潔凈手術(shù)室噪聲控制的設(shè)計探討.doc

潔凈手術(shù)室噪聲控制的設(shè)計探討 中國建筑科學(xué)研究院 趙力 王清勤 北京計科地源熱泵科技有限公司 何春霞摘要 我國醫(yī)院潔凈手術(shù)部建筑技術(shù)規(guī)范對各級手術(shù)室的噪聲標(biāo)準(zhǔn)做出了規(guī)定，其對噪聲的要求均較高。在凈化系統(tǒng)中送風(fēng)機是主要的噪聲源，也是重要的動力消耗與空調(diào)負荷。在風(fēng)機風(fēng)量一定的情況下，可以采用降低風(fēng)壓的辦法來減小噪聲。按適當(dāng)?shù)陀陬~定風(fēng)量的情況下選用高、中效過濾器，從而降低風(fēng)機的風(fēng)壓。這不但減小了噪聲，同時降低了動力消耗與空調(diào)負荷，從而節(jié)省了運行費用。關(guān)鍵詞 潔凈 手術(shù)室 噪聲 過濾器 阻力 Zhao Li Wang Qingjin He Chunxia Abstract Noise standard of various level is stipulated in Architectural technical code for hospital clean operating department in china which poses a high requisition of noise control .Air supply fan is the main source leading to noise, and takes most of energy consumption and air cooling load. It is adopted by lowering air supply pressure to reduce noise under constant air supply volume. Choosing high and medium efficiency filter according to less than rated air volume can lower air supply pressure of fan. By this means we can cut down noise and reduce energy consumption and air cooling load, also save operating expenses.Keywords cleaning ,operating room ,noises，filter , resistance引言與一般的舒適性空調(diào)相比，醫(yī)院手術(shù)室凈化空調(diào)系統(tǒng)的送風(fēng)量大，風(fēng)機的風(fēng)壓高，從而動力消耗大。同時、醫(yī)院手術(shù)室的噪聲要求嚴格，而噪聲的控制又是設(shè)計者容易忽視的問題。特別是對于一些受條件的限制將手術(shù)室的循環(huán)凈化機組裝于手術(shù)室邊污物走廊的吊頂內(nèi)，由于送回風(fēng)很短，更難于控制噪聲。本文試圖通過對凈化空調(diào)系統(tǒng)進行分析，尋找一個既節(jié)能又能降低噪聲的方法。1過濾器1.1過濾器風(fēng)量的確定級特殊潔凈手術(shù)室采用局部單向流氣流方式，是擠壓的原理。級潔凈室由于出風(fēng)風(fēng)速較低，未能有足夠的動量以保持單向流，是低紊流度的置換氣流，是充填的原理。級準(zhǔn)潔凈手術(shù)室使用混合送風(fēng)氣流，是稀釋的原理，只要求采用上送風(fēng)方式，對送風(fēng)口布置不做特殊的要求。級特殊潔凈手術(shù)室在手術(shù)臺的上方需保持單向流態(tài)。規(guī)范中規(guī)定斷面風(fēng)速0.25-0.3m/s。其風(fēng)速是指手術(shù)臺上方（離地面0.8米）過濾器投影面的平均風(fēng)速，并非過濾器的出風(fēng)風(fēng)速。