可調潔淨度的弱湍流空氣淨化系統及應用其的手術室的製作方法

2023-05-10 10:09:01

本實用新型總體上涉及醫療通風設施領域，具體而言涉及一種可調潔淨度的弱湍流空氣淨化系統及應用其的手術室。

背景技術：

目前，主流醫療通風設施採用單向流潔淨技術。單向流，亦稱「層流」，是指通過空氣淨化裝置或潔淨區的方向一致且流線大致平行的氣流。單向流的判斷條件為：通過潔淨區的流線與理想直線的偏離不超過14°。然而，最新的醫學研究數據表明，單向流送風手術室具有較高的術後感染風險。

此外，目前醫療空調系統多數採用新風集中處理(除溼、調溫) 和過濾，循環風在每間手術室都單獨處理，處理方式分為「一次迴風」或「一、二次迴風」。「一次迴風」是指手術室迴風全部與所需新風混合併進入循環機組進行除溼、調溫和過濾等處理；「一、二次迴風」是指手術室一部分迴風與所需新風混合併進入循環機組的表冷器進行除溼以後再與剩餘迴風混合併進行調溫和過濾等處理。「一次迴風」系統簡單，但是所有迴風全部經循環機組除溼以後達到機器露點溫度 (通常低於16℃)，因此還需加熱以達到送風溫度，從而導致「冷」、「熱」相抵，既浪費冷量又消耗熱量，非常不節能。「一、二次迴風」系統能達到節能的效果，但為了實現自動控制需要增加自動調節閥和執行機構，導致在實際應用中往往故障率高、調試難度大，造成該系統推廣困難。

另外，在目前的醫療機構中，不同手術需要在具有不同潔淨度的手術室中操作，手術室等級和適用手術類型例如詳見下列表格：

表1：潔淨手術室用房分級標準GB50333-2013《醫院潔淨手術部建築技術規範》

表2：潔淨室及潔淨區空氣潔淨度整數等級GB29515.1-2010/ISO 14644-1:1999 《潔淨度及相關受控環境第一部分：空氣潔淨度等級》

註：手術室關注粒徑是0.5μm和5μm

因此，對於每種手術室等級，每個醫療機構都必須分別建造多個該等級的手術室以滿足不同手術的潔淨度需要。然而，這不僅造成極高的建造成本，而且導致極高的空間需求。手術室運營時，調度往往滿足不了手術實際需求。

技術實現要素：

從現有技術出發，本實用新型的任務是提供一種可調潔淨度的弱湍流空氣淨化系統及應用其的手術室，通過該弱湍流空氣淨化系統，可以明顯降低術後感染率，大大降低能耗，並同時顯著降低手術室的建造成本和空間需求。

根據本實用新型，該任務通過一種可調潔淨度的弱湍流空氣淨化系統來解決，該弱湍流空氣淨化系統具有：

一個或多個新風機組，其與室外連通以用於向醫療房間引入新風，所述新風機組具有用於從室外引入新風的轉速可調的無刷直流風機、用於對引入的新風進行淨化過濾的新風過濾層、用於對引入的新風進行除溼的除溼裝置、以及用於對引入的新風進行調溫的空調裝置，所述空調裝置包括用於提供冷源的數碼變容直膨式風冷戶外機；

送風天花，其布置在醫療房間的頂部並且通過引流管與新風機組的新風出風口連接並且通過止回閥與迴風處理機的迴風出風口連接，所述送風天花具有過濾模塊，所述過濾模塊被配置為對輸入的新風和迴風進行過濾、均壓和散流，使得所述新風和迴風以弱湍流形式進入到醫療房間中；

迴風處理機，其迴風進風口與醫療房間連接以用於從醫療房間中引入迴風並且其迴風出風口通過止回閥與送風天花連接以用於將經處理的迴風回送到醫療房間中，其中所述迴風處理機包括用於對引入的迴風進行淨化過濾的迴風過濾裝置；以及

