通倉交融手術室是多臺手術交匯融合在一個大空間內(nèi)的簡稱。通常指在一個開放的大空間內(nèi)，有多臺手術可同時開展（一般為4臺手術）的一個綜合性的手術平臺。4臺手術的團隊在這平臺上有機組合在一起，在手術過程中相互交流、交匯、合作與融合。在這個綜合手術平臺上，建筑空間是需控制的，人員數(shù)量是受限制的，手術區(qū)域環(huán)境是可控的，潔凈等級是可變的，空調(diào)系統(tǒng)是變風量的，氣流組織是變化的，運行是多樣化的。在交融通倉手術室內(nèi)，經(jīng)驗較少的外科醫(yī)生和麻醉師能夠在專家指導下，能成功地完成手術，使他們的能力得到了鍛煉，并且增加了手術數(shù)量，減少了人員配置，提高了手術運營效率，又可隨時根據(jù)手術技術與裝備的發(fā)展而變化。
一、通倉交融手術室設計方案
1、手術室概要及平面布局
通倉交融手術室一般能同時開展1~4臺手術，在手術進行時，僅需要一位高級麻醉師及一名資深手術醫(yī)生，其余均由麻醉師、主刀醫(yī)生及護士完成。一名巡回護士同時管理4臺手術，醫(yī)護人員數(shù)量配置相比傳統(tǒng)模式縮減25%，大大提高了工作效率，而且手術空間、手術器具與設備、手術人員得以高效利用，發(fā)揮高級外科醫(yī)生與高級麻醉師的作用，手術團隊分享臨床專業(yè)知識與手術技能，使醫(yī)院在有限優(yōu)質(zhì)醫(yī)療資源下，更快、更省、更安全和更有效地服務治療更多的病人。
通倉交融手術室一般建筑面積控制在長23.4m×寬8.4m=196m2內(nèi)，手術內(nèi)區(qū)與外區(qū)面積比1:5.5左右，手術室人員與設備標準配置見（表１、表2），手術室內(nèi)設備和人員布置見下圖。

手術室設備與人員布置圖

表1人員布置表
     
表2人員布置表
     

基于手術性質(zhì)及對不同手術凈化等級要求的區(qū)別，四臺手術均可在Ⅰ級潔凈手術室與Ⅲ級潔凈手術室之間任意變級切換，而不影響其它手術的開展。也就是說1#或3#手術區(qū)按I級潔凈手術室運行，而其它2#、4#手術區(qū)可以是III級潔凈手術室運行。理論上可以有24種運行模式。但當開展移植手術時，通倉交融手術室只能按Ⅰ級潔凈手術室運行。
2、空調(diào)系統(tǒng)設計方案
通倉交融手術室，共有4個即獨立又關聯(lián)的手術區(qū)域，為使手術區(qū)處于受控狀態(tài)，并且各手術區(qū)能夠靈活使用，每個手術區(qū)采用4套獨立空調(diào)系統(tǒng)，而整個手術室采用1套新風空調(diào)系統(tǒng)，有利于通倉交融手術室整體壓力控制和正壓維持?？照{(diào)系統(tǒng)設計方案的理念是，采用集中新風空調(diào)系統(tǒng)消除手術室內(nèi)濕負荷，循環(huán)空調(diào)系統(tǒng)調(diào)節(jié)手術室內(nèi)溫度，空調(diào)的2個系統(tǒng)分別對手術室內(nèi)溫度和濕度進行獨立控制，使通倉交融手術室整體處于受控狀態(tài)，各手術區(qū)可靈活使用。
（1）設計參數(shù)
手術室室外參數(shù)參考上海地區(qū)，室內(nèi)設計參數(shù)依據(jù)《醫(yī)院潔凈手術部建筑技術規(guī)范》（GB 50333–2013）指標確定：室內(nèi)溫度24℃，相對濕度50%，單個手術區(qū)平均室內(nèi)人數(shù)4.5人。通過計算通倉交融手術室（四個手術區(qū)）總冷負荷Q=89.7kW,總濕負荷d =9.28Kg/h,室內(nèi)冷負荷Qn=31.3kW,新風負荷Qw =58.4kw,每個手術室控制區(qū)為2.6m×2.4m，送風量9000m3/h，新風量1000m3/h，排風量500m3/h，滲透風量500m3/h。
（2）溫度濕度獨立控制
根據(jù)以上闡述，通倉交融手術室凈化空調(diào)系統(tǒng)采用溫度濕度獨立控制，其特點是：潔凈手術部內(nèi)各手術室新風處理后狀態(tài)點相同，并且是恒定的，各手術室循環(huán)空調(diào)系統(tǒng)自成獨立系統(tǒng)，而且各手術室也可以靈活使用。