由于送風(fēng)氣流與周圍空氣的動量交換，送風(fēng)氣流會逐漸減弱。設(shè)計時過濾器的出風(fēng)風(fēng)速取0.4-0.46 m/s。手術(shù)室及輔助用房的送風(fēng)量采用換氣次數(shù)法進行計算。(a)級手術(shù)室 (b)級小型手術(shù)室 (c) 級手術(shù)室 (d) 級手術(shù)室圖1 潔凈手術(shù)室送風(fēng)口集中布置的面積過濾器的風(fēng)量之和就等于手術(shù)室的送風(fēng)量。現(xiàn)在的各級手術(shù)室一般采用勻流板。級特殊潔凈手術(shù)室送風(fēng)面積內(nèi)滿布高效過濾器，其它手術(shù)室多采用兩側(cè)或單側(cè)布高效過濾器，根據(jù)過濾器總的送風(fēng)量就可以確定各個過濾器的送風(fēng)量了，從而進行過濾器的選擇。1.2 過濾器阻力的分析過濾器的全阻力主要由兩部分組成：一是濾料的阻力,二是過濾器結(jié)構(gòu)的阻力。至于過濾器進出口阻力，一般是一個變化不大的值，在5Pa上下，可以作為定值附加。過濾器的濾料阻力是：p1Avp1過濾器的濾料阻力；A結(jié)構(gòu)系數(shù)；v濾速；過濾器的結(jié)構(gòu)阻力是：p2過濾器的結(jié)構(gòu)阻力；B過濾器的結(jié)構(gòu)阻力系數(shù)；u面速；n指數(shù)過濾器的全阻力是：p過濾器的全阻力；C過濾器的阻力系數(shù)；m指數(shù)從公式中我們可以看出，過濾器的全阻力與濾速（或面速）成拋物線關(guān)系。阻力的增加比濾速的增加快。對于高效過濾器，一般風(fēng)量比額定風(fēng)量大得不多時，m的值略大于，即阻力和通過風(fēng)量的關(guān)系近似可以看成線性關(guān)系，所造成誤差在工程中是可以接受的。1.3 過濾器的使用壽命在標(biāo)準(zhǔn)容塵量之下或者阻力增值不超過初阻力的1倍時，高效過濾器的阻力增值和積塵量近似成直線關(guān)系，產(chǎn)生的誤差在10Pa以內(nèi)。如果濾速超過常規(guī)，或容塵量已超過標(biāo)準(zhǔn)容塵量，阻力將隨著積塵的增加而更快地增加。所以用容塵量計算出來的使用壽命，也就是阻力將達到初阻力既定倍數(shù)時所需的運行時間。當(dāng)過濾器在額定風(fēng)量QO下運行，積塵量P從0增加到過濾器的終阻力等于初阻力的既定倍數(shù)（一般1.5-2倍）時，此時過濾器不能再使用，其上的積塵量已達到標(biāo)準(zhǔn)容塵量PO，也就達到過濾器的使用壽命TO，即 (天) P0標(biāo)準(zhǔn)容塵量；T0過濾器的使用壽命；N1過濾器前空氣的含塵濃度；Q0過濾器的額定風(fēng)量；t過濾器一天的運行時間；過濾器的計重效率； 壽命和運行風(fēng)量的關(guān)系T1不是某運行風(fēng)量Q1時的過濾器的壽命，而只是在Q1條件下運行，積塵量達到P0時所需的時間。當(dāng)運行風(fēng)量不等于額定風(fēng)量時，運行阻力和使用壽命都改變了，其變化關(guān)系國外進行了實驗研究。實驗曲線如圖2。其中K=Q1/Q0。K=0.5K=0.75K=1.K=1.25 圖2 有預(yù)過濾高效過濾器的阻力增值和運行時間的關(guān)系 （預(yù)過濾器比色效率45%）國內(nèi)根據(jù)實驗結(jié)果進行了擬合，擬合的曲線如下： 從曲線和擬合公式中我們可以看出，在運行風(fēng)量低于額定風(fēng)量的條件下，高效過濾器的阻力隨時間的增長較慢。當(dāng)運行風(fēng)量等于額定風(fēng)量的一半時，高效過濾器的使用壽命遠大于其在額定風(fēng)量下的使用壽命。1.4 過濾器的選擇從上述的理論分析中可以看出：高效過濾器的使用壽命按過濾器阻力或容塵量來評價是一致的。在標(biāo)準(zhǔn)容塵量以下或者阻力增值不超過初阻力的1倍時，高效過濾器的阻力增值和積塵量近似成正比。