层流洁净手术室恒温恒湿控制与实现
一．引言医用洁净手术室对室内净化要求较高，同时对室内环境温度、湿度要求也较高。对医用洁净手术室的温度进行恒温控制（control)有利于帮助患者尽快痊愈，对手术室的湿度进行控制有利于控制室内微生物的繁衍，为医护人员及患者提供舒适环境。医用洁净手术室恒温控制具有重要作用。二．医用洁净手术室对恒温控制的基本要求1.系统对环境监测（FoodMonitor)的高精度（精确度）恒温恒湿空调所在的环境对温度和湿度的要求十分严格，尤其是在医用洁净手术室高精密环境中。与此同时，由于这类环境中热源、水源等分布十分复杂，导致环境中的温湿分布并不均衡。因此就需要空调自动控制系统对环境的温湿变化具有较高的敏感度，能够迅速的感知环境中的温湿变化，并极快的做出有效反映，保证环境中的温度和湿度。现在的恒温恒湿空调要求一般在温度精度（精确度）达±2℃，湿度精度±5%，高精度空调可以温度精度达到±0.5℃，湿度精度达到±2%。2.温湿控制中高效能比在传统的恒温恒湿空调系统设计中，在温度（temperature)和湿度的控制上，机组有风冷和水冷型两种，配备有多级电加热器和电极加湿罐及微电脑控制器。手术室设计采用空气洁净技术对微生物污染采取程度不同的控制，达到控制空间环境中空气洁净度适于各类手术之要求；并提供适宜的温、湿度，创造一个洁净舒适的手术空间环境。由于手术室要严格控制低细菌数及低麻醉气体浓度，所以层流超净装置的稳定性是层流净化手术室的重要验收指标。在冷却祛湿工况条件下，蒸发盘管使空气温度低于露点温度而去湿，通过加热器的再热控制室内温度保持在设定值。该类机组由于冷量的调节一般仅二档或三档，机组出口空气的露点温度不易稳定（解释:稳固安定；没有变动)，对室内相对湿度的控制能力较低，一般宜用于相对湿度控制精度在±5%的试验室，目前大多采用了该种定型产品。简单来说就是冷却、加温、除湿的过程。虽然效果比较明显，但是很显然这个过程的当中的空调能耗会比较大，尤其在湿度比较高的环境下，既要保证除湿的效果，又要保证预设的温度，此时的耗能量将远远大于一般机房空调的耗能量。为了避免这种情况，再设计上可以将室外空气处理到机器露点再同室内回风混合，进入主空调箱干冷却送风，把送风温差控制在相应的规范范围内；直到环境内冷负荷减小至一定数值，再用冷却盘管的冷冻水流量(单位:立方米每秒)或进水温度的改变来调节冷量，进一步减小送风温差。在这类空调工程设计中，应该对其能耗和节能问题给予特别重视，提倡弃用二次加热，以降低（reduce)能耗。三.医用洁净手术室恒温恒湿控制的实现1.温湿度控制系统的功能温湿度控制（control)系统中检测当前的环境温湿度是通过西门子QFM1660温湿度传感器进行采集，然后通过AD转换芯片到单片机芯片STC89C51处理并在液晶上显示，同时单片机控制蜂鸣器和三个LED灯，用于对温湿度进行实时控制操作。2.该温湿度控制系统总体框图（1）单片机最小系统：采用AT89C51单片机；（2）温湿度采集模块：采用西门子QFM1660温湿度传感器；（3）温湿度显示模块：采用LCD液晶显示；（4）报警电路：采用蜂鸣器报警；（5）外部设备控制（control)电路：采用的是LED灯显示，用来实时监测系统的工作。医用洁净手术室恒温恒湿控制（control)空调机组原理图如下图所示。2.温湿度控制模块设计（1）控制模块工作原理温湿度传感器通过AD转换后进行单片机，经过DA转换后形成0-10V的电压，控制三通水阀。执行风阀、电加热器通过IO信号进行控制。3.温湿度显示模块设计本设计中，采用1602液晶显示器为+5V电压驱动，带背光，可显示两行。每行16个字符，只能显示字符，不能显示图形和汉字。（1）基本操作时序基本操作时序，在这里主要用的是写指令和写数据。写指令输入：RS=L，R/W=L，D0-D7=指令码，E=高脉冲输出：D0-D7=数据。写数据输入：RS=H，R/W=H，D0-D7=数据，E=高脉冲输出：无。4.报警电路设计本设计采用蜂鸣器配合发光二极管一起作监测温控系统的工作情况，当单片机正常工作时，蜂鸣器不响，发光二极管D1亮；当温度上升到40度时，蜂鸣器响，发光二极管D3亮；当温度低于30度时，蜂鸣器响，发光二极管D2亮。