洁净手术室的净化空调设计

洁净手术室的净化空调设计

1净化净化中的现代质量控制理念2000年10月，中国的医院洁净部结构标准（以下简称“标准”）正式实施。《标准》采用了近年来生物领域中出现的新概念与新思路,将现代质量意识和质量控制理念引入到洁净手术室的环境控制中,旨在实现整个洁净手术部完善的保障体系,促使洁净手术室污染控制思路、设计理念、理论依据、计算方法、技术措施、设备选用与系统配置等发生了巨大的变革。1.1根据手术环境控制的特点,各有侧重、分《标准》的技术思路突出了生物洁净特点、突出了保护关键部位的意识,提倡以经济有效的方法建造手术室。提出了洁净手术室污染控制应采用细菌控制的综合措施,建立一个无菌环境的保障体系,实施一个全过程控制的理念。其实质在于有效地消除一切交叉感染的隐患、避免任何可能引起术后感染的风险,保障患者在手术过程中避免受到一切无关的伤害。而不是仅仅为了达到手术室内洁净、无菌等某项指标。具体表现为:①手术室细菌控制的综合措施是将工程学和卫生学措施结合起来,形成一种有效控制细菌浓度的综合措施。如仅从工程学控制角度来说综合措施应由建筑、基本装备、空调净化、医用气体、水、电等多学科的配合和支撑所形成。②现代质量意识是一个全过程控制的理念,不仅仅是“患者不感染”的结果,而是在于整个手术的完善过程控制。保障在全过程中切断所有可能的污染途径(包括空气),阻止细菌接触手术切口,消除一切可能引起术后感染的隐患,才是真正实现无菌环境控制。③保障体系强调区域控制的概念,区域内应安排有序、功能分明、洁污分流、流线短捷,并保持恒定、有序的梯度压力分布,严格控制室外污染空气侵入手术部以及区域内气流无序流动。它起的保障作用大大优于单室控制。这个保障体系的中心是手术核心区,洁净手术室内保障重点是手术区,它包括手术小组工作区域和器械桌,保护关键点是手术切口。并强调工程实施设计、施工、检测、验收各个阶段的完整内容,才能充分地体现出洁净手术部的综合整体与保障体系。1.2净化全人工净度《标准》将洁净手术部看成一个卫生学与工程学有机结合的多功能综合整体。《标准》不会与《医院消毒卫生标准》有所冲突,而应是《医院消毒卫生标准》的补充和发展。其重点是在保证卫生学的前提下,强调以经济有效的方法实施无菌的手术环境,降低造价和运行费用。《标准》突出了洁净手术室生物洁净的特点,明确以室内微生物为洁净手术室的控制目标,提出运行参数以及分级指标,空气洁净度只是必要的保障条件。表1和表2列出了《标准》规定的洁净手术室和辅助用房的等级标准。表1中Ⅰ级手术室的手术区是指手术台两侧边各外推0.9m、两端各外推0.4m后包括手术台的区域,室内其他区域为周边区;Ⅱ级手术室的手术区是指手术台两侧边各外推0.6m、两端各外推0.4m后包括手术台的区域,室内其他区域为周边区;Ⅲ级手术室的手术区是指手术台四边各外推0.4m后包括手术台的区域,室内其他区域为周边区;Ⅳ级手术室不分手术区和周边区。洁净手术部内设置不同洁净度等级的手术室,其适应的手术内容参见表3。主要洁净辅助用房的等级和适用范围见表4。1.3清洁手术部的技术洁净手术部的各级用房除洁净度和细菌浓度应符合相应级别的要求外,有关技术参数还应符合表5的规定。2手术各部主流的特性《标准》认为净化空调系统是保障体系的重要一环。要求系统能够控制相应等级用房的室内温度、湿度、尘埃、细菌、有害气体浓度以及气流分布,保证室内人员所需的新风量,并维持室内外合理的气流流向。其中最为重要的是有效控制室内细菌的浓度,以防止在手术过程中对手术伤口感染,提高手术成功率。但是普通的空调系统常常是滋菌积尘的良好场所,尤其是其中的热湿交换设备,无法满足洁净手术部保障体系的要求。