層流潔凈手術室恒溫恒濕控制與實現

　　一．引言醫用潔凈手術室對室內凈化要求較高，同時對室內環境溫度、濕度要求也較高。對醫用潔凈手術室的溫度進行恒溫控制（control)有利于幫助患者盡快痊愈，對手術室的濕度進行控制有利于控制室內微生物的繁衍，為醫護人員及患者提供舒適環境。醫用潔凈手術室恒溫控制具有重要作用。二．醫用潔凈手術室對恒溫控制的基本要求1.系統對環境監測（FoodMonitor)的高精度（精確度）恒溫恒濕空調所在的環境對溫度和濕度的要求十分嚴格，尤其是在醫用潔凈手術室高精密環境中。與此同時，由于這類環境中熱源、水源等分布十分復雜，導致環境中的溫濕分布并不均衡。因此就需要空調自動控制系統對環境的溫濕變化具有較高的敏感度，能夠迅速的感知環境中的溫濕變化，并極快的做出有效反映，保證環境中的溫度和濕度。現在的恒溫恒濕空調要求一般在溫度精度（精確度）達±2℃，濕度精度±5%，高精度空調可以溫度精度達到±0.5℃，濕度精度達到±2%。2.溫濕控制中高效能比在傳統的恒溫恒濕空調系統設計中，在溫度（temperature)和濕度的控制上，機組有風冷和水冷型兩種，配備有多級電加熱器和電極加濕罐及微電腦控制器。手術室設計采用空氣潔凈技術對微生物污染采取程度不同的控制，達到控制空間環境中空氣潔凈度適于各類手術之要求；并提供適宜的溫、濕度，創造一個潔凈舒適的手術空間環境。由于手術室要嚴格控制低細菌數及低麻醉氣體濃度，所以層流超凈裝置的穩定性是層流凈化手術室的重要驗收指標。在冷卻祛濕工況條件下，蒸發盤管使空氣溫度低于露點溫度而去濕，通過加熱器的再熱控制室內溫度保持在設定值。該類機組由于冷量的調節一般僅二檔或三檔，機組出口空氣的露點溫度不易穩定（解釋:穩固安定；沒有變動)，對室內相對濕度的控制能力較低，一般宜用于相對濕度控制精度在±5%的試驗室，目前大多采用了該種定型產品。簡單來說就是冷卻、加溫、除濕的過程。雖然效果比較明顯，但是很顯然這個過程的當中的空調能耗會比較大，尤其在濕度比較高的環境下，既要保證除濕的效果，又要保證預設的溫度，此時的耗能量將遠遠大于一般機房空調的耗能量。為了避免這種情況，再設計上可以將室外空氣處理到機器露點再同室內回風混合，進入主空調箱干冷卻送風，把送風溫差控制在相應的規范范圍內；直到環境內冷負荷減小至一定數值，再用冷卻盤管的冷凍水流量(單位:立方米每秒)或進水溫度的改變來調節冷量，進一步減小送風溫差。在這類空調工程設計中，應該對其能耗和節能問題給予特別重視，提倡棄用二次加熱，以降低（reduce)能耗。三.醫用潔凈手術室恒溫恒濕控制的實現1.溫濕度控制系統的功能溫濕度控制（control)系統中檢測當前的環境溫濕度是通過西門子QFM1660溫濕度傳感器進行采集，然后通過AD轉換芯片到單片機芯片STC89C51處理并在液晶上顯示，同時單片機控制蜂鳴器和三個LED燈，用于對溫濕度進行實時控制操作。2.該溫濕度控制系統總體框圖（1）單片機最小系統：采用AT89C51單片機；（2）溫濕度采集模塊：采用西門子QFM1660溫濕度傳感器；（3）溫濕度顯示模塊：采用LCD液晶顯示；（4）報警電路：采用蜂鳴器報警；（5）外部設備控制（control)電路：采用的是LED燈顯示，用來實時監測系統的工作。醫用潔凈手術室恒溫恒濕控制（control)空調機組原理圖如下圖所示。2.溫濕度控制模塊設計（1）控制模塊工作原理溫濕度傳感器通過AD轉換后進行單片機，經過DA轉換后形成0-10V的電壓，控制三通水閥。執行風閥、電加熱器通過IO信號進行控制。3.溫濕度顯示模塊設計本設計中，采用1602液晶顯示器為+5V電壓驅動，帶背光，可顯示兩行。每行16個字符，只能顯示字符，不能顯示圖形和漢字。（1）基本操作時序基本操作時序，在這里主要用的是寫指令和寫數據。寫指令輸入：RS=L，R/W=L，D0-D7=指令碼，E=高脈沖輸出：D0-D7=數據。寫數據輸入：RS=H，R/W=H，D0-D7=數據，E=高脈沖輸出：無。4.