层流手术室层流手术室不仅要求高度洁净的空气（进入手术室的空气首先须经高效过滤器净化），而且要求能控制气流的流通方向（即采用层流超净装置），使气流从洁净度高的手术区域流向洁净度低的区域，并带走和排出气流中的尘埃颗粒（尘粒）和细菌。51系列单片机上电复位后，I/O口处于高电平，这时二极管的正负极均处于高电平状态，此时灯不亮，如果要使灯亮，负极必须给低电平。单片机I/O口的输出电流(Electronflow)很小，一般只有4-20mA，如果要驱动大的负载，必须用到驱动电路，在这里采用了PNP三极管驱动。当P3.2口输出高电平时，三极管不导通，蜂鸣器不响；当P3.2口输出低电平时，三极管导通，蜂鸣器响，发出报警信号。5.恒温恒湿空调控(释义:调节、控制)制器问题措施在医用洁净手术室恒温恒湿空调控制中，针对室内温度与相对湿度偏高的问题，其原因或许是因为空调器的设计容量偏小而造成的，从而不能满足有效的除热、除湿需求，实际中可以在满足工艺要求的情况下换新的空调器，就可以很好的解决这个问题。手术室设计采用空气洁净技术对微生物污染采取程度不同的控制，达到控制空间环境中空气洁净度适于各类手术之要求；并提供适宜的温、湿度，创造一个洁净舒适的手术空间环境。由于手术室要严格控制低细菌数及低麻醉气体浓度，所以层流超净装置的稳定性是层流净化手术室的重要验收指标。针对恒温恒湿空调控制中的相对湿度却偏高问题，大多数的原因是因为机组在高温高湿的室外环境下运行，然而由于其空调器制冷机在稳定运行中，所以机器不好出现停机的现象，但是由于空调器的再热量不够，而且其制冷量容量也偏小，这样就会导致该问题的发生，具体的解决办法就是加大电加热器的容量，若是还在出现相对湿度偏低的情况，那么还需要相应的加大加湿量，通过加大热量来抵销冷量的方法，调整湿度控制正常，但这种方法会造成对能源的浪费。针对在恒温恒湿空调控制出现的相对湿度偏低问题，大多情况下是因为调器制冷机组除湿能力大的因素，从而造成送风状态点的含湿量偏低，形成湿度偏低问题，具体的解决方法就是可以检查机组控制系统中的逻辑动作，确保其风管系统阀门与过滤器(作用:过滤杂质等)通畅，并适当的调大机组的风量，从而可以有效提高送风状态点上的温湿度。针对在恒温恒湿空调控制中的制冷机停机问题，多数是因为相对湿度波动大而造成的，由于在重新启动制冷机后，其温湿度可以较快速的达到设计的范围，那么若是机组的制冷量偏大，则其加热量也就是会偏小，针对此问题可以采取加大加热器容量的方法进行改善，但是这样依然会造成能源上的浪费。6.提高恒温恒湿控制的质量策略在恒温恒湿空调控(释义:调节、控制)制系统的应用中，为确保实际中温湿度控制系统满足设计需要，可以强化对其生产质量的控制措施，这样也可以有效避免能量损耗。因此在恒温恒湿空调控制的应用中，首先应该根据业主提供的室内温湿度以及局部排风量(定义:单位时间内空气的流通量)等参数资料，由设计人员对恒温恒湿空调控制进行详细的设计，并制定有效的执行方案，提高恒温恒湿空调控制系统在实际运行中的稳定（解释:稳固安定；没有变动)性。然后由设计人员进行计算冷热负荷计算，偏离实际负荷，并且根据不同工程的不同要求，设计人员可以制定合理的配置(deploy)方案以及温控制方案，以保证恒温恒湿空调控制方案的经济性。并且在恒温恒湿空调控制系统设计中，优化控制方案，还应该有设备供应商配置良好的控制器与传感器(transducer)设备，对室内的湿度采用直接控制法进行设计，并采用新风单独降温除湿的方案。而且在实际条件允许的情况下，还可以应用制冷机冷凝器来作为加热器，并在控制系统完成之后做好安装调试工作，确保恒温恒湿空调控制可满足设计需求。四．结束语医用洁净手术室对温度（temperature)环境要求较高，针对医用手术室进行恒温控制具有重要意义。采用单片机进行模块开发和设计，实现恒温控制，对于确保医用洁净手术室稳定环境温度具有可行性。
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