ASHRAE 170-2021關(guān)鍵技術(shù)及與中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)比分析

劉 蕾 羅 濤 胡仰耆 杜 坤 李常山

(華東建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司,上海)

0 引言

近年來(lái)筆者所在公司承接了大量國(guó)內(nèi)大型三級(jí)甲等醫(yī)院及一些國(guó)外醫(yī)院的設(shè)計(jì)項(xiàng)目,美國(guó)ASHRAE 170《醫(yī)療保健設(shè)施通風(fēng)》(Ventilation of health care facilities)(以下簡(jiǎn)稱ASHRAE 170標(biāo)準(zhǔn))是國(guó)外醫(yī)院項(xiàng)目設(shè)計(jì)中采用的標(biāo)準(zhǔn)之一。

在工程實(shí)踐的基礎(chǔ)上,筆者對(duì)2021版ASHRAE 170標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了學(xué)習(xí)和研究,總結(jié)其關(guān)鍵技術(shù),并與中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比分析,歸納、提煉適用的通風(fēng)設(shè)計(jì)技術(shù)及方法,希望能對(duì)國(guó)內(nèi)醫(yī)院項(xiàng)目設(shè)計(jì)提供借鑒,對(duì)采用ASHRAE 170標(biāo)準(zhǔn)的涉外醫(yī)院項(xiàng)目設(shè)計(jì)提供幫助和參考。

1 ASHRAE 170標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介

ASHRAE 170標(biāo)準(zhǔn)第一版于2008年9月正式頒布,是美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)(ANSI)第一個(gè)有關(guān)醫(yī)療設(shè)施的通風(fēng)空調(diào)標(biāo)準(zhǔn)[1]。

ASHRAE 170標(biāo)準(zhǔn)以4年為周期不斷發(fā)布增補(bǔ)和更新,最新版本ASHRAE 170-2021于2021年5月發(fā)布。這是新冠疫情暴發(fā)后的第一次修訂,與2017版內(nèi)容相比,2021版有大量的修正、改進(jìn)和補(bǔ)充[2]。

ASHRAE 170-2021的前言中說(shuō)明,該標(biāo)準(zhǔn)是給規(guī)范執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用的最低要求,關(guān)于美國(guó)醫(yī)療建筑更詳細(xì)的暖通空調(diào)設(shè)計(jì)要求及指南,可參考《ASHRAE手冊(cè)——暖通空調(diào)應(yīng)用》(ASHRAE handbook—HVAC applications)、《醫(yī)院與診所的暖通空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)》(HVAC design manual for hospitals and clinics)等。

2 ASHRAE 170-2021關(guān)鍵技術(shù)概要

ASHRAE 170-2021從系統(tǒng)與設(shè)備、住院空間通風(fēng)、門診空間通風(fēng)、居住性醫(yī)療空間通風(fēng)等方面對(duì)醫(yī)療保健設(shè)施中環(huán)境控制的通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)提出了要求,主要包括換氣次數(shù)、空氣過濾、與相鄰房間的壓力關(guān)系、房間循環(huán)機(jī)組、室外排風(fēng)口、能量回收、加濕、無(wú)人使用時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行模式等關(guān)鍵技術(shù)要求。

3 ASHRAE 170-2021關(guān)鍵技術(shù)與中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)比分析

3.1 換氣次數(shù)

保證醫(yī)療用房最小新風(fēng)量可以滿足衛(wèi)生要求,減少人員、建筑、醫(yī)療廢棄物污染對(duì)醫(yī)療環(huán)境的影響,并補(bǔ)償排風(fēng)量和保持與相鄰房間的壓力關(guān)系。保證醫(yī)療用房最小總換氣次數(shù)可有效滿足房間的最小通風(fēng)量,從而保證房間污染物濃度降低或排除的時(shí)間。

1) ASHRAE 170-2021分別給出了各醫(yī)療用房最小新風(fēng)換氣次數(shù)、最小總換氣次數(shù)的要求。我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)潔凈用房(包括潔凈手術(shù)部用房)、傳染病負(fù)壓病區(qū)提出了具體的換氣次數(shù)要求,對(duì)普通醫(yī)療用房給出了統(tǒng)一的要求。ASHRAE 170-2021和我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于典型醫(yī)療用房換氣次數(shù)及與相鄰區(qū)域壓力關(guān)系的對(duì)比見表1。

