平疫結合型醫院病區通風系統設計思考

重慶海潤節能研究院 丁艷蕊

重慶科技學院 劉麗瑩

重慶海潤節能技術股份有限公司 鄧曉梅

重慶海潤節能研究院 付祥釗

0 引言

2020年新冠肺炎疫情暴發，全國進入緊急備戰狀態，各省市快速反應，新建、改建及臨時建設收治新冠肺炎患者的負壓隔離病房。一方面凸顯了我國現有傳染病醫院或負壓病房數量應對突發疫情的不足，另一方面也反映出疫情暴發前對負壓病房通風系統重視不夠。雷神山、火神山醫院及各省市改建負壓病房的情況充分反映了所存在的問題。在國內疫情已得到控制并進入常態化防控時，2020年6月北京新發地、新疆、大連等地新冠肺炎患者的出現，無疑又增加了疫情防控的緊張感，各省市迅速采取各項措施控制疫情，新冠肺炎患者的收治場所是各地區需要緊急解決的問題。國家發展和改革委員會、國家衛生健康委員會和國家中醫藥管理局于2020年5月9日聯合發布的〔2020〕735號文件[1]《關于印發公共衛生防控救治能力建設方案的通知》(以下簡稱《建設方案》)，將“平疫結合”作為公共衛生防控救治能力建設的5項基本原則之一，既滿足“疫情時”快速反應、集中救治和物質保障需要，又充分考慮“平時”職責和運行成本。

為了指導各地對《建設方案》的實施，2020年7月30日，國家衛生健康委員會、國家發展和改革委員會聯合發布了國衛辦規劃函〔2020〕663號文件[2]《關于印發綜合醫院“平疫結合”可轉換病區建筑技術導則(試行)的通知》(以下簡稱《導則》)，從建設技術角度對平疫結合可轉換病區如何實施作了規定。

本文分析健康通風與安全通風的區別和轉換要求，探討平疫結合型醫院病區通風系統實現健康與安全功能轉換的設計方法，重點是壓力要求、通風量需求、氣流組織、通風系統分區和形式、管道設計、機組選型及系統控制等方面，使一套系統通過運行切換或簡單改造實現平疫狀態下的不同通風需求。

1 醫院病區平疫功能轉換需求

《建設方案》明確提出要健全完善城市傳染病救治網絡，建設目標以“平疫結合、分層分類、高效協作”為原則，不鼓勵新建獨立的傳染病醫院。同時還提出要改造升級重大疫情救治基地，要建設可轉換病區，按照平疫結合要求，改造現有病區和影像檢查用房，能在疫情時達到三區兩通道的防護要求。

可轉換醫院病區的建筑平面設計需要考慮并滿足平時和疫情時病區診療的工藝流程。綜合醫院的標準病區建筑平面沒有嚴格的三區兩通道，平時運行時，重點是保證病房、辦公室等區域的健康送風，衛生間、處置室等污染區利用排風控制污染空氣、濕氣等，平面布局和流線示意如圖1所示。

平疫結合型的綜合醫院，其標準病區的平面結構應能通過拆增墻體迅速轉換成呼吸道傳染病病區的三區兩通道形式，形成清潔區、半污染區、污染區在物理空間上的分隔，形成醫護走道到病房之間的緩沖空間，滿足醫療工藝需求，如圖2所示。平時作為女更、女衛及男更、男衛的空間通過增加墻體形成清潔區和半污染區之間的更衣室、緩沖間及進出的定向路徑；半污染區的走廊、部分房間的連通門疫情下鎖閉(圖2中紅線封閉位置)，形成半污染區內單一的定向路徑；病房內入門附近增加墻體形成病房內緩沖間，病房外陽臺通過移動和拆除墻體、柜子形成污染區患者通道。左右兩邊各利用一間病房分別轉換為污物通道和污染區至半污染區的更衣室、緩沖間。由此，綜合醫院標準病區轉換為呼吸道傳染病病區。

