疫情期綜合醫(yī)院空調(diào)系統(tǒng)分析與優(yōu)化

張威

（廣東省中醫(yī)院珠海醫(yī)院，廣東 珠海 519015）

研究表明當(dāng)空氣或飛沫傳染病在病房時及相應(yīng)的中央空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)，感染性病毒在傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)氣流的推動下，病人呼出感染性病毒的空氣和飛沫作為傳染源，在病房內(nèi)廣泛傳播，易引起醫(yī)務(wù)人員交叉感染。另外由于醫(yī)院建筑群體復(fù)雜且大，許多地區(qū)需要使用空調(diào)系統(tǒng)來滿足醫(yī)療需求。因此，加強(qiáng)醫(yī)院空調(diào)管理對預(yù)防疾病傳播具有重要意義。

1 醫(yī)院主要空調(diào)系統(tǒng)簡析

1.1 空調(diào)系統(tǒng)原理及運(yùn)用地方

（1）新風(fēng)系統(tǒng)的工作原理及使用場所空調(diào)的工作原理是將室外空氣（新風(fēng)）經(jīng)集中式空調(diào)機(jī)組冷卻（或加熱）至室內(nèi)適宜溫度，再送至每個房間以滿足使用要求，由于在空調(diào)中使用室外新鮮空氣，不再利用回風(fēng)，可保證每個房間的獨(dú)立送新風(fēng)，病毒不會通過空調(diào)通風(fēng)管道相互傳播。主要用于發(fā)熱門診、隔離室、實(shí)驗(yàn)室、病理手術(shù)室等場所。

（2）負(fù)壓房空調(diào)系統(tǒng)工作原理及使用場所負(fù)壓房本質(zhì)上屬于不間斷持續(xù)的向室外排出室內(nèi)的污濁空氣而使室內(nèi)空氣形成低于外部空氣壓力，新風(fēng)機(jī)組宜采用直膨式組合空調(diào)機(jī)組(含粗效、中效、高效過濾單元)，排風(fēng)機(jī)組宜采用箱式風(fēng)機(jī)(含粗效、中效、高效過濾單元)，廣泛應(yīng)用于發(fā)熱門診或感染者感染病毒期間。

（3）混合式空調(diào)系統(tǒng)的工作原理和使用場所這種空調(diào)是一種空調(diào)形式，它將大范圍或局部區(qū)域內(nèi)的多個房間的空氣部分利用到空調(diào)機(jī)組制冷回風(fēng)中，并通過制冷（或加熱）處理室外空氣，通過室外處理過后的空氣與回風(fēng)匯合將其輸送到各個使用的房間。

（4）風(fēng)機(jī)盤管+新風(fēng)系統(tǒng)的工作原理及使用場所空調(diào)由兩部分組成。一部分是：風(fēng)機(jī)盤管將室內(nèi)空氣經(jīng)風(fēng)機(jī)盤管冷卻（或加熱）后再送入室內(nèi)，使室內(nèi)溫度降低或升高，來達(dá)到室內(nèi)適宜環(huán)境溫度要求；另外一部分：新風(fēng)系統(tǒng)將室外空氣經(jīng)過空氣處理器冷卻（或加熱）達(dá)到適宜溫度送至各房間，該系統(tǒng)很好地結(jié)合新風(fēng)系統(tǒng)和混合空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，即可在不混合供氣的情況下為房間提供空氣，避免了不同房間空氣交叉互換的影響，為人體提供所需室外新鮮空氣，主要用于醫(yī)院病房、會診室等。

（5）凈化空調(diào)的工作原理和使用場所這種空調(diào)系統(tǒng)是將室外空氣經(jīng)過集中凈化機(jī)組處理再送入潔凈室的房間內(nèi)，不斷通過過濾器處理（如高效、中效、粗效）以實(shí)現(xiàn)室內(nèi)空調(diào)的綜合質(zhì)量指標(biāo)應(yīng)滿足相關(guān)技術(shù)規(guī)范的要求，其中包括空氣溫度、相對濕度、空氣潔凈度、壓力、換氣通風(fēng)次數(shù)、氣流速度、噪聲、照度、自凈時間等。主要用于手術(shù)室、血液移植科、重癥監(jiān)護(hù)室等對空調(diào)和凈化有特殊要求的潔凈區(qū)。

2 提高室內(nèi)換氣次數(shù)

一份新研究報告的文章觀點(diǎn)徹底動搖了世界衛(wèi)生組織和一些流行病學(xué)家的認(rèn)知。2020年4月2日廣州市疾病預(yù)防控制中心在《急診傳染病》雜志發(fā)表了COVID-19可通過空調(diào)氣流傳播方式（見圖1），此篇文章已被多家媒體轉(zhuǎn)載。