表1 典型醫(yī)療用房換氣次數(shù)及與相鄰區(qū)域壓力關(guān)系的對(duì)比

從表1可見,對(duì)于急診公共等候區(qū)、急診分診區(qū)、急診創(chuàng)傷室、急診搶救室、支氣管鏡檢查室、放射等候室等房間的最小總換氣次數(shù),ASHRAE 170-2021提出了遠(yuǎn)高于我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求。這些房間或區(qū)域存在潛在污染物或感染源,有較大的疾病感染風(fēng)險(xiǎn),因此采用較大的房間通風(fēng)量非常有必要,建議適當(dāng)增加這些房間的最小總換氣次數(shù)。

2) ASHRAE 170-2021規(guī)定,正壓房間的最小總換氣次數(shù)用于計(jì)算房間的送風(fēng)量,負(fù)壓房間的最小總換氣次數(shù)用于計(jì)算房間的排風(fēng)量。GB 51039—2014明確醫(yī)療用房的最小總換氣次數(shù)6 h-1是指送風(fēng)換氣次數(shù);潔凈用房的換氣次數(shù)也理解為是對(duì)送風(fēng)換氣次數(shù)的要求。

3) ASHRAE 170-2021規(guī)定,在基于節(jié)能等原因需改變房間的通風(fēng)量時(shí),仍應(yīng)滿足最小換氣次數(shù)的要求。當(dāng)醫(yī)療用房采用變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)時(shí),系統(tǒng)風(fēng)量可能經(jīng)常處于變化之中,ASHRAE 170-2021要求此時(shí)需采取相應(yīng)措施保證最小換氣次數(shù)。

4) ASHRAE 170-2021規(guī)定,對(duì)于允許采用房間循環(huán)機(jī)組的房間,最小總換氣次數(shù)中大于最小新風(fēng)換氣次數(shù)的部分,可由房間循環(huán)機(jī)組來(lái)提供。例如房間最小新風(fēng)換氣次數(shù)為2 h-1、最小總換氣次數(shù)為6 h-1時(shí),房間循環(huán)機(jī)組的換氣次數(shù)最小可為4 h-1。

3.2 空氣過濾

通過對(duì)空氣進(jìn)行過濾,可以有效去除空氣中的顆粒污染物,從而保證良好的醫(yī)療空氣環(huán)境,避免交叉感染。

在ASHRAE 170-2021的表7-1、8-1、8-2、9-1中,給出了各醫(yī)療用房機(jī)械送風(fēng)系統(tǒng)空氣過濾器的最低效率要求,并在其附錄中的表D-1進(jìn)行匯總,如表2所示。

關(guān)于醫(yī)療房間空氣過濾器設(shè)置及最低過濾效率要求,ASHRAE 170-2021與我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的主要異同對(duì)比如下:

1) 普通醫(yī)療用房空氣過濾器最低效率。

與ASHRAE 170-2021不同,我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求根據(jù)室外空氣質(zhì)量確定新風(fēng)過濾器效率,當(dāng)室外PM10年均值未超過年平均二級(jí)濃度限值時(shí),新風(fēng)設(shè)置粗效和中效兩級(jí)過濾器,當(dāng)室外PM10年均值超過年平均二級(jí)濃度限值時(shí),還應(yīng)再增加一道高中效過濾器。

在ASHRAE 170-2021中,對(duì)送風(fēng)系統(tǒng)空氣過濾提出了要求;我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中更重視醫(yī)院回風(fēng)的除塵及除菌,對(duì)于醫(yī)療用房集中空調(diào)系統(tǒng)和風(fēng)機(jī)盤管的回風(fēng)口,GB 51039—2014要求設(shè)初阻力小于50 Pa、微生物一次通過率不大于10%和顆粒物一次計(jì)重通過率不大于5%的過濾設(shè)備,需采用效率級(jí)別為中效一級(jí)以上過濾器才能滿足要求。

在我國(guó)常規(guī)設(shè)計(jì)中,普通醫(yī)療用房的送風(fēng)系統(tǒng)中空氣處理機(jī)組一般采用粗效(G4)和高中效(F7或F8)兩級(jí)過濾,高于ASHRAE 170-2021中對(duì)Ⅰ級(jí)醫(yī)療用房的過濾要求,與ASHRAE 170-2021中對(duì)Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)醫(yī)療用房過濾器效率要求基本等同。