圖2 綜合醫院病區疫情時分區及流線示意圖

2 平疫結合通風系統設計要點

醫院室內空氣安全和健康需要依靠通風系統實現，通風系統設計在病區功能分區轉換和醫患流線設計的基礎上進行。通風系統的主要實現目標平時和疫情時有明顯的區別，平時是健康通風，疫情時是安全通風。平時狀態下，綜合醫院標準病區和傳染病醫院非呼吸道病區的室內污染物主要為建筑本體、人員、醫療過程等產生的空氣污染物，如甲醛、苯、揮發性有機物、二氧化碳、臭氣、濕氣等，人員長時間在此類污染環境中停留會影響身體健康，需要借助通風解決人員的呼吸健康問題。疫情狀態下，作為呼吸道傳染病使用的病區，病人呼吸會散發傳染性病毒，人員短時間接觸和停留就可能被感染，影響生命安全，需要依靠通風對危害嚴重的傳染性病毒進行控制，解決人員的呼吸安全問題。

通風系統的平疫結合設計，需要依據當地衛生健康委等部門對醫院在區域重大疫情救治中的規劃定位，如疫情期的醫療流程、最大接診患者人數、接診患者的病癥程度，以及建筑專業提供的平疫結合醫院的建筑布局等，明確平疫2種狀態下通風系統的設計要求，開展通風系統設計[2-3]。

2.1 壓力等級及壓差梯度需求

呼吸道傳染病病區根據是否被病原微生物污染劃分為清潔區、半污染區和污染區。清潔區對相鄰功能空間保持正壓；污染區對相鄰功能空間保持負壓，防止污染區空氣外泄污染相鄰空間；半污染區壓力等級介于清潔區和污染區之間。另外，和普通建筑一樣，局部釋放大量熱濕的區域應保持負壓，防止熱濕擴散至其他區域。

國家標準、規范、導則[4-8]等也是根據以上原則對病區房間壓力和相鄰房間之間壓差作出相應規定，如表1所示，目的是保證污染物不會從污染區經過半污染區擴散至清潔區，造成交叉感染。

表1 標準規范對病區壓力及與相鄰房間的壓差要求

以某傳染病醫院非呼吸道病區和某綜合醫院標準病區為例，表2中列出了病房及與之連通功能區的平時和疫情時的壓力設計要求。例如，綜合醫院病房平時為零壓，而疫情下為防止病人產生的病毒污染物外溢，要控制病房內為負壓，且與其相鄰相通的緩沖間、緩沖間與醫護走廊宜保持不小于5 Pa的負壓差。

表2 病房及與之連通區域平疫壓力要求

因此，平疫結合型醫院病區通風設計中應該首先確定病區各個房間平時和疫情時的清潔/污染分區屬性，進而確定平疫狀態下房間的壓力，在其基礎上設計機械送風和機械排風系統，實現實時動態通風，病區運行時才能通過調節送風量和排風量實現房間內的正壓或負壓，以及滿足房間之間的壓力梯度需求。

2.2 平疫通風量需求差異

平時的健康通風可采用混合稀釋的通風方法，通過一定量(如規范規定的新風換氣次數)的清潔空氣與室內污染空氣混合，將污染物濃度稀釋到衛生標準的限值以下，如將二氧化碳體積分數稀釋到1 000×10-6以下。

與平時的健康通風不同，疫情時的安全通風更重要的是控制污染區的排風量，使排風量大于進風量，保持病毒污染區的負壓值，用壓力梯度阻擋病毒擴散，控制氣流流向，避免新風與污染空氣混合，使得污染空氣得到有效控制和排出。國家標準、規范、導則等對綜合醫院標準病區和傳染病醫院病區的房間通風量(新風量、排風量等)分平、疫狀態作了不同的規定，如表3所示。可以看出，傳染病醫院呼吸道病區即疫情使用狀態的安全通風新風量大于平時的健康通風新風量，且規定了排風量和新風量的差值，以保證房間的壓力等級。

表3 規范[4-5,8]對病區房間通風量的規定

平時狀態下，新、排風量主要根據標準規范對健康通風所需新、排風量的要求確定；疫情狀態下，根據控制病毒及房間壓力要求計算新、排風量，并利用縫隙法計算房間的滲透風量，最終根據房間的風量平衡確定新、排風量。當缺乏相關的計算條件時，應按表3確定通風量。