圖1 座位安排

注：（1）圖中日期為病者確診時間；（2）B家庭成員B2和B3是由病者A1還是B1感染未確定；（3）C家庭成員C2是由病者A1還是C1感染未確定。

文章作者收集了相關(guān)原始數(shù)據(jù)，調(diào)取了原餐廳的視頻記錄和餐廳顧客的座位安排，通氣率采用示蹤衰減法測定，并用計(jì)算機(jī)模擬測量疑似病者呼出的飛沫液滴擴(kuò)散的情況，比較了隨后感染病例的室內(nèi)位置和模擬病毒攜帶的氣溶膠示蹤劑的傳播情況，圖2顯示了餐廳內(nèi)污染氣流的感染流線。COVID-19感染者在A、B和C區(qū)（見圖1），在人體熱流和空調(diào)風(fēng)機(jī)盤管機(jī)機(jī)相互作用后，COVID-19感染者呼出的氣體上升，在風(fēng)機(jī)盤管吹出的風(fēng)帶動下將污染的空氣帶到天花板的高度。當(dāng)它流經(jīng)到對面的玻璃窗時，氣流向下彎曲并從較低的高度返回。在每張餐桌上，受污染的空氣在熱食和人體產(chǎn)生的熱空氣流帶動下向上流動，剩余的空氣返回風(fēng)機(jī)盤管，形成循環(huán)空氣區(qū)或氣流層。餐廳聚集性感染原因如下。

圖2 新冠病毒在餐廳中傳播途徑的計(jì)算機(jī)模擬

（1）餐廳使用風(fēng)機(jī)盤管空調(diào)機(jī)組，空調(diào)回風(fēng)帶有COVID-19感染者呼出的氣體，進(jìn)而再進(jìn)行室內(nèi)內(nèi)部不斷循環(huán)進(jìn)而導(dǎo)致傳播。

（2）另外一個原因是餐廳排風(fēng)扇已關(guān)閉，沒有有效排除帶有病毒氣體。

（3）再加上新風(fēng)量嚴(yán)重不足，感染區(qū)人均新風(fēng)（室外空氣）3.7m3/h，低于ASHRAE62.1-2019標(biāo)準(zhǔn)的28.8m3/h標(biāo)準(zhǔn)要求。

（4）各餐桌之間的距離約為1m。

（5）感染區(qū)域和未感染區(qū)域之間沒有物理隔離。雖然未感染區(qū)有風(fēng)扇對流器，餐廳服務(wù)員往返于感染區(qū)和未感染區(qū)之間，但這些區(qū)域沒有被感染，主要是感染區(qū)沒有感染，病毒濃度明顯高于未感染區(qū)-感染區(qū)，這是由不同的停留時間引起的。

得出結(jié)論：在人員密集公共場所區(qū)域通風(fēng)不良和過度擁擠的區(qū)域，增加換氣次來達(dá)到通風(fēng)量提高，另外避免人員過度集中，增加傳染可能性。

注：A桌子A1為感染者，A桌子A2、A3、A4、A5，B桌子B1、B2、B3，C桌子C1、C2為被感染者，其余桌子為未感染者，具體桌子座位安排可結(jié)合圖1

3 優(yōu)化氣流分布方式

3.1 現(xiàn)狀分析

以某個醫(yī)院普通病房4人間為例，因接待的住院病者較多，且房間內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)氣流分布復(fù)雜，故選擇4人間作為本次研究的對象。同時，未考慮原病房空調(diào)系統(tǒng)病毒污染物濃度的影響?，F(xiàn)案例中采用1臺風(fēng)機(jī)盤管和2個新風(fēng)口，病房采用側(cè)送、頂回風(fēng)方式，風(fēng)機(jī)盤管和新風(fēng)系統(tǒng)隱藏在天花板內(nèi)，單臺風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)出風(fēng)口尺寸為732mm×132mm，回風(fēng)口尺寸為732mm×232mm，額定送風(fēng)量為680m3/h。新風(fēng)出口尺寸為250mm×250mm，新風(fēng)量為130m3/h，每根風(fēng)管下表皮離病房間層高3.8m，具體位置如圖3（1）所示，

