華北電力大學(xué) 劉志堅(jiān) 劉海洋 張沛雯中國建筑科學(xué)研究院有限公司 曹國慶 陳紫光

0 引言

作為收治新型冠狀病毒肺炎患者最有效、最安全的基礎(chǔ)設(shè)施，負(fù)壓隔離病房在防止疫情擴(kuò)散和保障患者恢復(fù)過程中發(fā)揮著關(guān)鍵性作用。根據(jù)《新型冠狀病毒肺炎診療方案(試行第七版)》[1]，新型冠狀病毒的主要傳播途徑是呼吸道飛沫和密切接觸傳播，而在相對封閉的環(huán)境中長時(shí)間暴露于高濃度氣溶膠情況下存在經(jīng)氣溶膠傳播的可能性。為保障醫(yī)護(hù)人員身體健康和防止醫(yī)院內(nèi)部交叉感染，負(fù)壓隔離病房通風(fēng)空調(diào)面臨著巨大的挑戰(zhàn)。

本文分別對負(fù)壓隔離病房負(fù)壓控制、氣流組織控制、緩沖室和系統(tǒng)控制進(jìn)行分析，總結(jié)出負(fù)壓隔離病房通風(fēng)空調(diào)在面對新型冠狀病毒肺炎疫情時(shí)的防控要點(diǎn)，為負(fù)壓隔離病房的設(shè)計(jì)和使用提供參考。

1 病房負(fù)壓控制

負(fù)壓隔離病房為新型冠狀病毒肺炎患者提供了一個(gè)不污染周圍環(huán)境的隔離醫(yī)療環(huán)境，通過實(shí)現(xiàn)病房內(nèi)負(fù)壓控制，防止病毒以氣溶膠形式傳播。對于隔離病房而言，新風(fēng)量小于排風(fēng)量即可實(shí)現(xiàn)負(fù)壓，其余風(fēng)量則通過門窗等縫隙進(jìn)風(fēng)量滿足。

在負(fù)壓隔離病房負(fù)壓控制方面要注意以下2個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。

一是負(fù)壓隔離病房負(fù)壓值和各房間壓力梯度分布。為了防止病房中新型冠狀病毒擴(kuò)散至其他區(qū)域，在同一樓層內(nèi)不同功能房間之間需要維持良好的壓力梯度。文獻(xiàn)[2-3]分別通過理論分析和實(shí)驗(yàn)測試發(fā)現(xiàn)，隔離病房處于關(guān)門狀態(tài)，病房相對緩沖間的負(fù)壓達(dá)到-5 Pa時(shí)，隔離病房的污染物不會泄漏到緩沖間。GB 50849—2014《傳染病醫(yī)院建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，負(fù)壓隔離病房與其相鄰、相通的緩沖間、走廊應(yīng)保持不小于5 Pa的負(fù)壓差[4]；GB/T 35428—2017《醫(yī)院負(fù)壓隔離病房環(huán)境控制要求》規(guī)定相鄰相通不同污染等級房間的壓差不小于5 Pa，負(fù)壓程度由高到低依次為病房衛(wèi)生間、病房房間、緩沖室與潛在污染走廊[5]，如圖1所示。前面研究和規(guī)范中僅指定不小于5 Pa的壓差值，未給出病房具體應(yīng)維持的負(fù)壓值。WS/T 511—2016《經(jīng)空氣傳播疾病醫(yī)院感染預(yù)防與控制規(guī)范》指定負(fù)壓病房與外界壓差宜為-30 Pa，緩沖間與外界壓差宜為-15 Pa[6]。因此，為確保病房隔離效果，建議負(fù)壓隔離病房相對于大氣壓其負(fù)壓值取-30 Pa，而緩沖間取-15 Pa，并且負(fù)壓隔離病房壓力梯度分布為走廊>緩沖間>隔離病房>衛(wèi)生間。

