传染病负压隔离病房通风空调系统设计

1、传染病负压隔离病房通风空调系统设计传染病负压隔离病房通风空调系统设计 祁建城王政徐新喜赵明李艳菊 国家生物防护装备工程技术研究中心 传染病负压隔离病房主要用于收治呼吸道传染病患者，如我国收治传染性非典型肺炎患者医院建筑设计要则中总则所述，其总的功用是 : 从硬件设施方面为社会提供不污染周围环境的隔离医疗环境，为一线医护工作者提供安全可靠的工作环境，为呼吸道传染病患者提供舒适便捷的就医环境【 , 。根据传染病负压隔离病房的功用，其可适用于以下范卧列 : (,) 已知的传染性强，特别是能够通过气溶胶传播的、致死性、缺乏免疫预防和特效治疗的传染病病人的隔离、观察和救治。如埃博拉、马堡、拉沙热、肺鼠疫

2、、肺炭疽等等。(,)新发现的或未知的，有较大潜在危害的传染病病人的隔离、观察和救治。如来自各种不明情况、不明原因、高热、有传染潜在危险的病人的隔离、观察和救治。,年突发的几乎席卷全球的 , 疫情当时就属于这种情况。 , 关于 , 医院感染的控制指南明确提出， , 病人应优先采用大门关闭的负压病房隔离， , 。 (,)来自特殊的生物医学实验室的特殊病人的隔离、观察和救治。 (,) 结核病防治。、负压隔离病房在美国已有 , 余年的历史，最初主要用于对结核病的的传播和流行。美国疾病控制与预防中心 , 年就发布了标准卫生设施中预防结核菌传染准则，该标准从医学角度对负压隔离病房的建设要求有比较详尽的描述

3、; 澳大利亚、英国、日本等国也早在上世纪, 年代就已制订了有关负压隔离病房的标准或指导性规范 : 针对 ,疫情，台湾也于 ,年 , 月建立了指导性规范“呼吸道传染病隔离病房空调系统设置指针”。长期以来，我国负压隔离技术大多应用于生物安全实验室，大量缺乏负压隔离病房。,年我国 ,疫情的肆虐及医护人员感染严重、群众对医院惟恐避之不及的状况，凸显了负压隔离病房的重要性。从负压隔离病房的适用范围可知，负压隔离病房是公共卫生体系的重要组成部分，涉及到人民的身体健康、社会稳定及国家安全。当前，我国十分重视公共卫生体系建设，已投巨资在全国范围内资助了传染病医院改造等项目，其中负压隔离病房是重要组成部分。但遗

4、憾的是，我国至今尚未建立有关负压隔离病房的建设标准或指导性规范，只有军事医学科学院卫生装备研究所完成了军用标准传染病负压隔离病区设计规范( 报批稿 ) 。 目前，国外有关医院的标准中大多是从卫生学角度对负压隔离病房加以叙述，工程方面涉及较少。但在负压隔离病房的设计中，采取正确的通风等工程控制手段对防止呼吸道传染病的传播起到了至关重要的作用。本文试图从通风空调系统设计角度，对负压隔离病房的通风空调系统设计进行比较详尽的叙述，以期对我国当前公共卫生体系的建设起到参考作用。, 负压隔离病房的布局与分区从狭义上讲，负压隔离病房单指收治呼吸道传染病人的房间。一般认为，单间负压隔离病房应由病室、缓冲前室和

5、卫生间构成，如图 , 所示为 , 推荐的典型 , 隔离病房布局示意图【 , ，图 , 所示为美国 , 和 , ， , 推荐的负压隔离病房布局示意图，扪。病室亦称膈离室 ( ，, ,)，为收治传染病人的房间。缓冲前室为由医护人员工作走廊到病室的通过间，亦被称为气闸室(,;,)、更衣室(, ,)。在负压隔离病房前设置缓冲前室具有特殊意义,:,)提供一种屏障，有效防止压差丧失的同时也阻止了在门打开时污染空气流出病房;,) 提供了一种受控的环境，医护人员在进入病室前可在无污染的环境下穿上隔离服，离开病房前可将受污染的隔离服脱下;) 提供了一种空气的闸门，设备和材料进出病室前可有效阻止污染空气外溢，保证