根据上述设计理念,要创造一个理想的手术无菌环境,必须采用:①空气过滤将送风空气中所有的微生物粒子清除掉;②气流技术使室内达到无菌无尘;③正压控制实现整个手术部有序压力梯度分布;④合适的温湿度调节抑制细菌繁殖,降低人体发菌量;⑤排除室内有害气体与气味,保持室内良好的空气品质。2.1空调系统的配置特点净化空调系统对洁净手术部的作用十分明显与重要。慎重选择手术部的净化空调系统形式是首要任务。如果整个手术部采用集中式空调系统,对于特大型综合性医院,一整天的手术都排满,也不乏是一种选择。这种方式在提供温度、湿度、空气净化、去除臭味等方面都可以达到较满意的效果;由于机房和房间分开,噪声也可以较好地处理。一般不会出现环境失控的问题。但是各手术室级别不同,洁净手术室与辅助用房设计参数差异较大,一个系统一个送风状态点难以满足。另外在运行调节上会有问题,使用灵活性方面也较差。分散式系统可以在每间手术室附近设空调机房,室外新风直接进入机组,通过独立的净化空调机组向室内送风。这种方法运行费用较低,系统的维护、管理简单易行,适用于单间门诊手术或手术室改造。但是难以实施区域控制,一般不宜使用在新建的手术部中。《标准》只规定在Ⅳ级准洁净手术室才允许采用带亚高效过滤器或高效过滤器的净化风机盘管机组,或室内立柜式净化空调机组,但决不允许采用普通风机盘管机组或空调器。如果不采用净化空调机组,而直接在手术室内同时安装普通空调器与自净器(包括过滤自净器、紫外线自净器、静电自净器等),这种思路纯粹就是为了达到洁净度指标,而不是建立保障体系,不是在减少手术风险,而是在增加交叉感染隐患。考虑到洁净手术部的保障体系特点和我国国情,对于净化空调系统,《标准》强调:①手术部净化空调系统(机组与管路系统)的除菌与防菌的综合措施。②Ⅰ,Ⅱ级洁净手术室采用独立设置的净化空调机组;Ⅲ,Ⅳ级洁净手术室允许2～3间合用1个系统。③手术部中的洁净手术室与辅助用房分开设置空调系统。④独立新风系统。并且强调手术部不管采用何种净化空调系统,均应使整个手术部始终处于受控状态。不能因某洁净手术室停开而影响整个手术部有序的梯度压力分布。否则会破坏各室之间的正压气流的定向流动,引起交叉感染或污染室内环境。早在70年代,洁净手术室回风的有效性已得到证实。一般场合不采用全新风净化空调系统。如确实需要全新风系统,则须在系统中配备全热回收装置。但整个手术部不宜采用走廊回风,尤其是Ⅰ级、Ⅱ级洁净手术室,因其容易引起交叉感染。《标准》介绍了德国标准DIN1946修订稿推荐的一套系统(见图1)。在每个控制区域设置一套空调系统来实现各区域内的温湿度和洁净度,另外集中设置一套新风系统来维持整个手术部内的正压分布,不承担调节室内温湿度的任务。各手术室和辅助区设置的空调系统有自己的新风和排风。两套系统的组合的新概念既可使每间洁净手术室的空调和正压两大功能分离,又能将整个手术部联系在一起,并始终使手术部处于受控状态。这样可使手术部管理更为灵活、方便、有效。运行方案如下:①手术部正常工作期间两套系统同时运行。可简化调试和运行管理工作。②当手术部中只有部分手术室工作时,只需要运行部分手术室的独立空调机组和正压送风系统,既保证部分手术室正常工作,又保证整个手术部的正常压力分布和定向流动。③在手术部非工作期间,只运行正压送风系统。这样可以大大降低温湿度要求,只需维持整个手术部正压,保持其洁净无菌状态。考虑到散热器会产生对流气流,对洁净、无菌环境不利。在北方地区如需要设值班供暖时,不得在Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ级洁净手术室和Ⅰ,Ⅱ级辅助用房设置散热器,但可用辐射散热板。