潔凈手術室新風集中設置有利于滿足各手術室的正壓要求，保證各手術室的壓力梯度。循環(huán)空調(diào)系統(tǒng)保證手術室的潔凈度，避免空氣交叉感染。排風采用獨立系統(tǒng)，并且與手術室自動門連鎖，當手術室門關閉時排風系統(tǒng)自動開啟，使手術室始終處于正壓受控狀態(tài),各手術區(qū)也可以靈活使用。由于新風空調(diào)系統(tǒng)承擔手術室內(nèi)全部濕負荷，新風空調(diào)箱冷卻盤管的冷卻除濕能力加大,要求進新風空調(diào)箱表冷器的冷水溫度降低。當表冷器冷水進水溫度達不到要求時，可采用直接蒸發(fā)冷卻器進行二級冷卻處理。新風空調(diào)箱濕工況運行，循環(huán)空調(diào)箱在干工況狀態(tài)下工作，并且新風空調(diào)系統(tǒng)控制室內(nèi)相對濕度，循環(huán)空調(diào)系統(tǒng)控制手術室溫度，保證手術室在設定的溫濕度范圍內(nèi)運行，特別是手術室相對濕度必須＜60%。
（3）手術室的h-d圖分析
通倉交融手術室新風集中處理，新風處理到I級手術區(qū)和III級手術區(qū)公共狀態(tài)點（其含濕量小于手術室內(nèi)含濕量）,循環(huán)空調(diào)系統(tǒng)各手術區(qū)分別獨立處理，夏季處理過程h-d圖。

夏季，新風處理到L1點（公共狀態(tài)點）,新風處理狀態(tài)點由do=dn—W/1.2L（其中do為送風含濕量，dn為室內(nèi)含濕量，W為濕負荷）確定。由于手術室的濕負荷主要是人員散濕，在手術過程中，室內(nèi)人員是固定的，因此室內(nèi)濕負荷基本恒定，所以L1點基本是固定的。由于Ⅰ、Ⅲ級手術室濕負荷不同，因此含濕量差Δd也不同，確定的公共狀態(tài)點能保證不同級別手術室的室內(nèi)溫濕度在《規(guī)范》許可范圍內(nèi)既可。
新風W先經(jīng)三維熱管預冷至W′，由于新風需從W′點處理到L1點，一級表冷器往往難以實現(xiàn)，因此通常采用兩級表冷器來處理，第一級表冷器將新風由W′點冷卻到L點（一般為室內(nèi)狀態(tài)點的等焓線與相對濕度95%線的交點），第二級表冷器將新風由L點冷卻到L1點。由于兩個表冷器處理后的出風溫度不同，所以其所需的冷水進水溫度也不同（通常表冷器冷水進水溫度比出風溫度低4 ℃左右）。在一個集中空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)要提供兩種不同的冷水溫度，水系統(tǒng)比較復雜也不經(jīng)濟，通常第一級表冷器采用集中空調(diào)系統(tǒng)提供冷源（或采用獨立冷源——多功能熱泵機組），第二級表冷器采用直接蒸發(fā)盤管。
根據(jù)各手術室的控制調(diào)節(jié)需要，將新風從L1點經(jīng)三維熱管再熱至T點，循環(huán)風與處理到T點的新風在手術室送風靜壓箱（送風天花）內(nèi)混合到C點，考慮機器內(nèi)升溫至C′，再降溫至熱濕比線上O點，送入手術室內(nèi)。此方案新風空調(diào)箱承擔了降溫除濕功能，循環(huán)空調(diào)箱在干工況狀態(tài)下運行，可減少細菌滋生繁殖，對控制手術室內(nèi)無菌環(huán)境十分有利，而且簡化了空調(diào)系統(tǒng)控制。當手術室內(nèi)顯熱變化時，控制循環(huán)空調(diào)箱進行加熱或降溫處理，而且循環(huán)空調(diào)箱控制溫度反應速度較快，控制精度也較高。
冬季，新風從W點加熱到H點（在L1點的等溫線上），再等溫加濕到與公共狀態(tài)點L1，并根據(jù)各手術室的控制調(diào)節(jié)需要，將新風從L1點加熱至T點，與循環(huán)風在手術室送風靜壓箱內(nèi)混合到C點，再降溫至熱濕比線上O點，送入手術室內(nèi)。新風空調(diào)箱承擔加熱、加濕功能。當手術室進行制熱或制冷功能轉換時，新風的共同送風狀態(tài)點始終維持不變，空調(diào)系統(tǒng)轉換簡單，使用靈活方便。
綜上所述，新風空調(diào)箱對新風進行冷卻、再熱（夏季）或加熱、加濕（冬季）處理到一個共同的送風狀態(tài)點，循環(huán)空調(diào)箱對室內(nèi)回風進行冷卻（加熱）處理；集中新風系統(tǒng)與室內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)互不干擾，控制系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。
3、通倉交融手術室氣流組織
有序的氣流組織設計是保證通倉交融手術室的潔凈度，防止菌塵污染的重要措施，上部送風下部回風的氣流組織設計，可以有效控制各手術區(qū)菌塵沉降污染。但受通倉交融手術室平面及各種條件限制，上部下回氣流組織有一定困難，按現(xiàn)有成熟的設計經(jīng)驗,送風形式設計成：I級手術區(qū)上部送風，1/3風量下回，2/3風量上回，而III級手術區(qū)上部送風，全部采用下回風，并且I級和III級手術室下部回風不是平行于手術臺長邊兩側，而是在手術臺短邊一側（見圖8），風量平衡計算表見下表。