中央控制器，其被配置為根據醫療房間的潔淨度要求來調整新風機組的無刷直流風機的轉速和/或新風風機的開啟臺數。

在此，可以通過如下方式來改變手術室等級：改變無刷直流電機的轉速以調節新風量(1200m3/h、1000m3/h、800m3/h)，同時將新風機組配套的空調戶外機(數碼變容量直膨式風冷機組)的冷量與之相匹配；控制集中送風裝置(送風天花)的送風速度(I類手術室為 0.24-0.3m/s，風量8000-10000m3/h)和/或控制手術室最少換氣次數 (II類24次/h、III類18次/h、IV類12次/h)，實際上是通過改變迴風處理機的運行次數和/或風機轉速來滿足不同級別手術室的不同潔淨度要求。同時調節手術室空調系統的溫度、溼度。

根據本實用新型的弱湍流空氣淨化系統至少具有如下優點：(1) 利用該弱湍流空氣淨化系統，可以有效地降低感染風險，這是因為，根據實用新型人的研究調查發現，單向流通風設備導致高感染率的主要原因在於，其空氣過濾器(例如HEPA，High Efficiency Particulate，高效過濾器)儘管可以有效地捕集真菌、細菌等微生物，但在實際使用過程中，過濾器本身成為容留和繁殖微生物的溫床，而且由於單向流送風設備的出風方向一般固定地對準手術臺，使得易於通過單向氣流將過濾層中的細菌直接吹送到手術臺、例如手術操作部位，從而造成術後感染；而本申請中的弱湍流空氣淨化系統採用弱湍流技術，由於弱湍流的方向隨機性，因此即使將送風設備的出風方向對準手術臺，將過濾層中的細菌直接吹送到手術臺的概率也會大大降低，從而有效地降低術後感染風險；(2)利用該弱湍流空氣淨化系統，可以極大地節省電能，這是因為，根據實用新型人的獨特洞察力發現，只需要對新風進行完整的除溼、調溫和淨化處理，而對迴風僅需進行淨化處理，就已經可以將醫療房間的空氣品質保持在理想的水平，因為由於室內人員作業而增加的熱溼負荷(包括潛熱和顯熱)完全可以單單通過少量地增加新風量(例如增加150-200m3/h)來抵消，而不需要對迴風進行除溼和調溫；這樣一來，不僅節省了用於對迴風進行除溼、調溫的電能，而且由於將除溼過程全部轉移到新風機組中而不在迴風處理機中執行除溼功能，還避免了一次迴風中的「冷熱相抵」的弊端，提高了溫控效率；此外，使用轉速可調的無刷直流風機與使用交流風機相比可以節省30％電能，而且與通過變頻分檔調節風量的交流電機相比，通過調節直流電機的轉速便可以無級地調節風量，系統簡單、使用方便並且節省投資；(3)由於該弱湍流空氣淨化系統的潔淨度可調，因此利用該系統可以在同一手術室中實現不同的潔淨度，使得該同一手術室可以充當不同潔淨度等級的手術室，從而顯著降低手術室的建造成本和空間需求；這同樣是基於實用新型人的令人意想不到的發現：風機(新風機組、排風機、迴風機組)配備無刷直流電機，通過無級地調節轉速，可方便地調節各類風量，無刷直流電機功率小，處於百瓦級，調節轉速帶來的功率損耗處於可接受範圍(例如數十瓦)，但帶來的便捷和節能效果使所述損耗微不足道。

在此，應當指出，本實用新型中所使用的弱湍流(亦稱低紊流) 是指，氣流的紊流度(或稱湍流度，即氣流速度相對於平均值波動的度量、即相對標準差)為5％至20％。另外，紊流度20％為紊流或湍流(參見德國標準：DIN1946-4：2008)。

在本實用新型的一個擴展方案中規定，所述醫療房間包括：手術室、普通病房、新生兒病房、中心供應室、以及ICU病房。通過該擴展方案，可以實現多種醫療房間的理想空氣潔淨度。其它醫療房間或者要求類似空氣潔淨度的房間也是可以設想的。

