ASHRAE 170-2021关键技术及与中国标准的对比分析

刘 蕾 罗 涛 胡仰耆 杜 坤 李常山

(华东建筑设计研究院有限公司,上海)

0 引言

近年来笔者所在公司承接了大量国内大型三级甲等医院及一些国外医院的设计项目,美国ASHRAE 170《医疗保健设施通风》(Ventilation of health care facilities)(以下简称ASHRAE 170标准)是国外医院项目设计中采用的标准之一。

在工程实践的基础上,笔者对2021版ASHRAE 170标准进行了学习和研究,总结其关键技术,并与中国标准对比分析,归纳、提炼适用的通风设计技术及方法,希望能对国内医院项目设计提供借鉴,对采用ASHRAE 170标准的涉外医院项目设计提供帮助和参考。

1 ASHRAE 170标准简介

ASHRAE 170标准第一版于2008年9月正式颁布,是美国国家标准学会(ANSI)第一个有关医疗设施的通风空调标准[1]。

ASHRAE 170标准以4年为周期不断发布增补和更新,最新版本ASHRAE 170-2021于2021年5月发布。这是新冠疫情暴发后的第一次修订,与2017版内容相比,2021版有大量的修正、改进和补充[2]。

ASHRAE 170-2021的前言中说明,该标准是给规范执行机构采用的最低要求,关于美国医疗建筑更详细的暖通空调设计要求及指南,可参考《ASHRAE手册——暖通空调应用》(ASHRAE handbook—HVAC applications)、《医院与诊所的暖通空调设计手册》(HVAC design manual for hospitals and clinics)等。

2 ASHRAE 170-2021关键技术概要

ASHRAE 170-2021从系统与设备、住院空间通风、门诊空间通风、居住性医疗空间通风等方面对医疗保健设施中环境控制的通风系统设计提出了要求,主要包括换气次数、空气过滤、与相邻房间的压力关系、房间循环机组、室外排风口、能量回收、加湿、无人使用时系统运行模式等关键技术要求。

3 ASHRAE 170-2021关键技术与中国标准的对比分析

3.1 换气次数

保证医疗用房最小新风量可以满足卫生要求,减少人员、建筑、医疗废弃物污染对医疗环境的影响,并补偿排风量和保持与相邻房间的压力关系。保证医疗用房最小总换气次数可有效满足房间的最小通风量,从而保证房间污染物浓度降低或排除的时间。

1) ASHRAE 170-2021分别给出了各医疗用房最小新风换气次数、最小总换气次数的要求。我国国家标准中对洁净用房(包括洁净手术部用房)、传染病负压病区提出了具体的换气次数要求,对普通医疗用房给出了统一的要求。ASHRAE 170-2021和我国国家标准关于典型医疗用房换气次数及与相邻区域压力关系的对比见表1。

表1 典型医疗用房换气次数及与相邻区域压力关系的对比

从表1可见,对于急诊公共等候区、急诊分诊区、急诊创伤室、急诊抢救室、支气管镜检查室、放射等候室等房间的最小总换气次数,ASHRAE 170-2021提出了远高于我国国家标准的要求。这些房间或区域存在潜在污染物或感染源,有较大的疾病感染风险,因此采用较大的房间通风量非常有必要,建议适当增加这些房间的最小总换气次数。

2) ASHRAE 170-2021规定,正压房间的最小总换气次数用于计算房间的送风量,负压房间的最小总换气次数用于计算房间的排风量。GB 51039—2014明确医疗用房的最小总换气次数6 h-1是指送风换气次数;洁净用房的换气次数也理解为是对送风换气次数的要求。

3) ASHRAE 170-2021规定,在基于节能等原因需改变房间的通风量时,仍应满足最小换气次数的要求。当医疗用房采用变风量空调系统时,系统风量可能经常处于变化之中,ASHRAE 170-2021要求此时需采取相应措施保证最小换气次数。

4) ASHRAE 170-2021规定,对于允许采用房间循环机组的房间,最小总换气次数中大于最小新风换气次数的部分,可由房间循环机组来提供。例如房间最小新风换气次数为2 h-1、最小总换气次数为6 h-1时,房间循环机组的换气次数最小可为4 h-1。

3.2 空气过滤

通过对空气进行过滤,可以有效去除空气中的颗粒污染物,从而保证良好的医疗空气环境,避免交叉感染。

在ASHRAE 170-2021的表7-1、8-1、8-2、9-1中,给出了各医疗用房机械送风系统空气过滤器的最低效率要求,并在其附录中的表D-1进行汇总,如表2所示。

