傳染病負壓隔離病房通風空調系統(tǒng)設計

1、傳染病負壓隔離病房通風空調系統(tǒng)設計傳染病負壓隔離病房通風空調系統(tǒng)設計 祁建城王政徐新喜趙明李艷菊 國家生物防護裝備工程技術研究中心 傳染病負壓隔離病房主要用于收治呼吸道傳染病患者，如我國收治傳染性非典型肺炎患者醫(yī)院建筑設計要則中總則所述，其總的功用是 : 從硬件設施方面為社會提供不污染周圍環(huán)境的隔離醫(yī)療環(huán)境，為一線醫(yī)護工作者提供安全可靠的工作環(huán)境，為呼吸道傳染病患者提供舒適便捷的就醫(yī)環(huán)境【 , 。根據(jù)傳染病負壓隔離病房的功用，其可適用于以下范臥列 : (,) 已知的傳染性強，特別是能夠通過氣溶膠傳播的、致死性、缺乏免疫預防和特效治療的傳染病病人的隔離、觀察和救治。如埃博拉、馬堡、拉沙熱、肺鼠疫

2、、肺炭疽等等。(,)新發(fā)現(xiàn)的或未知的，有較大潛在危害的傳染病病人的隔離、觀察和救治。如來自各種不明情況、不明原因、高熱、有傳染潛在危險的病人的隔離、觀察和救治。,年突發(fā)的幾乎席卷全球的 , 疫情當時就屬于這種情況。 , 關于 , 醫(yī)院感染的控制指南明確提出， , 病人應優(yōu)先采用大門關閉的負壓病房隔離， , 。 (,)來自特殊的生物醫(yī)學實驗室的特殊病人的隔離、觀察和救治。 (,) 結核病防治。、負壓隔離病房在美國已有 , 余年的歷史，最初主要用于對結核病的的傳播和流行。美國疾病控制與預防中心 , 年就發(fā)布了標準衛(wèi)生設施中預防結核菌傳染準則，該標準從醫(yī)學角度對負壓隔離病房的建設要求有比較詳盡的描述

3、; 澳大利亞、英國、日本等國也早在上世紀, 年代就已制訂了有關負壓隔離病房的標準或指導性規(guī)范 : 針對 ,疫情，臺灣也于 ,年 , 月建立了指導性規(guī)范“呼吸道傳染病隔離病房空調系統(tǒng)設置指針”。長期以來，我國負壓隔離技術大多應用于生物安全實驗室，大量缺乏負壓隔離病房。,年我國 ,疫情的肆虐及醫(yī)護人員感染嚴重、群眾對醫(yī)院惟恐避之不及的狀況，凸顯了負壓隔離病房的重要性。從負壓隔離病房的適用范圍可知，負壓隔離病房是公共衛(wèi)生體系的重要組成部分，涉及到人民的身體健康、社會穩(wěn)定及國家安全。當前，我國十分重視公共衛(wèi)生體系建設，已投巨資在全國范圍內資助了傳染病醫(yī)院改造等項目，其中負壓隔離病房是重要組成部分。但遺

4、憾的是，我國至今尚未建立有關負壓隔離病房的建設標準或指導性規(guī)范，只有軍事醫(yī)學科學院衛(wèi)生裝備研究所完成了軍用標準傳染病負壓隔離病區(qū)設計規(guī)范( 報批稿 ) 。 目前，國外有關醫(yī)院的標準中大多是從衛(wèi)生學角度對負壓隔離病房加以敘述，工程方面涉及較少。但在負壓隔離病房的設計中，采取正確的通風等工程控制手段對防止呼吸道傳染病的傳播起到了至關重要的作用。本文試圖從通風空調系統(tǒng)設計角度，對負壓隔離病房的通風空調系統(tǒng)設計進行比較詳盡的敘述，以期對我國當前公共衛(wèi)生體系的建設起到參考作用。, 負壓隔離病房的布局與分區(qū)從狹義上講，負壓隔離病房單指收治呼吸道傳染病人的房間。一般認為，單間負壓隔離病房應由病室、緩沖前室和

