列车手术室空气净化系统的设计原理与结构研发
发表时间：2014-11-01 20:22 作者： 来源： 浏览：
李宝泉 孙加平 张丽荣
摘要：铁路列车配备手术室，在自然灾难发生时，可以极大限度的为人民的生命安全提供及时必要的救护。简述了铁路列车手术室空气净化系统的原埋及结构。
本文分析了铁路客车现有的空气净化条件，列举了列车手术室空气净化系统采取的措施，并以设计实例的方式，对列车手术室空气净化系统的设计原理与结构做了简单介绍。
关键词：铁路客车现有的空气净化条件分析、列车手术室空气净化系统采取的措施、设计实例。
一、背景技术
近年来，自然灾难频发，如洪水、地震、泥石流，这些自然灾难破坏性很大，给人民的生命财产带来很大的威胁。铁路列车配备手术室，在自然灾难发生时，可以极大限度的为人民的生命安全提供及时必要的救护。列车手术室项目中，列车空气净化装置尤其重要，保证列车手术室空气品质是手术顺利进行的必要条件。
二、铁路客车现有的空气净化条件分析
现有空调列车也配备有空调净化装置，其基本的功能是从室外吸进新风与室内回风混合，经过滤网过滤灰尘，再经蒸发器降温处理、除湿，然后将低温空气送入客室，提高乘客旅行的舒适性能。但是，现有空调列车配备的空调净化装置远不能达到列车手术室所要求的空气品质，主要存在以下几个原因：
A、由于普通空调列车对空调机组的要求较低，现有技术空调机组没有设置防二次污染装置。现有空调机组内可能积水，送风机可能将空调机组内部产生的微生物带入室内，造成二次污染。
B、现有技术空调机组的过滤级别较低，GB/T12817《铁道客车通用技术条件》要求满足过滤后的空气含尘量小于1mg/m3, 此标准远远不能满足手术区洁净度1000级、周边区洁净度10000级的医用要求。
其中，上述洁净度1000级是指：大于等于0.5微米的尘粒数大于3500粒/m3到小于等于35000粒/m3；大于等于5微米的尘粒数小于等于300粒/m3。洁净度10000级是指大于等于0.5微米的尘粒数大于35000粒/m3到小于等于350000粒/m3 ；大于等于5微米的尘粒数大于300粒/m3到小于等于3000粒/m3。
C、现有技术车内客室之间没有压力分布要求，车辆内部除两端小间外，基本没有压差要求。例如：客室、大走廊、小走廊之间的压力是相同的。
D、空调机组的机外静压太小，一般200Pa左右，不能满足高效过滤器所需压头机外静压要求。由于普通列车空调过滤装置在使用过程中阻力不断的加大，系统阻力也不断的加大，空调系统的送风量不断的减小，直到更换空调过滤装置或清洗过滤装置。
总之，需要本领域技术人员迫切解决的一个技术问题就是：如何利用铁路车的有限空间，提高列车的空气品质，在客车上实现地面二级手术室的净化空气环境。
三、列车手术室空气净化系统采取的措施
1、空气净化装置的送风系统中布置高效过滤器，提高过滤效率；
2、空调机组送风机采用变频风机以保证高效过滤器长时间运行后的阻力升高问题；
3、手术室内布置可调节开度的回风口，可根据手术室内与隔间的空气压差情况进行调节，保证手术室内气压较隔间气压高的要求，避免隔间的气流流进手术室，造成二次污染。
采取以上措施后，在列车上实现地面二级手术室的净化空气环境，使用装载有空气净化装置的列车手术室可以为长距离救援并及时抢救伤员提供了良好的条件，为灾区人民的生命安全提供了有力保障。
四、设计实例
为使本方案的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本方案作进一步详细的说明。
附图说明
图1-A列车手术室空气净化装置的送风系统的结构示意图；
图1-B是图1-A所示送风系统的俯视图；
图2列车手术室空气净化装置回风系统的结构示意图;
图3本实用新型列车手术室的断面示意图；
图4本实用新型整个列车空气净化装置的气流组织示意图。
附图标记
1.空调机组 2.空调软风道 3.车体铁风道 4.高效过滤器 5.主送风道 6.第一走廊送风口 7.送风天花一 8.送风天花连接风道 9.第二走廊送风口 10.送风天花二 11.第三走廊送风口 12.主风道托梁 13.第四走廊送风口 14.尾端送风道 15.连接回风道 16.主回风道 17.集中回风口 18.第一回风口 19.第二回风口 20.顺墙腔体 21.顺墙 22.手术台 23.走廊 24.送风气流 25.回风气流
1、空调机组