圖1 負(fù)壓隔離病房負(fù)壓值和壓力梯度分布示意圖

二是動態(tài)條件下病房負(fù)壓控制。實(shí)驗(yàn)研究表明，負(fù)壓隔離病房壓差只在門窗關(guān)閉狀態(tài)即靜態(tài)下發(fā)揮作用，在該狀態(tài)下空氣的內(nèi)外傳播受到隔離控制，而當(dāng)負(fù)壓隔離病房門打開、有人員進(jìn)出時(shí)，負(fù)壓差會立即消失，并且維持在靜態(tài)壓力，此時(shí)對防止氣流和污染物從門口逸散的作用不大[2]。利用流體動力學(xué)對負(fù)壓隔離病房開門過程進(jìn)行模擬，也得出了與實(shí)驗(yàn)相同的結(jié)論，隔離病房內(nèi)的壓力會在開門瞬間突然升高，然后達(dá)到與緩沖間相同的壓力[7]。而在開始關(guān)門的那一刻，隔離病房內(nèi)的壓力會突然上升到高于緩沖間的壓力；當(dāng)門繼續(xù)關(guān)閉，內(nèi)部壓力迅速下降并再次低于緩沖間壓力；在門完全關(guān)閉那一刻，室內(nèi)壓力低于規(guī)定負(fù)壓值，然后迅速上升達(dá)到規(guī)定的負(fù)壓值，后續(xù)室內(nèi)壓力保持在規(guī)定的負(fù)壓值。除此之外，上述模擬通過比較病房與緩沖間不同的壓差值，發(fā)現(xiàn)無論壓差為多少，開門過程病房內(nèi)壓力的瞬態(tài)變化趨勢是相同的。由此可以得出，開門過程由于病房壓差的變化而導(dǎo)致的氣流及污染物的外泄無法阻止。關(guān)鍵措施是醫(yī)護(hù)人員由走廊進(jìn)入緩沖間后，關(guān)上第一扇門，在緩沖間停留數(shù)分鐘后，再打開第二扇門進(jìn)入負(fù)壓隔離病房。根據(jù)測試，僅門打開過程，門口風(fēng)速可達(dá)到0.15～0.30 m/s；而人順著開門方向走入房間時(shí)裹帶風(fēng)速可達(dá)到0.14～0.20 m/s[2]。這樣的風(fēng)量所造成的隔離病房內(nèi)污染物的泄漏不容忽視，因此，建議在條件允許情況下盡量減少負(fù)壓隔離病房開關(guān)門的次數(shù)。

2 病房氣流組織控制

新型冠狀病毒肺炎患者大部分時(shí)間都在負(fù)壓隔離病房進(jìn)行治療和康復(fù)。患者呼出的氣體中含有大量新型冠狀病毒，這使得負(fù)壓隔離病房空氣中病毒氣溶膠濃度很高，進(jìn)入負(fù)壓隔離病房工作的醫(yī)護(hù)人員面臨著極大的感染風(fēng)險(xiǎn)。目前，為控制室內(nèi)病毒氣溶膠濃度，需要利用通風(fēng)空調(diào)不斷向病房送入潔凈空氣，稀釋房間內(nèi)的污染空氣。