5、衛(wèi)生間構成，如圖 , 所示為 , 推薦的典型 , 隔離病房布局示意圖【 , ，圖 , 所示為美國 , 和 , ， , 推薦的負壓隔離病房布局示意圖，捫。病室亦稱膈離室 ( ，, ,)，為收治傳染病人的房間。緩沖前室為由醫(yī)護人員工作走廊到病室的通過間，亦被稱為氣閘室(,;,)、更衣室(, ,)。在負壓隔離病房前設置緩沖前室具有特殊意義,:,)提供一種屏障，有效防止壓差喪失的同時也阻止了在門打開時污染空氣流出病房;,) 提供了一種受控的環(huán)境，醫(yī)護人員在進入病室前可在無污染的環(huán)境下穿上隔離服，離開病房前可將受污染的隔離服脫下;) 提供了一種空氣的閘門，設備和材料進出病室前可有效阻止污染空氣外溢，保證

6、周圍環(huán)境不受污染。圖, 典型收治 , 患者負壓隔離病房的構成和布局示意圖 (,) 圖 , 負壓隔離病房構成和布局示意圖 ( 美國 , ，, ， ,) 從廣義上講，尤其是針對我國預防與控制醫(yī)院感染的有關規(guī)定和要求，負壓隔離病房應為較完整的收治呼吸道傳染病患者的功能區(qū)域( 隔離病區(qū) ) ，即收治呼吸道傳染病人的房間應與治療室、處置室、醫(yī)護辦公室、護士站、值班室等醫(yī)護人員用房及中心供氧站、吸引站等醫(yī)技保障用房和更衣室、沐浴室、庫房、清潔各餐室等輔助用房結合使用，以滿足人流、物流、氣流、水流等要求。按照我國醫(yī)院預防與控制傳染性非典型肺炎 (,) 醫(yī)院感染的技術指南的要求，整個隔離病區(qū)應分為清潔區(qū)、半污

7、染區(qū)和污染區(qū) ,? 。清潔區(qū)包括醫(yī)務人員的值班室、更換刷手衣褲室 ( 有條件的醫(yī)院設置 ) 、穿工作服室、浴室、庫房、清潔備餐室等 ; 半污染區(qū)包括治療室、醫(yī)護人員的辦公室、消毒室、穿防護服或者隔離衣室及在清潔區(qū)以外的醫(yī)務人員工作走廊等 ; 污染區(qū)包括病室和病室間的走廊、病人走廊 ( 污染走廊 ) 及污物間等。按照要求，清潔區(qū)、半污染區(qū)和污染區(qū)三區(qū)應無交叉。本文試圖從廣義的概念上對負壓隔離病房( 隔離病區(qū) ) 加以論述，一個典型的隔離病區(qū)布局如圖 , 所示。 (,(,通風空調系統(tǒng)設計 ,(,空調系統(tǒng)形式按照我國醫(yī)院預防與控制傳染性非典型肺炎(,)醫(yī)院感染的技術指南的要求,，負壓隔離病房的空調系

8、統(tǒng)的劃分必須按區(qū)劃分，嚴禁不同區(qū)合用一個空調系統(tǒng)，即清潔 區(qū)、半污染區(qū)和污染區(qū)三區(qū)的空調通風系統(tǒng)應各自獨立 ; 在疫情期間，禁止采用有循環(huán)回風 的全空氣系統(tǒng) ; 在空調系統(tǒng)中禁止采用任何形式的絕熱加濕裝置。據(jù)此，在負壓隔離病房設計中，應采用直排式全新風空調系統(tǒng)。該通風空調系統(tǒng)通過控制污染區(qū)和半污染區(qū)內的氣流方向和壓力梯度，應確保在負壓隔離狀態(tài)下空氣從污染概率小的區(qū)域向污染概率高的區(qū)域定 向流動，且應確保室內空氣只能通過排風處理設備處理后經(jīng)專用排風管道排出。 圖, 國內某醫(yī)院傳染病隔離病區(qū)布局示意圖 參照臺灣呼吸道傳染病隔離病房空調系統(tǒng)設置指針 , 】，通風空調系統(tǒng)的送風風管進風 ,:, 應盡可