6、周围环境不受污染。图, 典型收治 , 患者负压隔离病房的构成和布局示意图 (,) 图 , 负压隔离病房构成和布局示意图 ( 美国 , ，, ， ,) 从广义上讲，尤其是针对我国预防与控制医院感染的有关规定和要求，负压隔离病房应为较完整的收治呼吸道传染病患者的功能区域( 隔离病区 ) ，即收治呼吸道传染病人的房间应与治疗室、处置室、医护办公室、护士站、值班室等医护人员用房及中心供氧站、吸引站等医技保障用房和更衣室、沐浴室、库房、清洁各餐室等辅助用房结合使用，以满足人流、物流、气流、水流等要求。按照我国医院预防与控制传染性非典型肺炎 (,) 医院感染的技术指南的要求，整个隔离病区应分为清洁区、半污

7、染区和污染区 ,? 。清洁区包括医务人员的值班室、更换刷手衣裤室 ( 有条件的医院设置 ) 、穿工作服室、浴室、库房、清洁备餐室等 ; 半污染区包括治疗室、医护人员的办公室、消毒室、穿防护服或者隔离衣室及在清洁区以外的医务人员工作走廊等 ; 污染区包括病室和病室间的走廊、病人走廊 ( 污染走廊 ) 及污物间等。按照要求，清洁区、半污染区和污染区三区应无交叉。本文试图从广义的概念上对负压隔离病房( 隔离病区 ) 加以论述，一个典型的隔离病区布局如图 , 所示。 (,(,通风空调系统设计 ,(,空调系统形式按照我国医院预防与控制传染性非典型肺炎(,)医院感染的技术指南的要求,，负压隔离病房的空调系

8、统的划分必须按区划分，严禁不同区合用一个空调系统，即清洁 区、半污染区和污染区三区的空调通风系统应各自独立 ; 在疫情期间，禁止采用有循环回风 的全空气系统 ; 在空调系统中禁止采用任何形式的绝热加湿装置。据此，在负压隔离病房设计中，应采用直排式全新风空调系统。该通风空调系统通过控制污染区和半污染区内的气流方向和压力梯度，应确保在负压隔离状态下空气从污染概率小的区域向污染概率高的区域定 向流动，且应确保室内空气只能通过排风处理设备处理后经专用排风管道排出。 图, 国内某医院传染病隔离病区布局示意图 参照台湾呼吸道传染病隔离病房空调系统设置指针 , 】，通风空调系统的送风风管进风 ,:, 应尽可

9、能远离烟囱、医院或建筑物的排气 , 、医院的负压吸引站、卫浴排水排气管、排水用通气管出口、冷却塔出水口等 ( 至少相距 , 以上 ) ，并远离其他可能吸到车辆尾气或其他有害气体的地方。送风风管进风口的下端至少高出地面或楼道 ,(, ，设在屋顶上时，应高出屋顶 ,(, 以上。排风风管排风口应高出地面或楼道 , 以上，为避免污染新风，排风口应距自身或附近建筑物的新鲜空气进口 , 以上，并尽量远离空调使用区及可能开启的门窗，向上排风应远离建筑物周边的空气循环区，并应考虑风向、风速及附近建筑物等，必要时可做 , 模拟。另外，排风机的设置要充分考虑到位于建筑物内部的排风管道应始终处于负压状态 , 。 每

10、间负压隔离病房到总排风系统之间的排风风管上应设置止回阀，以防止各房间空气互相交叉感染。进风和排风管处应安装气密型调节阀门，必要时可完全关闭以进行室内熏蒸消毒。为保证病区内的压力及压力梯度，建议排风应采用变风量控制 ?(,) ，进风应采用压力无关型固定风量控制 (,) ，固定进风风量的大小应满足换气次数的要求。同时，因保证传染病负压隔离病房安全的核心措施是通过排风保持负压，排风系统的设计应考虑备用风机, 】, (, ,(,进风处理可以认为，病区外部的空气是清洁的 ( 不含病原微生物 ) 。但为提高病房内的空气洁净度，进风应至少经初、中效二级过滤，建议使用初、中、高效三级过滤，这样有利于进一步提高