模擬分析水平風(fēng)速為病者的位置為圖3所示的矢量圖，患者1、2、3、4的縱向頭部平面的垂直風(fēng)速矢量示意圖如圖3（2）所示。從圖中可看出，在垂直方向，氣流從風(fēng)機(jī)盤管送風(fēng)方型散流器、新風(fēng)口的方型散流器吹出，空氣在墻壁遇到阻力，然后經(jīng)過向下返回水平流病者的身體，接著流入到風(fēng)機(jī)盤管回風(fēng)口；在水平方向上，房間內(nèi)的部分氣流流經(jīng)病者1和病者2，然后流入的方型回風(fēng)口格柵，患者1和患者2受送風(fēng)系統(tǒng)直接影響相對較小，因?yàn)橹鳉饬鹘?jīng)過患者1和患者2，在患者1和患者2上形成渦流。對于患者3和患者4，直接受送風(fēng)明顯影響比較嚴(yán)重。房間內(nèi)的主要?dú)饬髁鹘?jīng)患者3和患者4，并在患者3和患者4上方形成局部渦流。在病者水平方向釋放的濃度圖和呼出的高濃度病毒數(shù)量如圖3（2）所示。

圖3 病房、患者位置模型圖，氣流矢量圖

由圖可見，在室內(nèi)風(fēng)機(jī)盤管+新風(fēng)送風(fēng)系統(tǒng)影響下1號和2號患者呼出的高濃度病毒，局部聚集在靠近墻壁的地方并橫向移動。4號患者呼出的高濃度病毒與3號患者呼出的高濃度病毒混合更為明顯，綜上所述，患者1和患者2呼出的高濃度病毒受室內(nèi)氣流分布的影響，病毒形成堆積并在回風(fēng)口壁附近移動，導(dǎo)致病毒的長期抑制和病者人數(shù)的增加，以及衛(wèi)生專業(yè)人員之間可能的傳播途徑。與患者1和患者2相比，該病毒的持續(xù)時間更短，但病毒的傳播范圍更大，這也增加了患者與醫(yī)護(hù)人員之間傳播的可能性。 由此可以得出結(jié)論，在特殊情況下，由于醫(yī)院普通病房普遍爆發(fā)疫情，病房的空調(diào)系統(tǒng)會出現(xiàn)一定的不足，合理優(yōu)化病房新風(fēng)風(fēng)口優(yōu)化，優(yōu)化通道規(guī)劃以減少病者與醫(yī)務(wù)人員交流的可能。

3.2 實(shí)施情況

（1）風(fēng)機(jī)盤管風(fēng)口設(shè)計(jì)將原來房間的兩個出風(fēng)口合成一個大出風(fēng)口，位于病人1～4的中間，并垂直向下送風(fēng)。同時，也避免了直接吹氣給人體帶來的不適。

（2）風(fēng)機(jī)盤管回風(fēng)口設(shè)計(jì)由原房間的2個拆分為4個（原320mm×160mm，更改后120mm×120mm），分別

位于每個病床上方；在總回風(fēng)口處增設(shè)病毒凈化處理設(shè)備，確保處理病毒達(dá)標(biāo)的效果。如圖4（1）所示。

3.3 新風(fēng)口設(shè)計(jì)

原房間兩個新風(fēng)口布置在距風(fēng)機(jī)出風(fēng)口200mm的兩側(cè)，以保證房間新風(fēng)需求。

在改造后的病房中，圖4（2）患者在水平方向釋放的病毒數(shù)量和濃度的矢量圖。從矢量圖中可以看出，優(yōu)化后的空調(diào)系統(tǒng)氣流分布為患者1至患者4號呼出的病者提供了良好的隔離效果。只有每個病人將呼出的病毒暫時保持在一個小范圍內(nèi)，沒有造成病毒的橫向傳播，相鄰病者之間有一定的安全隔離距離。例如，患者1和患者2之間的安全距離約為0.6m，患者3和患者4之間的安全距離約為0.8m，氣流速度矢量圖表明，這種現(xiàn)象是由隔離引起的效應(yīng)，由垂直向上的氣流引起。

圖4 改造方案設(shè)計(jì)、病房模型圖，氣流矢量圖

綜上所述，通過對醫(yī)院4人間病房空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，空氣分配和疾病預(yù)防起到了積極的作用，與氣流下送上回的組織形式相比，具有施工時間短、實(shí)用性強(qiáng)的特點(diǎn)，更適合當(dāng)前的特殊防疫形勢。另外與原有病房空調(diào)相比，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案明顯具有以下優(yōu)勢：

一是空調(diào)送風(fēng)量分配更均勻、更優(yōu)地分配給每位患者。解決病者之間分布不均的問題，病者接觸到的氣流大部分為上升氣流。

二是可提高病者舒適度，保證相鄰病者之間有保護(hù)氣流，一定的安全距離有效地將病者局部隔離，減少病毒的橫向移動，避免病毒在室內(nèi)外傳播的風(fēng)險。