列车手术室的空气净化装置方案中，使用的空调机组的送风机为变频风机，主要是为了适应送风口处设置的高效过滤器。因为，高效过滤器在使用过程中阻力会不断加大，若空调机组送风机采用工作频率恒定的工频风机，将会导致空调系统送风量减小，直到更换空调过滤装置或清洗过滤装置。所以，为了保证空调系统的送风量稳定，空调机组实施例的送风机采用变频风机，随着过滤器阻力的增大而升频。空调机组机外静压可通过变频送风机调节，以应对整个空调系统的阻力变化。
本方案具体实施例中，可以采用型号为：KLD-35(GY)的车顶单元式空调机组，其主要参数为：
循环风量（含新风量）：高速4500m3/h 低速：3000 m3/h；
机外静压：≥400 Pa；
新风量：送风机高速时840 m3/h；低速：560m3/h。
2、送风系统
下面结合图1-A、1-B和图3对列车手术室空气净化装置的送风系统进行具体说明。
参照图1-A，示出了列车手术室空气净化装置的送风系统的结构示意图，图1-B为图1-A所示送风系统的俯视图，参照图3所示的列车手术室的断面示意图。送风系统包括：空调软风道2、车体铁风道3、高效过滤器4、主送风道5、第一走廊送风口6、送风天花一7、送风天花连接风道8、第二走廊送风口9、送风天花二10、第三走廊送风口11、主风道托梁12、第四走廊送风口13、以及尾端送风道14。
其中，上述空调软风道2连接空调机组1的送风口；上述主风道托梁12用于支撑上述主送风道5固定于车体顶部。送风系统中，主送风道5可以采用厚度为2mm的铝板。因为铝板具有质量轻、强度大、耐消毒药品腐蚀性强等优点，可以减小主风道托梁12的承载重量，当然也可以采用其它质量轻、坚固、平整、光滑、耐侵蚀的材料替代。铝板的厚度可以根据车体顶部以及主风道托梁的承重能力而定。在上述送风系统中，上述空调软风道2采用氯丁橡胶材料，内铺吸音材料，起到有一定的消音作用；车体铁风道3内也可以铺设吸音材料，外部包装隔热材，防止凝露产生。
送风天花一7设置于手术台22的正上方，送风天花二10也设置于手术台的正上方。
本设计实例中，送风天花一7和送风天花二10优选采用洁净手术室专用阻漏式洁净送风天花。上述洁净手术室专用阻漏式洁净送风天花主要由静压箱、高效空气过滤器箱及过滤器、阻漏层、阻尼层等主要部件及附件组成。其主要参数如下：
阻漏式洁净送风天花外型尺寸（长×宽×高）：2.6m×1.4m×0.25m，阻漏式洁净送风天花的过滤效率为99.99%；初阻力100-140Pa。
高效过滤箱规格（长×宽×高）：1.2m×0.7m×0.6m；利用钠焰法测得高效空气过滤器的过滤效率为99.99%；初阻力100-140Pa。
使用上述送风天花后，手术室内空气细菌总数≤200cfu/m3，手术室的洁净度达到了地面二级洁净手术室的标准。
本方案中，通风试验测得的两送风天花的风量分配数据参见表一：
表一
送风天花一
送风天花二
1101 m3/h
1033 m3/h
依据表一，计算手术室的换气次数：
手术室总送风量：1101 m3/h+1033 m3/h=2134 m3/h
换气次数=手术室送风量/手术室体积，其中，列车手术室的体积为62m3
则换气次数为：（2134 m3/h）/62m3=34次/ h
按照GB50333-2002《医院洁净手术部建筑技术规范》的规定，地面标准洁净手术室（二级洁净手术室）要求换气次数不小于30次。因此，本方案提供的空气净化装置使列车手术室的换气次数达到了地面二级洁净手术室的标准。
上述送风系统中，送风气流组织为：
室外新风和室内回风在空调机组1内混合，通过蒸发器冷去后，经空调机组1内变频送风机（空调机组送风口处）送入空调软风道2，依次进入车体铁风道3、高效过滤器4、主送风道5，进入送风天花一7和送风天花二10，实现手术室内均匀送风。实现洁净手术室内气流接近层流，自上而下的送风。避免了手术过程中，医生身上的皮屑、毛发以及衣服上的灰尘落到手术床上，给病人造成二次污染。
上述送风气流同时从主送风道5进入第一走廊送风口6、第二走廊送风口9、第三走廊送风口11、第四走廊送风口13，实现手术列车的走廊送风。
主送风道5内设置有风量调节板，用于调节风量，保证上述两个送风天花的送风量基本相同，也保证上述四个走廊送风口的送风量基本相同。
另外，在列车的端部也可能设置用于放置医疗器械等物品的辅助用房以及清洗区等，相应的，上述送风系统设置尾端送风道14，用于给上述辅助用房或清洗区送风。