報警電路設計本設計采用蜂鳴器配合發光二極管一起作監測溫控系統的工作情況，當單片機正常工作時，蜂鳴器不響，發光二極管D1亮；當溫度上升到40度時，蜂鳴器響，發光二極管D3亮；當溫度低于30度時，蜂鳴器響，發光二極管D2亮。層流手術室層流手術室不僅要求高度潔凈的空氣（進入手術室的空氣首先須經高效過濾器凈化），而且要求能控制氣流的流通方向（即采用層流超凈裝置），使氣流從潔凈度高的手術區域流向潔凈度低的區域，并帶走和排出氣流中的塵埃顆粒（塵粒）和細菌。51系列單片機上電復位后，I/O口處于高電平，這時二極管的正負極均處于高電平狀態，此時燈不亮，如果要使燈亮，負極必須給低電平。單片機I/O口的輸出電流(Electronflow)很小，一般只有4-20mA，如果要驅動大的負載，必須用到驅動電路，在這里采用了PNP三極管驅動。當P3.2口輸出高電平時，三極管不導通，蜂鳴器不響；當P3.2口輸出低電平時，三極管導通，蜂鳴器響，發出報警信號。5.恒溫恒濕空調控(釋義:調節、控制)制器問題措施在醫用潔凈手術室恒溫恒濕空調控制中，針對室內溫度與相對濕度偏高的問題，其原因或許是因為空調器的設計容量偏小而造成的，從而不能滿足有效的除熱、除濕需求，實際中可以在滿足工藝要求的情況下換新的空調器，就可以很好的解決這個問題。手術室設計采用空氣潔凈技術對微生物污染采取程度不同的控制，達到控制空間環境中空氣潔凈度適于各類手術之要求；并提供適宜的溫、濕度，創造一個潔凈舒適的手術空間環境。由于手術室要嚴格控制低細菌數及低麻醉氣體濃度，所以層流超凈裝置的穩定性是層流凈化手術室的重要驗收指標。針對恒溫恒濕空調控制中的相對濕度卻偏高問題，大多數的原因是因為機組在高溫高濕的室外環境下運行，然而由于其空調器制冷機在穩定運行中，所以機器不好出現停機的現象，但是由于空調器的再熱量不夠，而且其制冷量容量也偏小，這樣就會導致該問題的發生，具體的解決辦法就是加大電加熱器的容量，若是還在出現相對濕度偏低的情況，那么還需要相應的加大加濕量，通過加大熱量來抵銷冷量的方法，調整濕度控制正常，但這種方法會造成對能源的浪費。針對在恒溫恒濕空調控制出現的相對濕度偏低問題，大多情況下是因為調器制冷機組除濕能力大的因素，從而造成送風狀態點的含濕量偏低，形成濕度偏低問題，具體的解決方法就是可以檢查機組控制系統中的邏輯動作，確保其風管系統閥門與過濾器(作用:過濾雜質等)通暢，并適當的調大機組的風量，從而可以有效提高送風狀態點上的溫濕度。針對在恒溫恒濕空調控制中的制冷機停機問題，多數是因為相對濕度波動大而造成的，由于在重新啟動制冷機后，其溫濕度可以較快速的達到設計的范圍，那么若是機組的制冷量偏大，則其加熱量也就是會偏小，針對此問題可以采取加大加熱器容量的方法進行改善，但是這樣依然會造成能源上的浪費。6.提高恒溫恒濕控制的質量策略在恒溫恒濕空調控(釋義:調節、控制)制系統的應用中，為確保實際中溫濕度控制系統滿足設計需要，可以強化對其生產質量的控制措施，這樣也可以有效避免能量損耗。因此在恒溫恒濕空調控制的應用中，首先應該根據業主提供的室內溫濕度以及局部排風量(定義:單位時間內空氣的流通量)等參數資料，由設計人員對恒溫恒濕空調控制進行詳細的設計，并制定有效的執行方案，提高恒溫恒濕空調控制系統在實際運行中的穩定（解釋:穩固安定；沒有變動)性。然后由設計人員進行計算冷熱負荷計算，偏離實際負荷，并且根據不同工程的不同要求，設計人員可以制定合理的配置(deploy)方案以及溫控制方案，以保證恒溫恒濕空調控制方案的經濟性。并且在恒溫恒濕空調控制系統設計中，優化控制方案，還應該有設備供應商配置良好的控制器與傳感器(transducer)設備，對室內的濕度采用直接控制法進行設計，并采用新風單獨降溫除濕的方案。而且在實際條件允許的情況下，還可以應用制冷機冷凝器來作為加熱器，并在控制系統完成之后做好安裝調試工作，確保恒溫恒濕空調控制可滿足設計需求。四．結束語醫用潔凈手術室對溫度（temperature)環境要求較高，針對醫用手術室進行恒溫控制具有重要意義。采用單片機進行模塊開發和設計，實現恒溫控制，對于確保醫用潔凈手術室穩定環境溫度具有可行性。