疫情期综合医院空调系统分析与优化

张威

（广东省中医院珠海医院，广东 珠海 519015）

研究表明当空气或飞沫传染病在病房时及相应的中央空调通风系统，感染性病毒在传统空调系统气流的推动下，病人呼出感染性病毒的空气和飞沫作为传染源，在病房内广泛传播，易引起医务人员交叉感染。另外由于医院建筑群体复杂且大，许多地区需要使用空调系统来满足医疗需求。因此，加强医院空调管理对预防疾病传播具有重要意义。

1 医院主要空调系统简析

1.1 空调系统原理及运用地方

（1）新风系统的工作原理及使用场所空调的工作原理是将室外空气（新风）经集中式空调机组冷却（或加热）至室内适宜温度，再送至每个房间以满足使用要求，由于在空调中使用室外新鲜空气，不再利用回风，可保证每个房间的独立送新风，病毒不会通过空调通风管道相互传播。主要用于发热门诊、隔离室、实验室、病理手术室等场所。

（2）负压房空调系统工作原理及使用场所负压房本质上属于不间断持续的向室外排出室内的污浊空气而使室内空气形成低于外部空气压力，新风机组宜采用直膨式组合空调机组(含粗效、中效、高效过滤单元)，排风机组宜采用箱式风机(含粗效、中效、高效过滤单元)，广泛应用于发热门诊或感染者感染病毒期间。

（3）混合式空调系统的工作原理和使用场所这种空调是一种空调形式，它将大范围或局部区域内的多个房间的空气部分利用到空调机组制冷回风中，并通过制冷（或加热）处理室外空气，通过室外处理过后的空气与回风汇合将其输送到各个使用的房间。

（4）风机盘管+新风系统的工作原理及使用场所空调由两部分组成。一部分是：风机盘管将室内空气经风机盘管冷却（或加热）后再送入室内，使室内温度降低或升高，来达到室内适宜环境温度要求；另外一部分：新风系统将室外空气经过空气处理器冷却（或加热）达到适宜温度送至各房间，该系统很好地结合新风系统和混合空调系统的优点，即可在不混合供气的情况下为房间提供空气，避免了不同房间空气交叉互换的影响，为人体提供所需室外新鲜空气，主要用于医院病房、会诊室等。

（5）净化空调的工作原理和使用场所这种空调系统是将室外空气经过集中净化机组处理再送入洁净室的房间内，不断通过过滤器处理（如高效、中效、粗效）以实现室内空调的综合质量指标应满足相关技术规范的要求，其中包括空气温度、相对湿度、空气洁净度、压力、换气通风次数、气流速度、噪声、照度、自净时间等。主要用于手术室、血液移植科、重症监护室等对空调和净化有特殊要求的洁净区。

2 提高室内换气次数

一份新研究报告的文章观点彻底动摇了世界卫生组织和一些流行病学家的认知。2020年4月2日广州市疾病预防控制中心在《急诊传染病》杂志发表了COVID-19可通过空调气流传播方式（见图1），此篇文章已被多家媒体转载。

图1 座位安排

注：（1）图中日期为病者确诊时间；（2）B家庭成员B2和B3是由病者A1还是B1感染未确定；（3）C家庭成员C2是由病者A1还是C1感染未确定。

文章作者收集了相关原始数据，调取了原餐厅的视频记录和餐厅顾客的座位安排，通气率采用示踪衰减法测定，并用计算机模拟测量疑似病者呼出的飞沫液滴扩散的情况，比较了随后感染病例的室内位置和模拟病毒携带的气溶胶示踪剂的传播情况，图2显示了餐厅内污染气流的感染流线。COVID-19感染者在A、B和C区（见图1），在人体热流和空调风机盘管机机相互作用后，COVID-19感染者呼出的气体上升，在风机盘管吹出的风带动下将污染的空气带到天花板的高度。当它流经到对面的玻璃窗时，气流向下弯曲并从较低的高度返回。在每张餐桌上，受污染的空气在热食和人体产生的热空气流带动下向上流动，剩余的空气返回风机盘管，形成循环空气区或气流层。餐厅聚集性感染原因如下。