Ⅳ级洁净手术室和Ⅲ,Ⅳ级辅助用房如需设置散热器,应选用光管散热器或辐射板散热器等不易积尘又易清洁的类型,并应设置防护罩。散热器的热媒应为不高于95℃的热水。2.2关于净化空气的风压问题过去手术室负荷与送风量的计算大多采用工业洁净室的理论,依据洁净度级别套用送风量,没有考虑到生物洁净室的特点。设定的设计工况有问题,没有考虑到洁净手术室的特点。错把医疗设备看作为稳定、持续的冷(热)负荷,以使手术室的负荷估算偏高。目前手术室大多是土建围护结构内设置的密闭小室,小室之间的夹道走各种管道。如果采用双走廊等平面布局,手术室处于内区。围护结构空调负荷所占的比例则更小,负荷计算完全可以按稳定传热来考虑。手术前室内几乎没有湿负荷,手术时人员围在手术台周围,发湿量集中。而且现在室内的医疗设备越来越多,但是在手术期间不间断使用的不多,同时使用系数也不大。即使心脏外科等深部手术也是如此。而且新开发的专用设备多,通用设备少。对于常规手术,常用的医疗设备就是电刀、麻醉机等几种。相对来说照明发热和人员发热、发湿量变化较小。或者说,手术期间的负荷特点是热负荷变化较大,而湿负荷比较稳定,从而引起室内热湿比变动较大。这是造成室内相对湿度超标的主要原因。因此手术室空调系统冷量配备可以考虑高峰冷(热)负荷,但系统设置更需要考虑到热湿比的变化,直接套用工业用恒温恒湿机组也是不合适的。手术室送风量的确定,其实完全是另一条思路。不是依据洁净度级别,而仅仅是从卫生学角度考虑,国际上公认20～30h-1换气能够达到手术环境所要求的无菌程度,如需要再考虑所能达到的洁净度级别。《标准》仍然采用洁净度级别主要是利用洁净技术设计、施工和验收的完善体系来保障无菌环境的控制。为了提高手术区洁净无菌的效果,《标准》根据我国关于主流区的重要理论和实验成果,提出了集中送风保护手术区的方案。发展了手术室送风吊顶的思路,将有限的洁净气流尽量笼罩室内手术关键区域。在手术台上方集中布置送风口,并根据理论计算和参考国内外实践具体给出了送风口尺度(见图2)。实现了以较少的投入,较低的送风量,获得更佳的手术区控制效果。洁净手术室完全没有必要采用全面单向流态,但要求送风气流能克服热上升气流以及由门开启和人员行走引起的横向气流的干扰。因此送风口的出风速度和送风温差值得注意(德国机组特别注意这点)。如果手术室在核心区,常年送冷风,送风速度可降低一些,这就是置换流的依据。可以直接取表5中Ⅱ,Ⅲ级洁净手术室的换气次数附加正压换气次数来计算送风量(m3/h),见式(1)。再根据图2中所列的面积,校核其平均面风速(m/s),见式(2),如不大于0.15m/s,则需再增加风量。也可调整孔板孔径与开孔率来达到。Ⅳ级洁净手术室采用乱流流态,单个风口,送风动量较小,每个送风口的出风速度应该大于0.3m/s。洁净室送风量=(换气次数+正压换气次数)×洁净手术室体积(1)送风速度=洁净室送风量送风口的面积×3600s(2)=洁净室送风量送风口的面积×3600s(2)Ⅰ级特殊洁净手术室需保持单向流态,可以依据要求的截面风速和图2中所列的面积计算出送风量(m3/h),见式(3)。但《标准》要求表5中的风速0.25～0.3m/s是手术区工作面高度截面平均风速,也是运行中必须保持的下限风速,设计计算时不能直接采用。因为局部层流的送风气流会与周边区的空气进行动量交换,送风气流速度会逐步衰减,其衰减量大于全面单向流。因此送风口的出风速度应大于手术区的截面风速。实验研究结果表明,出风风速应在0.40～0.42m/s,设计时出风风速可取0.46～0.50m/s左右。