疫情期綜合醫院空調系統分析與優化

張威

（廣東省中醫院珠海醫院，廣東 珠海 519015）

研究表明當空氣或飛沫傳染病在病房時及相應的中央空調通風系統，感染性病毒在傳統空調系統氣流的推動下，病人呼出感染性病毒的空氣和飛沫作為傳染源，在病房內廣泛傳播，易引起醫務人員交叉感染。另外由于醫院建筑群體復雜且大，許多地區需要使用空調系統來滿足醫療需求。因此，加強醫院空調管理對預防疾病傳播具有重要意義。

1 醫院主要空調系統簡析

1.1 空調系統原理及運用地方

（1）新風系統的工作原理及使用場所空調的工作原理是將室外空氣（新風）經集中式空調機組冷卻（或加熱）至室內適宜溫度，再送至每個房間以滿足使用要求，由于在空調中使用室外新鮮空氣，不再利用回風，可保證每個房間的獨立送新風，病毒不會通過空調通風管道相互傳播。主要用于發熱門診、隔離室、實驗室、病理手術室等場所。

（2）負壓房空調系統工作原理及使用場所負壓房本質上屬于不間斷持續的向室外排出室內的污濁空氣而使室內空氣形成低于外部空氣壓力，新風機組宜采用直膨式組合空調機組(含粗效、中效、高效過濾單元)，排風機組宜采用箱式風機(含粗效、中效、高效過濾單元)，廣泛應用于發熱門診或感染者感染病毒期間。

（3）混合式空調系統的工作原理和使用場所這種空調是一種空調形式，它將大范圍或局部區域內的多個房間的空氣部分利用到空調機組制冷回風中，并通過制冷（或加熱）處理室外空氣，通過室外處理過后的空氣與回風匯合將其輸送到各個使用的房間。

（4）風機盤管+新風系統的工作原理及使用場所空調由兩部分組成。一部分是：風機盤管將室內空氣經風機盤管冷卻（或加熱）后再送入室內，使室內溫度降低或升高，來達到室內適宜環境溫度要求；另外一部分：新風系統將室外空氣經過空氣處理器冷卻（或加熱）達到適宜溫度送至各房間，該系統很好地結合新風系統和混合空調系統的優點，即可在不混合供氣的情況下為房間提供空氣，避免了不同房間空氣交叉互換的影響，為人體提供所需室外新鮮空氣，主要用于醫院病房、會診室等。

（5）凈化空調的工作原理和使用場所這種空調系統是將室外空氣經過集中凈化機組處理再送入潔凈室的房間內，不斷通過過濾器處理（如高效、中效、粗效）以實現室內空調的綜合質量指標應滿足相關技術規范的要求，其中包括空氣溫度、相對濕度、空氣潔凈度、壓力、換氣通風次數、氣流速度、噪聲、照度、自凈時間等。主要用于手術室、血液移植科、重癥監護室等對空調和凈化有特殊要求的潔凈區。

2 提高室內換氣次數

一份新研究報告的文章觀點徹底動搖了世界衛生組織和一些流行病學家的認知。2020年4月2日廣州市疾病預防控制中心在《急診傳染病》雜志發表了COVID-19可通過空調氣流傳播方式（見圖1），此篇文章已被多家媒體轉載。

圖1 座位安排

注：（1）圖中日期為病者確診時間；（2）B家庭成員B2和B3是由病者A1還是B1感染未確定；（3）C家庭成員C2是由病者A1還是C1感染未確定。

文章作者收集了相關原始數據，調取了原餐廳的視頻記錄和餐廳顧客的座位安排，通氣率采用示蹤衰減法測定，并用計算機模擬測量疑似病者呼出的飛沫液滴擴散的情況，比較了隨后感染病例的室內位置和模擬病毒攜帶的氣溶膠示蹤劑的傳播情況，圖2顯示了餐廳內污染氣流的感染流線。COVID-19感染者在A、B和C區（見圖1），在人體熱流和空調風機盤管機機相互作用后，COVID-19感染者呼出的氣體上升，在風機盤管吹出的風帶動下將污染的空氣帶到天花板的高度。當它流經到對面的玻璃窗時，氣流向下彎曲并從較低的高度返回。在每張餐桌上，受污染的空氣在熱食和人體產生的熱空氣流帶動下向上流動，剩余的空氣返回風機盤管，形成循環空氣區或氣流層。餐廳聚集性感染原因如下。

