1、濕度控制的重要性
不合適的空調(diào)在夏季制冷工況下常常會濕度超標。我國東南地區(qū)，空調(diào)室內(nèi)的高濕度往往發(fā)生在非設計工況，這是由于非設計工況時室內(nèi)的顯熱負荷降低，而潛熱負荷變化不大，導致室內(nèi)的熱濕比減少，如果空調(diào)系統(tǒng)僅根據(jù)室內(nèi)顯熱負荷來降低制冷量，就會降低系統(tǒng)的除濕能力。研究表明，在夏季系統(tǒng)滿負荷運行時，室內(nèi)相對濕度很少會超過70%，而在過渡季節(jié)，當系統(tǒng)部分負荷運行時，在某些月份室內(nèi)相對濕度超過70%的時間高達80%，靠單純的溫度優(yōu)先控制無法保證將室內(nèi)相對濕度保持在60%的上限值以下。
有無菌要求的空間，其控制室內(nèi)的相對濕度的意義在于能將細菌和病毒在空氣中存活的時間控制在一個較短的范圍內(nèi)。而在空調(diào)環(huán)境范圍內(nèi)的溫度變化對微生物生存能力和毒性的影響不是很明顯。相對濕度對大多數(shù)微生物而言是一個重要的影響因素。將相對濕度控制在30%～60%之間就能夠?qū)⒋蠖鄶?shù)細菌和病毒的活力期控制在最小的時間范圍內(nèi)。對室內(nèi)來說，相對濕度控制在50%左右是各種微生物生長的最不利環(huán)境。
2、手術部的空調(diào)系統(tǒng)模式
《規(guī)范》針對潔凈手術室環(huán)境控制的特點提出了具體的空調(diào)系統(tǒng)模式。通常認為傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)模式存在如下問題：
傳統(tǒng)的空調(diào)對顯熱負荷和潛熱負荷處理是耦合的，冷凍水不得不為了滿足濕度處理要求而降低水溫或加大水量。又因常常采用一次回風系統(tǒng)，溫濕度變化范圍很大的新風與室內(nèi)瞬時變化的負荷易造成室內(nèi)狀態(tài)控制不穩(wěn)定，尤其是新風比很大的場合。另外，當回風中微生物遇到高溫高濕的新風也易繁殖滋生，運行實踐也證明對微生物控制不利。
傳統(tǒng)凈化空調(diào)保障衛(wèi)生的新風量與保證正壓控制的補風量是耦合的。有時為了滿足正壓風量而加大了新風量，或者為了滿足新風量保證正壓差風量而加大了排風量。由于系統(tǒng)送風通路上與回風通路上空氣過濾器級數(shù)不同，積塵速度不一，引起送、回風量的變化，造成區(qū)域內(nèi)有序壓力梯度失調(diào)。
傳統(tǒng)凈化空調(diào)系統(tǒng)對凈化所需風量與熱濕處理風量是耦合的。潔凈度級別越高的系統(tǒng)兩者風量相差越大，為了滿足凈化所需風量不得不減少了送風溫差，或者說不同潔凈度級別房間送風狀態(tài)點不同。醫(yī)院空調(diào)系統(tǒng)多以功能區(qū)域劃分，因此區(qū)域內(nèi)不同潔凈度級別的房間難以組合在一個系統(tǒng)。另外，龐大的空調(diào)箱與碩大的風管也難以適用醫(yī)用場所。
為了解決以上這些常見的耦合問題，更有效的控制手術環(huán)境，《規(guī)范》特別規(guī)定：手術部新風宜集中處理，Ⅰ級、Ⅱ級潔凈手術室采用獨立設置的凈化空調(diào)機組；Ⅲ級、Ⅳ級潔凈手術室允許2～3間合用一個系統(tǒng)。手術部中的潔凈手術室與輔助用房分開設置。
依據(jù)《規(guī)范》以上思路，手術部空調(diào)系統(tǒng)模式由集中新風處理機組與手術室循環(huán)機組組成。由于新風集中處理，取消了一次回風，加強二次（或旁通）回風。但是如何確定新風集中處理的終狀態(tài)點以及如何確定循環(huán)機組運行方式有不同觀點與不同的技術措施。