面對新型冠狀病毒肺炎疫情，負(fù)壓隔離病房內(nèi)氣流組織的設(shè)計(jì)需要注意以下幾點(diǎn)。

一是送風(fēng)口、排風(fēng)口位置。GB/T 35428—2017《醫(yī)院負(fù)壓隔離病房環(huán)境控制要求》規(guī)定負(fù)壓隔離病房的送風(fēng)口與排風(fēng)口布置應(yīng)符合定向氣流組織原則，送風(fēng)口應(yīng)設(shè)置在房間上部，排風(fēng)口應(yīng)設(shè)置在病床床頭附近，以便利于污染空氣就近盡快排出[5]。在此基礎(chǔ)上，考慮送風(fēng)口下的一次氣流所經(jīng)過的區(qū)域(即主流區(qū)內(nèi)的污染物濃度要小于病房內(nèi)平均濃度)，送風(fēng)口應(yīng)布置在醫(yī)護(hù)人員可能工作的區(qū)域上方，使清潔氣流首先流過醫(yī)護(hù)人員周邊，然后經(jīng)過病人頭部，隨后進(jìn)入床頭附近側(cè)排風(fēng)口排出。除此之外，研究表明，在送風(fēng)口風(fēng)速不低于0.13 m/s時(shí)，可通過擴(kuò)大送風(fēng)口面積來增加主流區(qū)面積，或者分開設(shè)置2個(gè)送風(fēng)口，一個(gè)布置在醫(yī)護(hù)人員工作區(qū)上方，另一個(gè)布置在患者床尾上方，如圖2、3所示，此時(shí)對于稀釋病房內(nèi)污染空氣、降低污染物氣溶膠濃度效果最好[2,8]。

圖2 負(fù)壓隔離病房風(fēng)口布置示意圖

圖3 負(fù)壓隔離病房氣流流向

二是負(fù)壓隔離病房換氣次數(shù)。文獻(xiàn)[9]基于病房內(nèi)發(fā)菌量和細(xì)菌濃度標(biāo)準(zhǔn)，分別以0.075 μm飛沫核、1.6 μm飛沫核、室內(nèi)普通微生物和保護(hù)病房外環(huán)境為原則，分別計(jì)算了隔離病房應(yīng)采取的換氣次數(shù)，結(jié)果表明4種情況換氣次數(shù)均約為11～12 h-1。另外，GB 50849—2014《傳染病醫(yī)院建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定負(fù)壓隔離病房最小換氣次數(shù)應(yīng)為12 h-1[4]；GB/T 35428—2017《醫(yī)院負(fù)壓隔離病房環(huán)境控制要求》規(guī)定負(fù)壓隔離病房污染區(qū)和潛在污染區(qū)的換氣次數(shù)宜為10～15 h-1，清潔區(qū)的換氣次數(shù)宜為6～10 h-1[5]。為有助于新型冠狀病毒肺炎患者的康復(fù)和降低醫(yī)護(hù)人員的感染風(fēng)險(xiǎn)，負(fù)壓隔離病房內(nèi)新型冠狀病毒氣溶膠濃度需要控制在很低的水平，增強(qiáng)對新型冠狀病毒氣溶膠的通風(fēng)稀釋和有效排除非常重要，因此推薦選擇以上規(guī)范中負(fù)壓隔離病房污染區(qū)宜采用的最高換氣次數(shù)，即15 h-1。

3 緩沖室設(shè)置

負(fù)壓隔離病房前應(yīng)設(shè)置緩沖室，國內(nèi)針對隔離病房的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)均對此做出了規(guī)定。GB 50849—2014《傳染病醫(yī)院建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定呼吸道傳染病病區(qū)，在醫(yī)務(wù)人員走廊與病房之間應(yīng)設(shè)置緩沖前室[4]；WS/T 511—2016《經(jīng)空氣傳播疾病醫(yī)院感染預(yù)防與控制規(guī)范》要求清潔區(qū)、潛在污染區(qū)和污染區(qū)三區(qū)之間設(shè)置緩沖間，緩沖間兩側(cè)的門不應(yīng)同時(shí)開啟，無逆流，不交叉[6]；GB/T 35428—2017《醫(yī)院負(fù)壓隔離病房環(huán)境控制要求》規(guī)定清潔區(qū)、潛在污染區(qū)和污染區(qū)區(qū)域之間應(yīng)設(shè)置緩沖間，緩沖間宜便于醫(yī)用推車和普通醫(yī)療設(shè)施的進(jìn)出[5]。設(shè)置緩沖室的作用除了為醫(yī)護(hù)人員更換防護(hù)用品等準(zhǔn)備工作提供受控環(huán)境外，還為避免病房的污染氣流泄漏提供了動態(tài)隔離屏障。研究表明，在動態(tài)條件下，門的開關(guān)和人員的進(jìn)出會造成病房內(nèi)的污染物外泄，并且房間的負(fù)壓差不能阻止這一過程，而緩沖室的設(shè)置阻止了病房泄漏的污染物擴(kuò)散到走廊，起到了很好的動態(tài)隔離作用[2]。