洁净室送风量=手术区截面平均风速×集中布置送风口的面积×3600s(3)2.3局部流对净化效果的影响考虑到手术室保护区域较小,要尽量采用局部送风的方式。由于手术切口不同,愈合要求不同,保护等级不一,要求的送风气流特性也不同。一般来说,合理的手术室内气流组织能防止细菌粒子的积聚并将其迅速排除,有效地保护关键区域。室内气流组织的理想状况应具备以下几个特征:①明显的置换流流型;②使室内的关键区域处于有效的气流控制之中;③满足人员的热舒适要求;④送风量较小;⑤对室内的医疗设备影响小;⑥对手术人员的影响小;⑦不妨碍手术人员的工作;⑧有效地排除气味和麻醉气体。手术室内气流流态通常分为乱流和单向流(俗称层流)。当然对于手术室来说强调绝对的流态没有意义,气流形式或送风装置的选择都应该着眼于采取经济有效的技术手段来降低污染度。高级别手术室需保持单向流态,其工作面的截面风速和均匀性也有严格要求,一般送风口都要求设置一定的均流层。单向流态可以分为垂直层流和水平层流。关于这两者的采用,经过长期技术经济比较和长期运行实践,国外的意见已趋向一致,即洁净手术室应采用垂直单向流。目前我国在新建的高级别手术室内,已不采用水平单向流。局部单向流已经广泛取代全室单向流。其它级别手术室的送风末端、布置方式和送风面积有很多种形式,如侧送、斜送和顶送等。如今对较低级别手术室,既不要求气流为单向流态,也不希望随意分散布置风口,大多将风口集中布置在手术区域上方,认为这种上送下回方式对关键区域保护效果最好。体现了不同于以往层流或乱流的典型作法,不强调气流的挤压效应或稀释效应,而是把洁净、无菌气流充填到手术区域,以此降低关键区域的细菌浓度。可见Ⅰ级特别洁净手术室采用单向流气流方式,是挤排的原理。Ⅱ,Ⅲ级洁净手术室由于出风速度较低,未能有足够的动量以保持单向流,采用的是一种低紊流度的置换气流,是充填的原理;Ⅳ级准洁净手术室使用混合送风气流,是稀释的原理。只要求采用上送风方式,对送风口布置不作特殊的要求和规定。为使送风气流能覆盖手术台,不使洁净气流短路,要求回风口上边高度不超过地面之上0.5m,下边离地面不低于0.1m。回风口处气流速度不应大于2m/s。根据国内科研成果,认为在手术室侧墙下部回风的效果最好,比手术室四角回风更理想。当手术部宽度不超过3m时可以用单侧下部回风;宽度超过3m的洁净手术室应在长侧墙的两侧下部回风。Ⅰ级洁净手术室的条形回风口宜连续布置,使手术区无菌效果更佳。尽管单向流的净化效果得到一致的公认,可以达到无菌、无尘的效果。但至今不能证明其能有效地降低术后的感染率。将它作为高风险手术的保障,还是可取的。由于其费用太高,我国开发出来带阻漏层的送风天棚,使得送风装置厚度大大降低,适用范围更广。如采用阻漏层时,相当于高效过滤器后再串联一个具有亚高效过滤效率的滤层,这样即使高效过滤器某点渗漏,粒子也会在静压箱被洁净空气所混掺、稀释、过滤,而不会影响到送风浓度。还能使出风速度更均匀,浓度分布也更为均匀。洁净手术室气流应该采用本室自行循环回风,不应设余压阀向走廊回风。室内多余的风量应排到室外,在手术室顶部设置排风口,其位置宜在病人头侧,这样才能有效排除室内的有害气体和不良气味。排风口顺排风方向上应设过滤器和单向阀或电动密闭风阀,排风机位于其后,排风口设置防雨格栅,以免排风机及其管路受污染。2.4医院内部过滤器的设置空气过滤是最有效、安全、经济和方便的除菌手段。采用合适的过滤器能保证以合理的运行费用达到所要求的尘埃浓度和细菌浓度。通常整个净化空调系统设有三级空气过滤。第一级空气过滤宜设置在新风口,第二级设置在系统的正压段,第三级宜设置在系统的末端。