《規(guī)范》強調(diào)手術室合適的溫濕度控制，提出濕度優(yōu)先控制理念。高濕度誘發(fā)生物性污染，將相對濕度控制在50%左右就是將微生物控制在最不利環(huán)境，或者說實現(xiàn)無菌環(huán)境的關鍵之一就是濕度控制。這樣就可將手術室微生物控制簡化為濕度控制的概念。提出了“余濕是污染物"的理念，受到“新風任務就是消除污染"的傳統(tǒng)思路啟發(fā)，手術室室內(nèi)狀態(tài)可以由通風與空調(diào)兩個系統(tǒng)實現(xiàn)。這樣的新風處理不再是將新風處理到不會干擾室內(nèi)的狀態(tài)，即室內(nèi)焓值點。而要求新風處理到更低的焓值，消除室內(nèi)余濕。由于新風集中處理后應輸入到整個手術部的各個手術室循環(huán)機組，因此要求新風處理終狀態(tài)對整個手術部各個手術室是一個公共點，并且是穩(wěn)定的。這種將新風處理到公共點的做法在實際工程中已有應用，比如對舒適性空調(diào)，由于各室內(nèi)狀態(tài)是類同的，所以獨立新風常處理到室內(nèi)狀態(tài)的焓值點，由循環(huán)機組承擔室內(nèi)熱濕負荷，這是最典型的系統(tǒng)處理模式；又如對于工業(yè)車間，因其室內(nèi)發(fā)濕量占發(fā)熱量的比例很小，或者說熱濕比線基本上是垂直的，新風常集中處理到室內(nèi)狀態(tài)的露點，室內(nèi)循環(huán)機組只處理顯熱負荷，特別對潔凈廠房這是典型的控制模式。可見以上是新風zui常用的兩個處理終狀態(tài)點：室內(nèi)狀態(tài)的焓值點和室內(nèi)狀態(tài)的露點。
需要注意的是，對于手術室來說，由于室內(nèi)人員較多，熱濕比較小，沒有必要推廣干盤管或無凝水空調(diào)。空氣途徑傳染的隔離病房是一個特例，因為隔離病房前后有污染走廊與清潔走廊，沒有外窗，沒有瞬變負荷，或者說各室熱濕負荷穩(wěn)定，這就保證了集中處理新風存在一個公共終狀態(tài)點。另外室內(nèi)狀態(tài)控制精度也不高。由于室內(nèi)有空氣途徑傳染的病菌，為*消除盤管表面和凝水盤等處的滋菌隱患，必須強調(diào)循環(huán)機組無凝水。為此開發(fā)了溫差小、顯熱換熱量大的專用無凝水機組，并由大焓差的專用新風機組承擔所有濕負荷。此外，為了保證循環(huán)機組干工況運行，必須隨時控制盤管表面溫度高于室內(nèi)露點溫度。
3、手術室濕度優(yōu)先控制
《規(guī)范》一再強調(diào)手術室環(huán)境不是恒溫恒濕的控制，而是“濕度優(yōu)先控制"。但是往往被誤讀，在實施過程中常常將“濕度優(yōu)先控制"誤解為單純的自控概念。不同類型的手術室，手術過程中醫(yī)護人員的數(shù)量幾乎沒有變化，但手術電動器械或設備使用時間與數(shù)量變化很大。這反映了手術室負荷的一個明顯特點：即濕負荷相對穩(wěn)定，而熱負荷瞬時變化較大。可見對于這種負荷特性，采用常規(guī)的“濕度先行"自控往往難于奏效。如果手術部集中處理后的新風能從系統(tǒng)層面上首先消除室內(nèi)濕負荷，然后再靠循環(huán)機組控制室內(nèi)顯熱負荷，這就是《規(guī)范》推薦的“濕度優(yōu)先控制"思路。
對手術室空調(diào)系統(tǒng)來說新風是最大的無常熱濕負荷，尤其是陰雨與高濕天氣的新風對系統(tǒng)的濕度影響不容忽視。按照“濕度優(yōu)先處理"的思路，集中處理新風不僅要先消除自身的高濕量，而且還要承擔系統(tǒng)的濕負荷，由于新風中幾乎不含致病菌，因此整個除濕過程應該在新風集中處理過程中解決。或者說集中處理的新風應該承擔整個系統(tǒng)的余濕量。從這個思路出發(fā)，新風的量與處理終狀態(tài)參數(shù)應由室內(nèi)濕負荷確定，并保持相對穩(wěn)定，就能保證室內(nèi)濕負荷優(yōu)先被新風帶走，就能穩(wěn)定室內(nèi)溫濕度控制。可見，“濕度優(yōu)先控制"是一個系統(tǒng)層面上的概念，而非單純的自控的概念。它是指系統(tǒng)優(yōu)先集中進行濕度處理，控制送風的含濕量以達到控制室內(nèi)相對濕度的目的。濕度優(yōu)先控制的出發(fā)點有兩個：一是防止室內(nèi)相對濕度過高，有效控制室內(nèi)微生物污染；二是降低循環(huán)機組系統(tǒng)二次污染的風險，保證室內(nèi)送風的量與質(zhì)。