華北電力大學 劉志堅 劉海洋 張沛雯中國建筑科學研究院有限公司 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、最安全的基礎設施，負壓隔離病房在防止疫情擴散和保障患者恢復過程中發(fā)揮著關鍵性作用。根據《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)境中長時間暴露于高濃度氣溶膠情況下存在經氣溶膠傳播的可能性。為保障醫(yī)護人員身體健康和防止醫(yī)院內部交叉感染，負壓隔離病房通風空調面臨著巨大的挑戰(zhàn)。

本文分別對負壓隔離病房負壓控制、氣流組織控制、緩沖室和系統(tǒng)控制進行分析，總結出負壓隔離病房通風空調在面對新型冠狀病毒肺炎疫情時的防控要點，為負壓隔離病房的設計和使用提供參考。

1 病房負壓控制

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

在負壓隔離病房負壓控制方面要注意以下2個關鍵點。

一是負壓隔離病房負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散至其他區(qū)域，在同一樓層內不同功能房間之間需要維持良好的壓力梯度。文獻[2-3]分別通過理論分析和實驗測試發(fā)現(xiàn)，隔離病房處于關門狀態(tài)，病房相對緩沖間的負壓達到-5 Pa時，隔離病房的污染物不會泄漏到緩沖間。GB 50849—2014《傳染病醫(yī)院建筑設計規(guī)范》規(guī)定，負壓隔離病房與其相鄰、相通的緩沖間、走廊應保持不小于5 Pa的負壓差[4]；GB/T 35428—2017《醫(yī)院負壓隔離病房環(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，未給出病房具體應維持的負壓值。WS/T 511—2016《經空氣傳播疾病醫(yī)院感染預防與控制規(guī)范》指定負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，建議負壓隔離病房相對于大氣壓其負壓值取-30 Pa，而緩沖間取-15 Pa，并且負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 負壓隔離病房負壓值和壓力梯度分布示意圖

二是動態(tài)條件下病房負壓控制。實驗研究表明，負壓隔離病房壓差只在門窗關閉狀態(tài)即靜態(tài)下發(fā)揮作用，在該狀態(tài)下空氣的內外傳播受到隔離控制，而當負壓隔離病房門打開、有人員進出時，負壓差會立即消失，并且維持在靜態(tài)壓力，此時對防止氣流和污染物從門口逸散的作用不大[2]。利用流體動力學對負壓隔離病房開門過程進行模擬，也得出了與實驗相同的結論，隔離病房內的壓力會在開門瞬間突然升高，然后達到與緩沖間相同的壓力[7]。而在開始關門的那一刻，隔離病房內的壓力會突然上升到高于緩沖間的壓力；當門繼續(xù)關閉，內部壓力迅速下降并再次低于緩沖間壓力；在門完全關閉那一刻，室內壓力低于規(guī)定負壓值，然后迅速上升達到規(guī)定的負壓值，后續(xù)室內壓力保持在規(guī)定的負壓值。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致的氣流及污染物的外泄無法阻止。關鍵措施是醫(yī)護人員由走廊進入緩沖間后，關上第一扇門，在緩沖間停留數分鐘后，再打開第二扇門進入負壓隔離病房。根據測試，僅門打開過程，門口風速可達到0.15～0.30 m/s；而人順著開門方向走入房間時裹帶風速可達到0.14～0.20 m/s[2]。這樣的風量所造成的隔離病房內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壓隔離病房開關門的次數。

2 病房氣流組織控制

新型冠狀病毒肺炎患者大部分時間都在負壓隔離病房進行治療和康復?；颊吆舫龅臍怏w中含有大量新型冠狀病毒，這使得負壓隔離病房空氣中病毒氣溶膠濃度很高，進入負壓隔離病房工作的醫(yī)護人員面臨著極大的感染風險。目前，為控制室內病毒氣溶膠濃度，需要利用通風空調不斷向病房送入潔凈空氣，稀釋房間內的污染空氣。

面對新型冠狀病毒肺炎疫情，負壓隔離病房內氣流組織的設計需要注意以下幾點。

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

圖2 負壓隔離病房風口布置示意圖

圖3 負壓隔離病房氣流流向

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

3 緩沖室設置

負壓隔離病房前應設置緩沖室，國內針對隔離病房的相關標準均對此做出了規(guī)定。GB 50849—2014《傳染病醫(yī)院建筑設計規(guī)范》規(guī)定呼吸道傳染病病區(qū)，在醫(yī)務人員走廊與病房之間應設置緩沖前室[4]；WS/T 511—2016《經空氣傳播疾病醫(yī)院感染預防與控制規(guī)范》要求清潔區(qū)、潛在污染區(qū)和污染區(qū)三區(qū)之間設置緩沖間，緩沖間兩側的門不應同時開啟，無逆流，不交叉[6]；GB/T 35428—2017《醫(yī)院負壓隔離病房環(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)域之間應設置緩沖間，緩沖間宜便于醫(yī)用推車和普通醫(yī)療設施的進出[5]。設置緩沖室的作用除了為醫(yī)護人員更換防護用品等準備工作提供受控環(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，門的開關和人員的進出會造成病房內的污染物外泄，并且房間的負壓差不能阻止這一過程，而緩沖室的設置阻止了病房泄漏的污染物擴散到走廊，起到了很好的動態(tài)隔離作用[2]。