11、病房内空气的洁净度，减少附着在尘埃粒子上的病原微生物数量，从而有利于医护人员的安全和病人的康复。如负压隔离病房有可转换成保护性正压隔离病房的设计要求，则进风必需经过初、中、高效三级过滤。 初效过滤器应安装在进风口处，中效过滤器应安装在送风系统的正压段，高效过滤器应安装在送风管道的末端。送风系统使用的空气加湿器应为蒸汽喷雾式，并应置于进风高效过滤器的前方。 ,(, 排风处理 负压隔离病房内被患者污染的空气必需经特殊处理后排放到室外，以防污染外部环境。污染空气的特殊处理通常有以下几种方式 : (,) 高空直排澳大利亚标准将过滤排气用的高效空气过滤器列为选装件，允许将病房内的污染空气直接排放到大气，

12、但规定应防止所排放的污染空气循环后通过进气口再回到房间，同时也提出，如果无法避免排放的污染空气再进入到其它病房，建议在排风管道上加装高效空气过滤器 , 。国内也有医学专家建议取消排风过滤，采用高空排放模式。但如未经处理的污染空气直接排放到大气，大气的自净作用究竟有多大，污染空气的排放高度与影响半径的关系如何，至今仍无确切的答案，故我国,专家指出 : 排风不应不加消毒处理而直接排入大气,。 (,)高温消毒有关资料表明， ,病毒在 , ”, 时就会死亡，因此可以采用高温消毒的方法来杀灭,病毒, 。但由于排风时空气是流动的，而高温消毒处理需要一定的时间，因此采用此法的确切效果还有待实验验证。目前，高

13、温杀灭 , 病毒的时间尚未公开，且负压隔离病房排风的处理应不仅仅针对 , 病毒，因此其排风除经高温消毒外，还应施以其它可靠的处理措施。另外，高温消毒装置的能耗较高，会增加运行费用，此问题在设计和建造负压隔离病房时值得考虑。 (,) 紫外线消毒 我国 , 专家曾建议 , 病房的排风可以采用紫外线消毒方式。例如在排风总管内安装紫外线灯，其辐射照度为 , , 肛 ,(,;,(相当于在 , 断面 , , 长风管内安装 , 支, 波段无臭氧紫外线灯管，功率,支 ) 【 ,? 。 但同样由于排风时空气是流动的，而紫外线消毒处理需要一定的时间，如紫外线照射的消毒时间一般为,?,?,，因此采用紫外线消毒排风处

14、理方法的确切效果亦需进一步实验验证。另外，采用紫外线消毒方式的成本较高，也会增加能耗，同时给维护和检查工作带来不便。(,) 高效空气过滤辅以紫外线消毒的双重措施高效空气过滤器能够有效地拦截尘埃粒子，其过滤机理为 : 空气中的尘埃粒子，或随气流做惯性运动，或做无规则运动，或受某种场力的作用而移动，当运动中的粒子撞到障碍(,一物，粒子与障碍物表面间存在的范德瓦尔斯力使它们粘在一起。目前，高效空气过滤器广泛应用于生物洁净室。 空气中的病原微生物并不游离存在，而通常会附着在尘埃粒子上，故高效空气过滤器在有效拦截尘埃粒子的同时也有效隔离病原微生物。这也是尽管 , 病毒的直径仅有 ,(,(,，但 , 推荐

15、的 , ,罩( 对,(, 微粒的过滤效率可达 ,) 能够有效隔离 , 病毒的原因。 在负压隔离病房的设计和建造中，选用的高效空气过滤器的过滤效率应为 : 对粒径大于等于 ,(, 的粒子的捕集率在 ,(, 以上 , 。 由于病原微生物附着在过滤器上，一段时间后，病原微生物会在过滤器内部增殖而造成过滤器被污染，这种情况下，如果增殖的微生物飞散到过滤器下游侧，就会引起二次污染。因此，需要定期对过滤器进行更换和处理。可考虑对高效过滤器设前置和后置紫外线消毒装置，紫外线消毒的目的是杀灭滞留在过滤器表面上的病原微生物。由图 , 可见，紫外线消毒对杀灭滞留在过滤器表面上的病原微生物、防止病原微生物增殖具有显