如采用独立新风系统,也要求设置三级过滤,末级过滤至少为亚高效空气过滤器。末端空气过滤器的良好性能是室内无菌环境的保证,而过滤系统的合理配置可延长末端空气过滤器的使用寿命,使三级过滤系统阻力增长平稳。尽管早在80年代已经证实比色法效率90%～95%的过滤器(相当于我国的高中效至亚高效过滤器)能滤掉医院中全部细菌的99.9%,但是各国最新修订的医院通风标准普遍有提高过滤效率的趋势。《标准》强调Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级洁净手术室必须设置高效空气过滤器。只有在Ⅳ级洁净手术室才容许设置亚高效空气过滤器。考虑到洁净手术部是一个保障体系,静电净化器不宜设置在送风末端。三级过滤的概念是一个完整的概念,合理地配置过滤系统是最有效的措施。要想发挥出系统的整体效能,每一级过滤器选择和位置设置都不容忽视,如果疏忽了某一个环节,或某一级过滤器设置不匹配,会使三级过滤器的更换期不合理,造成整体的过滤效能欠佳等问题。我国在高中效范围内的滤料和过滤器品种很少,设置在空调箱内的中效过滤器的过滤性能大多偏低,不能有效地保护末端高效过滤器,影响其使用寿命。尽管手术室用的末端过滤器主要性能是效率,但它的其他性能也会影响到室内环境的无菌程度,也需慎重选择。正常情况下过滤器不会滋菌,为了杜绝细菌滋生的可能性,过滤器所用材料应是憎水性,且不能选用有机材料,如框架为胶合板或木板的过滤器;如末端过滤装置采用有隔板过滤器,应排除分隔板是牛皮纸或铜版纸的产品,采用铝隔板较好;如末端过滤装置采用无隔板过滤器,不宜用直接以棉线作为分隔物的产品。另外过滤装置的使用周期不宜过长。在回风口处应注意设置过滤器,如室内压力允许,在回风口处设中效过滤器。由于室内人员操作以及术前、术后的清理工作,回风中可能含有较多的毛发和纺织纤维等,这些纤维通过回风管路,特别容易沉积在管路上,引起积尘滋菌;或者沉积在盘管上,影响传热效率,甚至发生堵塞,降低风量。回风口设置过滤器也可较为容易地建立起正压。2.5正压渗透量的检测洁净手术部相对于周边区域应维持正压,和部内洁净级别不同的区域之间维持合理的气流流向和有序的压力分布,以避免室外对室内,或低级别对高级别环境的影响。只有保证在任何情况下(特别强调是在非设计工况或在非正常运行工况下),都能维持洁净手术部内这种有序的梯度压力分布不变,才能真正有效地减少手术区交叉感染的风险。正压的具体作用体现在三个方面,其一,在门窗关闭的情况下,防止洁净室外的污染由缝隙渗入洁净室内;其二,在门开启的瞬时,保证有足够的气流向外流动,减少门开启或人进入的瞬间带来的干扰气流。但不保证在门长时开启的状态下的正压。其三,保证洁净区域内合理、有序的气流的流向与流量。正压控制一般通过调节送风与回风、排风量之间的差值,并结合控制手段来实现。这个风量差值称为正压渗透风量。说到底这个正压渗透风量是由系统新风量承担的。正压本质就是正压渗透风量透过房间缝隙的阻力。正压风量是无组织气流,到处渗透。因此正压渗透风量越多、房间缝隙越小,所建立的正压就越大,反之亦然。由于手术部中设置的系统较多,整体正压控制要求高,即使正压值在系统调试时已经满足,但是系统在运行中,由于门的开启、三级过滤器积尘或室外风速的影响,正压值会出现变化。只要送、回、排风中任一风量变化,就有可能破坏部内有序的梯度压力分布。尽管正压控制的手段有许多,大多措施都是针对单室的,难以从整体上控制整个手术部的有序压力分布,而且稳定性较差。为使室内保持稳定的正压,国外常常在送、回、排风口均设置机械式定风量装置,十分有效,但增加了造价。笔者开发了图3所示的系统,采用了更为简易、有