對于緩沖室的設計和應用，需要注意以下幾點。

一是緩沖室的換氣次數。緩沖室的隔離效果在有送風和無送風條件下的區(qū)別很大，有送風時隔離效果比無送風時好很多[10-11]，因此緩沖室必須送風。經理論推導和實驗驗證，緩沖室換氣次數從60 h-1增大至120 h-1時，隔離效果改善不顯著，而當換氣次數小于60 h-1時，由于房間溫差導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次數為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]。

三是緩沖室滯留時間。由于門的打開會導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致緩沖室相對于走廊的負壓消失。因此，緩沖室的門不能同時打開，以免由病房泄漏的污染物擴散到走廊。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所導致的氣溶膠泄漏，另一部分則來自于沉積在醫(yī)護人員防護服上的病毒微粒在緩沖室經氣流吹動而導致的二次散發(fā)。目前，對于醫(yī)護人員穿戴防護服的發(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。通過理論計算發(fā)現(xiàn)，若僅考慮人穿過緩沖室的時間或緩沖室門自鎖時間，則人穿過房間時間越長或門的自鎖時間越長，隔離效果越好[11]。因此，增加滯留時間，緩沖室的污染物將被有效排除，同時，有利于醫(yī)護人員防護服上沉積的病毒微粒脫離，減少因防護服攜帶而遷移到其他區(qū)域的病毒微粒數。

4 系統(tǒng)控制

面對新型冠狀病毒肺炎疫情，通風空調系統(tǒng)控制是負壓隔離病房正常運轉的保障，在系統(tǒng)設置、調控和運行方面，需要注意以下幾點。

1) 送排風控制。為防止負壓隔離病房污染環(huán)境，病房排風的有效除菌至關重要。醫(yī)院負壓隔離病房的空調系統(tǒng)可使用循環(huán)風，但排(回)風口應設高效過濾器，且應當滿足可切換至大新風比直至全新風的運行需要。疫情工況下，負壓隔離病房的送風系統(tǒng)應當采用全新風運行，并且送風應經過粗效、中效、亞高效過濾器三級處理。負壓隔離病房的排風應經過高效過濾器處理后排放，排風的高效過濾器應安裝在房間排風口處，以保證排風風道內不會殘留病毒微粒[12]。對于負壓隔離病房衛(wèi)生間排風口，應設可安全拆卸的零泄漏高效過濾排風裝置。

2) 系統(tǒng)調試。為確保隔離病房實現(xiàn)規(guī)定的負壓要求，需要對送排風量進行調試。在負壓隔離病房中，送入的新風量加上縫隙進風量等于房間的排風量。在實際調試過程中，負壓值會發(fā)生動態(tài)變化，根據文獻[13]，可首先根據隔離病房特定換氣次數來確定房間排風量，然后觀察病房與相鄰緩沖室的相對壓力表，當壓力值達到隔離病房所需壓力值時，逐漸減小新風量，當負壓值不再降低時停止調節(jié)新風量，此時負壓隔離病房壓力參數和換氣次數均達到要求。該方法在面對不同負壓值和不同面積病房時調試效率較高。

3) 系統(tǒng)自動化運行。在收治新型冠狀病毒肺炎患者后，負壓隔離病房需要長期處于穩(wěn)定運行狀態(tài)，以保證隔離效果。GB 50849—2014《傳染病醫(yī)院建筑設計規(guī)范》規(guī)定負壓隔離病房排風系統(tǒng)的過濾器宜設壓力檢測、報警裝置，病房內設置壓差傳感器[4]。在此基礎上，隔離病房需要配備新風、排風電動調節(jié)閥等執(zhí)行裝置，利用數字化的自動控制系統(tǒng)對房間內新風和排風的風量差進行實時監(jiān)測，并根據風量差的變化作出反饋調節(jié)，時刻維持整個病房區(qū)有序梯度壓差的穩(wěn)定性，圖4為負壓隔離病房通風空調系統(tǒng)自動化運行原理圖。

圖4 負壓隔離病房通風空調系統(tǒng)自動化運行原理圖

5 結語

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)的關鍵，作為專用于收治呼吸道傳染病病人的場所，負壓隔離病房肩負著重大的責任。由于新型冠狀病毒氣溶膠傳播的可能性，通風空調必須保證要維持好負壓隔離病房的負壓值和負壓梯度分布，滿足病房的換氣次數需要，同時要做好負壓隔離病房動態(tài)隔離控制，采用主流區(qū)和定向氣流保護醫(yī)護人員，并利用緩沖室增強病房隔離效果。在空調系統(tǒng)長期運行中，利用自動化控制系統(tǒng)對新排風量差進行實時監(jiān)測和反饋，維持整個病房區(qū)有序梯度壓差穩(wěn)定性。負壓隔離病房通過降低室內新型冠狀病毒氣溶膠濃度，為患者的康復提供良好的空氣環(huán)境，同時防止封閉的病房環(huán)境中醫(yī)護人員長時間暴露于高濃度氣溶膠情況下出現(xiàn)經氣溶膠傳播的可能性，降低交叉感染的風險。