由于手術室是一個無菌空間，這樣的濕度優(yōu)先控制對手術室應該是適度控制而不是嚴格控制。這種“濕度優(yōu)先控制"的系統(tǒng)模式實際上強化了新風機組，不僅夏季承擔降溫去濕作用，而且冬季承擔升溫增濕效用。同時弱化了循環(huán)機組作用，僅僅成為溫度控制的空調(diào)機組。這不但對無菌環(huán)境控制十分有利，而且也簡化了控制。在整個過程中，將被調(diào)節(jié)房間內(nèi)的濕度控制和溫度控制解耦。使得集中處理的新風分別送入每個房間，并實現(xiàn)雙位控制，手術時送入保障衛(wèi)生的新風量；無人時保證正壓所需的補風量，使得兩者解耦。由于循環(huán)機組風量可由各手術室潔凈度級別確定，與整個手術部的系統(tǒng)無關，將各室凈化所需風量與新風熱濕處理風量解耦，將整個手術部處于受控狀態(tài)。
“濕度優(yōu)先控制"不同于目前手術部套用的工業(yè)上傳統(tǒng)恒溫恒濕空調(diào)的濕度先行控制，它是弱化新風機組而強化循環(huán)機組。或者說將控制重點放在循環(huán)機組，循環(huán)機組配備了冷卻除濕和加熱加濕的功能組件，靠循環(huán)機組的自控實現(xiàn)濕度先行的功能。這種傳統(tǒng)的濕度先行控制只是在自控層面上的濕度信號先行控制而非系統(tǒng)層面上的濕度優(yōu)先控制。依據(jù)運行中室內(nèi)的溫、濕度傳感器的信號，先行處理濕度信號，調(diào)節(jié)系統(tǒng)機器露點，再處理溫度信號調(diào)節(jié)再熱量，以達到室內(nèi)狀態(tài)的控制。這是zui傳統(tǒng)、zui可靠、zui成熟，但也最耗能的控制。“濕度優(yōu)先控制"理念也不同于隔離病房的無凝水空調(diào)。隔離病房的空調(diào)強調(diào)循環(huán)機組保持無凝水狀態(tài)，這對室內(nèi)致病菌控制十分重要。為保持無凝水狀態(tài)，空調(diào)控制的重點仍在循環(huán)機組，特別是水系統(tǒng)的復雜控制。手術室內(nèi)瞬變的顯熱負荷較多，有時變化幅度較大，如果仍要保持無凝水狀態(tài)，必須采用進水水溫較高的冷凍水，對室內(nèi)瞬變負荷的反應速度不快。而且手術室是無菌空間，沒有必要刻意保持循環(huán)機組無凝水狀態(tài)，因此在濕度優(yōu)先控制的系統(tǒng)模式中，循環(huán)機組仍應直接采用7℃冷凍水，在室內(nèi)仍作溫度控制，大大簡化了水系統(tǒng)。“濕度優(yōu)先控制"并非由集中處理新風承擔室內(nèi)全部熱濕負荷，從理論上講，似乎集中處理新風全部承擔各室的熱濕負荷zui合理，系統(tǒng)控制zui簡單，各循環(huán)機組無需再作熱濕處理，只需要根據(jù)室內(nèi)潔凈度要求（或換氣次數(shù)要求）確定其循環(huán)風量，這時新風處理的終狀態(tài)應為室內(nèi)熱濕比與95%相對濕度線的交點。見下圖。

一些國外公司使用的手術室自循環(huán)吊頂機組，就是利用這個原理。但是實際上手術部內(nèi)各手術室的熱濕比是不同的，如果差異很大，那如何確定這集中處理新風的公共終狀態(tài)點？即使各室的熱濕比相差不大，運行中各室的熱濕比均在變化，為保持室內(nèi)狀態(tài)，自控系統(tǒng)必須使新風處理終狀態(tài)點也隨之變化，那么如何不斷的調(diào)節(jié)新風處理到新的公共狀態(tài)點？如調(diào)節(jié)不當會導致各室內(nèi)狀態(tài)難以控制。可見以上各手術室的溫濕度控制*由一個集中處理全新風系統(tǒng)承擔，在實際工程中是難以實現(xiàn)的，尤其是我國的東南高溫高濕地區(qū)。一般恒溫恒濕機組新風比只能在10%以內(nèi)才能完成室內(nèi)溫濕度控制。國外公司手術室自循環(huán)吊頂機組到實施時也不得不利用一次回風來處理室內(nèi)熱濕負荷，實際上變成二次回風系統(tǒng)，而自循環(huán)吊頂機組只是完成二次回風。