對于高效過濾器，一般風(fēng)量比額定風(fēng)量大得不多時，阻力和通過風(fēng)量的關(guān)系近似成正比關(guān)系。對于手術(shù)室及輔助用房的均可按低于額定風(fēng)量選擇高、中效過濾器，這雖然增加了設(shè)備的初投資，但由于過濾器使用壽命增加的倍數(shù)大于因過濾器面速減小而使過濾器面積增大的倍數(shù)，總體上并未造成設(shè)備投資的增加。由于風(fēng)機的風(fēng)量、風(fēng)壓、軸功率分別和轉(zhuǎn)速的一次、二次、三次方成正比。風(fēng)機風(fēng)壓的降低減少了電機的輸入功率。如風(fēng)壓降低圖3 風(fēng)機及管路運行曲線 50%，功率降低約65%，具有明顯的節(jié)能效果。在額定風(fēng)量下，高效過濾器的初阻力在200-250Pa，中效過濾器的初阻力在100-150 Pa。建議采用按額定風(fēng)量的50%-70%進行高、中效過濾器的選擇，高效過濾器的阻力在120-170Pa，這樣中效過濾器的阻力在60-80Pa，初效過濾器的阻力在50 Pa左右。過濾器的總初阻力在230-300 Pa，初效過濾器的初阻力在50 Pa左右。高、中效過濾器的終阻力一般按初阻力的1.5-2倍計算。則過濾器的總終阻力在410-550 Pa左右。由于手術(shù)室的循環(huán)風(fēng)機一般設(shè)置在手術(shù)室外的污物走道或?qū)Ｓ每照{(diào)機房內(nèi)，這主要是為了降低噪聲以及檢修方便。當(dāng)循環(huán)風(fēng)機置于污物走道時，由于循環(huán)風(fēng)凈化空調(diào)機由于與手術(shù)室相臨，管道的阻力損失在150 Pa左右。則總的風(fēng)機的風(fēng)壓在560-700Pa，風(fēng)機的風(fēng)壓與常規(guī)空調(diào)接近，運行較平穩(wěn)。如果噪聲超標(biāo)，還可以繼續(xù)降低通過過濾器的風(fēng)速減小過濾器的運行阻力，以滿足噪聲要求。除上述方法外，還可以首先確定風(fēng)機，然后反推出過濾器的阻力進行過濾器的選擇，但過濾器的面速不宜過低即所選過濾器不宜過大。如以系統(tǒng)的終態(tài)總阻力和設(shè)計風(fēng)量進行風(fēng)機的選擇，風(fēng)機采用變頻風(fēng)機，則節(jié)能效果更明顯。此種方法既避免了通過風(fēng)閥調(diào)節(jié)所造成的節(jié)流損失，又能使送風(fēng)量恒定。圖3為其風(fēng)機和管路運行曲線。2噪聲的控制2.1噪聲標(biāo)準(zhǔn)瑞士對高級的無菌手術(shù)室定為50dB（A），一般無菌手術(shù)室為45 dB（A）；德國標(biāo)準(zhǔn)均為45dB（A）；我國醫(yī)院潔凈手術(shù)部建筑技術(shù)規(guī)范中規(guī)定：級手術(shù)室52 dB（A），-級手術(shù)室50dB（A）。2.2 凈化系統(tǒng)中的消聲器凈化工程中不能采用纖維性吸聲材料，多采用金屬（如鋁材）結(jié)構(gòu)的微孔板消聲器。該消聲器屬于復(fù)合消聲器。阻性消聲器利用吸聲材料吸收低頻率噪聲的能力很低。阻性消聲器的聲學(xué)性能主要取決于吸聲材料的種類、吸聲層厚度及密度、氣流速度、氣流流過通道的斷面形狀和尺寸以及消聲器的長度等因素。共振消聲器利用穿孔板共振吸聲的原理構(gòu)成共振消聲器。其對特定的頻率產(chǎn)生較大的衰減、氣流阻力小、但結(jié)構(gòu)偏大。復(fù)合消聲器是把阻性消聲器和共振消聲器兩者的優(yōu)點相結(jié)合。復(fù)合消聲器對低頻消聲性能有一定的改善。如1.2m長的微孔板消聲器的低頻消聲量可達10-20dB（A）。微孔板消聲器的主要設(shè)計參數(shù)為：板厚：0.5-1.0mm；孔徑0.5-1mm；穿孔率1%-3%，孔板后的空腔為5-20cm(低頻取15-20；中頻取10-15；高頻取5-10)。