在本實用新型的一個優選方案中規定，所述醫療房間為手術室，並且該弱湍流空氣淨化系統還包括手術室實時檢測系統，所述手術室實時檢測系統包括溫度檢測儀、溼度檢測儀、風速檢測儀、壓差檢測儀、以及粒子檢測儀，並且所述中央控制器還被配置為根據所檢測的溫度、溼度、風速、壓差數值和粒子濃度來調節所述新風機組和迴風機組的無刷直流風機的轉速、以及調節數碼變容量直膨風冷機組的冷量。所述壓差例如可以是氣流在經過過濾層(亦稱濾芯)以前和以後的壓力差，從而通過監視壓力差來監控過濾層的壽命。通過該優選方案，可以動態地將手術室內的空氣參數自動地維持在滿足相應手術室潔淨度等級要求的範圍內。

在本實用新型的另一優選方案中規定，新風機組的風機配備有無刷直流電機以實現風量的無級調節，並且兩颱風機串聯使用。通過該優選方案，可以滿足新風機組的功能段多，需要高壓頭送風的需求。兩組串聯風機聯動，其新風可滿足4間手術室的用量。

在本實用新型的又一優選方案中規定，所述迴風處理機包括多個迴風處理機，並且中央控制器還被配置為根據醫療房間的潔淨度要求來開啟相應數目的迴風處理機或者調節各個迴風處理機的轉速。通過該優選方案，尤其是在醫療房間中存在過多人員時，達到所要求的潔淨度等級。這主要基於節能考慮，當房間人數過多時，既可以通過增加新風量、也可以增加迴風處理量來實現所要求的潔淨度，但是由於迴風處理機不需要進行除溼和調溫，因此通過增加迴風處理機來達到所要求的潔淨度等級，其能耗增加不多。

在本實用新型的另一優選方案中規定，所述過濾模塊的過濾層的厚度和/或各過濾層的濾紙摺疊的節距被設置為使得所輸入的新風和迴風以弱湍流形式進入到醫療房間中。過濾模塊例如包括靜壓空間、均流膜、散流板。

在本實用新型的一個擴展方案中規定,所述新風過濾層和/或所述過濾模塊的過濾層和/或所述迴風過濾裝置包括HEPA空氣過濾層和/ 或IFD淨化模組和/或活性炭濾網。通過該擴展方案，可以根據實際情況有針對性對空氣進行淨化過濾，實現理想的空氣品質。

在本實用新型的又一優選方案中規定，所述送風天花包括四個矩形的送風天花模塊，所述送風天花模塊共同連接成方形的送風天花。通過該優選方案，可以實現送風天花的標準化構造，從而實現優化的拆卸、組裝和倉儲。

在本實用新型的另一優選方案中規定，在送風天花的下端布置有圍擋，所述圍擋以用於對送風天花輸出的氣流進行導流。該圍擋的高度優選為450mm。通過優選方案，可以在較低風速、例如0.24m/s的情況下將淨化空氣輸送至手術臺工作面。

在本實用新型的另一方面，前述任務通過一種潔淨度可調的手術室來解決，其具有根據本實用新型的可調潔淨度的弱湍流空氣淨化系統。根據本實用新型的手術室，能夠通過開啟相應數目個新風機組和迴風機組或者調節單機組的轉速來改變風量來達到不同的潔淨度等級，即在不同手術室等級之間切換，以滿足不同手術的潔淨度要求。

附圖說明

下面結合附圖參考具體實施例來進一步闡述本實用新型。

圖1示出了根據本實用新型的可調潔淨度的弱湍流空氣淨化系統的示意圖；

圖2A和2B分別示出了根據本實用新型的可調潔淨度的弱湍流空氣淨化系統的送風天花的底視圖和橫截面圖；以及

圖3示出了根據本實用新型的弱湍流空氣淨化系統的手術室實時檢測系統300的示意圖。

具體實施方式

圖1示出了根據本實用新型的可調潔淨度的弱湍流空氣淨化系統 100的示意圖。在此應當指出，儘管本實用新型的實施例是以手術室為例進行說明的，但是本領域技術人員能夠理解，這僅僅是示例性的，本實用新型還可以用於其它應用場合，比如普通病房、新生兒病房、重症監護室以及其它對空氣品質具有類似要求的場合。在此，還應當指出，本實用新型中的使用的弱湍流是一個客觀參數，其是指，氣流的紊流度(或湍流度，即氣流速度相對於平均值波動的度量、即相對標準差)為5％至20％。另外，紊流度20％為紊流或湍流(參見德國標準：DIN1946-4：2008)。