9、能遠離煙囪、醫(yī)院或建筑物的排氣 , 、醫(yī)院的負壓吸引站、衛(wèi)浴排水排氣管、排水用通氣管出口、冷卻塔出水口等 ( 至少相距 , 以上 ) ，并遠離其他可能吸到車輛尾氣或其他有害氣體的地方。送風風管進風口的下端至少高出地面或樓道 ,(, ，設在屋頂上時，應高出屋頂 ,(, 以上。排風風管排風口應高出地面或樓道 , 以上，為避免污染新風，排風口應距自身或附近建筑物的新鮮空氣進口 , 以上，并盡量遠離空調使用區(qū)及可能開啟的門窗，向上排風應遠離建筑物周邊的空氣循環(huán)區(qū)，并應考慮風向、風速及附近建筑物等，必要時可做 , 模擬。另外，排風機的設置要充分考慮到位于建筑物內部的排風管道應始終處于負壓狀態(tài) , 。 每

10、間負壓隔離病房到總排風系統(tǒng)之間的排風風管上應設置止回閥，以防止各房間空氣互相交叉感染。進風和排風管處應安裝氣密型調節(jié)閥門，必要時可完全關閉以進行室內熏蒸消毒。為保證病區(qū)內的壓力及壓力梯度，建議排風應采用變風量控制 ?(,) ，進風應采用壓力無關型固定風量控制 (,) ，固定進風風量的大小應滿足換氣次數(shù)的要求。同時，因保證傳染病負壓隔離病房安全的核心措施是通過排風保持負壓，排風系統(tǒng)的設計應考慮備用風機, 】, (, ,(,進風處理可以認為，病區(qū)外部的空氣是清潔的 ( 不含病原微生物 ) 。但為提高病房內的空氣潔凈度，進風應至少經(jīng)初、中效二級過濾，建議使用初、中、高效三級過濾，這樣有利于進一步提高

11、病房內空氣的潔凈度，減少附著在塵埃粒子上的病原微生物數(shù)量，從而有利于醫(yī)護人員的安全和病人的康復。如負壓隔離病房有可轉換成保護性正壓隔離病房的設計要求，則進風必需經(jīng)過初、中、高效三級過濾。 初效過濾器應安裝在進風口處，中效過濾器應安裝在送風系統(tǒng)的正壓段，高效過濾器應安裝在送風管道的末端。送風系統(tǒng)使用的空氣加濕器應為蒸汽噴霧式，并應置于進風高效過濾器的前方。 ,(, 排風處理 負壓隔離病房內被患者污染的空氣必需經(jīng)特殊處理后排放到室外，以防污染外部環(huán)境。污染空氣的特殊處理通常有以下幾種方式 : (,) 高空直排澳大利亞標準將過濾排氣用的高效空氣過濾器列為選裝件，允許將病房內的污染空氣直接排放到大氣，

12、但規(guī)定應防止所排放的污染空氣循環(huán)后通過進氣口再回到房間，同時也提出，如果無法避免排放的污染空氣再進入到其它病房，建議在排風管道上加裝高效空氣過濾器 , 。國內也有醫(yī)學專家建議取消排風過濾，采用高空排放模式。但如未經(jīng)處理的污染空氣直接排放到大氣，大氣的自凈作用究竟有多大，污染空氣的排放高度與影響半徑的關系如何，至今仍無確切的答案，故我國,專家指出 : 排風不應不加消毒處理而直接排入大氣,。 (,)高溫消毒有關資料表明， ,病毒在 , ”, 時就會死亡，因此可以采用高溫消毒的方法來殺滅,病毒, 。但由于排風時空氣是流動的，而高溫消毒處理需要一定的時間，因此采用此法的確切效果還有待實驗驗證。目前，高

13、溫殺滅 , 病毒的時間尚未公開，且負壓隔離病房排風的處理應不僅僅針對 , 病毒，因此其排風除經(jīng)高溫消毒外，還應施以其它可靠的處理措施。另外，高溫消毒裝置的能耗較高，會增加運行費用，此問題在設計和建造負壓隔離病房時值得考慮。 (,) 紫外線消毒 我國 , 專家曾建議 , 病房的排風可以采用紫外線消毒方式。例如在排風總管內安裝紫外線燈，其輻射照度為 , , 肛 ,(,;,(相當于在 , 斷面 , , 長風管內安裝 , 支, 波段無臭氧紫外線燈管，功率,支 ) 【 ,? 。 但同樣由于排風時空氣是流動的，而紫外線消毒處理需要一定的時間，如紫外線照射的消毒時間一般為,?,?,，因此采用紫外線消毒排風處