采用1-2米的微孔板消聲器的消聲量在10-20 dB（A）。2.3 凈化系統(tǒng)中的噪聲凈化系統(tǒng)中的主要噪聲源是風(fēng)機。風(fēng)機噪聲的大小與風(fēng)壓、風(fēng)量、葉片型式、片數(shù)等因素有關(guān)。風(fēng)機噪聲是由葉片驅(qū)動空氣產(chǎn)生的紊流引起的寬頻帶氣流噪聲以及相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)噪聲所組成，后者可由轉(zhuǎn)數(shù)和葉片數(shù)確定其噪聲頻率。風(fēng)機產(chǎn)生的噪聲大小，通常用聲功率級表示。風(fēng)機的噪聲水平應(yīng)由廠家提供，當(dāng)缺乏資料時可按下式計算聲功率級，它與實測的誤差在4dB（A）以內(nèi)。Lw=5+10lgQ+20lgP Lw風(fēng)機的聲功率級；Q風(fēng)機的風(fēng)量；P風(fēng)機的風(fēng)壓。 當(dāng)風(fēng)壓減小一半時，噪聲減小約6個dB（功率級）。兩個相同聲壓級相疊加時，僅比單個聲源的聲壓級大3dB（A）。當(dāng)選用一個風(fēng)機噪聲較大時，可采用多臺風(fēng)機并聯(lián)的方式。凈化系統(tǒng)中除風(fēng)機為主要噪聲源外，還由于風(fēng)道內(nèi)氣流流速和壓力變化以及管壁和障礙物的作用而引起的氣流噪聲。噪聲的大小和風(fēng)速有關(guān)，風(fēng)速越高產(chǎn)生的噪聲越大。但在低速風(fēng)道內(nèi)（風(fēng)管速度8m/s）即使存在氣流噪聲但與較大的風(fēng)機噪聲源相疊加，可以忽略不計。因而從減小噪聲考慮，應(yīng)盡可能地采用較小的風(fēng)速?？紤]不同噪聲要求的推薦風(fēng)速見1表：室內(nèi)允許噪聲dB（A）主管風(fēng)速（m/s）支管風(fēng)速（m/s）新風(fēng)入口風(fēng)速（m/s）25353423355047233.55065692544.56585812585 表1 噪聲要求的推薦風(fēng)速2.4 凈化系統(tǒng)中噪聲的自然衰減風(fēng)管輸送空氣到房間的過程中，噪聲會有衰減，這種噪聲的衰減對手術(shù)室是有利的，從而在設(shè)計中應(yīng)予以計算。凈化系統(tǒng)的噪聲衰減包括噪聲在風(fēng)管內(nèi)的自然衰減、風(fēng)口反射的噪聲衰減、空氣進入室內(nèi)的噪聲衰減。具體計算可參考文獻5。凈化空調(diào)機組一般與手術(shù)室相臨，送回風(fēng)的管道較短采用表1的推薦風(fēng)速，噪聲的自然衰減在15 dB（功率級）左右。由上分析，受位置限制，手術(shù)室一般只能選用一個消音器。其消聲量在10-20 dB（A），加上噪聲的自然衰減，總的噪聲衰減量在25-35 dB（A）。加上室內(nèi)允許的噪聲級52 dB（A）、其它50 dB（A），故風(fēng)機的噪聲不宜高過85 dB（A）。當(dāng)風(fēng)機噪聲低于70 dB（A），并送風(fēng)管上選用了1-2米的消聲器，手術(shù)室的噪聲可不進行核算，否則、應(yīng)進行核算。如噪聲超標(biāo)，可以增加消音器、降低風(fēng)壓、選用多臺風(fēng)機等措施進行改進。3 結(jié)論3.1采用容塵量和過濾器的終阻力來評價過濾器的使用壽命是一致的。3.2以低于過濾器額定風(fēng)量進行過濾器的選擇，過濾器使用壽命增加的倍數(shù)大于因過濾器面速減小而使過濾器面積增大的倍數(shù)。3.3以低于過濾器額定風(fēng)量進行過濾器的選擇，降低了動力消耗與空調(diào)負荷。3.4以低于過濾器額定風(fēng)量進行過濾器的選擇，具有降低噪聲的作用，并使系統(tǒng)運行平穩(wěn)。3.5如采用變頻風(fēng)機，節(jié)能與降低噪聲的效果更顯著。參考文獻1 GB50