污染。随着医学各科系手术技术的进步，对手术环境控制要求也越来越高。

　　GB 50333―2013《医院洁净手术部建筑技术规范》（简称《规范》）的修订进一步规范了医院建筑的技术要求，为术后感染控制建立起一套保障体系，推动了我国医院洁净手术室的发展。《规范》中指出，当整个洁净手术部设集中新风冷热处理设施时，新风处理机组应在供冷季节将新风处理到不大于要求的室内空气状态点比焓。针对以上要求形成了手术室空调系统温湿度独立控制、新风湿度优先控制的方案。

　　对洁净手术室来说, 湿度优先控制是维持无菌状态一个重要的技术措施，其室内控制点温度范围为20～24 ℃，相对湿度为30%～60%，将相对湿度控制在该范围是为了能够将大多数细菌和病毒的活力期控制在最小的时间范围内。因此较低的新风露点温度才能保证较低的送风相对湿度。传统冷水式空调系统要将空气降到12 ℃露点温度甚至更低，需要保证供水温度在7 ℃以下。从工程实践来看，要求大楼冷源全天候保证冷水供水温度保持在10 ℃、甚至7 ℃以下并不是一件容易的事，特别是在夏季高温时段，降不到10 ℃以下的情况十分常见，无法实现湿度优先控制。

　　数码变容量直膨温湿分控系统，制冷剂直接蒸发深度除湿，新风承担手术部全部除湿功能；循环风机组只负责降温，完全避免传统空调方案先制冷除湿再加湿调温造成的能量浪费，系统节能 40% 以上，并且无电磁干扰对空调系统的影响，无级输出使得温度控制精度很高，露点温度最低可以做到 5 ℃以下，满足所有净化手术室的湿度需求。

1 数码变容量空调系统技术优势

1.1 空气处理过程系统模型

　　数码变容量直膨温湿分控系统（见图 1）将引入的新风冷却到房间需求的比焓值，使得进入的空气含湿量满足室内最低需求，然后将处理过的新风与室内回风混合。混合后的状态经过加热或者冷却送入房间，经过反复循环使房间温湿度达到目标值，以此抑制细菌和病毒的生长。

图 1 数码变容量直膨温湿分控系统模型

　　在这一循环过程中，深度除湿段的除湿量较大，风量小，焓差大，占系统 60% 的制冷能力，负责新风的湿负荷。循环风机组焓差较小，仅负责送风的干负荷。空气处理过程如图 2 所示，其中N点为室内控制点，W点为新风状态点，送风点O（或O′）由室内的热湿负荷以及送风温差所确定，若新风比已知，则可以确定L₁点。室外新风先处理到L₁点，再和回风混合到达C点，若C的温度小于送风点O′，则新风回风混合后需要加热到O′点；若C点的温度高于送风点O，则通过蒸发器降温至O点，以满足送风要求。

图 2 温湿分控系统空气处理过程

1.2 数码涡旋压缩机变容量调节

　　新风除湿系统的输出能力由室内的目标比焓确定，循环风系统的输出能力由室内环境温度与目标值的差值确定，而数码压缩机的输出能力根据各系统的需求能力大小调节。数码压缩机可以实现容量百分比 10%～100% 的无级调节，输出精确，调节稳定。尤其在过渡季节，数码压缩机既可维持送风温度的稳定，也可保证最低的送风比焓。

图 3 新风处理后温度与目标值偏差

1.3 电子膨胀阀 PID 模糊控制

　　PID 控制器参数模糊自整定方法已成为当前空调系统控制中较为广泛和稳定的控制方法。无需辨识系统的精确数学模型，只需在线检测出系统的期望输出和实际输出的偏差，通过判断其趋势从而决策出调整因子的大小，然后代入模糊自调整公式，即可整定出所有的参数。制冷剂节流装置采用电子膨胀阀，电子膨胀阀开度系统中制冷剂流量自动调节，使得系统的制冷能力达到最大；根据 PID 模糊调节可将膨胀阀开度稳定在最佳状态，保证送风温度的稳定性。

1.4 维护成本低

　　传统冷水式空调系统，由制冷剂系统、水系统和冷却塔组成，使用及后期维护麻烦。尤其冬季需要注意防止水系统及干盘管侧结冰冻裂，若出现污染制冷剂系统的情况，则需要将整个系统替换，成本较高。数码变容量空调系统简单，仅为单纯的制冷剂系统，无需顾虑结冰的问题，后期维护简便、易操作；并且蒸发温度做到 2 ℃左右，可以保证较低的送风温度。

2 应用案例解析

2.1 选型设计方案

　　宁波某医院设计有1 间II 级手术室，3间III 级手术室；辅房及洁净走廊面积共约 400 m²；层高均为 2.8 m。手术室及辅房设计参数为 ：温度t＝（22±1）℃，相对湿度φ＝（50±5）%。

图 4 手术室设计图示

　　采用温湿分控方案，根据设计需求，1间II级手术室需新风800 m³/h，3间III级手术室共需新风 1 800 m³/h，辅房按2次换气次数计算，则新风总量为 4 840 m³/h；新风除湿机组设计冷量 94 kW。1间II级手术室需送风量 3 500 m³/h，设计冷量 5 kW；3间III级手术室采用单独送风设计，每间需送风量 2 500 m³/h，设计冷量 5 kW；辅房面积 400 m²，送风量 12 000 m³/h，冷量 32 kW。

2.2  数码变容量温湿分控系统与传统一次回风系统能耗对比

　　传统一次回风系统分为降温除湿过程和加热过程，按照以上案例降温除湿过程所需冷量为 130.3 kW，冷水出水温度为7 ℃时COP按 4.21，再热量需要 50.1 kW，则系统的能耗为 81.2 kW；而数码变容量温湿分控系统的COP为 3.0，其能耗仅为 48.7 kW，系统节能达 40% 以上。

　　新风空调机组变频调节，当手术室部分运行或过渡季时，数码变容量空调机组根据手术室负荷降低系统输出，减少能力过度消耗，节能效果较为明显。

3 结论

　　1）数码变容量洁净手术室空调系统采用温湿度独立控制，新风空调系统承担新风全部湿负荷，循环风空调系统承担室内热负荷，实现了真正意义上的新风湿度优先控制模式；

　　2）数码变容量空调系统既可以将新风处理到最低 5 ℃露点温度，变容量无级调节可以将室内温湿度偏差稳定在±0.2 ℃、±3% 范围以内；

　　3）和传统一次回风相比，数码变容量空调系统温湿分控方案可以节能40% 以上。