基于避免交叉感染需求的醫(yī)院通風(fēng)空調(diào)模擬分析

陳兵

上?？卵芙ㄔO(shè)發(fā)展有限公司

1 項(xiàng)目概述

該項(xiàng)目位于我國東部地區(qū)，總建筑面積為5200 m2，為新建一層建筑，設(shè)有病區(qū)護(hù)理單元、醫(yī)技單元、接診區(qū)。建筑高度4.5 m。醫(yī)療區(qū)北側(cè)設(shè)有污水處理站、微波消毒間、垃圾暫存庫、垃圾焚燒間、液氧站、正負(fù)壓站房等配套設(shè)施（圖1）。

設(shè)計(jì)空調(diào)室外參數(shù)主要考慮該地區(qū)冬季氣象條件并考慮預(yù)期氣候條件，見表1。參照國家相關(guān)規(guī)范，病房區(qū)、醫(yī)護(hù)區(qū)、醫(yī)技區(qū)主要房間冬季室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度為18～22 ℃，主要病人及醫(yī)護(hù)通道的設(shè)計(jì)溫度不低于18 ℃。

圖1 醫(yī)院傳染科建筑示意圖

表1 設(shè)計(jì)空調(diào)參數(shù)

為避免交叉感染，病房區(qū)、醫(yī)護(hù)區(qū)、醫(yī)技區(qū)的主要房間均采用熱泵型分體空調(diào)[1]。醫(yī)技區(qū)負(fù)壓檢驗(yàn)、負(fù)壓ICU、負(fù)壓手術(shù)室采用直膨式全空氣型凈化空調(diào)機(jī)組全新風(fēng)運(yùn)行，送風(fēng)管道設(shè)有電加熱器。電加熱器設(shè)置分檔調(diào)節(jié)并采取無風(fēng)斷電保護(hù)措施。

2 設(shè)計(jì)方案

空調(diào)系統(tǒng)的冷負(fù)荷計(jì)算方法采用逐時(shí)冷負(fù)荷計(jì)算法，空調(diào)冷負(fù)荷包括圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱形成的冷負(fù)荷、室內(nèi)工藝設(shè)備、人員、照明等散熱形成的冷負(fù)荷和新風(fēng)冷負(fù)荷。由于該病房門的密閉性較好且無窗，因此空調(diào)系統(tǒng)的熱負(fù)荷僅考慮圍護(hù)結(jié)構(gòu)的耗熱量?？照{(diào)系統(tǒng)的濕負(fù)荷僅考慮人體散濕負(fù)荷。

病房區(qū)主要由安置病人的負(fù)壓隔離病房及其衛(wèi)生間、緩沖間、醫(yī)護(hù)人員通行的走廊等部分組成。病房區(qū)采取壓差控制措施，保證氣流從半污染區(qū)→污染區(qū)方向流動(dòng)，病房維持-10～-15 Pa，相鄰房間維持不小于5 Pa 的壓力梯度。病房與醫(yī)護(hù)走廊的墻面上裝有顯示不同區(qū)域壓力差值的微壓差計(jì)，便于醫(yī)護(hù)和維護(hù)人員實(shí)時(shí)觀察房間壓力梯度與送排風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行是否正常。

污染區(qū)、半污染區(qū)分別設(shè)置獨(dú)立的送/排風(fēng)系統(tǒng)，風(fēng)機(jī)采用低噪音高效離心風(fēng)機(jī)箱且一用一備，排風(fēng)口至距地4.5 m 以上。設(shè)計(jì)將5～6 間病房及其衛(wèi)生間合用一套送/排風(fēng)系統(tǒng)，極大的方便了系統(tǒng)調(diào)試，同時(shí)有效保證了壓力梯度，風(fēng)機(jī)風(fēng)量的合理控制也避免了風(fēng)機(jī)運(yùn)行噪音和振動(dòng)對病房人員的影響。

漂浮在空氣中或附著在灰塵顆粒上的病菌會(huì)附著在空調(diào)機(jī)組的盤管上，并隨冷凝水排出，這些病毒可能導(dǎo)致人員致病。因此空調(diào)的冷凝水不應(yīng)單獨(dú)散排至室外，均分區(qū)集中收集，并應(yīng)隨各區(qū)污水、廢水排放集中收集。

在通風(fēng)空調(diào)設(shè)計(jì)中采用有序的壓力梯度控制措施，合理控制氣流流向，不同污染等級(jí)區(qū)域壓力梯度的設(shè)置應(yīng)符合定向氣流組織原則，應(yīng)保證氣流從清潔區(qū)→半污染區(qū)→污染區(qū)方向流動(dòng)。醫(yī)護(hù)區(qū)相對傳染區(qū)為正壓，控制負(fù)壓隔離病房、負(fù)壓檢驗(yàn)室室內(nèi)負(fù)壓值，避免潔凈空氣與污染空氣的交叉，減少相互感染概率，有效阻斷病毒傳播，保證醫(yī)護(hù)人員安全健康。負(fù)壓隔離病房最小換氣次數(shù)為12 次/h，污染區(qū)最小換氣次數(shù)為6 次/h，清潔區(qū)最小換氣次數(shù)為3 次/h。

