平疫结合型医院病区通风系统设计思考

重庆海润节能研究院 丁艳蕊

重庆科技学院 刘丽莹

重庆海润节能技术股份有限公司 邓晓梅

重庆海润节能研究院 付祥钊

0 引言

2020年新冠肺炎疫情暴发，全国进入紧急备战状态，各省市快速反应，新建、改建及临时建设收治新冠肺炎患者的负压隔离病房。一方面凸显了我国现有传染病医院或负压病房数量应对突发疫情的不足，另一方面也反映出疫情暴发前对负压病房通风系统重视不够。雷神山、火神山医院及各省市改建负压病房的情况充分反映了所存在的问题。在国内疫情已得到控制并进入常态化防控时，2020年6月北京新发地、新疆、大连等地新冠肺炎患者的出现，无疑又增加了疫情防控的紧张感，各省市迅速采取各项措施控制疫情，新冠肺炎患者的收治场所是各地区需要紧急解决的问题。国家发展和改革委员会、国家卫生健康委员会和国家中医药管理局于2020年5月9日联合发布的〔2020〕735号文件[1]《关于印发公共卫生防控救治能力建设方案的通知》(以下简称《建设方案》)，将“平疫结合”作为公共卫生防控救治能力建设的5项基本原则之一，既满足“疫情时”快速反应、集中救治和物质保障需要，又充分考虑“平时”职责和运行成本。

为了指导各地对《建设方案》的实施，2020年7月30日，国家卫生健康委员会、国家发展和改革委员会联合发布了国卫办规划函〔2020〕663号文件[2]《关于印发综合医院“平疫结合”可转换病区建筑技术导则(试行)的通知》(以下简称《导则》)，从建设技术角度对平疫结合可转换病区如何实施作了规定。

本文分析健康通风与安全通风的区别和转换要求，探讨平疫结合型医院病区通风系统实现健康与安全功能转换的设计方法，重点是压力要求、通风量需求、气流组织、通风系统分区和形式、管道设计、机组选型及系统控制等方面，使一套系统通过运行切换或简单改造实现平疫状态下的不同通风需求。

1 医院病区平疫功能转换需求

《建设方案》明确提出要健全完善城市传染病救治网络，建设目标以“平疫结合、分层分类、高效协作”为原则，不鼓励新建独立的传染病医院。同时还提出要改造升级重大疫情救治基地，要建设可转换病区，按照平疫结合要求，改造现有病区和影像检查用房，能在疫情时达到三区两通道的防护要求。

可转换医院病区的建筑平面设计需要考虑并满足平时和疫情时病区诊疗的工艺流程。综合医院的标准病区建筑平面没有严格的三区两通道，平时运行时，重点是保证病房、办公室等区域的健康送风，卫生间、处置室等污染区利用排风控制污染空气、湿气等，平面布局和流线示意如图1所示。

平疫结合型的综合医院，其标准病区的平面结构应能通过拆增墙体迅速转换成呼吸道传染病病区的三区两通道形式，形成清洁区、半污染区、污染区在物理空间上的分隔，形成医护走道到病房之间的缓冲空间，满足医疗工艺需求，如图2所示。平时作为女更、女卫及男更、男卫的空间通过增加墙体形成清洁区和半污染区之间的更衣室、缓冲间及进出的定向路径；半污染区的走廊、部分房间的连通门疫情下锁闭(图2中红线封闭位置)，形成半污染区内单一的定向路径；病房内入门附近增加墙体形成病房内缓冲间，病房外阳台通过移动和拆除墙体、柜子形成污染区患者通道。左右两边各利用一间病房分别转换为污物通道和污染区至半污染区的更衣室、缓冲间。由此，综合医院标准病区转换为呼吸道传染病病区。

图2 综合医院病区疫情时分区及流线示意图

2 平疫结合通风系统设计要点

医院室内空气安全和健康需要依靠通风系统实现，通风系统设计在病区功能分区转换和医患流线设计的基础上进行。通风系统的主要实现目标平时和疫情时有明显的区别，平时是健康通风，疫情时是安全通风。平时状态下，综合医院标准病区和传染病医院非呼吸道病区的室内污染物主要为建筑本体、人员、医疗过程等产生的空气污染物，如甲醛、苯、挥发性有机物、二氧化碳、臭气、湿气等，人员长时间在此类污染环境中停留会影响身体健康，需要借助通风解决人员的呼吸健康问题。疫情状态下，作为呼吸道传染病使用的病区，病人呼吸会散发传染性病毒，人员短时间接触和停留就可能被感染，影响生命安全，需要依靠通风对危害严重的传染性病毒进行控制，解决人员的呼吸安全问题。