4、手術區(qū)I/III級別轉換
《醫(yī)院潔凈手術部建筑技術規(guī)范》第8.2.1條規(guī)定，“I級~III級潔凈手術室內(nèi)集中布置于手術臺上方的非誘導型送風裝，應使包括手術臺的一定區(qū)域即手術區(qū)處于潔凈氣流形成的主流區(qū)內(nèi)。從I級~III級潔凈手術室集中送風裝置面積中發(fā)現(xiàn)不同級別的送風面積長度是固定的，不同的是寬度。

將手術區(qū)集中送風裝置分成三個送風箱體，可很好解決I/III級轉換難題。將I級手術區(qū)送風裝置（2600×2400）分成3個箱體，即中心箱體1個（2600×2400），在長邊二側各增加1個箱體（2600×500）。將3個箱體組合使用即可達到I/III級手術區(qū)轉換。當使用中心箱體時為III級手術區(qū)，當中心箱體和二側箱體同時使用時為I級手術區(qū)。

以I級手術區(qū)為例進行分析，送風為中心箱體和二側箱體，送風總箱體（2600×2400），送風量9000m3/h，箱體面積2600×2400=6.24m2，截面風速0.4m/s，送風管分以送風裝置長邊左右6路分支管，分別送入3個箱體。每路送風管上安裝定風量閥，并固定設計風量，保證整個送風裝置截面風速的均勻。每個定風量設雙位控制，實施送風狀態(tài)與關閉狀態(tài)的切換。為維持各分支管路風量平衡，必須選擇壓力無關型定風量裝置，才會隨過濾器積塵而阻力增加等因數(shù)改變風量，長期維持送風裝置截面風速的恒定。同樣III級手術區(qū)送風時，開啟中心箱體（2600×1400），送風量3000m3/h，箱體面積260×1400=3.64m2，截面風速0.22m/s。關閉二側箱體的定風量閥，實現(xiàn)低級別運行，大大減少了送風量，可以降低運行費用與能耗。具體變級別方式見下表。
手術區(qū)變級別運行
      