圖2 新冠病毒在餐廳中傳播途徑的計算機模擬

（1）餐廳使用風機盤管空調機組，空調回風帶有COVID-19感染者呼出的氣體，進而再進行室內內部不斷循環進而導致傳播。

（2）另外一個原因是餐廳排風扇已關閉，沒有有效排除帶有病毒氣體。

（3）再加上新風量嚴重不足，感染區人均新風（室外空氣）3.7m3/h，低于ASHRAE62.1-2019標準的28.8m3/h標準要求。

（4）各餐桌之間的距離約為1m。

（5）感染區域和未感染區域之間沒有物理隔離。雖然未感染區有風扇對流器，餐廳服務員往返于感染區和未感染區之間，但這些區域沒有被感染，主要是感染區沒有感染，病毒濃度明顯高于未感染區-感染區，這是由不同的停留時間引起的。

得出結論：在人員密集公共場所區域通風不良和過度擁擠的區域，增加換氣次來達到通風量提高，另外避免人員過度集中，增加傳染可能性。

注：A桌子A1為感染者，A桌子A2、A3、A4、A5，B桌子B1、B2、B3，C桌子C1、C2為被感染者，其余桌子為未感染者，具體桌子座位安排可結合圖1

3 優化氣流分布方式

3.1 現狀分析

以某個醫院普通病房4人間為例，因接待的住院病者較多，且房間內空調系統氣流分布復雜，故選擇4人間作為本次研究的對象。同時，未考慮原病房空調系統病毒污染物濃度的影響。現案例中采用1臺風機盤管和2個新風口，病房采用側送、頂回風方式，風機盤管和新風系統隱藏在天花板內，單臺風機盤管系統出風口尺寸為732mm×132mm，回風口尺寸為732mm×232mm，額定送風量為680m3/h。新風出口尺寸為250mm×250mm，新風量為130m3/h，每根風管下表皮離病房間層高3.8m，具體位置如圖3（1）所示，

模擬分析水平風速為病者的位置為圖3所示的矢量圖，患者1、2、3、4的縱向頭部平面的垂直風速矢量示意圖如圖3（2）所示。從圖中可看出，在垂直方向，氣流從風機盤管送風方型散流器、新風口的方型散流器吹出，空氣在墻壁遇到阻力，然后經過向下返回水平流病者的身體，接著流入到風機盤管回風口；在水平方向上，房間內的部分氣流流經病者1和病者2，然后流入的方型回風口格柵，患者1和患者2受送風系統直接影響相對較小，因為主氣流經過患者1和患者2，在患者1和患者2上形成渦流。對于患者3和患者4，直接受送風明顯影響比較嚴重。房間內的主要氣流流經患者3和患者4，并在患者3和患者4上方形成局部渦流。在病者水平方向釋放的濃度圖和呼出的高濃度病毒數量如圖3（2）所示。

圖3 病房、患者位置模型圖，氣流矢量圖

由圖可見，在室內風機盤管+新風送風系統影響下1號和2號患者呼出的高濃度病毒，局部聚集在靠近墻壁的地方并橫向移動。4號患者呼出的高濃度病毒與3號患者呼出的高濃度病毒混合更為明顯，綜上所述，患者1和患者2呼出的高濃度病毒受室內氣流分布的影響，病毒形成堆積并在回風口壁附近移動，導致病毒的長期抑制和病者人數的增加，以及衛生專業人員之間可能的傳播途徑。與患者1和患者2相比，該病毒的持續時間更短，但病毒的傳播范圍更大，這也增加了患者與醫護人員之間傳播的可能性。 由此可以得出結論，在特殊情況下，由于醫院普通病房普遍爆發疫情，病房的空調系統會出現一定的不足，合理優化病房新風風口優化，優化通道規劃以減少病者與醫務人員交流的可能。