平時和疫情時病房單元的平面布局分別如圖3和圖4所示。平時工況下病房單元的平面布局沒有緩沖間和患者走道，通過柜子或可移動式墻體隔出病房陽臺；疫情時病房單元的入口處增加緩沖間，通過移除陽臺的柜子或墻體形成患者走道。病房面積為25 m2(疫情下，病房面積20 m2，緩沖間面積5 m2)，衛生間面積為5.4 m2，層高按3 m計。以該病房為例計算平時和疫情時的通風量。

圖3 病房單元平時平面布置和壓力需求圖示

圖4 病房單元疫情時平面布置和壓力需求圖示

平時工況下作為綜合醫院標準病房使用，病房為零壓，按規范規定病房新風換氣次數為2 h-1，則病房新風量為150 m3/h；按每人不低于40 m3/h的新風量標準，2位病人+2位陪護人員，則病房最小新風量為160 m3/h；二者取大值，病房設計最小新風量取160 m3/h。衛生間排風換氣次數按10 h-1計，排風量為160 m3/h。病房單元內新風量等于衛生間排風量，空氣平衡，通過病房衛生間與病房之間的連通門形成病房向污染區衛生間的氣流路徑。

疫情工況下作為呼吸道傳染病負壓病房使用，規范規定病房的新風換氣次數為6 h-1，則病房新風量為360 m3/h，為保證污染區病房氣流不外溢，病房相對于緩沖間及病人走道保持5 Pa負壓。采用縫隙法計算，病房與緩沖間之間門的滲入風量為112 m3/h，病房與病人走道之間的滲入風量為112 m3/h，即因壓力梯度滲入病房的風量為224 m3/h。因此排風量應為新風量+224 m3/h=584 m3/h，滿足規范規定的排風量比新風量大150 m3/h的要求。相對平時，病房需增加新風量360 m3/h-160 m3/h=200 m3/h，需增加排風量584 m3/h-160 m3/h=424 m3/h。

根據計算的平疫2種工況下的新風量和排風量確定兼顧二者的通風系統。

2.3 平疫通風氣流組織設計

通風系統氣流組織涉及2個層面。第一層面，相互連通的各區域之間的氣流組織。第二層面，病房內的氣流組織。

各區域之間的氣流組織，依靠各區域設計新、排風量的大小形成壓力梯度實現。如綜合醫院標準病區和傳染病醫院非呼吸道病區，平時運行狀態下，衛生間、處置室、污物室作為主要污染區域，健康通風需要實現病房、辦公室、走廊等→衛生間、處置室、污物室的氣流路徑；疫情狀態下，為了控制病毒由污染區向半污染區或清潔區的擴散，安全通風需要嚴格實現由醫護走廊→緩沖間→病房→衛生間的氣流路徑。

病房內的氣流組織，依靠病房內新、排風量的大小及新、排風口的位置和形式實現。標準規范對綜合醫院標準病區和傳染病醫院非呼吸道病區病房內的氣流組織沒有明確要求，只要形成病房內氣流向病房衛生間流動，防止衛生間污染空氣外溢即可。疫情狀態下的病房內安全通風，直接關系到室內人員的安全問題，氣流組織應有利于病毒等污染物的控制和盡快排出，應使傳染源處于排風氣流或排風區內。還要加強排風氣流的收斂作用，削弱送風氣流的擴散作用，避免病毒逃出排風區，被送風氣流卷吸進入呼吸區。

上送下排的氣流組織形式在傳染病醫院相關標準中有明確規定，而由于普通病房和非呼吸道傳染病房室內氣流組織對人員安全性的影響不明顯，人們對室內氣流組織的重視程度不高，目前綜合醫院的標準病房大多僅設機械新風，在病房衛生間設置排風，或病房內采用上送上排的送排風氣流組織形式。