5、手術區(qū)I/III級轉換的空調(diào)系統(tǒng)實施
通倉交融手術室I級手術區(qū)送風量9000m3/h, III級手術區(qū)送風量3000m3/h,送風量比為3:1。根據(jù)風量與風壓平方 (L/L1=H/H11/2) 關系計算，當循環(huán)空調(diào)箱送風量9000m3/h,機外余壓600Pa時滿足I級手術區(qū)潔凈度要求，當轉換III級手術區(qū)時，風量需減少到原送風量的1/3,機外余壓降至66Pa左右，顯然不能滿足克服風系統(tǒng)阻力的要求。按風量-風壓性能曲線，當空調(diào)系統(tǒng)完成后，管網(wǎng)性能曲線固定，而改變風機性能曲線必然的，也是可行的。
將I級手術區(qū)9000m3/h的送風機，設計成二臺4500m3/h的相同性能曲線的風機，當運行I級手術時，開二臺風機，而運行III級手術時，開一臺風機，這樣當送風機4500m3/h改變3000m3/h時，機外余壓600Pa降為400Pa。按管網(wǎng)特性方程式H=KQ2計算，由于I/III級手術區(qū)合用一套管路，阻力系數(shù)確定，風量減少使系統(tǒng)阻力減少2.25倍，循環(huán)風機產(chǎn)生的風壓能克服風系統(tǒng)阻力。
一臺風機單獨工作時的風量大于并聯(lián)工作時每臺風機的風量，二臺風機并聯(lián)工作時，其并聯(lián)工作時的風量不可能比單臺泵工作時的風量成倍數(shù)增加（L1+L2＜2L1）。因此在選擇風機時，應考慮相同型號風機在并聯(lián)運行時，均處在風量高效率工作點而且風量大于單臺風機風量的因數(shù)。
6、四管制冷熱源
潔凈手術室一年四季處于制冷、再加熱、制熱這種特殊狀況，在以往的潔凈手術室設計中，冷熱源采用風冷熱泵機組或冷水機組+熱水鍋爐，水系統(tǒng)采用二管制或四管制，潔凈空調(diào)箱再加熱采用電加熱或熱水盤管。風冷熱泵機組難以滿足同時供冷供熱的要求，而潔凈空調(diào)箱采用冷卻去濕再加熱，形成冷熱量互相“抵消"， 造成明顯不合理的能耗，使?jié)崈羰中g室成為醫(yī)院高能耗部門。采用多功能冷熱源一體機，替代鍋爐+冷水機組制冷和制熱設備，是手術室一種比較合理的冷熱源選擇方案。
冷熱源采用四管制多功能空氣源熱泵，可實現(xiàn)同時解決潔凈手術部冷凍去濕、再加熱的要求，達到恒溫恒濕控制的目的。該方案取消空調(diào)箱內(nèi)電加熱，利用多功能空氣源熱泵余熱作為再加熱熱源，節(jié)約了大量冷熱量互相“抵消"的能耗。同時在過渡季節(jié)手術室可同時制冷制熱，各類手術室之間互相不干擾。通過近幾年在手術室的實際運行，取得了較好的節(jié)能效果。
二、通倉交融手術室氣流模擬（CFD）實驗
為驗證通倉交融手術室采用上部回風氣流組織的合理性，搭建了1:1實體模型(1/2型)，目前正在做實體模型氣流模擬試驗， 主要檢驗：
（1）手術區(qū)內(nèi)上回風是否影響在手術主流有效區(qū)域內(nèi)單向流氣流。
（2）條形上部回風口和下部回風口結合回風是否合理。
（3）I/III級級別轉換在多少時間內(nèi)氣流達到相對平衡。
（4）手術室內(nèi)溫濕度場分布。
（5）各手術區(qū)按I/III級運行時互相干擾問題。
模擬實驗具體結果將在以后文章中討論。CFD模擬圖得出主要結論：
（1）手術燈對氣流的影響較大，導致手術燈下方出現(xiàn)渦旋。但在非手術燈下方，流線基本保持直線。
（2）在污物通道處設置下部回風口，導致手術室潔凈通道側出現(xiàn)較大渦旋，但此渦旋并未影響手術關鍵區(qū)。
（3）上部回風口回風量大，能夠在各個手術區(qū)之間形成氣流方向向上的“空氣幕"。
三、通倉交融手術室防治氣流交叉感染
通倉交融手術室內(nèi)氣流組織是防止通倉交融手術室交叉感染的關鍵，也是通倉交融手術室潔凈技術的核心。從氣流組織和細菌控制三方面著手：
首先，各手術區(qū)采用各自獨立的空調(diào)系統(tǒng)，為了使二臺手術區(qū)之間氣流盡量互不干擾，空調(diào)設計氣流組織為，I級手術區(qū)大風量送風時，采用2/3風量上回，送風天花送風氣流下降到手術床高度后成U型氣流上回至回風口，使二臺手術區(qū)之間形成潔凈氣幕。當III級手術區(qū)小風量送風時，無法形成氣流幕，采用下回風。手術室采用上回風形式與國家有關規(guī)范相抵觸，正在實驗室做氣流模擬和細菌檢測實驗，論證上回風的合理性（國外手術室有上回風工程實例），實驗室初步檢測結果：潔凈度滿足潔凈手術室的級別要求。
其次在二臺手術區(qū)內(nèi)安裝DNA實時細菌檢測和分析設備，該設備采用DNA基因技術檢測細菌成份，當手術區(qū)細菌濃度超過標準值時報警，啟動潔凈空調(diào)箱加大細菌超標手術區(qū)的送風量，形成該手術區(qū)對二側手術區(qū)正壓，使手術區(qū)細菌濃度始終處于標準值。最后當各手術區(qū)手術結束不同步時，為防止各手術區(qū)術后打包交叉感染，采用密閉污物小車（圖11）替代術后打包，將術后各類器械、輔料等物品全部裝入密閉小車內(nèi)，密閉運出手術室送入醫(yī)院中心供應室，消除各手術區(qū)交叉感染潛在風險。