圖1的弱湍流空氣淨化系統100包括一個或多個(在此為兩個) 新風機組101。在此應當指出，儘管弱湍流空氣淨化系統100在圖1 中被示為包括兩個新風機組101，但是在其它實施例中，其也可以包括更多個或更少個新風機組101。新風機組101與室外連通以用於向醫療房間111引入新風。所述新風機組101具有用於從室外引入新風的轉速可調的兩臺串聯的無刷直流風機102、用於對引入的新風進行淨化過濾的新風過濾層103、用於對引入的新風進行除溼和調溫的空調裝置(未示出)。

在本實施例中，通過本實用新型，在優選一個新風機組101的情況下，可以服務於一個或多個手術室。

此外，根據需要，新風機組還可以包括其它淨化裝置、比如用於通過使空氣中顆粒電離來吸附顆粒的IFD淨化模組、以及化學過濾模塊等等。另外，空調裝置可以是冷暖兩用型空調，使得可以簡單地實現空調裝置在製冷和制熱模式之間的轉換。此外，該空調裝置的戶外機還可以是數碼變容量直膨式風冷機組，其中在直膨式空調機中，製冷劑與空氣直接換熱，而無需製備空調冷水等間接換熱的中間環節，從而降低了損耗。此外，可以改變過濾模塊105的過濾層的厚度或者調整過濾層的濾紙摺疊的節距，使得有利於弱湍流的形成。

弱湍流空氣淨化系統100還包括送風天花104，其以天花板形式布置在醫療房間111的頂部並且通過引流管112與新風機組101的新風出風口連接並且通過止回閥106與迴風處理機107的迴風出風口110 連接。送風天花104具有過濾模塊105，其包括靜壓空間、過濾層、均流膜、散流板，所述過濾模塊105被配置為對輸入的新風和迴風進行過濾、均壓和散流，使得所述新風和迴風以弱湍流形式進入到醫療房間111中。

引流管112(亦稱引流風道)與止回閥所在管道的排氣方向成15 °-45°銳角度，以避免新風與迴風發送「氣堵」現象。

優選尺寸為3mx3m的送風天花104通常布置在手術臺115的正上方，形成弱湍流送風的手術區，手術室等級與風量的示例性關係如下：I級、II級、III級、IV級手術室，新風量分別為1200m3/h、1000m3/h、 800m3/h、800m3/h，送風量分別為8100m3/h、4400m3/h、2400m3/h、 1600m3/h；改變新風機組101的運行臺數和/或無刷直流電機102的轉速，改變迴風機組的運行臺數或無刷直流風機的轉速，調節風量以滿足不同級別手術室的潔淨度。應當指出，所述數據僅僅是示例性的，其它參數也可以可設想的。

弱湍流空氣淨化系統100還包括迴風處理機107a和107b，其迴風進風口117與醫療房間111連接以用於從醫療房間111中引入迴風並且其迴風出風口110通過止回閥106與送風天花104連接以用於將經處理的迴風回送到醫療房間111中。迴風處理機107a和107b包括用於對引入的迴風進行淨化過濾的迴風過濾裝置109、迴風風機108(配備有無刷直流電機)。在本實用新型的弱湍流空氣淨化系統100的迴風處理機107a和107b中不必包括除溼機和空調裝置，但是同樣可以實現較好的空氣品質。在本實施例中，示例性地採用了兩個迴風處理機107a和107b,但是在其它實施例中，也可以使用更少數目或更多數目個迴風處理機107a和107b來處理所需要的迴風量。運行的迴風處理機107a和107b的數目可以根據手術室級別來調整。例如，改變運行臺數或單臺機組的風機轉速。新風處理機101、迴風處理機107a和 107b的開啟臺數及轉速均可以通過中央控制器114來控制。