所有區(qū)域送風(fēng)系統(tǒng)設(shè)粗、中、高三級(jí)過濾保證送風(fēng)潔凈度[2]，同時(shí)應(yīng)采取有效的空氣凈化消毒措施，最大限度降低負(fù)壓隔離病房等污染區(qū)的排風(fēng)對周圍環(huán)境的影響。送風(fēng)過濾單元、排風(fēng)高效過濾器前后設(shè)置壓差檢測、報(bào)警裝置，當(dāng)壓差數(shù)值超過設(shè)定值時(shí)傳感器報(bào)警，相應(yīng)進(jìn)行設(shè)備更換。

3 建模及分析

為檢驗(yàn)病房氣流組織設(shè)計(jì)效果，以冬季工況為例，本文對病房的氣流組織進(jìn)行了模擬及分析。

模型描述：建立5.6 m×3.1 m×2.7 m（長×寬×高）的病房空間，2 張單人床尺寸為2 m×1 m，床頭柜尺寸為0.6 m×0.6 m×0.6 m，分體空調(diào)室內(nèi)機(jī)尺寸為1.0 m×0.4 m×0.32 m（長×高×深），房間采用上側(cè)送風(fēng)下側(cè)排風(fēng)的通風(fēng)系統(tǒng)，2 個(gè)送風(fēng)口尺寸均為Ф150，排風(fēng)口尺寸400 mm×400 mm，模型如圖2 所示：

圖2 病房建模圖

本文設(shè)計(jì)房間上部單個(gè)送風(fēng)口送風(fēng)量為250 m3/h，總送風(fēng)量為500 m3/h，送風(fēng)溫度為20 ℃，水平送風(fēng)。下部排風(fēng)口排風(fēng)量為700 m3/h，水平排風(fēng)。分體空調(diào)風(fēng)量為1000 m3/h，送風(fēng)溫度為30 ℃，斜向下45°出風(fēng)。內(nèi)墻和外墻分別依據(jù)房間溫度和環(huán)境溫度采用等壁溫邊界條件，計(jì)算中不考慮輻射模型。假設(shè)病人平躺時(shí)頭部的高度為0.6 m，通過模擬得到病房的速度場和溫度場結(jié)果如圖3、4 所示。

由圖3 可以看出，病人平躺時(shí)，頭部處的速度為0.25～0.35m/s，滿足舒適度要求。且整個(gè)病房內(nèi)氣流速度均勻，流向清晰。采用上送下回的氣流組織形式，有利于改善工作區(qū)的空氣質(zhì)量，保證氣流從低污染區(qū)域流向高污染區(qū)域，能夠形成有利于實(shí)驗(yàn)人員安全的氣流組織。但是，此種氣流組織容易造成排風(fēng)過濾器后面的操作空間過小，無法進(jìn)行檢漏，確保生物實(shí)驗(yàn)室的安全。應(yīng)當(dāng)在設(shè)計(jì)排風(fēng)口位置是充分考慮排風(fēng)過濾器檢漏的操作空間。

圖3 病房速度場模擬圖

圖4 病房溫度場模擬圖

由圖4 可以看出，病人平躺時(shí)，頭部處溫度為19～22 ℃，整張病床溫度在19～25 ℃之間，滿足舒適度的要求。房間溫度大部分在17 ℃左右，送風(fēng)口溫度在20 ℃左右，整體采暖效果較好。

根據(jù)研究，對于SARS 病毒，稀釋1 萬倍后不再具備傳播性[3]。為避免交叉感染，確保項(xiàng)目安全性。本文根據(jù)該傳染科病房結(jié)構(gòu)對該病房內(nèi)有害氣體軌跡及濃度等值進(jìn)行了模擬，結(jié)果如圖5 所示：

圖5 有害氣體軌跡及濃度等值面圖

通過模擬得到如圖5 所示的有害氣體軌跡，由圖5 可見，采用設(shè)計(jì)方案（上側(cè)送風(fēng)下側(cè)排風(fēng)）時(shí)病床處于回流區(qū)，整個(gè)房間易形成良好的定向氣流，通風(fēng)系統(tǒng)可以有效及時(shí)排除病房內(nèi)污染氣體。

由有害氣體濃度等值面圖可以看出，在排風(fēng)口處，有害氣體濃度為1 mol/mol，有害氣體到達(dá)新風(fēng)口處時(shí)，濃度已變成8.4×10-5mol/mol，模擬結(jié)果證明4.5 m 排風(fēng)口高程可以滿足要求新風(fēng)口空氣稀釋1 萬倍的要求。將排風(fēng)口高程提高到4.5 m 后，可有效降低新風(fēng)口高程面污染空氣相對濃度。

4 結(jié)論

1）對于傳染科病房，為了防止污染區(qū)對半污染區(qū)及清潔區(qū)的污染，病房內(nèi)必須保持負(fù)壓，使排風(fēng)量大于新風(fēng)量。且傳染病區(qū)的回風(fēng)系統(tǒng)宜采用全熱交換器方式處理，不能將新回風(fēng)混合。

2）房間內(nèi)采用上送下回的氣流組織形式，有利于改善工作區(qū)的空氣質(zhì)量，保證氣流從低污染區(qū)域流向高污染區(qū)域，能夠形成有利于實(shí)驗(yàn)人員安全氣流組織。

3）對于單層建筑，將排風(fēng)口高程提高到4.5 m 后，可有效降低新風(fēng)口高程面污染空氣相對濃度。