劉 蕾 羅 濤 胡仰耆 杜 坤 李常山

(華東建筑設計研究院有限公司,上海)

0 引言

近年來筆者所在公司承接了大量國內大型三級甲等醫(yī)院及一些國外醫(yī)院的設計項目,美國ASHRAE 170《醫(yī)療保健設施通風》(Ventilation of health care facilities)(以下簡稱ASHRAE 170標準)是國外醫(yī)院項目設計中采用的標準之一。

在工程實踐的基礎上,筆者對2021版ASHRAE 170標準進行了學習和研究,總結其關鍵技術,并與中國標準對比分析,歸納、提煉適用的通風設計技術及方法,希望能對國內醫(yī)院項目設計提供借鑒,對采用ASHRAE 170標準的涉外醫(yī)院項目設計提供幫助和參考。

1 ASHRAE 170標準簡介

ASHRAE 170標準第一版于2008年9月正式頒布,是美國國家標準學會(ANSI)第一個有關醫(yī)療設施的通風空調標準[1]。

ASHRAE 170標準以4年為周期不斷發(fā)布增補和更新,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版內容相比,2021版有大量的修正、改進和補充[2]。

ASHRAE 170-2021的前言中說明,該標準是給規(guī)范執(zhí)行機構采用的最低要求,關于美國醫(yī)療建筑更詳細的暖通空調設計要求及指南,可參考《ASHRAE手冊——暖通空調應用》(ASHRAE handbook—HVAC applications)、《醫(yī)院與診所的暖通空調設計手冊》(HVAC design manual for hospitals and clinics)等。

2 ASHRAE 170-2021關鍵技術概要

ASHRAE 170-2021從系統(tǒng)與設備、住院空間通風、門診空間通風、居住性醫(yī)療空間通風等方面對醫(yī)療保健設施中環(huán)境控制的通風系統(tǒng)設計提出了要求,主要包括換氣次數、空氣過濾、與相鄰房間的壓力關系、房間循環(huán)機組、室外排風口、能量回收、加濕、無人使用時系統(tǒng)運行模式等關鍵技術要求。

3 ASHRAE 170-2021關鍵技術與中國標準的對比分析

3.1 換氣次數

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

1) ASHRAE 170-2021分別給出了各醫(yī)療用房最小新風換氣次數、最小總換氣次數的要求。我國國家標準中對潔凈用房(包括潔凈手術部用房)、傳染病負壓病區(qū)提出了具體的換氣次數要求,對普通醫(yī)療用房給出了統(tǒng)一的要求。ASHRAE 170-2021和我國國家標準關于典型醫(yī)療用房換氣次數及與相鄰區(qū)域壓力關系的對比見表1。

表1 典型醫(yī)療用房換氣次數及與相鄰區(qū)域壓力關系的對比

從表1可見,對于急診公共等候區(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,ASHRAE 170-2021提出了遠高于我國國家標準的要求。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險,因此采用較大的房間通風量非常有必要,建議適當增加這些房間的最小總換氣次數。

2) ASHRAE 170-2021規(guī)定,正壓房間的最小總換氣次數用于計算房間的送風量,負壓房間的最小總換氣次數用于計算房間的排風量。GB 51039—2014明確醫(yī)療用房的最小總換氣次數6 h-1是指送風換氣次數;潔凈用房的換氣次數也理解為是對送風換氣次數的要求。

3) ASHRAE 170-2021規(guī)定,在基于節(jié)能等原因需改變房間的通風量時,仍應滿足最小換氣次數的要求。當醫(yī)療用房采用變風量空調系統(tǒng)時,系統(tǒng)風量可能經常處于變化之中,ASHRAE 170-2021要求此時需采取相應措施保證最小換氣次數。

4) ASHRAE 170-2021規(guī)定,對于允許采用房間循環(huán)機組的房間,最小總換氣次數中大于最小新風換氣次數的部分,可由房間循環(huán)機組來提供。例如房間最小新風換氣次數為2 h-1、最小總換氣次數為6 h-1時,房間循環(huán)機組的換氣次數最小可為4 h-1。

3.2 空氣過濾

通過對空氣進行過濾,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)療用房機械送風系統(tǒng)空氣過濾器的最低效率要求,并在其附錄中的表D-1進行匯總,如表2所示。

關于醫(yī)療房間空氣過濾器設置及最低過濾效率要求,ASHRAE 170-2021與我國國家標準的主要異同對比如下:

1) 普通醫(yī)療用房空氣過濾器最低效率。

與ASHRAE 170-2021不同,我國國家標準要求根據室外空氣質量確定新風過濾器效率,當室外PM10年均值未超過年平均二級濃度限值時,新風設置粗效和中效兩級過濾器,當室外PM10年均值超過年平均二級濃度限值時,還應再增加一道高中效過濾器。