16、著的效果【 , 制。 值得一提的是，日本生物酶杀菌滤材在有效拦截病原微生物的同时，据称可有效杀灭在过滤器上增殖的病原微生物，防止病原微生物增殖，且具有环境调和性，如经实验验证，值得在负压隔离病房中推广应用。 ,(, 负压及压力梯度 ,(,(, 负压的定义和度量 一般来讲，负压是指接受流入空气的区域 ( 相对污染区 ) 空气压力与输送空气的区域 ( 相对清洁区 ) 空气压力的相对差值【 , 】，通常以压力单位 , 或毫米 ( 英寸 ) 水柱为单位。但也有用排气量大于进气量来定义负压，以排、进气量的差值与排气量的商来度量负压值 , , ， 负压值 ,(, 。,), 。) 幸,式中， , 。为排气量

17、， , 。为进气量。无疑，排气量大于进气量是形成室内负压的先决条件，但负压值的大小亦和房间的密封程度紧密相关。因此，在未明确房间密封状况的前提下，以排、进气量的差值与排气量的商来度量负压值的指导意义不如压力单位 , 明确，因此建议在设计和建造负压隔离病房时，以压力单位 , 度量负压值。 图, 迎风面布置紫外线灯后杀灭被阻留病原微生物的过滤器对比图 (,(,(,(, 负压值及压力梯度值的选取 , 年，美国 , 发布的标准卫生设施中预防结核菌传染准则指出 : 只需 ,(, 英寸水柱的负压 ( 约,(,) 即可达到形成向内的空气流动、房间内空气不外溢的目的，但也同时指出负压低于 (,(, 效果会更理

18、想【”】。而事实上，常规的微差压检测仪表的精度通常为 , 左右，如我国标准 , ,洁净厂房设计规范就要求采用精度为 , 的微差压检测仪表检测静压差【 , 】，英国的多重耐药结核病传播预防与控制标准也认为低于 , 的空气压差不便于检测【 , 。从便于检测的角度，采用微小负压获得压差的一个潜在问题是必需使用非常灵敏的机械仪表、电子仪表或者压力测量仪来保证精确测量。同时另一个潜在问题为，人员走动、开关门等空气扰动动作带来的空气压力波动容易突破微负压隔离屏障，从而使负压隔离屏障失去意义。据此可以认为，美国,建议的 (,(,负压值不具有指导意义。事实上，美国 ,和 , ， ,(, ,;,，,;, , ,

19、;,;, ,)于 ,年发布的标准 , , ,，,;, , ,(;, ,;,) 中已建议将负压隔离病房的负压值设定为 ,(, 英寸水柱 ( 约一 ,(,) 【, ，数值较 , 年的 , 标准提高了 , 倍。参照我国洁净厂房压差控制的实际经验 : 不同等级的洁净室及洁净区与非洁净区之间的静压差保持在 ,(, ，洁净区与室外之间的压差保持在 ,(, ，即可保证洁净室不受外界空气的污染 , 。尽管洁净室是为防止外界空气进入的正压保护环境，但其保护屏障同样依赖于压差控制，从这个意义上讲，洁净厂房的压差控制经验同样适用于负压隔离病房。我国台湾呼吸道传染病隔离病房空调系统设置指针建议将负压隔离病房病室与前室

20、的压差值设定为 , ，将前室与护士站的压差值设定为 ,(, 引，国内也有专家认为应将负压隔离病房的压差值控制在 , 一 ,?, 。从而可以认为，考虑到人员走动、开关门等不稳定动作。负压隔离病房不同区域的压差值控制在 , 一 , 是合理的。 从生物安全的角度，有些标准规定的压差值较大，如澳大利亚标准医疗设施中隔离病房分级与设计导则中规定 : 负压隔离病房中“轻污染”隔间与“高污染”隔间之间的压差应不低于 , ，我国卫生行业标准微生物和生物医学实验室中也规定 , 实验室缓冲间与实验间的压差应为 , 。 , 】。较大的压差值虽有利于生物安全，但考虑到压力梯度的逐级递减，最终将导致核心区病室的负压值过

21、低，从而导致对病房的密封性要求过高，并增大能耗，影响舒适性。 依据我国将传染病区划分为清洁区、半污染区和污染区的原则，应建立有序的压力梯度，使病区内的气流形成从清洁区一半污染区一污染区的定向流动。位于污染区内的负压隔离病房也应建立有序的压力梯度，以保证气流从低污染隔间向高污染隔间定向流动。毫无疑义，作为医护人员的通道，相对病室和卫生间而言，缓冲间内空气最为清洁，因此缓冲间内的空气压力相对病室和卫生间应为正压。在病室与卫生间污染程度的划分上有两种截然不同的观点，一种观点认为 : 因呼吸道传染病人时刻呼出感染性病原微生物，病室内空气污染最严重 : 由于卫生间内病人的排泄物和废弃物中可能存在病原微生