14、理方法的確切效果亦需進一步實驗驗證。另外，采用紫外線消毒方式的成本較高，也會增加能耗，同時給維護和檢查工作帶來不便。(,) 高效空氣過濾輔以紫外線消毒的雙重措施高效空氣過濾器能夠有效地攔截塵埃粒子，其過濾機理為 : 空氣中的塵埃粒子，或隨氣流做慣性運動，或做無規(guī)則運動，或受某種場力的作用而移動，當運動中的粒子撞到障礙(,一物，粒子與障礙物表面間存在的范德瓦爾斯力使它們粘在一起。目前，高效空氣過濾器廣泛應用于生物潔凈室。 空氣中的病原微生物并不游離存在，而通常會附著在塵埃粒子上，故高效空氣過濾器在有效攔截塵埃粒子的同時也有效隔離病原微生物。這也是盡管 , 病毒的直徑僅有 ,(,(,，但 , 推薦

15、的 , ,罩( 對,(, 微粒的過濾效率可達 ,) 能夠有效隔離 , 病毒的原因。 在負壓隔離病房的設計和建造中，選用的高效空氣過濾器的過濾效率應為 : 對粒徑大于等于 ,(, 的粒子的捕集率在 ,(, 以上 , 。 由于病原微生物附著在過濾器上，一段時間后，病原微生物會在過濾器內部增殖而造成過濾器被污染，這種情況下，如果增殖的微生物飛散到過濾器下游側，就會引起二次污染。因此，需要定期對過濾器進行更換和處理。可考慮對高效過濾器設前置和后置紫外線消毒裝置，紫外線消毒的目的是殺滅滯留在過濾器表面上的病原微生物。由圖 , 可見，紫外線消毒對殺滅滯留在過濾器表面上的病原微生物、防止病原微生物增殖具有顯

16、著的效果【 , 制。 值得一提的是，日本生物酶殺菌濾材在有效攔截病原微生物的同時，據(jù)稱可有效殺滅在過濾器上增殖的病原微生物，防止病原微生物增殖，且具有環(huán)境調和性，如經(jīng)實驗驗證，值得在負壓隔離病房中推廣應用。 ,(, 負壓及壓力梯度 ,(,(, 負壓的定義和度量 一般來講，負壓是指接受流入空氣的區(qū)域 ( 相對污染區(qū) ) 空氣壓力與輸送空氣的區(qū)域 ( 相對清潔區(qū) ) 空氣壓力的相對差值【 , 】，通常以壓力單位 , 或毫米 ( 英寸 ) 水柱為單位。但也有用排氣量大于進氣量來定義負壓，以排、進氣量的差值與排氣量的商來度量負壓值 , , ， 負壓值 ,(, 。,), 。) 幸,式中， , 。為排氣量

17、， , 。為進氣量。無疑，排氣量大于進氣量是形成室內負壓的先決條件，但負壓值的大小亦和房間的密封程度緊密相關。因此，在未明確房間密封狀況的前提下，以排、進氣量的差值與排氣量的商來度量負壓值的指導意義不如壓力單位 , 明確，因此建議在設計和建造負壓隔離病房時，以壓力單位 , 度量負壓值。 圖, 迎風面布置紫外線燈后殺滅被阻留病原微生物的過濾器對比圖 (,(,(,(, 負壓值及壓力梯度值的選取 , 年，美國 , 發(fā)布的標準衛(wèi)生設施中預防結核菌傳染準則指出 : 只需 ,(, 英寸水柱的負壓 ( 約,(,) 即可達到形成向內的空氣流動、房間內空氣不外溢的目的，但也同時指出負壓低于 (,(, 效果會更理

