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.系統對環境監測的高精度 
　　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。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，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。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。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。