層流潔凈手術(shù)室恒溫恒濕控制與實(shí)現(xiàn)

　　一．引言醫(yī)用潔凈手術(shù)室對(duì)室內(nèi)凈化要求較高，同時(shí)對(duì)室內(nèi)環(huán)境溫度、濕度要求也較高。對(duì)醫(yī)用潔凈手術(shù)室的溫度進(jìn)行恒溫控制（control)有利于幫助患者盡快痊愈，對(duì)手術(shù)室的濕度進(jìn)行控制有利于控制室內(nèi)微生物的繁衍，為醫(yī)護(hù)人員及患者提供舒適環(huán)境。醫(yī)用潔凈手術(shù)室恒溫控制具有重要作用。二．醫(yī)用潔凈手術(shù)室對(duì)恒溫控制的基本要求1.系統(tǒng)對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)（FoodMonitor)的高精度（精確度）恒溫恒濕空調(diào)所在的環(huán)境對(duì)溫度和濕度的要求十分嚴(yán)格，尤其是在醫(yī)用潔凈手術(shù)室高精密環(huán)境中。與此同時(shí)，由于這類環(huán)境中熱源、水源等分布十分復(fù)雜，導(dǎo)致環(huán)境中的溫濕分布并不均衡。因此就需要空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)環(huán)境的溫濕變化具有較高的敏感度，能夠迅速的感知環(huán)境中的溫濕變化，并極快的做出有效反映，保證環(huán)境中的溫度和濕度?，F(xiàn)在的恒溫恒濕空調(diào)要求一般在溫度精度（精確度）達(dá)±2℃，濕度精度±5%，高精度空調(diào)可以溫度精度達(dá)到±0.5℃，濕度精度達(dá)到±2%。2.溫濕控制中高效能比在傳統(tǒng)的恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，在溫度（temperature)和濕度的控制上，機(jī)組有風(fēng)冷和水冷型兩種，配備有多級(jí)電加熱器和電極加濕罐及微電腦控制器。手術(shù)室設(shè)計(jì)采用空氣潔凈技術(shù)對(duì)微生物污染采取程度不同的控制，達(dá)到控制空間環(huán)境中空氣潔凈度適于各類手術(shù)之要求；并提供適宜的溫、濕度，創(chuàng)造一個(gè)潔凈舒適的手術(shù)空間環(huán)境。由于手術(shù)室要嚴(yán)格控制低細(xì)菌數(shù)及低麻醉氣體濃度，所以層流超凈裝置的穩(wěn)定性是層流凈化手術(shù)室的重要驗(yàn)收指標(biāo)。在冷卻祛濕工況條件下，蒸發(fā)盤管使空氣溫度低于露點(diǎn)溫度而去濕，通過(guò)加熱器的再熱控制室內(nèi)溫度保持在設(shè)定值。該類機(jī)組由于冷量的調(diào)節(jié)一般僅二檔或三檔，機(jī)組出口空氣的露點(diǎn)溫度不易穩(wěn)定（解釋:穩(wěn)固安定；沒(méi)有變動(dòng))，對(duì)室內(nèi)相對(duì)濕度的控制能力較低，一般宜用于相對(duì)濕度控制精度在±5%的試驗(yàn)室，目前大多采用了該種定型產(chǎn)品。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是冷卻、加溫、除濕的過(guò)程。雖然效果比較明顯，但是很顯然這個(gè)過(guò)程的當(dāng)中的空調(diào)能耗會(huì)比較大，尤其在濕度比較高的環(huán)境下，既要保證除濕的效果，又要保證預(yù)設(shè)的溫度，此時(shí)的耗能量將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于一般機(jī)房空調(diào)的耗能量。為了避免這種情況，再設(shè)計(jì)上可以將室外空氣處理到機(jī)器露點(diǎn)再同室內(nèi)回風(fēng)混合，進(jìn)入主空調(diào)箱干冷卻送風(fēng)，把送風(fēng)溫差控制在相應(yīng)的規(guī)范范圍內(nèi)；直到環(huán)境內(nèi)冷負(fù)荷減小至一定數(shù)值，再用冷卻盤管的冷凍水流量(單位:立方米每秒)或進(jìn)水溫度的改變來(lái)調(diào)節(jié)冷量，進(jìn)一步減小送風(fēng)溫差。在這類空調(diào)工程設(shè)計(jì)中，應(yīng)該對(duì)其能耗和節(jié)能問(wèn)題給予特別重視，提倡棄用二次加熱，以降低（reduce)能耗。三.醫(yī)用潔凈手術(shù)室恒溫恒濕控制的實(shí)現(xiàn)1.溫濕度控制系統(tǒng)的功能溫濕度控制（control)系統(tǒng)中檢測(cè)當(dāng)前的環(huán)境溫濕度是通過(guò)西門子QFM1660溫濕度傳感器進(jìn)行采集，然后通過(guò)AD轉(zhuǎn)換芯片到單片機(jī)芯片STC89C51處理并在液晶上顯示，同時(shí)單片機(jī)控制蜂鳴器和三個(gè)LED燈，用于對(duì)溫濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)控制操作。