三是快速上升的氣流可以讓病者呼出的病毒滯留時間短，可以迅速進(jìn)入空調(diào)進(jìn)行處理凈化，解決局部病毒滯留問題，降低醫(yī)護(hù)人員感染風(fēng)險。

4 不同類型空調(diào)處置方案

4.1 空調(diào)類型管理方案及措施

新風(fēng)系統(tǒng)，每周對新風(fēng)機(jī)組的送風(fēng)口、濾網(wǎng)進(jìn)行清潔消毒，并做好書面記錄。使用時，注意確保新鮮空氣直接從外部吸入，嚴(yán)禁從機(jī)房、走廊、天花板吸入空氣；確保排氣系統(tǒng)正常工作，排氣口遠(yuǎn)離新風(fēng)出口、窗戶和人員很多地方。

4.2 負(fù)壓病房空調(diào)管理方案及措施

負(fù)壓病房是傳染性病毒治療病人的重要場所,要加強(qiáng)管理,每天由專人進(jìn)行巡回檢查，確保室內(nèi)壓差送排風(fēng)設(shè)備的正常使用。應(yīng)制定清潔和消毒系統(tǒng)，以確保單個病者出院后得到充分清潔和消毒，并應(yīng)更換供氣和排氣濾網(wǎng)。如果混合空調(diào)系統(tǒng)已關(guān)閉使用，請?jiān)谑褂们扒鍧嵅⑾舅惋L(fēng)口和回風(fēng)口，清潔或更換濾網(wǎng)。

4.3 風(fēng)機(jī)盤管+室外空氣管理方案及措施

該系統(tǒng)可在保證各房間獨(dú)立通風(fēng)的條件下以及所有新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)正常投入使用，同時啟動相應(yīng)的機(jī)械排風(fēng)系統(tǒng)；另外，每周對送風(fēng)口、回風(fēng)口、出風(fēng)口濾網(wǎng)進(jìn)行清潔消毒，并做好書面記錄。使用時注意確保室外空氣直接從外部進(jìn)入，嚴(yán)禁從機(jī)房、走廊、天花板吸入空氣；確保排氣系統(tǒng)正常工作。傳染性病毒結(jié)束后更換有效濾網(wǎng)，消毒管道，底盤和其他空調(diào)系統(tǒng)設(shè)施和設(shè)備應(yīng)清潔，以加強(qiáng)自然空氣循環(huán)，當(dāng)回風(fēng)口不在同一房間時，應(yīng)停止使用，增加送風(fēng)口、回風(fēng)口、風(fēng)口濾網(wǎng)的清洗消毒頻率，并做好書面記錄。

5 改進(jìn)室內(nèi)空氣質(zhì)量設(shè)計(jì)

除了傳統(tǒng)的控制方法外，還提出以下規(guī)則和建議。

（1）經(jīng)常通風(fēng)開窗可顯著稀釋室內(nèi)區(qū)域的病毒濃度，這是預(yù)防流行病的有效措施。感染性疾病的患者在相鄰房間中有病毒感染顆粒，病毒可將其傳播到空氣中。同時，打開窗戶可以增加內(nèi)部水分,對于間歇式空調(diào)，應(yīng)考慮冷凝的可能性。

（2）提高室內(nèi)通風(fēng)量換氣次數(shù)（通風(fēng)量），可以降低空氣中傳染性病毒的濃度，從而降低空氣傳播的風(fēng)險。

（3）建議如果過濾材料不能滅活病毒，應(yīng)盡可能使用高效（H13）和超高效空氣過濾器（H14）。由于高性能過濾器的空氣阻力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于空調(diào)和通風(fēng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換中通常使用的空氣過濾器的空氣阻力，因此應(yīng)考慮風(fēng)機(jī)殘余壓力不足的問題，并應(yīng)通過消毒措施補(bǔ)充這些過濾器。

（4）具有病毒激活功能的移動式室內(nèi)空氣凈化器可快速稀釋室內(nèi)區(qū)域的病毒濃度。

（5）紫外線滅菌燈（UVGI）是用于傳染病流行的常規(guī)滅菌設(shè)備。

6 結(jié)語

對醫(yī)院的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行重新梳理，調(diào)整空調(diào)運(yùn)維策略也是非常必要的?？茖W(xué)的設(shè)計(jì)以及管理運(yùn)維措施可以幫助醫(yī)院感染管理部門做好醫(yī)院感染控制工作。