2) 手術(shù)室空氣過濾器最低效率與設(shè)置要求。

ASHRAE 170-2021與我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)均對(duì)手術(shù)室空氣過濾器設(shè)置及最低過濾效率提出了要求,兩者對(duì)比見表3。

表3 手術(shù)室空氣過濾器設(shè)置及最低過濾效率對(duì)比

從表3可見:我國(guó)Ⅰ級(jí)潔凈手術(shù)室的送風(fēng)最低過濾效率要求與ASHRAE 170-2021中特殊手術(shù)室基本一致,我國(guó)Ⅱ級(jí)潔凈手術(shù)室的送風(fēng)最低過濾效率要求與ASHRAE 170-2021”中一般手術(shù)室基本一致;對(duì)于回風(fēng)、排風(fēng)最低過濾效率要求,我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)高于ASHRAE 170-2021。

3) AII病房(負(fù)壓隔離病房)空氣過濾器最低效率及設(shè)置要求。

ASHRAE 170-2021與我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)都對(duì)AII病房空氣過濾器設(shè)置及最低過濾效率提出了要求,見表4。

表4 AII病房空氣過濾器設(shè)置及最低過濾效率對(duì)比

從表4可見,對(duì)于AII病房,無(wú)論是送風(fēng)還是排風(fēng)空氣過濾器的最低效率,我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)均比ASHRAE 170-2021要求高。

4) 過濾器與風(fēng)機(jī)的位置關(guān)系。

按照ASHRAE 170-2021的要求,對(duì)于不允許采用房間循環(huán)機(jī)組的醫(yī)療用房,當(dāng)送風(fēng)最低過濾效率要求為MERV 14、MERV 16和HEPA時(shí),應(yīng)將送風(fēng)末級(jí)過濾器設(shè)置在盤管和送風(fēng)機(jī)的下游。此要求與GB 51039—2014中對(duì)潔凈用房、GB 50333—2013中對(duì)潔凈手術(shù)部的要求均相同。若將送風(fēng)末級(jí)過濾器設(shè)置在盤管和送風(fēng)機(jī)的上游,則可能造成過濾處理過的空氣被二次污染,建議對(duì)于常規(guī)醫(yī)療用房的空氣處理機(jī)組,也將末級(jí)過濾器設(shè)置在盤管和送風(fēng)機(jī)的下游。

3.3 與相鄰房間的壓力關(guān)系

在醫(yī)療房間通風(fēng)設(shè)計(jì)中,確定每個(gè)房間與相鄰區(qū)域的壓力關(guān)系,是保證醫(yī)療區(qū)域及用房正確有序氣流流向的關(guān)鍵所在。

1) ASHRAE 170-2021給出了所有醫(yī)療功能用房與相鄰區(qū)域的壓力關(guān)系要求,或?yàn)檎龎?或?yàn)樨?fù)壓,或無(wú)要求。我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)明確了一些醫(yī)療用房與相鄰區(qū)域的壓力關(guān)系,如潔凈手術(shù)部、負(fù)壓隔離病房、小兒科候診室、隔離診室等。

由表1可以看出,ASHRAE 170-2021規(guī)定放射等候室、支氣管鏡檢查室等與相鄰區(qū)域的壓力關(guān)系為負(fù)壓,放射等候室人員可能存在呼吸道傳染疾病,支氣管鏡檢查室污染物較多,其中的痰液收集會(huì)產(chǎn)生異味及有害氣溶膠,故這些醫(yī)療用房設(shè)計(jì)為負(fù)壓很有必要。

從表1中還可以看出,ASHRAE 170-2021要求急診公共等候區(qū)、分診區(qū)與相鄰區(qū)域的壓力關(guān)系為負(fù)壓,急診區(qū)內(nèi)就診人員復(fù)雜,有攜帶空氣感染病原體的潛在危險(xiǎn)性,為了避免交叉感染,設(shè)計(jì)為負(fù)壓是合理的。但是此要求目前在我國(guó)很難運(yùn)用及實(shí)現(xiàn),主要是由于急診就診人流量大,門很難長(zhǎng)時(shí)間關(guān)閉,難以保持負(fù)壓狀態(tài)。