18、想【”】。而事實上，常規(guī)的微差壓檢測儀表的精度通常為 , 左右，如我國標準 , ,潔凈廠房設計規(guī)范就要求采用精度為 , 的微差壓檢測儀表檢測靜壓差【 , 】，英國的多重耐藥結核病傳播預防與控制標準也認為低于 , 的空氣壓差不便于檢測【 , 。從便于檢測的角度，采用微小負壓獲得壓差的一個潛在問題是必需使用非常靈敏的機械儀表、電子儀表或者壓力測量儀來保證精確測量。同時另一個潛在問題為，人員走動、開關門等空氣擾動動作帶來的空氣壓力波動容易突破微負壓隔離屏障，從而使負壓隔離屏障失去意義。據(jù)此可以認為，美國,建議的 (,(,負壓值不具有指導意義。事實上，美國 ,和 , ， ,(, ,;,，,;, , ,

19、;,;, ,)于 ,年發(fā)布的標準 , , ,，,;, , ,(;, ,;,) 中已建議將負壓隔離病房的負壓值設定為 ,(, 英寸水柱 ( 約一 ,(,) 【, ，數(shù)值較 , 年的 , 標準提高了 , 倍。參照我國潔凈廠房壓差控制的實際經(jīng)驗 : 不同等級的潔凈室及潔凈區(qū)與非潔凈區(qū)之間的靜壓差保持在 ,(, ，潔凈區(qū)與室外之間的壓差保持在 ,(, ，即可保證潔凈室不受外界空氣的污染 , 。盡管潔凈室是為防止外界空氣進入的正壓保護環(huán)境，但其保護屏障同樣依賴于壓差控制，從這個意義上講，潔凈廠房的壓差控制經(jīng)驗同樣適用于負壓隔離病房。我國臺灣呼吸道傳染病隔離病房空調系統(tǒng)設置指針建議將負壓隔離病房病室與前室

20、的壓差值設定為 , ，將前室與護士站的壓差值設定為 ,(, 引，國內也有專家認為應將負壓隔離病房的壓差值控制在 , 一 ,?, 。從而可以認為，考慮到人員走動、開關門等不穩(wěn)定動作。負壓隔離病房不同區(qū)域的壓差值控制在 , 一 , 是合理的。 從生物安全的角度，有些標準規(guī)定的壓差值較大，如澳大利亞標準醫(yī)療設施中隔離病房分級與設計導則中規(guī)定 : 負壓隔離病房中“輕污染”隔間與“高污染”隔間之間的壓差應不低于 , ，我國衛(wèi)生行業(yè)標準微生物和生物醫(yī)學實驗室中也規(guī)定 , 實驗室緩沖間與實驗間的壓差應為 , 。 , 】。較大的壓差值雖有利于生物安全，但考慮到壓力梯度的逐級遞減，最終將導致核心區(qū)病室的負壓值過

21、低，從而導致對病房的密封性要求過高，并增大能耗，影響舒適性。 依據(jù)我國將傳染病區(qū)劃分為清潔區(qū)、半污染區(qū)和污染區(qū)的原則，應建立有序的壓力梯度，使病區(qū)內的氣流形成從清潔區(qū)一半污染區(qū)一污染區(qū)的定向流動。位于污染區(qū)內的負壓隔離病房也應建立有序的壓力梯度，以保證氣流從低污染隔間向高污染隔間定向流動。毫無疑義，作為醫(yī)護人員的通道，相對病室和衛(wèi)生間而言，緩沖間內空氣最為清潔，因此緩沖間內的空氣壓力相對病室和衛(wèi)生間應為正壓。在病室與衛(wèi)生間污染程度的劃分上有兩種截然不同的觀點，一種觀點認為 : 因呼吸道傳染病人時刻呼出感染性病原微生物，病室內空氣污染最嚴重 : 由于衛(wèi)生間內病人的排泄物和廢棄物中可能存在病原微生

22、物，可將衛(wèi)生闖視為次污染區(qū)，因此衛(wèi)生間相對病室應為正壓。如澳大利亞標準建議: 將病室內的負壓設定為 (, ，將衛(wèi)生 (,( 間和緩沖間內的負壓同樣設定為 (, , 】。但也有的標準認為，為防止衛(wèi)生間內污染空氣和氣味擴散，衛(wèi)生間內的空氣壓力應最低【 , ，, ， , 。鑒于有些傳染病人如 , 病人的排泄物中病原微生物的濃度很高，如衛(wèi)生間內的空氣流向病室對醫(yī)護人員是非常危險的，因此強烈建議將衛(wèi)生間內的空氣壓力設定為最低。綜上所述，建議將負壓隔離病房病室與緩沖間的最小靜壓差設定為 ,，病室與衛(wèi)生間的最小靜壓差設定為,，緩沖間與半污染區(qū) ( 醫(yī)務人員工作走廊 ) 及半污染區(qū)與清潔區(qū)之間的最小靜壓差設定