根據房間的使用特點和病房內的污染物分布情況，不論是普通病房還是呼吸道傳染病房，室內豎向空間上均可形成清潔區、醫護人員呼吸區和污染區的豎向三區劃分，如圖5所示；房間上部即為空氣清潔區，房間中部為醫護人員呼吸區，房間中下部為病患呼吸及垃圾桶等污染區。通風氣流組織應實現在污染區內靠近污染源排風，控制好帶有病毒或污染物的空氣，新風從上部送入醫護人員呼吸區。

圖5 病房醫療單元豎向三區劃分

送、排風口的位置設定后，后期使用過程難以改變。平疫結合型病房，為了增強作為普通病房使用時室內空氣的安全性，以及確保滿足疫情下作為負壓病房的使用需求，應采用病房內清潔區送風、污染區排風的氣流組織形式。病房內排風口設置于病床床頭，即病毒污染源內，參考相關設計標準規范[6,8]，風口下邊沿距地不應小于100 mm，上邊沿距地不應大于600 mm，風速不宜大于1.0 m/s。平時運行狀態下，注重送風量和送風氣流，病房內新風量大于排風量，或病房內僅送新風，依靠衛生間排風實現病房內的健康通風氣流需求；疫情運行狀態下，注重排風量和排風氣流對病毒污染空氣的控制，病房內排風量大于新風量，建立要求的壓力梯度，實現病房內安全通風氣流需求。

2.4 通風系統形式及分區

平疫結合通風系統應獨立分區，避免污染。按照疫情下的三區兩通道需求進行劃分與設置，清潔區、半污染區、污染區應采用獨立系統。清潔區設置獨立新風系統，排風可通過豎井至屋面排放，每層清潔區的排風可共用豎井；污染區病房各層排風經高效過濾器處理后獨立排至室外，不宜與其他樓層共用豎井。如圖6和圖7所示。

圖6 某醫院病區新風系統平面圖示

圖7 某醫院病區排風系統平面圖示

平疫結合型醫院病區在平時與疫情時的風量需求不同，尤其是疫情時，需要通過風量的調控形成壓力梯度，保證潔污定向氣流路徑；且各自的動態變化時間不同，室內壓力梯度也呈現動態變化，需要各個末端隨時可變可調。動力分布式通風系統[9-11]部分動力分布于各支路末端，調節靈活、穩定，更能適應和保障醫院病區平疫結合的通風需求，如圖8所示。

圖8 通風系統流程示意圖

平時工況下，主要是滿足室內健康通風的動態需求，動力分布式新風系統各末端支路風量調節模塊風機依據各房間末端的動態需求而調節，動力分布式排風系統依據新風系統的動態變化而變化；疫情工況下，要維持各區域之間的壓力梯度及滿足污染區的排風需求，動力分布式排風系統各末端支路風量調節模塊風機根據各房間的需求動態變化調節，新風系統按照疫情下的新風需求定風量運行。

2.5 通風系統管道設計

通風系統管道確定并安裝后，難以根據平疫狀態不同需求進行調整，平疫結合型醫院病區通風系統需要按照疫情狀態下的感染控制分區劃分，管道設計通風量取平時和疫情下各個房間新(排)風量的逐時綜合最大值的較大者，滿足疫情最不利情況下呼吸安全的通風需求，平時運行時通過風量調控來滿足呼吸健康通風的需求。

文獻[12]規定：通風系統干管推薦風速為5.0～6.5 m/s，最大風速為8.0 m/s；支管推薦風速為3.0～4.5 m/s，最大風速為6.5 m/s。該風速是基于經濟流速和防止氣流在風管中產生再生噪聲等因素，考慮房間的允許噪聲級等確定的。考慮到平疫2種使用狀態風量的不同，可按照平時狀態所需風量下推薦風速的下限值設計通風系統管道，并校核疫情下通風管道的風速，盡可能保證風速不超過最大限值。

2.6 機組選型設計

新風機組一般安裝在每層新風機房內，機組的選型及設置有3種方式：1) 按照疫情時的風量需求選擇1臺機組，如圖9所示；2) 按照疫情時的風量需求選擇2～3臺機組，如圖10所示；3) 只安裝1臺滿足平時風量需求的機組，疫情時增加1～2臺并聯機組，預留疫情時需增加機組的位置。