2.該溫濕度控制系統(tǒng)總體框圖（1）單片機(jī)最小系統(tǒng)：采用AT89C51單片機(jī)；（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(bào)警電路：采用蜂鳴器報(bào)警；（5）外部設(shè)備控制（control)電路：采用的是LED燈顯示，用來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的工作。醫(yī)用潔凈手術(shù)室恒溫恒濕控制（control)空調(diào)機(jī)組原理圖如下圖所示。2.溫濕度控制模塊設(shè)計(jì)（1）控制模塊工作原理溫濕度傳感器通過(guò)AD轉(zhuǎn)換后進(jìn)行單片機(jī)，經(jīng)過(guò)DA轉(zhuǎn)換后形成0-10V的電壓，控制三通水閥。執(zhí)行風(fēng)閥、電加熱器通過(guò)IO信號(hào)進(jìn)行控制。3.溫濕度顯示模塊設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中，采用1602液晶顯示器為+5V電壓驅(qū)動(dòng)，帶背光，可顯示兩行。每行16個(gè)字符，只能顯示字符，不能顯示圖形和漢字。（1）基本操作時(shí)序基本操作時(shí)序，在這里主要用的是寫(xiě)指令和寫(xiě)數(shù)據(jù)。寫(xiě)指令輸入：RS=L，R/W=L，D0-D7=指令碼，E=高脈沖輸出：D0-D7=數(shù)據(jù)。寫(xiě)數(shù)據(jù)輸入：RS=H，R/W=H，D0-D7=數(shù)據(jù)，E=高脈沖輸出：無(wú)。4.報(bào)警電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用蜂鳴器配合發(fā)光二極管一起作監(jiān)測(cè)溫控系統(tǒng)的工作情況，當(dāng)單片機(jī)正常工作時(shí)，蜂鳴器不響，發(fā)光二極管D1亮；當(dāng)溫度上升到40度時(shí)，蜂鳴器響，發(fā)光二極管D3亮；當(dāng)溫度低于30度時(shí)，蜂鳴器響，發(fā)光二極管D2亮。層流手術(shù)室層流手術(shù)室不僅要求高度潔凈的空氣（進(jìn)入手術(shù)室的空氣首先須經(jīng)高效過(guò)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(shù)區(qū)域流向潔凈度低的區(qū)域，并帶走和排出氣流中的塵埃顆粒（塵粒）和細(xì)菌。51系列單片機(jī)上電復(fù)位后，I/O口處于高電平，這時(shí)二極管的正負(fù)極均處于高電平狀態(tài)，此時(shí)燈不亮，如果要使燈亮，負(fù)極必須給低電平。單片機(jī)I/O口的輸出電流(Electronflow)很小，一般只有4-20mA，如果要驅(qū)動(dòng)大的負(fù)載，必須用到驅(qū)動(dòng)電路，在這里采用了PNP三極管驅(qū)動(dòng)。當(dāng)P3.2口輸出高電平時(shí)，三極管不導(dǎo)通，蜂鳴器不響；當(dāng)P3.2口輸出低電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器響，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。5.恒溫恒濕空調(diào)控(釋義:調(diào)節(jié)、控制)制器問(wèn)題措施在醫(yī)用潔凈手術(shù)室恒溫恒濕空調(diào)控制中，針對(duì)室內(nèi)溫度與相對(duì)濕度偏高的問(wèn)題，其原因或許是因?yàn)榭照{(diào)器的設(shè)計(jì)容量偏小而造成的，從而不能滿足有效的除熱、除濕需求，實(shí)際中可以在滿足工藝要求的情況下?lián)Q新的空調(diào)器，就可以很好的解決這個(gè)問(wèn)題。手術(shù)室設(shè)計(jì)采用空氣潔凈技術(shù)對(duì)微生物污染采取程度不同的控制，達(dá)到控制空間環(huán)境中空氣潔凈度適于各類手術(shù)之要求；并提供適宜的溫、濕度，創(chuàng)造一個(gè)潔凈舒適的手術(shù)空間環(huán)境。由于手術(shù)室要嚴(yán)格控制低細(xì)菌數(shù)及低麻醉氣體濃度，所以層流超凈裝置的穩(wěn)定性是層流凈化手術(shù)室的重要驗(yàn)收指標(biāo)。