图2 新冠病毒在餐厅中传播途径的计算机模拟

（1）餐厅使用风机盘管空调机组，空调回风带有COVID-19感染者呼出的气体，进而再进行室内内部不断循环进而导致传播。

（2）另外一个原因是餐厅排风扇已关闭，没有有效排除带有病毒气体。

（3）再加上新风量严重不足，感染区人均新风（室外空气）3.7m3/h，低于ASHRAE62.1-2019标准的28.8m3/h标准要求。

（4）各餐桌之间的距离约为1m。

（5）感染区域和未感染区域之间没有物理隔离。虽然未感染区有风扇对流器，餐厅服务员往返于感染区和未感染区之间，但这些区域没有被感染，主要是感染区没有感染，病毒浓度明显高于未感染区-感染区，这是由不同的停留时间引起的。

得出结论：在人员密集公共场所区域通风不良和过度拥挤的区域，增加换气次来达到通风量提高，另外避免人员过度集中，增加传染可能性。

注：A桌子A1为感染者，A桌子A2、A3、A4、A5，B桌子B1、B2、B3，C桌子C1、C2为被感染者，其余桌子为未感染者，具体桌子座位安排可结合图1

3 优化气流分布方式

3.1 现状分析

以某个医院普通病房4人间为例，因接待的住院病者较多，且房间内空调系统气流分布复杂，故选择4人间作为本次研究的对象。同时，未考虑原病房空调系统病毒污染物浓度的影响。现案例中采用1台风机盘管和2个新风口，病房采用侧送、顶回风方式，风机盘管和新风系统隐藏在天花板内，单台风机盘管系统出风口尺寸为732mm×132mm，回风口尺寸为732mm×232mm，额定送风量为680m3/h。新风出口尺寸为250mm×250mm，新风量为130m3/h，每根风管下表皮离病房间层高3.8m，具体位置如图3（1）所示，

模拟分析水平风速为病者的位置为图3所示的矢量图，患者1、2、3、4的纵向头部平面的垂直风速矢量示意图如图3（2）所示。从图中可看出，在垂直方向，气流从风机盘管送风方型散流器、新风口的方型散流器吹出，空气在墙壁遇到阻力，然后经过向下返回水平流病者的身体，接着流入到风机盘管回风口；在水平方向上，房间内的部分气流流经病者1和病者2，然后流入的方型回风口格栅，患者1和患者2受送风系统直接影响相对较小，因为主气流经过患者1和患者2，在患者1和患者2上形成涡流。对于患者3和患者4，直接受送风明显影响比较严重。房间内的主要气流流经患者3和患者4，并在患者3和患者4上方形成局部涡流。在病者水平方向释放的浓度图和呼出的高浓度病毒数量如图3（2）所示。

图3 病房、患者位置模型图，气流矢量图

由图可见，在室内风机盘管+新风送风系统影响下1号和2号患者呼出的高浓度病毒，局部聚集在靠近墙壁的地方并横向移动。4号患者呼出的高浓度病毒与3号患者呼出的高浓度病毒混合更为明显，综上所述，患者1和患者2呼出的高浓度病毒受室内气流分布的影响，病毒形成堆积并在回风口壁附近移动，导致病毒的长期抑制和病者人数的增加，以及卫生专业人员之间可能的传播途径。与患者1和患者2相比，该病毒的持续时间更短，但病毒的传播范围更大，这也增加了患者与医护人员之间传播的可能性。 由此可以得出结论，在特殊情况下，由于医院普通病房普遍爆发疫情，病房的空调系统会出现一定的不足，合理优化病房新风风口优化，优化通道规划以减少病者与医务人员交流的可能。

