基于避免交叉感染需求的醫院通風空調模擬分析

陳兵

上海柯衍建設發展有限公司

1 項目概述

該項目位于我國東部地區，總建筑面積為5200 m2，為新建一層建筑，設有病區護理單元、醫技單元、接診區。建筑高度4.5 m。醫療區北側設有污水處理站、微波消毒間、垃圾暫存庫、垃圾焚燒間、液氧站、正負壓站房等配套設施（圖1）。

設計空調室外參數主要考慮該地區冬季氣象條件并考慮預期氣候條件，見表1。參照國家相關規范，病房區、醫護區、醫技區主要房間冬季室內設計溫度為18～22 ℃，主要病人及醫護通道的設計溫度不低于18 ℃。

圖1 醫院傳染科建筑示意圖

表1 設計空調參數

為避免交叉感染，病房區、醫護區、醫技區的主要房間均采用熱泵型分體空調[1]。醫技區負壓檢驗、負壓ICU、負壓手術室采用直膨式全空氣型凈化空調機組全新風運行，送風管道設有電加熱器。電加熱器設置分檔調節并采取無風斷電保護措施。

2 設計方案

空調系統的冷負荷計算方法采用逐時冷負荷計算法，空調冷負荷包括圍護結構傳熱形成的冷負荷、室內工藝設備、人員、照明等散熱形成的冷負荷和新風冷負荷。由于該病房門的密閉性較好且無窗，因此空調系統的熱負荷僅考慮圍護結構的耗熱量。空調系統的濕負荷僅考慮人體散濕負荷。

病房區主要由安置病人的負壓隔離病房及其衛生間、緩沖間、醫護人員通行的走廊等部分組成。病房區采取壓差控制措施，保證氣流從半污染區→污染區方向流動，病房維持-10～-15 Pa，相鄰房間維持不小于5 Pa 的壓力梯度。病房與醫護走廊的墻面上裝有顯示不同區域壓力差值的微壓差計，便于醫護和維護人員實時觀察房間壓力梯度與送排風系統運行是否正常。

污染區、半污染區分別設置獨立的送/排風系統，風機采用低噪音高效離心風機箱且一用一備，排風口至距地4.5 m 以上。設計將5～6 間病房及其衛生間合用一套送/排風系統，極大的方便了系統調試，同時有效保證了壓力梯度，風機風量的合理控制也避免了風機運行噪音和振動對病房人員的影響。

漂浮在空氣中或附著在灰塵顆粒上的病菌會附著在空調機組的盤管上，并隨冷凝水排出，這些病毒可能導致人員致病。因此空調的冷凝水不應單獨散排至室外，均分區集中收集，并應隨各區污水、廢水排放集中收集。

在通風空調設計中采用有序的壓力梯度控制措施，合理控制氣流流向，不同污染等級區域壓力梯度的設置應符合定向氣流組織原則，應保證氣流從清潔區→半污染區→污染區方向流動。醫護區相對傳染區為正壓，控制負壓隔離病房、負壓檢驗室室內負壓值，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，保證醫護人員安全健康。負壓隔離病房最小換氣次數為12 次/h，污染區最小換氣次數為6 次/h，清潔區最小換氣次數為3 次/h。

所有區域送風系統設粗、中、高三級過濾保證送風潔凈度[2]，同時應采取有效的空氣凈化消毒措施，最大限度降低負壓隔離病房等污染區的排風對周圍環境的影響。送風過濾單元、排風高效過濾器前后設置壓差檢測、報警裝置，當壓差數值超過設定值時傳感器報警，相應進行設備更換。

3 建模及分析

為檢驗病房氣流組織設計效果，以冬季工況為例，本文對病房的氣流組織進行了模擬及分析。

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，分體空調室內機尺寸為1.0 m×0.4 m×0.32 m（長×高×深），房間采用上側送風下側排風的通風系統，2 個送風口尺寸均為Ф150，排風口尺寸400 mm×400 mm，模型如圖2 所示：

圖2 病房建模圖

本文設計房間上部單個送風口送風量為250 m3/h，總送風量為500 m3/h，送風溫度為20 ℃，水平送風。下部排風口排風量為700 m3/h，水平排風。分體空調風量為1000 m3/h，送風溫度為30 ℃，斜向下45°出風。內墻和外墻分別依據房間溫度和環境溫度采用等壁溫邊界條件，計算中不考慮輻射模型。假設病人平躺時頭部的高度為0.6 m，通過模擬得到病房的速度場和溫度場結果如圖3、4 所示。

由圖3 可以看出，病人平躺時，頭部處的速度為0.25～0.35m/s，滿足舒適度要求。且整個病房內氣流速度均勻，流向清晰。采用上送下回的氣流組織形式，有利于改善工作區的空氣質量，保證氣流從低污染區域流向高污染區域，能夠形成有利于實驗人員安全的氣流組織。但是，此種氣流組織容易造成排風過濾器后面的操作空間過小，無法進行檢漏，確保生物實驗室的安全。應當在設計排風口位置是充分考慮排風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，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，送風口溫度在20 ℃左右，整體采暖效果較好。

根據研究，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，確保項目安全性。本文根據該傳染科病房結構對該病房內有害氣體軌跡及濃度等值進行了模擬，結果如圖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，采用設計方案（上側送風下側排風）時病床處于回流區，整個房間易形成良好的定向氣流，通風系統可以有效及時排除病房內污染氣體。

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

4 結論

1）對于傳染科病房，為了防止污染區對半污染區及清潔區的污染，病房內必須保持負壓，使排風量大于新風量。且傳染病區的回風系統宜采用全熱交換器方式處理，不能將新回風混合。

2）房間內采用上送下回的氣流組織形式，有利于改善工作區的空氣質量，保證氣流從低污染區域流向高污染區域，能夠形成有利于實驗人員安全氣流組織。

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