3、回风系统
下面结合图2和图3对列车手术室空气净化装置的回风系统进行具体说明。
参照图2所示的列车手术室空气净化装置回风系统的结构示意图和图3所示的列车手术室的断面示意图。回风系统包括：分散设置于洁净手术室侧顺墙21下部的多个第一回风口18、顺墙腔体20、分散设置于走廊侧顺墙21上部的多个第二回风口19、设置于走廊侧顺墙顶部的主回风道16、集中回风口17以及连接回风道15。
参照图3，洁净手术室和走廊23由顺墙21隔开，顺墙21的墙体是中空的，形成顺墙腔体20。上述第一回风口18和第二回风口19通过顺墙腔体20连通。本实施例中，采用顺墙腔体20作为回风系统的一部分，不但有效利用了列车的有限空间，并且起到了均匀回风风速，降低回风噪音的作用。
手术室顺墙21设若干回风口，以调节手术室内的回风量，并调节手术室与隔间，如大走廊、清洗区的空气静压差。
主回风道16内铺设有吸音材料，以降低回风系统产生的噪音；外部可以粘贴有隔热材料，以防止在上述主回风道16的外表面产生凝露。
上述回风系统中的回风气流组织为：
洁净手术室的回风气流通过分散设置在顺墙21下部的第一回风口18进入顺墙腔体20，依次流经第二回风口19、主回风道16和连接回风道15，回到空调机组1内与新风混合。
走廊的回风气流经集中回风口17依次进入主回风道16、连接回风道15，回到空调机组1内与新风混合。
上述回风系统中，第一回风口18为可调回风口，可以采用手动可调回风口、电动可调回风口等。通过调节第一回风口18的回风量，保证手术室与走廊之间始终保证正压差。也可以通过调节回风系统布置于顺墙下部可调回风口18的开关程度，或是开关数量来调节手术室内气压，满足洁净手术室与隔间的压差要求。压差要求主要是指隔间如辅助用房、走廊、清洗区等区域的气压要低于洁净手术室区气压。因为隔间的空气环境要求低于洁净手术室的空气品质，所以，洁净手术室与隔间应始终保持正压差，避免隔间的气流流进手术室，造成二次污染。
本实施例测得的手术室与走廊的压差数据参见表二：
手术区前
手术区中
手术区尾
相对于走廊正压差（Pa）
6-8
6-8
6-8
从表二可知，本方案提供的回风系统，在整个列车洁净手术室内，都始终保持洁净手术室与隔间之间6~8帕斯卡的正压差。
本方案中，主回风道16可以但不限于采用玻璃钢板材料制成。顺墙腔体20可以但不限于采用轻质铝蜂窝结构，因其表面光滑阻力小、且有小的凸起，还可以起到一定的降低噪音作用。
参照图4，示出了整个列车空气净化装置的气流组织示意图。整个手术列车的气流组织可以分为三部分：手术室气流组织、走廊气流组织和辅助用房气流组织。
4、手术室气流组织
送风气流24（新风+回风）→空调机组1→空调软风道2→车体铁风道3→空调连接软风道2→高效过滤器4→主送风道5→送风天花一7、送风天花二10→回风气流25→第一回风口18→顺墙腔体20（部分空气通过门缝隙排到车外）→第二回风口19→主回风道16→连接回风道15→空调机组1。
走廊气流组织：送风气流24（新风+回风）→空调机组1→空调软风道2→车体铁风道3→空调连接软风道2→高效过滤器4→主送风道5→走廊送风口6、9、11、13→回风气流25→集中回风口17→连接回风道15→空调机组1。
辅助用房气流组织：送风气流24（新风+回风）→空调机组1→空调软风道2→车体铁风道3→空调连接软风道2→高效过滤器4→主送风道5→尾端送风道14→回风气流25→集中回风口17→连接回风道15→空调机组1。
列车手术室空气净化装置的排风系统是通过车内两端门缝隙，在车内正压的作用下自然排气。
以上对列车手术室空气净化装置进行了详细说明，值得说明的是，本方案的上述部件中所用的降音材料应当具有耐腐蚀、不产尘和不易附着灰尘等特点。无论是送风道还是回风道都应采用平整、光滑、坚固、耐侵蚀的材料制作。走廊送风口、尾端送风口以及第一回风口、第二回风口的数量均不作限定，可以根据列车手术室的实际需要设置。
以上对列车手术室空气净化系统从结构上进行了详细介绍，并应用了设计实例铁路列车手术室空气净化系统原理及结构进行了阐述。采取以上措施后，在列车上实现地面二级手术室的净化空气环境，使用装载有空气净化装置的列车手术室可以为长距离救援并及时抢救伤员提供了良好的条件，为灾区人民的生命安全提供有力保障。
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