此外，還可以可選地布置排風口116，其用於將空氣從手術室113 排出到室外，排風口116例如可以具有風機、比如排風扇。

下面闡述根據本實用新型的弱湍流空氣淨化系統100中的空氣循環過程。室外空氣首先在無刷直流風機102的作用下進入新風風機101 中，並經歷除溼、製冷和淨化過濾過程，經處理的新風通過引流管112 進入送風天花104中，然後在過濾模塊105的過濾、散流等作用下以弱湍流形式、即方向隨機地吹送到手術臺115及手術區、而不是單向地直接向手術臺115吹送，這樣可以防止將過濾模塊105中的細菌等微生物大量地吹送到手術臺區域、尤其是手術操作部位，從而可以降低手術感染風險。手術室111內的空氣然後從手術室底部的迴風出口 113被輸送到迴風處理機107的迴風進風口117處，並且經過濾淨化後通過迴風處理機107的迴風出風口110和止回閥106輸送到送風天花104中，並且與輸入的新風一起在經過過濾模塊105以後再次進入手術室111中以開始下一次空氣循環。可以控制迴風口113的迴風速度≦1m/s，需要時迴風處理機內裝消聲裝置。

根據本實用新型的弱湍流空氣淨化系統100至少具有如下優點： (1)利用該弱湍流空氣淨化系統100，可以有效地降低感染風險，這是因為，根據實用新型人的研究調查發現，單向流通風設備導致高感染率的主要原因在於，其空氣過濾器儘管可以有效地捕集真菌、細菌等微生物，但在實際使用過程中，過濾器本身成了容留和繁殖微生物的溫床，而且由於單向流設備的出風方向一般固定地對準手術臺，使得易於將過濾層中的細菌直接吹送到手術臺、例如手術操作部位，從而造成術後感染；而本申請的中的弱湍流空氣淨化系統100採用弱湍流技術，由於弱湍流的方向隨機性，因此即使將通風設備100的出風方向對準手術臺115，將過濾層中的細菌直接吹送到手術臺115的概率也會大大降低，從而有效地降低術後感染風險；(2)利用該弱湍流空氣淨化系統100，可以極大地節省電能，這是因為，根據實用新型人的獨特洞察力發現，只需要對新風進行深度除溼、調溫和淨化處理，而對迴風僅需進行淨化處理，就已經可以將醫療房間111的空氣品質保持在理想的水平，因為室內人員作業增加的熱溼負荷(包括潛熱和顯熱)完全可以單單通過少量地增加新風量來抵消，而不需要對迴風進行除溼和調溫；這樣一來，不僅節省了用於對迴風進行除溼、調溫的電能，而且由於將除溼過程全部轉移到新風機組101中而不在迴風處理機107a和107b中執行除溼功能，還避免了一次迴風中的「冷熱相抵」的弊端，提高了溫控效率；此外，使用轉速可調的無刷直流風機102、108與使用交流風機相比可以節省30％電能，而且與通過變頻分檔調節風量的交流電機相比，通過調節直流電機的轉速便可以無級地調節風量，系統簡單，使用方便並且節省投資成本；(3)由於該弱湍流空氣淨化系統100的潔淨度節可調，因此利用該系統可以在同一手術室111中實現不同的潔淨度，使得該同一手術室111可以充當不同潔淨度等級的手術室，從而顯著降低手術室的建造成本和空間需求；這同樣是基於實用新型人的令人意想不到的發現：I-IV級手術室新風量由醫務人員數量確定，通常設定為12人、10人、8人、8人；新風量一般為1200m3/h、1000m3/h、800m3/h、800m3/h。經核實，增加不多的新風量即可消除手術室作業時的熱溼負荷，承擔弱湍流淨化空調系統的空調功能，而迴風只需要承擔系統的淨化功能，「功能」分割後系統節能效果明顯；新風風機、迴風風機配備無刷直流電機既能節能、又能非常方便調節轉速，從而調節風量，改變手術室潔淨度。此時，風機效率會降低，由於配置的無刷直流電機本身的功率在「百瓦級」，因此產生的損耗與帶來的節能效果和運行便捷相比可忽略。