對于緩沖室的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，需要注意以下幾點(diǎn)。

一是緩沖室的換氣次數(shù)。緩沖室的隔離效果在有送風(fēng)和無送風(fēng)條件下的區(qū)別很大，有送風(fēng)時(shí)隔離效果比無送風(fēng)時(shí)好很多[10-11]，因此緩沖室必須送風(fēng)。經(jīng)理論推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，緩沖室換氣次數(shù)從60 h-1增大至120 h-1時(shí)，隔離效果改善不顯著，而當(dāng)換氣次數(shù)小于60 h-1時(shí)，由于房間溫差導(dǎo)致的對流作用開始起作用，氣流對污染物的稀釋效果降低，因此推薦緩沖室送風(fēng)次數(shù)為60 h-1[9]。

二是緩沖室的面積。研究表明緩沖室體積越大，隔離效果越好，但考慮總平面布置，緩沖室面積一般不小于2～3 m2[11]。

三是緩沖室滯留時(shí)間。由于門的打開會導(dǎo)致病房與緩沖室壓力相等，而緩沖室與走廊相連接的門打開同樣會導(dǎo)致緩沖室相對于走廊的負(fù)壓消失。因此，緩沖室的門不能同時(shí)打開，以免由病房泄漏的污染物擴(kuò)散到走廊。緩沖室的污染物一部分來自于隔離病房門的卷吸和人員的裹帶風(fēng)所導(dǎo)致的氣溶膠泄漏，另一部分則來自于沉積在醫(yī)護(hù)人員防護(hù)服上的病毒微粒在緩沖室經(jīng)氣流吹動而導(dǎo)致的二次散發(fā)。目前，對于醫(yī)護(hù)人員穿戴防護(hù)服的發(fā)菌量研究較多，但對于上述情況中病毒微粒的二次散發(fā)情況則鮮有研究，因此散發(fā)量無法估計(jì)。通過理論計(jì)算發(fā)現(xiàn)，若僅考慮人穿過緩沖室的時(shí)間或緩沖室門自鎖時(shí)間，則人穿過房間時(shí)間越長或門的自鎖時(shí)間越長，隔離效果越好[11]。因此，增加滯留時(shí)間，緩沖室的污染物將被有效排除，同時(shí)，有利于醫(yī)護(hù)人員防護(hù)服上沉積的病毒微粒脫離，減少因防護(hù)服攜帶而遷移到其他區(qū)域的病毒微粒數(shù)。

4 系統(tǒng)控制

面對新型冠狀病毒肺炎疫情，通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)控制是負(fù)壓隔離病房正常運(yùn)轉(zhuǎn)的保障，在系統(tǒng)設(shè)置、調(diào)控和運(yùn)行方面，需要注意以下幾點(diǎn)。

1) 送排風(fēng)控制。為防止負(fù)壓隔離病房污染環(huán)境，病房排風(fēng)的有效除菌至關(guān)重要。醫(yī)院負(fù)壓隔離病房的空調(diào)系統(tǒng)可使用循環(huán)風(fēng)，但排(回)風(fēng)口應(yīng)設(shè)高效過濾器，且應(yīng)當(dāng)滿足可切換至大新風(fēng)比直至全新風(fēng)的運(yùn)行需要。疫情工況下，負(fù)壓隔離病房的送風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)采用全新風(fēng)運(yùn)行，并且送風(fēng)應(yīng)經(jīng)過粗效、中效、亞高效過濾器三級處理。負(fù)壓隔離病房的排風(fēng)應(yīng)經(jīng)過高效過濾器處理后排放，排風(fēng)的高效過濾器應(yīng)安裝在房間排風(fēng)口處，以保證排風(fēng)風(fēng)道內(nèi)不會殘留病毒微粒[12]。對于負(fù)壓隔離病房衛(wèi)生間排風(fēng)口，應(yīng)設(shè)可安全拆卸的零泄漏高效過濾排風(fēng)裝置。