22、物，可将卫生闯视为次污染区，因此卫生间相对病室应为正压。如澳大利亚标准建议: 将病室内的负压设定为 (, ，将卫生 (,( 间和缓冲间内的负压同样设定为 (, , 】。但也有的标准认为，为防止卫生间内污染空气和气味扩散，卫生间内的空气压力应最低【 , ，, ， , 。鉴于有些传染病人如 , 病人的排泄物中病原微生物的浓度很高，如卫生间内的空气流向病室对医护人员是非常危险的，因此强烈建议将卫生间内的空气压力设定为最低。综上所述，建议将负压隔离病房病室与缓冲间的最小静压差设定为 ,，病室与卫生间的最小静压差设定为,，缓冲间与半污染区 ( 医务人员工作走廊 ) 及半污染区与清洁区之间的最小静压差设定

23、为,。同时，在按照以上压差进行系统设计时，应充分考虑到压差的控制范围。,(, 气流组织依据美国 , 标准的建议，负压隔离病房送、排风口的布置应使洁净空气首先流过房间中医护人员的工作区域，然后流过传染源进入排风口。这样，医护人员一般就不会处于传染源和排风口之间。实现这种气流组织的一种方式是将送风口布置在房间的一侧，与病人相对，排风从病人床头侧方排出，如图 , 所示 : 另一种方式在送风温度比室内空气温度低时是最理想的，送风口设在房间一侧天花板上，而排风口设在病人病床侧方地板附近，即上送下排的气流组织方式，如图, 所示。另外，病室内的排风口布置在墙壁上时，排风口的下端距地面高度应在 , 一 , 范

24、围内，并应选择在不会被家具或器具遮蔽的位置。 ,: 准水平层流送风 ,: 准垂直层流送风图 , 负压隔离病房的气流 值得注意的是，医护人员背对气流时，气流会在医护人员身前形成回流区，若传染源位于回流区内，则医护人员口鼻呼吸所带的有害物浓度可能会累积增加，如图 , 所示。因此，医护人员在救治病人时，不要背对气流方向而应体侧迎风，让病人位于自己的前方，如图, 所示。 ,: 背对气流 ,:体侧迎风图 , 医护人员体位与气流方向 (,有关资料表明，洁净室内气流的横向扩散只有在很低的流速下才有可能，单向流在合理的气流组织下，流速 ,(,一 ,(,就足够带走污染物，在此流速下亚微米粒子的扩散性能远低于对流

25、性能，而大于 ,(,的气流速度反而易造成涡流，引起污染物的再卷入弘 ?。事实上，负压隔离病房的气流流型只是一个控制主导气流方向的紊流流型，难以形成 ,(,(,的断面微风速。如以一间尺寸为 , ×, ×,(, 的病室为例，在理想层流情况下， ,的换气次数产生的断面微风速仅为 ,(, ,，达不到亚微米粒子扩散性能低于对流性能的理想状态。理想情况下，应在病房内传染源( 病人头部 ) 上方形成速度为 ,(,一,(,的气流，以顺畅地带走污染物。同时，为保证有效的气流流型和流速，建议采用,技术对室内医疗设施与家具等布置及送、排风口设置进行优化。 ,(, 换气次数 换气次数是指病房的送风

26、量或排风量 (, ) 除以病房容积 (,) 所得到的值，即指通过送风或排风实现的可更换室内空气量的次数，通常简记为 ,(,;, , ,) 。 图, 所示为换气次数与病原微生物的去除率及所需时间的关系【 , 。显然，较大的换气次数有利于降低室内的病原微生物浓度，从而有利于病人健康和医护人员安全。但换气次数达到 , 后，换气次数的增加对减少去除污染物所需时间的效果并不显著。另外，换气次数过多易导致空气干燥、微风速大、能耗高等问题。因此，依据美国 , 标准和澳大利亚标准，建议将换气次数设定在 , 范围内。 图, 换气次数与病原微生物去除率及所需时间的关系 ,(, 温、湿度及噪声控制 作为收治传染病人的场所，负压隔离病房应为病人提供舒适的治疗和休息