在ASHRAE 170-2021中,對送風系統(tǒng)空氣過濾提出了要求;我國國家標準中更重視醫(yī)院回風的除塵及除菌,對于醫(yī)療用房集中空調系統(tǒng)和風機盤管的回風口,GB 51039—2014要求設初阻力小于50 Pa、微生物一次通過率不大于10%和顆粒物一次計重通過率不大于5%的過濾設備,需采用效率級別為中效一級以上過濾器才能滿足要求。

在我國常規(guī)設計中,普通醫(yī)療用房的送風系統(tǒng)中空氣處理機組一般采用粗效(G4)和高中效(F7或F8)兩級過濾,高于ASHRAE 170-2021中對Ⅰ級醫(yī)療用房的過濾要求,與ASHRAE 170-2021中對Ⅱ級、Ⅲ級醫(yī)療用房過濾器效率要求基本等同。

2) 手術室空氣過濾器最低效率與設置要求。

ASHRAE 170-2021與我國國家標準均對手術室空氣過濾器設置及最低過濾效率提出了要求,兩者對比見表3。

表3 手術室空氣過濾器設置及最低過濾效率對比

從表3可見:我國Ⅰ級潔凈手術室的送風最低過濾效率要求與ASHRAE 170-2021中特殊手術室基本一致,我國Ⅱ級潔凈手術室的送風最低過濾效率要求與ASHRAE 170-2021”中一般手術室基本一致;對于回風、排風最低過濾效率要求,我國國家標準高于ASHRAE 170-2021。

3) AII病房(負壓隔離病房)空氣過濾器最低效率及設置要求。

ASHRAE 170-2021與我國國家標準都對AII病房空氣過濾器設置及最低過濾效率提出了要求,見表4。

表4 AII病房空氣過濾器設置及最低過濾效率對比

從表4可見,對于AII病房,無論是送風還是排風空氣過濾器的最低效率,我國國家標準均比ASHRAE 170-2021要求高。

4) 過濾器與風機的位置關系。

按照ASHRAE 170-2021的要求,對于不允許采用房間循環(huán)機組的醫(yī)療用房,當送風最低過濾效率要求為MERV 14、MERV 16和HEPA時,應將送風末級過濾器設置在盤管和送風機的下游。此要求與GB 51039—2014中對潔凈用房、GB 50333—2013中對潔凈手術部的要求均相同。若將送風末級過濾器設置在盤管和送風機的上游,則可能造成過濾處理過的空氣被二次污染,建議對于常規(guī)醫(yī)療用房的空氣處理機組,也將末級過濾器設置在盤管和送風機的下游。

3.3 與相鄰房間的壓力關系

在醫(yī)療房間通風設計中,確定每個房間與相鄰區(qū)域的壓力關系,是保證醫(yī)療區(qū)域及用房正確有序氣流流向的關鍵所在。

1) ASHRAE 170-2021給出了所有醫(yī)療功能用房與相鄰區(qū)域的壓力關系要求,或為正壓,或為負壓,或無要求。我國國家標準明確了一些醫(yī)療用房與相鄰區(qū)域的壓力關系,如潔凈手術部、負壓隔離病房、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)域的壓力關系為負壓,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,其中的痰液收集會產生異味及有害氣溶膠,故這些醫(yī)療用房設計為負壓很有必要。

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)域的壓力關系為負壓,急診區(qū)內就診人員復雜,有攜帶空氣感染病原體的潛在危險性,為了避免交叉感染,設計為負壓是合理的。但是此要求目前在我國很難運用及實現,主要是由于急診就診人流量大,門很難長時間關閉,難以保持負壓狀態(tài)。

2) ASHRAE 170-2021明確規(guī)定,不允許將房間之間的壓力關系進行正負壓切換,這與我國相關規(guī)范及標準存在差異。在GB 50333—2013中規(guī)定了正負壓轉換手術室轉換的相關技術要求;在2020年發(fā)布的《綜合醫(yī)院“平疫結合”可轉換病區(qū)建筑技術導則(試行)》中規(guī)定護理單元“平時宜微正壓,疫情期間應轉換為負壓”,要求重癥監(jiān)護病房“平時宜正壓,疫情期間應當轉換為負壓”[7]。

在房間正負壓轉換過程中,需調整設備運行模式、轉換通風系統(tǒng)的控制邏輯,以及切換閥門啟閉狀態(tài)等,這些調整及改變可能成為系統(tǒng)運行的不可靠因素。因此,如需按照工況改變房間之間的壓力關系,應采取可靠的技術及運行管理措施。