4、手術室濕度優(yōu)先控制實現(xiàn)
如上所述，“濕度優(yōu)先控制"的出發(fā)點和目的都是控制室內(nèi)微生物污染，同時保證室內(nèi)舒適性和降低系統(tǒng)能耗。“濕度優(yōu)先控制"理念只適用于特定的場合。實現(xiàn)“濕度優(yōu)先控制"這個理念必須有三點必要條件：一是對系統(tǒng)內(nèi)各室均合適的新風集中處理終狀態(tài)點；二是允許偏差較大的室內(nèi)濕度控制范圍；三是較大的最小新風量，能帶走室內(nèi)濕負荷。為此必須對潔凈手術部作如下分析。對于Ⅰ級、Ⅱ級手術室，相對濕度的控制范圍為40%～60%，新風量分別為1000m3/h與800m3/h，而Ⅲ級、Ⅳ級手術室，相對濕度的控制范圍可擴展到35%～60%，新風量分別為800m3/h與600m3/h，因此第二、第三個條件可以滿足。而無論是由室外空氣狀態(tài)變化還是由內(nèi)部熱源變化引起的室內(nèi)熱負荷變化，只要手術室內(nèi)的濕負荷穩(wěn)定，并由系統(tǒng)控制住新風處理的機器露點溫度，就能保證室內(nèi)空氣的含濕量。對于有無菌要求的室內(nèi)，濕度控制范圍在夏季工況可推薦為上限值控制，一旦控制住上限，下限也是很容易控制的，因為對于采用冷卻去濕的空調(diào)系統(tǒng)，在空調(diào)夏季工況時一般難于使室內(nèi)濕度低于40%。對于控制系統(tǒng)來說，不需要在被調(diào)節(jié)空間內(nèi)再單獨的設置濕度傳感器對系統(tǒng)進行除濕量調(diào)節(jié)，這樣控制過程變得相對簡單可靠。
那么要實現(xiàn)“濕度優(yōu)先控制"這個理念，關鍵在于手術部是否存在一個集中處理新風的公共終狀態(tài)點呢？對于一個手術部，由于各個手術室內(nèi)的是負荷以及所需的新風量是不同的，因此對送風含濕量的要求也是不同的。在確定系統(tǒng)的除濕能力時，必須計算每個房間所需的送風含濕量，并選擇zui低送風含濕量作為系統(tǒng)新風處理后的狀態(tài)。
潔凈手術室的濕負荷主要由醫(yī)護人員散濕構(gòu)成，散濕量按照24℃下輕度勞動時的散濕量為106g/h計算，群集系統(tǒng)取0.91。潔凈手術室內(nèi)的醫(yī)護人員數(shù)和新風量根據(jù)手術級別而定，新風送風的機器露點溫度也有所不同。見下表。

由此可見，手術部不同級別潔凈手術室要求的集中處理新風送風露點溫度很接近，或者說對于手術部新風處理有一個公共終狀態(tài)點。當室內(nèi)干球溫度不變，室內(nèi)相對濕度從50%上升到55%時，新風露點溫度上升1.6℃左右，使得常規(guī)新風機組更容易對新風進行處理，不需要更低溫的冷凍水。這是因為手術室新風量大大高于一般舒適性空調(diào)，單位新風除濕量不會非常大的緣故。同樣，如果手術人員散濕量按照167g/h計算，也存在一個公共狀態(tài)點。因此濕度優(yōu)先控制的技術可以替代傳統(tǒng)的恒溫恒濕冗余控制。
為了節(jié)能，目前Ⅰ級、Ⅱ級潔凈手術室常常采用新風集中處理（L1）、循環(huán)機組獨立處理（L2）二次回風（C）替代傳統(tǒng)的一次回風再加熱系統(tǒng)。見下圖。但實際工程中靠二次回風閥調(diào)節(jié)送風狀態(tài)點O難以完成，常常采用固定二次回風比，靠再加熱來調(diào)節(jié)。其控制思路：當設計工況再加熱量為零，當室內(nèi)顯熱負荷變小時，靠加大再加熱量去補償變小的負荷，循環(huán)機組處理室內(nèi)顯熱負荷至M，混合至送風狀態(tài)點O。見下圖。其控制思路：當設計工況再冷卻量為最大，當室內(nèi)顯熱負荷變小時，靠減少再加冷卻量去補償變小負荷，以維持送風狀態(tài)穩(wěn)定。兩者相比，可見“濕度優(yōu)先控制"系統(tǒng)能以更低的能耗維持室內(nèi)空氣狀態(tài)N在容許范圍內(nèi)。
新風集中處理二次回風系統(tǒng)

濕度優(yōu)先處理系統(tǒng)