圖2A和2B分別示出了根據本實用新型的弱湍流空氣淨化系統的送風天花104的底視圖和橫截面圖。

圖2A中的送風天花104包括四個矩形的送風天花模塊201-204。在此，應當指出，儘管圖2A和2B將送風天花104示為由四個矩形天花板201-204構成，但是在其它實施例中，送風天花104也可以為一體化成形的，由更多個或更少個送風天花模塊構成，或者包括其它形狀的送風天花模塊。

在圖2A中，各送風天花模塊201-204的尺寸示意性地為1400cmx1600cm，該尺寸的送風天花模塊易於組裝，而且組裝好的送風天花104可以較好地覆蓋3x3m2手術臺區域。但是其它尺寸也可以可設想的。

在圖2A中，通過將四個相同尺寸的送風天花模塊201-204的側面相接合來組裝成完整的送風天花104。通過這樣設計的送風天花104，可以實現用較小送風天花模塊201-204組裝成較大送風天花104，同時實現送風天花的標準化構造，以實現方便的拆卸、組裝和倉儲。組裝好的方形送風天花104的中部形成方形縫隙212，其用於容納套筒 301。所述套筒301用於將送風天花104固定在頂壁上，具體參見圖 2B。

圖2B示出了送風天花104沿圖2A中的A-A橫截線做出的橫截面圖。

在圖2B的橫截面圖中，示出了送風天花104的兩個送風天花模塊 201和202，其中每個送風天花模塊201和202都包括過濾模塊105，其包括過濾層、均流膜和散流板。組裝好的送風天花104以可相對於壁頂轉動和升降的方式通過套筒301固定在頂壁上，以便調整送風天花104的取向和離地高度。在此，通過改變過濾層的厚度和/或調整過濾層的濾紙摺疊的節距來使得所輸入的新風和迴風以弱湍流形式進入到醫療房間中。

送風天花104優選地可以包括圍擋205，所述圍擋205布置在送風天花的下端，以用於對送風天花輸出的氣流進行導流。該圍擋的高度優選為450mm。通過優選方案，可以在較低風速、例如0.24m/s的情況下將淨化空氣輸送至手術臺工作面。圍擋205例如可以由透明玻璃板或樹脂材料製成。

此外，示例性地示出了送風天花104的厚度尺寸，即過濾模塊與送風天花104的上邊緣相距600mm，而與下邊緣相距450mm。其它尺寸也是可設想的。

圖3示出了根據本實用新型的弱湍流空氣淨化系統100的手術室實時檢測系統300的示意圖。在圖3中，手術室實時檢測系統300示例性地包括溫度檢測儀301、溼度檢測儀302、風速檢測儀303、壓差檢測儀304、以及粒子檢測儀305，它們分別被配置為檢測手術室內的溫度、溼度、風速、壓差數值和粒子濃度或粒子數。在本實施例中，手術室實時檢測系統300還可以包括無線發射單元306，其被配置為以無線方式將所檢測到的溫度值、溼度值、風速值、壓差值和粒子濃度值或粒子數發送給中央控制器114。中央控制器114根據所接收到的信息來手動或自動地對系統進行調節，維持各類手術室所期望的空氣參數，也包括參數的顯示和報警。在此，應當指出，儘管在本實施例中將手術室實時檢測系統300示為以無線方式與中央控制器114 通信，但是在其它實施例中，也可以通過有線方式進行通信，而且在其它實施例中，可以在手術室內布置更少或更多的檢測裝置。

雖然本實用新型的一些實施方式已經在本申請文件中予以了描述，但是對本領域技術人員顯而易見的是，這些實施方式僅僅是作為示例示出的。本領域技術人員可以想到眾多的變型方案、替代方案和改進方案而不超出本實用新型的範圍。所附權利要求書旨在限定本實用新型的範圍，並藉此涵蓋這些權利要求本身及其等同變換的範圍內的方法和結構。