2) 系統(tǒng)調(diào)試。為確保隔離病房實(shí)現(xiàn)規(guī)定的負(fù)壓要求，需要對送排風(fēng)量進(jìn)行調(diào)試。在負(fù)壓隔離病房中，送入的新風(fēng)量加上縫隙進(jìn)風(fēng)量等于房間的排風(fēng)量。在實(shí)際調(diào)試過程中，負(fù)壓值會發(fā)生動態(tài)變化，根據(jù)文獻(xiàn)[13]，可首先根據(jù)隔離病房特定換氣次數(shù)來確定房間排風(fēng)量，然后觀察病房與相鄰緩沖室的相對壓力表，當(dāng)壓力值達(dá)到隔離病房所需壓力值時(shí)，逐漸減小新風(fēng)量，當(dāng)負(fù)壓值不再降低時(shí)停止調(diào)節(jié)新風(fēng)量，此時(shí)負(fù)壓隔離病房壓力參數(shù)和換氣次數(shù)均達(dá)到要求。該方法在面對不同負(fù)壓值和不同面積病房時(shí)調(diào)試效率較高。

3) 系統(tǒng)自動化運(yùn)行。在收治新型冠狀病毒肺炎患者后，負(fù)壓隔離病房需要長期處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，以保證隔離效果。GB 50849—2014《傳染病醫(yī)院建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定負(fù)壓隔離病房排風(fēng)系統(tǒng)的過濾器宜設(shè)壓力檢測、報(bào)警裝置，病房內(nèi)設(shè)置壓差傳感器[4]。在此基礎(chǔ)上，隔離病房需要配備新風(fēng)、排風(fēng)電動調(diào)節(jié)閥等執(zhí)行裝置，利用數(shù)字化的自動控制系統(tǒng)對房間內(nèi)新風(fēng)和排風(fēng)的風(fēng)量差進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，并根據(jù)風(fēng)量差的變化作出反饋調(diào)節(jié)，時(shí)刻維持整個(gè)病房區(qū)有序梯度壓差的穩(wěn)定性，圖4為負(fù)壓隔離病房通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)自動化運(yùn)行原理圖。

圖4 負(fù)壓隔離病房通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)自動化運(yùn)行原理圖

5 結(jié)語

新型冠狀病毒肺炎患者的收治和隔離是打贏疫情防控戰(zhàn)的關(guān)鍵，作為專用于收治呼吸道傳染病病人的場所，負(fù)壓隔離病房肩負(fù)著重大的責(zé)任。由于新型冠狀病毒氣溶膠傳播的可能性，通風(fēng)空調(diào)必須保證要維持好負(fù)壓隔離病房的負(fù)壓值和負(fù)壓梯度分布，滿足病房的換氣次數(shù)需要，同時(shí)要做好負(fù)壓隔離病房動態(tài)隔離控制，采用主流區(qū)和定向氣流保護(hù)醫(yī)護(hù)人員，并利用緩沖室增強(qiáng)病房隔離效果。在空調(diào)系統(tǒng)長期運(yùn)行中，利用自動化控制系統(tǒng)對新排風(fēng)量差進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和反饋，維持整個(gè)病房區(qū)有序梯度壓差穩(wěn)定性。負(fù)壓隔離病房通過降低室內(nèi)新型冠狀病毒氣溶膠濃度，為患者的康復(fù)提供良好的空氣環(huán)境，同時(shí)防止封閉的病房環(huán)境中醫(yī)護(hù)人員長時(shí)間暴露于高濃度氣溶膠情況下出現(xiàn)經(jīng)氣溶膠傳播的可能性，降低交叉感染的風(fēng)險(xiǎn)。