針對(duì)恒溫恒濕空調(diào)控制中的相對(duì)濕度卻偏高問(wèn)題，大多數(shù)的原因是因?yàn)闄C(jī)組在高溫高濕的室外環(huán)境下運(yùn)行，然而由于其空調(diào)器制冷機(jī)在穩(wěn)定運(yùn)行中，所以機(jī)器不好出現(xiàn)停機(jī)的現(xiàn)象，但是由于空調(diào)器的再熱量不夠，而且其制冷量容量也偏小，這樣就會(huì)導(dǎo)致該問(wèn)題的發(fā)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(xiàn)相對(duì)濕度偏低的情況，那么還需要相應(yīng)的加大加濕量，通過(guò)加大熱量來(lái)抵銷冷量的方法，調(diào)整濕度控制正常，但這種方法會(huì)造成對(duì)能源的浪費(fèi)。針對(duì)在恒溫恒濕空調(diào)控制出現(xiàn)的相對(duì)濕度偏低問(wèn)題，大多情況下是因?yàn)檎{(diào)器制冷機(jī)組除濕能力大的因素，從而造成送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)的含濕量偏低，形成濕度偏低問(wèn)題，具體的解決方法就是可以檢查機(jī)組控制系統(tǒng)中的邏輯動(dòng)作，確保其風(fēng)管系統(tǒng)閥門與過(guò)濾器(作用:過(guò)濾雜質(zhì)等)通暢，并適當(dāng)?shù)恼{(diào)大機(jī)組的風(fēng)量，從而可以有效提高送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)上的溫濕度。針對(duì)在恒溫恒濕空調(diào)控制中的制冷機(jī)停機(jī)問(wèn)題，多數(shù)是因?yàn)橄鄬?duì)濕度波動(dòng)大而造成的，由于在重新啟動(dòng)制冷機(jī)后，其溫濕度可以較快速的達(dá)到設(shè)計(jì)的范圍，那么若是機(jī)組的制冷量偏大，則其加熱量也就是會(huì)偏小，針對(duì)此問(wèn)題可以采取加大加熱器容量的方法進(jìn)行改善，但是這樣依然會(huì)造成能源上的浪費(fèi)。6.提高恒溫恒濕控制的質(zhì)量策略在恒溫恒濕空調(diào)控(釋義:調(diào)節(jié)、控制)制系統(tǒng)的應(yīng)用中，為確保實(shí)際中溫濕度控制系統(tǒng)滿足設(shè)計(jì)需要，可以強(qiáng)化對(duì)其生產(chǎn)質(zhì)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(diào)控制的應(yīng)用中，首先應(yīng)該根據(jù)業(yè)主提供的室內(nèi)溫濕度以及局部排風(fēng)量(定義:單位時(shí)間內(nèi)空氣的流通量)等參數(shù)資料，由設(shè)計(jì)人員對(duì)恒溫恒濕空調(diào)控制進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)，并制定有效的執(zhí)行方案，提高恒溫恒濕空調(diào)控制系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中的穩(wěn)定（解釋:穩(wěn)固安定；沒(méi)有變動(dòng))性。然后由設(shè)計(jì)人員進(jìn)行計(jì)算冷熱負(fù)荷計(jì)算，偏離實(shí)際負(fù)荷，并且根據(jù)不同工程的不同要求，設(shè)計(jì)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(diào)控制方案的經(jīng)濟(jì)性。并且在恒溫恒濕空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，優(yōu)化控制方案，還應(yīng)該有設(shè)備供應(yīng)商配置良好的控制器與傳感器(transducer)設(shè)備，對(duì)室內(nèi)的濕度采用直接控制法進(jìn)行設(shè)計(jì)，并采用新風(fēng)單獨(dú)降溫除濕的方案。而且在實(shí)際條件允許的情況下，還可以應(yīng)用制冷機(jī)冷凝器來(lái)作為加熱器，并在控制系統(tǒng)完成之后做好安裝調(diào)試工作，確保恒溫恒濕空調(diào)控制可滿足設(shè)計(jì)需求。四．結(jié)束語(yǔ)醫(yī)用潔凈手術(shù)室對(duì)溫度（temperature)環(huán)境要求較高，針對(duì)醫(yī)用手術(shù)室進(jìn)行恒溫控制具有重要意義。采用單片機(jī)進(jìn)行模塊開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)恒溫控制，對(duì)于確保醫(yī)用潔凈手術(shù)室穩(wěn)定環(huán)境溫度具有可行性。