3.2 实施情况

（1）风机盘管风口设计将原来房间的两个出风口合成一个大出风口，位于病人1～4的中间，并垂直向下送风。同时，也避免了直接吹气给人体带来的不适。

（2）风机盘管回风口设计由原房间的2个拆分为4个（原320mm×160mm，更改后120mm×120mm），分别

位于每个病床上方；在总回风口处增设病毒净化处理设备，确保处理病毒达标的效果。如图4（1）所示。

3.3 新风口设计

原房间两个新风口布置在距风机出风口200mm的两侧，以保证房间新风需求。

在改造后的病房中，图4（2）患者在水平方向释放的病毒数量和浓度的矢量图。从矢量图中可以看出，优化后的空调系统气流分布为患者1至患者4号呼出的病者提供了良好的隔离效果。只有每个病人将呼出的病毒暂时保持在一个小范围内，没有造成病毒的横向传播，相邻病者之间有一定的安全隔离距离。例如，患者1和患者2之间的安全距离约为0.6m，患者3和患者4之间的安全距离约为0.8m，气流速度矢量图表明，这种现象是由隔离引起的效应，由垂直向上的气流引起。

图4 改造方案设计、病房模型图，气流矢量图

综上所述，通过对医院4人间病房空调系统的优化设计，空气分配和疾病预防起到了积极的作用，与气流下送上回的组织形式相比，具有施工时间短、实用性强的特点，更适合当前的特殊防疫形势。另外与原有病房空调相比，优化设计方案明显具有以下优势：

一是空调送风量分配更均匀、更优地分配给每位患者。解决病者之间分布不均的问题，病者接触到的气流大部分为上升气流。

二是可提高病者舒适度，保证相邻病者之间有保护气流，一定的安全距离有效地将病者局部隔离，减少病毒的横向移动，避免病毒在室内外传播的风险。

三是快速上升的气流可以让病者呼出的病毒滞留时间短，可以迅速进入空调进行处理净化，解决局部病毒滞留问题，降低医护人员感染风险。

4 不同类型空调处置方案

4.1 空调类型管理方案及措施

新风系统，每周对新风机组的送风口、滤网进行清洁消毒，并做好书面记录。使用时，注意确保新鲜空气直接从外部吸入，严禁从机房、走廊、天花板吸入空气；确保排气系统正常工作，排气口远离新风出口、窗户和人员很多地方。

4.2 负压病房空调管理方案及措施

负压病房是传染性病毒治疗病人的重要场所,要加强管理,每天由专人进行巡回检查，确保室内压差送排风设备的正常使用。应制定清洁和消毒系统，以确保单个病者出院后得到充分清洁和消毒，并应更换供气和排气滤网。如果混合空调系统已关闭使用，请在使用前清洁并消毒送风口和回风口，清洁或更换滤网。

4.3 风机盘管+室外空气管理方案及措施

该系统可在保证各房间独立通风的条件下以及所有新风空调系统应正常投入使用，同时启动相应的机械排风系统；另外，每周对送风口、回风口、出风口滤网进行清洁消毒，并做好书面记录。使用时注意确保室外空气直接从外部进入，严禁从机房、走廊、天花板吸入空气；确保排气系统正常工作。传染性病毒结束后更换有效滤网，消毒管道，底盘和其他空调系统设施和设备应清洁，以加强自然空气循环，当回风口不在同一房间时，应停止使用，增加送风口、回风口、风口滤网的清洗消毒频率，并做好书面记录。

5 改进室内空气质量设计

除了传统的控制方法外，还提出以下规则和建议。

（1）经常通风开窗可显著稀释室内区域的病毒浓度，这是预防流行病的有效措施。感染性疾病的患者在相邻房间中有病毒感染颗粒，病毒可将其传播到空气中。同时，打开窗户可以增加内部水分,对于间歇式空调，应考虑冷凝的可能性。

（2）提高室内通风量换气次数（通风量），可以降低空气中传染性病毒的浓度，从而降低空气传播的风险。

（3）建议如果过滤材料不能灭活病毒，应尽可能使用高效（H13）和超高效空气过滤器（H14）。由于高性能过滤器的空气阻力远远大于空调和通风系统转换中通常使用的空气过滤器的空气阻力，因此应考虑风机残余压力不足的问题，并应通过消毒措施补充这些过滤器。

（4）具有病毒激活功能的移动式室内空气净化器可快速稀释室内区域的病毒浓度。

（5）紫外线灭菌灯（UVGI）是用于传染病流行的常规灭菌设备。

6 结语

对医院的通风空调系统进行重新梳理，调整空调运维策略也是非常必要的。科学的设计以及管理运维措施可以帮助医院感染管理部门做好医院感染控制工作。