3.4 房間循環(huán)機組

針對醫(yī)療用房中房間循環(huán)機組的使用與否,ASHRAE 170-2021作出了明確的規(guī)定,這些規(guī)定與我國國家標準或習慣設計方案存在一定的差異,關于典型醫(yī)療用房采用房間循環(huán)機組的對比見表5。

表5 典型醫(yī)療用房采用房間循環(huán)機組對比

從表5可見,對于ASHRAE 170-2021明確要求不能采用房間循環(huán)機組的房間,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,我國在常規(guī)設計中可能會采用風機盤管(或多聯機)等房間循環(huán)機組。

從表5中對普通病房及普通診室的要求可以看出,對于這些醫(yī)療用房采用房間循環(huán)機組,ASHRAE 170-2021雖未完全限制,但是在《醫(yī)院和診所的暖通空調設計手冊》(HVAC design manual for hospitals and clinics)[9]中明確提出,對于醫(yī)療用房,風機盤管因維護困難、空氣過濾能力差、感染風險高,不鼓勵使用。

3.5 室外排風口

一些醫(yī)療用房排風含有害微生物、氣溶膠,會對周圍環(huán)境產生潛在的不良影響。關于有害污染物的室外排風及排風口相關要求,ASHRAE 170-2021與我國國家標準的對比見表6。

表6中關于排風口無防雨風帽設置的形式可參見《ASHRAE手冊——暖通空調應用》(ASHRAE handbook—HVAC applications)[10],具體見圖1中A～J做法。

從表6可以看出,對于含有有害污染物的排風,我國國家標準要求處理后排放,ASHRAE 170-2021則只要滿足排風口位置設置要求即可。對于AII病房、實驗室通風柜等排風口,ASHRAE 170-2021要求采用無防雨風帽或其他阻礙排氣的裝置,我國常規(guī)設計時采用有防雨風帽的設計居多。有風帽設計,雖可以防止雨水進入,但阻礙了排氣順暢;無風帽設計則可以加快空氣稀釋,但需做好排水設計。

3.6 能量回收

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

ASHRAE 170-2021規(guī)定服務于AII病房(負壓隔離病房)的排風系統(tǒng)不應采用能量回收,除非送風系統(tǒng)和排風系統(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、實驗室通風柜和其他直接接風管的實驗室設備排風、麻醉廢氣處理、尸檢、非冷藏尸體存放、內窺鏡清洗等不應采用有潛在漏風的能量回收系統(tǒng)。

對于醫(yī)院而言,能量回收裝置的設置,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置不當造成空氣感染。

3.7 空氣加濕

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

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

在我國醫(yī)院設計中,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菌和水變質的風險,不建議采用。

3.8 無人使用時運行模式

在ASHRAE 170-2021中,對于所有醫(yī)療用房無人使用時空調通風系統(tǒng)及設備的運行模式都提出了明確的要求,即保持運行、調小運行、關閉3種模式。我國GB 55015—2021《建筑節(jié)能與可再生能源利用通用規(guī)范》也提出“在非使用時間內應降低空調運行溫濕度和新風控制標準或停止運行空調系統(tǒng)”[11]。表7總結了ASHRAE 170-2021對典型醫(yī)療用房無人使用時空調通風系統(tǒng)及設備的運行模式要求。

表7 典型醫(yī)療用房無人使用時運行模式

對于醫(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)護環(huán)境。因此,醫(yī)院設計時應綜合考慮醫(yī)院所在地的氣候特點(如嚴寒地區(qū)需設值班或24 h供暖,極熱地區(qū)需設值班或24 h供冷)、醫(yī)療用房的壓力要求、潔凈度要求及室內污染源情況等來確定無人使用時系統(tǒng)與設備的運行模式。

4 結束語

在醫(yī)院建筑暖通空調設計中,采取以下技術措施很有必要:

1) 對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。

2) 明確醫(yī)療用房與相鄰區(qū)域的壓力關系,并根據壓力關系要求進行系統(tǒng)設計非常重要。

3) 對于有污染物產生的醫(yī)療用房,應評估采用房間循環(huán)機組是否會產生感染風險。

4) 有污染物存在的醫(yī)療用房采用新排風熱回收裝置時,應采用沒有潛在漏風風險的設備。

5) 醫(yī)療用房空調系統(tǒng)采用濕膜加濕存在細菌滋生風險,不建議采用。

6) 醫(yī)療用房在無人使用時,系統(tǒng)采取保持運行、調小運行或關閉模式,應由減少感染潛在性與經濟性共同確定。