23、為,。同時，在按照以上壓差進行系統(tǒng)設計時，應充分考慮到壓差的控制范圍。,(, 氣流組織依據(jù)美國 , 標準的建議，負壓隔離病房送、排風口的布置應使?jié)崈艨諝馐紫攘鬟^房間中醫(yī)護人員的工作區(qū)域，然后流過傳染源進入排風口。這樣，醫(yī)護人員一般就不會處于傳染源和排風口之間。實現(xiàn)這種氣流組織的一種方式是將送風口布置在房間的一側，與病人相對，排風從病人床頭側方排出，如圖 , 所示 : 另一種方式在送風溫度比室內空氣溫度低時是最理想的，送風口設在房間一側天花板上，而排風口設在病人病床側方地板附近，即上送下排的氣流組織方式，如圖, 所示。另外，病室內的排風口布置在墻壁上時，排風口的下端距地面高度應在 , 一 , 范

24、圍內，并應選擇在不會被家具或器具遮蔽的位置。 ,: 準水平層流送風 ,: 準垂直層流送風圖 , 負壓隔離病房的氣流 值得注意的是，醫(yī)護人員背對氣流時，氣流會在醫(yī)護人員身前形成回流區(qū)，若傳染源位于回流區(qū)內，則醫(yī)護人員口鼻呼吸所帶的有害物濃度可能會累積增加，如圖 , 所示。因此，醫(yī)護人員在救治病人時，不要背對氣流方向而應體側迎風，讓病人位于自己的前方，如圖, 所示。 ,: 背對氣流 ,:體側迎風圖 , 醫(yī)護人員體位與氣流方向 (,有關資料表明，潔凈室內氣流的橫向擴散只有在很低的流速下才有可能，單向流在合理的氣流組織下，流速 ,(,一 ,(,就足夠帶走污染物，在此流速下亞微米粒子的擴散性能遠低于對流

25、性能，而大于 ,(,的氣流速度反而易造成渦流，引起污染物的再卷入弘 ?。事實上，負壓隔離病房的氣流流型只是一個控制主導氣流方向的紊流流型，難以形成 ,(,(,的斷面微風速。如以一間尺寸為 , ×, ×,(, 的病室為例，在理想層流情況下， ,的換氣次數(shù)產(chǎn)生的斷面微風速僅為 ,(, ,，達不到亞微米粒子擴散性能低于對流性能的理想狀態(tài)。理想情況下，應在病房內傳染源( 病人頭部 ) 上方形成速度為 ,(,一,(,的氣流，以順暢地帶走污染物。同時，為保證有效的氣流流型和流速，建議采用,技術對室內醫(yī)療設施與家具等布置及送、排風口設置進行優(yōu)化。 ,(, 換氣次數(shù) 換氣次數(shù)是指病房的送風

26、量或排風量 (, ) 除以病房容積 (,) 所得到的值，即指通過送風或排風實現(xiàn)的可更換室內空氣量的次數(shù)，通常簡記為 ,(,;, , ,) 。 圖, 所示為換氣次數(shù)與病原微生物的去除率及所需時間的關系【 , 。顯然，較大的換氣次數(shù)有利于降低室內的病原微生物濃度，從而有利于病人健康和醫(yī)護人員安全。但換氣次數(shù)達到 , 后，換氣次數(shù)的增加對減少去除污染物所需時間的效果并不顯著。另外，換氣次數(shù)過多易導致空氣干燥、微風速大、能耗高等問題。因此，依據(jù)美國 , 標準和澳大利亞標準，建議將換氣次數(shù)設定在 , 范圍內。 圖, 換氣次數(shù)與病原微生物去除率及所需時間的關系 ,(, 溫、濕度及噪聲控制 作為收治傳染病人的場所，負壓隔離病房應為病人提供舒適的治療和休息