圖9 新風機房布置1臺新風機組示意圖

圖10 新風機房布置3臺新風機組示意圖

根據平時和疫情時的風量設計標準，疫情時的風量是平時狀態最小風量需求的2～3倍，按照疫情時的風量設置1臺或多臺并聯新風機組，通過風機的變頻調速或運行臺數調節，可以實現平時空調季節和供暖季節最小風量運行，同時又可實現平時過渡季節全新風運行，用通風消除室內余熱余濕，縮短空調運行時間，減少空調系統能耗；疫情下按照滿足呼吸道傳染病病房需求的大風量運行，滿足疫情下空氣稀釋、壓力梯度保障等。既達到使用效果，又減少運行能耗，符合綠色建筑的發展要求。建議按照疫情狀態下的需求風量安裝新風機組。

排風機組一般安裝在屋面，考慮疫情防控等級、初投資等因素，可按照平疫狀態下分別設置，通過密閉風閥實現平疫轉換；也可通過增加并聯風機臺數，實現疫情狀態下的需求。不同方式均需預留所需的設備安裝空間。

風量調節模塊即支路模塊風機，按照平疫2種狀態下的最大風量需求選型，平時狀態下小風量運行，疫情下大風量運行；同時模塊風機自帶電動密閉風閥，系統啟動時，電動密閉風閥自動開啟，系統停止運行時，電動密閉風閥自動關閉，滿足疫情下每個支路可單獨關斷、室內消殺的需求。

2.7 通風系統控制

通風控制系統應兼顧平疫2種工況下的不同控制需求。根據需求情況通過控制邏輯實現平時運行狀態和疫情運行狀態的一鍵切換或快速轉換。

病房設置空氣品質傳感器，平時運行狀態下，根據空氣品質傳感器對室內空氣品質的監測情況實現支路風機手動或自動調節，進而聯動主新風機和排風機的變風量運行，控制邏輯如圖11所示。

圖11 平時作為普通病房使用時通風系統控制邏輯

病房設置壓差傳感器，或預留壓差傳感器的安裝位置，疫情狀態下，控制系統快速切換，根據壓差傳感器對病房與緩沖間之間或病房與醫護走廊之間的壓差監測情況，聯動控制支路排風機的自動調節運行，進而聯動主排風機的變風量運行，控制邏輯如圖12所示。

圖12 疫情時作為呼吸道傳染病房使用時通風系統控制邏輯

3 結論

1) 作為平疫結合型醫院病區，通風系統需要滿足2種狀態下的不同使用需求，對于系統中不可變或難以改變的部分，要按照高要求的呼吸道傳染病病房的需求設置，如系統劃分、氣流組織、系統管道設計等。

2) 作為平疫結合使用的通風系統，要實現不同狀態下的轉變及滿足各運行狀態下的動態需求，風量可變性是系統必須具備的特性。1套系統滿足差異較大的2種狀態下的需求，動力分布式通風系統是最優的系統形式。

3) 氣流組織是污染源得到良好控制的根本，傳染病病房氣流組織應使傳染源處于排風氣流或排風區內。不論是傳染病病房還是普通病房，均可形成上部清潔區、中部醫護人員呼吸區和下部污染區的三區劃分。平疫結合型病房，為了增強作為普通病房使用時室內空氣的安全性，以及確保滿足疫情下作為負壓病房的使用需求，應采用污染區排風、清潔區送風的氣流組織形式，并確保送風氣流不超出清潔區。

4) 呼吸道傳染病病區需要保證嚴格的壓力梯度，根據壓差傳感器的監測結果控制通風系統的運行；普通病房重點是滿足室內空氣品質的需求，根據空氣品質的監測結果控制通風系統的運行。平疫結合型醫院病區，需要設置2種壓差傳感器或預留壓差傳感器的安裝位置，通風系統需要設置平、疫2套控制邏輯，實現功能改變時一鍵切換。