通风系统的平疫结合设计，需要依据当地卫生健康委等部门对医院在区域重大疫情救治中的规划定位，如疫情期的医疗流程、最大接诊患者人数、接诊患者的病症程度，以及建筑专业提供的平疫结合医院的建筑布局等，明确平疫2种状态下通风系统的设计要求，开展通风系统设计[2-3]。

2.1 压力等级及压差梯度需求

呼吸道传染病病区根据是否被病原微生物污染划分为清洁区、半污染区和污染区。清洁区对相邻功能空间保持正压；污染区对相邻功能空间保持负压，防止污染区空气外泄污染相邻空间；半污染区压力等级介于清洁区和污染区之间。另外，和普通建筑一样，局部释放大量热湿的区域应保持负压，防止热湿扩散至其他区域。

国家标准、规范、导则[4-8]等也是根据以上原则对病区房间压力和相邻房间之间压差作出相应规定，如表1所示，目的是保证污染物不会从污染区经过半污染区扩散至清洁区，造成交叉感染。

表1 标准规范对病区压力及与相邻房间的压差要求

以某传染病医院非呼吸道病区和某综合医院标准病区为例，表2中列出了病房及与之连通功能区的平时和疫情时的压力设计要求。例如，综合医院病房平时为零压，而疫情下为防止病人产生的病毒污染物外溢，要控制病房内为负压，且与其相邻相通的缓冲间、缓冲间与医护走廊宜保持不小于5 Pa的负压差。

表2 病房及与之连通区域平疫压力要求

因此，平疫结合型医院病区通风设计中应该首先确定病区各个房间平时和疫情时的清洁/污染分区属性，进而确定平疫状态下房间的压力，在其基础上设计机械送风和机械排风系统，实现实时动态通风，病区运行时才能通过调节送风量和排风量实现房间内的正压或负压，以及满足房间之间的压力梯度需求。

2.2 平疫通风量需求差异

平时的健康通风可采用混合稀释的通风方法，通过一定量(如规范规定的新风换气次数)的清洁空气与室内污染空气混合，将污染物浓度稀释到卫生标准的限值以下，如将二氧化碳体积分数稀释到1 000×10-6以下。

与平时的健康通风不同，疫情时的安全通风更重要的是控制污染区的排风量，使排风量大于进风量，保持病毒污染区的负压值，用压力梯度阻挡病毒扩散，控制气流流向，避免新风与污染空气混合，使得污染空气得到有效控制和排出。国家标准、规范、导则等对综合医院标准病区和传染病医院病区的房间通风量(新风量、排风量等)分平、疫状态作了不同的规定，如表3所示。可以看出，传染病医院呼吸道病区即疫情使用状态的安全通风新风量大于平时的健康通风新风量，且规定了排风量和新风量的差值，以保证房间的压力等级。

表3 规范[4-5,8]对病区房间通风量的规定

平时状态下，新、排风量主要根据标准规范对健康通风所需新、排风量的要求确定；疫情状态下，根据控制病毒及房间压力要求计算新、排风量，并利用缝隙法计算房间的渗透风量，最终根据房间的风量平衡确定新、排风量。当缺乏相关的计算条件时，应按表3确定通风量。

平时和疫情时病房单元的平面布局分别如图3和图4所示。平时工况下病房单元的平面布局没有缓冲间和患者走道，通过柜子或可移动式墙体隔出病房阳台；疫情时病房单元的入口处增加缓冲间，通过移除阳台的柜子或墙体形成患者走道。病房面积为25 m2(疫情下，病房面积20 m2，缓冲间面积5 m2)，卫生间面积为5.4 m2，层高按3 m计。以该病房为例计算平时和疫情时的通风量。

图3 病房单元平时平面布置和压力需求图示

图4 病房单元疫情时平面布置和压力需求图示

平时工况下作为综合医院标准病房使用，病房为零压，按规范规定病房新风换气次数为2 h-1，则病房新风量为150 m3/h；按每人不低于40 m3/h的新风量标准，2位病人+2位陪护人员，则病房最小新风量为160 m3/h；二者取大值，病房设计最小新风量取160 m3/h。卫生间排风换气次数按10 h-1计，排风量为160 m3/h。病房单元内新风量等于卫生间排风量，空气平衡，通过病房卫生间与病房之间的连通门形成病房向污染区卫生间的气流路径。

疫情工况下作为呼吸道传染病负压病房使用，规范规定病房的新风换气次数为6 h-1，则病房新风量为360 m3/h，为保证污染区病房气流不外溢，病房相对于缓冲间及病人走道保持5 Pa负压。采用缝隙法计算，病房与缓冲间之间门的渗入风量为112 m3/h，病房与病人走道之间的渗入风量为112 m3/h，即因压力梯度渗入病房的风量为224 m3/h。因此排风量应为新风量+224 m3/h=584 m3/h，满足规范规定的排风量比新风量大150 m3/h的要求。相对平时，病房需增加新风量360 m3/h-160 m3/h=200 m3/h，需增加排风量584 m3/h-160 m3/h=424 m3/h。