3.2 實施情況

（1）風機盤管風口設計將原來房間的兩個出風口合成一個大出風口，位于病人1～4的中間，并垂直向下送風。同時，也避免了直接吹氣給人體帶來的不適。

（2）風機盤管回風口設計由原房間的2個拆分為4個（原320mm×160mm，更改后120mm×120mm），分別

位于每個病床上方；在總回風口處增設病毒凈化處理設備，確保處理病毒達標的效果。如圖4（1）所示。

3.3 新風口設計

原房間兩個新風口布置在距風機出風口200mm的兩側，以保證房間新風需求。

在改造后的病房中，圖4（2）患者在水平方向釋放的病毒數量和濃度的矢量圖。從矢量圖中可以看出，優化后的空調系統氣流分布為患者1至患者4號呼出的病者提供了良好的隔離效果。只有每個病人將呼出的病毒暫時保持在一個小范圍內，沒有造成病毒的橫向傳播，相鄰病者之間有一定的安全隔離距離。例如，患者1和患者2之間的安全距離約為0.6m，患者3和患者4之間的安全距離約為0.8m，氣流速度矢量圖表明，這種現象是由隔離引起的效應，由垂直向上的氣流引起。

圖4 改造方案設計、病房模型圖，氣流矢量圖

綜上所述，通過對醫院4人間病房空調系統的優化設計，空氣分配和疾病預防起到了積極的作用，與氣流下送上回的組織形式相比，具有施工時間短、實用性強的特點，更適合當前的特殊防疫形勢。另外與原有病房空調相比，優化設計方案明顯具有以下優勢：

一是空調送風量分配更均勻、更優地分配給每位患者。解決病者之間分布不均的問題，病者接觸到的氣流大部分為上升氣流。

二是可提高病者舒適度，保證相鄰病者之間有保護氣流，一定的安全距離有效地將病者局部隔離，減少病毒的橫向移動，避免病毒在室內外傳播的風險。

三是快速上升的氣流可以讓病者呼出的病毒滯留時間短，可以迅速進入空調進行處理凈化，解決局部病毒滯留問題，降低醫護人員感染風險。

4 不同類型空調處置方案

4.1 空調類型管理方案及措施

新風系統，每周對新風機組的送風口、濾網進行清潔消毒，并做好書面記錄。使用時，注意確保新鮮空氣直接從外部吸入，嚴禁從機房、走廊、天花板吸入空氣；確保排氣系統正常工作，排氣口遠離新風出口、窗戶和人員很多地方。

4.2 負壓病房空調管理方案及措施

負壓病房是傳染性病毒治療病人的重要場所,要加強管理,每天由專人進行巡回檢查，確保室內壓差送排風設備的正常使用。應制定清潔和消毒系統，以確保單個病者出院后得到充分清潔和消毒，并應更換供氣和排氣濾網。如果混合空調系統已關閉使用，請在使用前清潔并消毒送風口和回風口，清潔或更換濾網。

4.3 風機盤管+室外空氣管理方案及措施

該系統可在保證各房間獨立通風的條件下以及所有新風空調系統應正常投入使用，同時啟動相應的機械排風系統；另外，每周對送風口、回風口、出風口濾網進行清潔消毒，并做好書面記錄。使用時注意確保室外空氣直接從外部進入，嚴禁從機房、走廊、天花板吸入空氣；確保排氣系統正常工作。傳染性病毒結束后更換有效濾網，消毒管道，底盤和其他空調系統設施和設備應清潔，以加強自然空氣循環，當回風口不在同一房間時，應停止使用，增加送風口、回風口、風口濾網的清洗消毒頻率，并做好書面記錄。

5 改進室內空氣質量設計

除了傳統的控制方法外，還提出以下規則和建議。

（1）經常通風開窗可顯著稀釋室內區域的病毒濃度，這是預防流行病的有效措施。感染性疾病的患者在相鄰房間中有病毒感染顆粒，病毒可將其傳播到空氣中。同時，打開窗戶可以增加內部水分,對于間歇式空調，應考慮冷凝的可能性。

（2）提高室內通風量換氣次數（通風量），可以降低空氣中傳染性病毒的濃度，從而降低空氣傳播的風險。

（3）建議如果過濾材料不能滅活病毒，應盡可能使用高效（H13）和超高效空氣過濾器（H14）。由于高性能過濾器的空氣阻力遠遠大于空調和通風系統轉換中通常使用的空氣過濾器的空氣阻力，因此應考慮風機殘余壓力不足的問題，并應通過消毒措施補充這些過濾器。

（4）具有病毒激活功能的移動式室內空氣凈化器可快速稀釋室內區域的病毒濃度。

（5）紫外線滅菌燈（UVGI）是用于傳染病流行的常規滅菌設備。

6 結語

對醫院的通風空調系統進行重新梳理，調整空調運維策略也是非常必要的。科學的設計以及管理運維措施可以幫助醫院感染管理部門做好醫院感染控制工作。