2) ASHRAE 170-2021明確規(guī)定,不允許將房間之間的壓力關(guān)系進(jìn)行正負(fù)壓切換,這與我國(guó)相關(guān)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)存在差異。在GB 50333—2013中規(guī)定了正負(fù)壓轉(zhuǎn)換手術(shù)室轉(zhuǎn)換的相關(guān)技術(shù)要求;在2020年發(fā)布的《綜合醫(yī)院“平疫結(jié)合”可轉(zhuǎn)換病區(qū)建筑技術(shù)導(dǎo)則(試行)》中規(guī)定護(hù)理單元“平時(shí)宜微正壓,疫情期間應(yīng)轉(zhuǎn)換為負(fù)壓”,要求重癥監(jiān)護(hù)病房“平時(shí)宜正壓,疫情期間應(yīng)當(dāng)轉(zhuǎn)換為負(fù)壓”[7]。

在房間正負(fù)壓轉(zhuǎn)換過程中,需調(diào)整設(shè)備運(yùn)行模式、轉(zhuǎn)換通風(fēng)系統(tǒng)的控制邏輯,以及切換閥門啟閉狀態(tài)等,這些調(diào)整及改變可能成為系統(tǒng)運(yùn)行的不可靠因素。因此,如需按照工況改變房間之間的壓力關(guān)系,應(yīng)采取可靠的技術(shù)及運(yùn)行管理措施。

3.4 房間循環(huán)機(jī)組

針對(duì)醫(yī)療用房中房間循環(huán)機(jī)組的使用與否,ASHRAE 170-2021作出了明確的規(guī)定,這些規(guī)定與我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或習(xí)慣設(shè)計(jì)方案存在一定的差異,關(guān)于典型醫(yī)療用房采用房間循環(huán)機(jī)組的對(duì)比見表5。

表5 典型醫(yī)療用房采用房間循環(huán)機(jī)組對(duì)比

從表5可見,對(duì)于ASHRAE 170-2021明確要求不能采用房間循環(huán)機(jī)組的房間,例如急診的創(chuàng)傷室和搶救室、胃腸鏡檢查室、支氣管鏡檢查室、ICU等,我國(guó)在常規(guī)設(shè)計(jì)中可能會(huì)采用風(fēng)機(jī)盤管(或多聯(lián)機(jī))等房間循環(huán)機(jī)組。

從表5中對(duì)普通病房及普通診室的要求可以看出,對(duì)于這些醫(yī)療用房采用房間循環(huán)機(jī)組,ASHRAE 170-2021雖未完全限制,但是在《醫(yī)院和診所的暖通空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)》(HVAC design manual for hospitals and clinics)[9]中明確提出,對(duì)于醫(yī)療用房,風(fēng)機(jī)盤管因維護(hù)困難、空氣過濾能力差、感染風(fēng)險(xiǎn)高,不鼓勵(lì)使用。

3.5 室外排風(fēng)口

一些醫(yī)療用房排風(fēng)含有害微生物、氣溶膠,會(huì)對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生潛在的不良影響。關(guān)于有害污染物的室外排風(fēng)及排風(fēng)口相關(guān)要求,ASHRAE 170-2021與我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)比見表6。

表6中關(guān)于排風(fēng)口無(wú)防雨風(fēng)帽設(shè)置的形式可參見《ASHRAE手冊(cè)——暖通空調(diào)應(yīng)用》(ASHRAE handbook—HVAC applications)[10],具體見圖1中A～J做法。

從表6可以看出,對(duì)于含有有害污染物的排風(fēng),我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求處理后排放,ASHRAE 170-2021則只要滿足排風(fēng)口位置設(shè)置要求即可。對(duì)于AII病房、實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)柜等排風(fēng)口,ASHRAE 170-2021要求采用無(wú)防雨風(fēng)帽或其他阻礙排氣的裝置,我國(guó)常規(guī)設(shè)計(jì)時(shí)采用有防雨風(fēng)帽的設(shè)計(jì)居多。有風(fēng)帽設(shè)計(jì),雖可以防止雨水進(jìn)入,但阻礙了排氣順暢;無(wú)風(fēng)帽設(shè)計(jì)則可以加快空氣稀釋,但需做好排水設(shè)計(jì)。

3.6 能量回收

醫(yī)院是民用建筑中的耗能大戶,隨著國(guó)家“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)的提出,醫(yī)院的節(jié)能設(shè)計(jì)更顯重要,采用能量回收裝置是其中的重要措施之一。