根据计算的平疫2种工况下的新风量和排风量确定兼顾二者的通风系统。

2.3 平疫通风气流组织设计

通风系统气流组织涉及2个层面。第一层面，相互连通的各区域之间的气流组织。第二层面，病房内的气流组织。

各区域之间的气流组织，依靠各区域设计新、排风量的大小形成压力梯度实现。如综合医院标准病区和传染病医院非呼吸道病区，平时运行状态下，卫生间、处置室、污物室作为主要污染区域，健康通风需要实现病房、办公室、走廊等→卫生间、处置室、污物室的气流路径；疫情状态下，为了控制病毒由污染区向半污染区或清洁区的扩散，安全通风需要严格实现由医护走廊→缓冲间→病房→卫生间的气流路径。

病房内的气流组织，依靠病房内新、排风量的大小及新、排风口的位置和形式实现。标准规范对综合医院标准病区和传染病医院非呼吸道病区病房内的气流组织没有明确要求，只要形成病房内气流向病房卫生间流动，防止卫生间污染空气外溢即可。疫情状态下的病房内安全通风，直接关系到室内人员的安全问题，气流组织应有利于病毒等污染物的控制和尽快排出，应使传染源处于排风气流或排风区内。还要加强排风气流的收敛作用，削弱送风气流的扩散作用，避免病毒逃出排风区，被送风气流卷吸进入呼吸区。

上送下排的气流组织形式在传染病医院相关标准中有明确规定，而由于普通病房和非呼吸道传染病房室内气流组织对人员安全性的影响不明显，人们对室内气流组织的重视程度不高，目前综合医院的标准病房大多仅设机械新风，在病房卫生间设置排风，或病房内采用上送上排的送排风气流组织形式。

根据房间的使用特点和病房内的污染物分布情况，不论是普通病房还是呼吸道传染病房，室内竖向空间上均可形成清洁区、医护人员呼吸区和污染区的竖向三区划分，如图5所示；房间上部即为空气清洁区，房间中部为医护人员呼吸区，房间中下部为病患呼吸及垃圾桶等污染区。通风气流组织应实现在污染区内靠近污染源排风，控制好带有病毒或污染物的空气，新风从上部送入医护人员呼吸区。

图5 病房医疗单元竖向三区划分

送、排风口的位置设定后，后期使用过程难以改变。平疫结合型病房，为了增强作为普通病房使用时室内空气的安全性，以及确保满足疫情下作为负压病房的使用需求，应采用病房内清洁区送风、污染区排风的气流组织形式。病房内排风口设置于病床床头，即病毒污染源内，参考相关设计标准规范[6,8]，风口下边沿距地不应小于100 mm，上边沿距地不应大于600 mm，风速不宜大于1.0 m/s。平时运行状态下，注重送风量和送风气流，病房内新风量大于排风量，或病房内仅送新风，依靠卫生间排风实现病房内的健康通风气流需求；疫情运行状态下，注重排风量和排风气流对病毒污染空气的控制，病房内排风量大于新风量，建立要求的压力梯度，实现病房内安全通风气流需求。

2.4 通风系统形式及分区

平疫结合通风系统应独立分区，避免污染。按照疫情下的三区两通道需求进行划分与设置，清洁区、半污染区、污染区应采用独立系统。清洁区设置独立新风系统，排风可通过竖井至屋面排放，每层清洁区的排风可共用竖井；污染区病房各层排风经高效过滤器处理后独立排至室外，不宜与其他楼层共用竖井。如图6和图7所示。

图6 某医院病区新风系统平面图示

图7 某医院病区排风系统平面图示

平疫结合型医院病区在平时与疫情时的风量需求不同，尤其是疫情时，需要通过风量的调控形成压力梯度，保证洁污定向气流路径；且各自的动态变化时间不同，室内压力梯度也呈现动态变化，需要各个末端随时可变可调。动力分布式通风系统[9-11]部分动力分布于各支路末端，调节灵活、稳定，更能适应和保障医院病区平疫结合的通风需求，如图8所示。

图8 通风系统流程示意图

平时工况下，主要是满足室内健康通风的动态需求，动力分布式新风系统各末端支路风量调节模块风机依据各房间末端的动态需求而调节，动力分布式排风系统依据新风系统的动态变化而变化；疫情工况下，要维持各区域之间的压力梯度及满足污染区的排风需求，动力分布式排风系统各末端支路风量调节模块风机根据各房间的需求动态变化调节，新风系统按照疫情下的新风需求定风量运行。