  
四、通倉交融手術室空調(diào)節(jié)能性分析
1、U型三維熱管夏季預冷
目前手術室空調(diào)系統(tǒng)基本上有二種方案，傳統(tǒng)的一次回風加再熱系統(tǒng)，另外一種是溫度濕度獨立控制、新風濕度優(yōu)先控制。二種空調(diào)系統(tǒng)方案從h-d圖上分析，從L1點加熱到T點，可利用余熱、廢熱進行加熱。新風冷卻后再加熱有多種方案，如可采用多功能熱泵機組的廢熱再加熱，也可采用直接蒸發(fā)冷卻器的冷凝熱再加熱。本方案采用三維熱管技術，在新風空調(diào)箱表冷器前后側增加U型熱管，夏季新風預冷卻，可節(jié)省冷量Q=4000×1.2×(90.6-85.2)/3600=7.2kW，經(jīng)新風直膨機深度冷卻后，再將新風再熱Q = 4000×1.2×(33-29.4)/3600=4.8kW，節(jié)省新風能耗約12kW。采用三維熱管技術，在夏季對提風最終處理溫度，在冬季減少新風相對濕度，使新風控制系統(tǒng)內(nèi)出風口空氣相對濕度不大于75%。
2、溫濕度獨立控制方案節(jié)能分析
通倉交融手術室空調(diào)方案放棄了一次回風加再熱方案傳統(tǒng)方案，采用溫度濕度獨立控制、新風濕度優(yōu)先控制方案，并在新風空調(diào)箱內(nèi)采用三維熱管技術。經(jīng)計算比較，通倉交融手術室夏季總冷量94.4kW，其中：新風機組中一級制冷段由冷水機組承擔48.8kW，二級制冷段由直膨機承擔20.4kW，循環(huán)機組冷量5.2kW（單臺冷量6.3kW），冬季總熱量34.4kW，新風加熱量 21.6kW，循環(huán)機組加熱量12.8kW（單臺熱量3.2kW），加濕量25kg/h。
對比傳統(tǒng)的一次回風加再熱方案，總冷量約為199.48kW，其中：新風機組冷量46.68kW，循環(huán)機組冷量150.8kW。兩方案比較，采用溫濕度獨立控制方案，總冷量約為94.4kW，每年運行1500h，年耗能14.16萬kW·h電。采用一次回風再加熱方案，總冷量約為199.48kW，如每年運行1500h，年耗能29.92萬kW·h電；前者比后者每年少用電15.76萬kW·h。按熱泵機組Z低COP=3.0估算，一間通倉交融手術室一年可節(jié)電315.24kW。
將通倉交融手術室空調(diào)方案，采用傳統(tǒng)的一次回風加再熱方案和溫度濕度獨立控制方案進行比較結果如下表所示。

  
五、結果
1、通倉交融手術室在國內(nèi)醫(yī)院建設標準或規(guī)范中，如我國《醫(yī)院潔凈手術部建筑技術規(guī)范》（GB 50333–2013）尚未涉及，需要不斷努力從控制思路、設計計算、實體模型、數(shù)值模擬等方面在具體工程中驗證后實施。
2、我國胸外科微創(chuàng)手術已經(jīng)不亞于國外，通倉交融手術室能在很大程度上提高手術室運營效率，改善感染控制并降低運行成本。對于我國大型?？漆t(yī)院手術室來說，這是一個“減量增效"的新思路。
3、通倉交融手術室可減少醫(yī)護人員總數(shù)量約25%，高級麻醉師及資深護士約37.5%，人力成本降低9.38%，手術量可提高25%以上，經(jīng)濟效益增加顯著。
4、通艙交融手術室空調(diào)系統(tǒng)有四大特點：
（1）手術室溫濕度獨立控制。
（2）空調(diào)冷熱源四管制系統(tǒng)。
（3）I/III潔凈等級可轉換。
（4）上回風和下回風形式有機組合。
5、通倉交融手術室潔凈I/III等級可轉換，使在切除不良結節(jié)的手術量過程中，需調(diào)正手術方案，擴大手術視野而轉換潔凈度成為可能。