ASHRAE 170-2021規(guī)定服務(wù)于AII病房(負(fù)壓隔離病房)的排風(fēng)系統(tǒng)不應(yīng)采用能量回收,除非送風(fēng)系統(tǒng)和排風(fēng)系統(tǒng)完全隔離且有足夠的距離;規(guī)定急診候診室、分診室、急診去污室、放射科候診室、暗室、支氣管鏡檢查室、痰液收集室和噴他脒給藥室、實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)柜和其他直接接風(fēng)管的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備排風(fēng)、麻醉廢氣處理、尸檢、非冷藏尸體存放、內(nèi)窺鏡清洗等不應(yīng)采用有潛在漏風(fēng)的能量回收系統(tǒng)。

對(duì)于醫(yī)院而言,能量回收裝置的設(shè)置,除了要考慮節(jié)能,更重要的是必須避免因能量回收裝置設(shè)置不當(dāng)造成空氣感染。

3.7 空氣加濕

醫(yī)學(xué)調(diào)查研究表明,合適的空氣濕度不僅可以滿足人體的舒適性要求,還可以降低細(xì)菌的存活率。

ASHRAE 170-2021明確規(guī)定醫(yī)療用房空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)采用蒸汽加濕或高壓微霧加濕。對(duì)于采用高壓微霧加濕,ASHRAE 170-2021對(duì)水質(zhì)、水溫等都提出了明確要求。

在我國(guó)醫(yī)院設(shè)計(jì)中,采用蒸汽加濕或高壓微霧加濕居多,但也存在采用濕膜加濕的情況。濕膜加濕因存在滋生細(xì)菌和水變質(zhì)的風(fēng)險(xiǎn),不建議采用。

3.8 無(wú)人使用時(shí)運(yùn)行模式

在ASHRAE 170-2021中,對(duì)于所有醫(yī)療用房無(wú)人使用時(shí)空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)及設(shè)備的運(yùn)行模式都提出了明確的要求,即保持運(yùn)行、調(diào)小運(yùn)行、關(guān)閉3種模式。我國(guó)GB 55015—2021《建筑節(jié)能與可再生能源利用通用規(guī)范》也提出“在非使用時(shí)間內(nèi)應(yīng)降低空調(diào)運(yùn)行溫濕度和新風(fēng)控制標(biāo)準(zhǔn)或停止運(yùn)行空調(diào)系統(tǒng)”[11]。表7總結(jié)了ASHRAE 170-2021對(duì)典型醫(yī)療用房無(wú)人使用時(shí)空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)及設(shè)備的運(yùn)行模式要求。

表7 典型醫(yī)療用房無(wú)人使用時(shí)運(yùn)行模式

對(duì)于醫(yī)院建筑,除了考慮節(jié)能,更重要的是防止各類感染,保持良好的醫(yī)護(hù)環(huán)境。因此,醫(yī)院設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮醫(yī)院所在地的氣候特點(diǎn)(如嚴(yán)寒地區(qū)需設(shè)值班或24 h供暖,極熱地區(qū)需設(shè)值班或24 h供冷)、醫(yī)療用房的壓力要求、潔凈度要求及室內(nèi)污染源情況等來(lái)確定無(wú)人使用時(shí)系統(tǒng)與設(shè)備的運(yùn)行模式。

4 結(jié)束語(yǔ)

在醫(yī)院建筑暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中,采取以下技術(shù)措施很有必要:

1) 對(duì)于存在污染物或潛在感染源的醫(yī)療用房,宜提高房間的最小總換氣次數(shù)。

2) 明確醫(yī)療用房與相鄰區(qū)域的壓力關(guān)系,并根據(jù)壓力關(guān)系要求進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)非常重要。

3) 對(duì)于有污染物產(chǎn)生的醫(yī)療用房,應(yīng)評(píng)估采用房間循環(huán)機(jī)組是否會(huì)產(chǎn)生感染風(fēng)險(xiǎn)。

4) 有污染物存在的醫(yī)療用房采用新排風(fēng)熱回收裝置時(shí),應(yīng)采用沒有潛在漏風(fēng)風(fēng)險(xiǎn)的設(shè)備。

5) 醫(yī)療用房空調(diào)系統(tǒng)采用濕膜加濕存在細(xì)菌滋生風(fēng)險(xiǎn),不建議采用。

6) 醫(yī)療用房在無(wú)人使用時(shí),系統(tǒng)采取保持運(yùn)行、調(diào)小運(yùn)行或關(guān)閉模式,應(yīng)由減少感染潛在性與經(jīng)濟(jì)性共同確定。