2.5 通风系统管道设计

通风系统管道确定并安装后，难以根据平疫状态不同需求进行调整，平疫结合型医院病区通风系统需要按照疫情状态下的感染控制分区划分，管道设计通风量取平时和疫情下各个房间新(排)风量的逐时综合最大值的较大者，满足疫情最不利情况下呼吸安全的通风需求，平时运行时通过风量调控来满足呼吸健康通风的需求。

文献[12]规定：通风系统干管推荐风速为5.0～6.5 m/s，最大风速为8.0 m/s；支管推荐风速为3.0～4.5 m/s，最大风速为6.5 m/s。该风速是基于经济流速和防止气流在风管中产生再生噪声等因素，考虑房间的允许噪声级等确定的。考虑到平疫2种使用状态风量的不同，可按照平时状态所需风量下推荐风速的下限值设计通风系统管道，并校核疫情下通风管道的风速，尽可能保证风速不超过最大限值。

2.6 机组选型设计

新风机组一般安装在每层新风机房内，机组的选型及设置有3种方式：1) 按照疫情时的风量需求选择1台机组，如图9所示；2) 按照疫情时的风量需求选择2～3台机组，如图10所示；3) 只安装1台满足平时风量需求的机组，疫情时增加1～2台并联机组，预留疫情时需增加机组的位置。

图9 新风机房布置1台新风机组示意图

图10 新风机房布置3台新风机组示意图

根据平时和疫情时的风量设计标准，疫情时的风量是平时状态最小风量需求的2～3倍，按照疫情时的风量设置1台或多台并联新风机组，通过风机的变频调速或运行台数调节，可以实现平时空调季节和供暖季节最小风量运行，同时又可实现平时过渡季节全新风运行，用通风消除室内余热余湿，缩短空调运行时间，减少空调系统能耗；疫情下按照满足呼吸道传染病病房需求的大风量运行，满足疫情下空气稀释、压力梯度保障等。既达到使用效果，又减少运行能耗，符合绿色建筑的发展要求。建议按照疫情状态下的需求风量安装新风机组。

排风机组一般安装在屋面，考虑疫情防控等级、初投资等因素，可按照平疫状态下分别设置，通过密闭风阀实现平疫转换；也可通过增加并联风机台数，实现疫情状态下的需求。不同方式均需预留所需的设备安装空间。

风量调节模块即支路模块风机，按照平疫2种状态下的最大风量需求选型，平时状态下小风量运行，疫情下大风量运行；同时模块风机自带电动密闭风阀，系统启动时，电动密闭风阀自动开启，系统停止运行时，电动密闭风阀自动关闭，满足疫情下每个支路可单独关断、室内消杀的需求。

2.7 通风系统控制

通风控制系统应兼顾平疫2种工况下的不同控制需求。根据需求情况通过控制逻辑实现平时运行状态和疫情运行状态的一键切换或快速转换。

病房设置空气品质传感器，平时运行状态下，根据空气品质传感器对室内空气品质的监测情况实现支路风机手动或自动调节，进而联动主新风机和排风机的变风量运行，控制逻辑如图11所示。

图11 平时作为普通病房使用时通风系统控制逻辑

病房设置压差传感器，或预留压差传感器的安装位置，疫情状态下，控制系统快速切换，根据压差传感器对病房与缓冲间之间或病房与医护走廊之间的压差监测情况，联动控制支路排风机的自动调节运行，进而联动主排风机的变风量运行，控制逻辑如图12所示。

图12 疫情时作为呼吸道传染病房使用时通风系统控制逻辑

3 结论

1) 作为平疫结合型医院病区，通风系统需要满足2种状态下的不同使用需求，对于系统中不可变或难以改变的部分，要按照高要求的呼吸道传染病病房的需求设置，如系统划分、气流组织、系统管道设计等。

2) 作为平疫结合使用的通风系统，要实现不同状态下的转变及满足各运行状态下的动态需求，风量可变性是系统必须具备的特性。1套系统满足差异较大的2种状态下的需求，动力分布式通风系统是最优的系统形式。

3) 气流组织是污染源得到良好控制的根本，传染病病房气流组织应使传染源处于排风气流或排风区内。不论是传染病病房还是普通病房，均可形成上部清洁区、中部医护人员呼吸区和下部污染区的三区划分。平疫结合型病房，为了增强作为普通病房使用时室内空气的安全性，以及确保满足疫情下作为负压病房的使用需求，应采用污染区排风、清洁区送风的气流组织形式，并确保送风气流不超出清洁区。

4) 呼吸道传染病病区需要保证严格的压力梯度，根据压差传感器的监测结果控制通风系统的运行；普通病房重点是满足室内空气品质的需求，根据空气品质的监测结果控制通风系统的运行。平疫结合型医院病区，需要设置2种压差传感器或预留压差传感器的安装位置，通风系统需要设置平、疫2套控制逻辑，实现功能改变时一键切换。