关于医疗房间空气过滤器设置及最低过滤效率要求,ASHRAE 170-2021与我国国家标准的主要异同对比如下:

1) 普通医疗用房空气过滤器最低效率。

与ASHRAE 170-2021不同,我国国家标准要求根据室外空气质量确定新风过滤器效率,当室外PM10年均值未超过年平均二级浓度限值时,新风设置粗效和中效两级过滤器,当室外PM10年均值超过年平均二级浓度限值时,还应再增加一道高中效过滤器。

在ASHRAE 170-2021中,对送风系统空气过滤提出了要求;我国国家标准中更重视医院回风的除尘及除菌,对于医疗用房集中空调系统和风机盘管的回风口,GB 51039—2014要求设初阻力小于50 Pa、微生物一次通过率不大于10%和颗粒物一次计重通过率不大于5%的过滤设备,需采用效率级别为中效一级以上过滤器才能满足要求。

在我国常规设计中,普通医疗用房的送风系统中空气处理机组一般采用粗效(G4)和高中效(F7或F8)两级过滤,高于ASHRAE 170-2021中对Ⅰ级医疗用房的过滤要求,与ASHRAE 170-2021中对Ⅱ级、Ⅲ级医疗用房过滤器效率要求基本等同。

2) 手术室空气过滤器最低效率与设置要求。

ASHRAE 170-2021与我国国家标准均对手术室空气过滤器设置及最低过滤效率提出了要求,两者对比见表3。

表3 手术室空气过滤器设置及最低过滤效率对比

从表3可见:我国Ⅰ级洁净手术室的送风最低过滤效率要求与ASHRAE 170-2021中特殊手术室基本一致,我国Ⅱ级洁净手术室的送风最低过滤效率要求与ASHRAE 170-2021”中一般手术室基本一致;对于回风、排风最低过滤效率要求,我国国家标准高于ASHRAE 170-2021。

3) AII病房(负压隔离病房)空气过滤器最低效率及设置要求。

ASHRAE 170-2021与我国国家标准都对AII病房空气过滤器设置及最低过滤效率提出了要求,见表4。

表4 AII病房空气过滤器设置及最低过滤效率对比

从表4可见,对于AII病房,无论是送风还是排风空气过滤器的最低效率,我国国家标准均比ASHRAE 170-2021要求高。

4) 过滤器与风机的位置关系。

按照ASHRAE 170-2021的要求,对于不允许采用房间循环机组的医疗用房,当送风最低过滤效率要求为MERV 14、MERV 16和HEPA时,应将送风末级过滤器设置在盘管和送风机的下游。此要求与GB 51039—2014中对洁净用房、GB 50333—2013中对洁净手术部的要求均相同。若将送风末级过滤器设置在盘管和送风机的上游,则可能造成过滤处理过的空气被二次污染,建议对于常规医疗用房的空气处理机组,也将末级过滤器设置在盘管和送风机的下游。

3.3 与相邻房间的压力关系

在医疗房间通风设计中,确定每个房间与相邻区域的压力关系,是保证医疗区域及用房正确有序气流流向的关键所在。

1) ASHRAE 170-2021给出了所有医疗功能用房与相邻区域的压力关系要求,或为正压,或为负压,或无要求。我国国家标准明确了一些医疗用房与相邻区域的压力关系,如洁净手术部、负压隔离病房、小儿科候诊室、隔离诊室等。

由表1可以看出,ASHRAE 170-2021规定放射等候室、支气管镜检查室等与相邻区域的压力关系为负压,放射等候室人员可能存在呼吸道传染疾病,支气管镜检查室污染物较多,其中的痰液收集会产生异味及有害气溶胶,故这些医疗用房设计为负压很有必要。

从表1中还可以看出,ASHRAE 170-2021要求急诊公共等候区、分诊区与相邻区域的压力关系为负压,急诊区内就诊人员复杂,有携带空气感染病原体的潜在危险性,为了避免交叉感染,设计为负压是合理的。但是此要求目前在我国很难运用及实现,主要是由于急诊就诊人流量大,门很难长时间关闭,难以保持负压状态。

2) ASHRAE 170-2021明确规定,不允许将房间之间的压力关系进行正负压切换,这与我国相关规范及标准存在差异。在GB 50333—2013中规定了正负压转换手术室转换的相关技术要求;在2020年发布的《综合医院“平疫结合”可转换病区建筑技术导则(试行)》中规定护理单元“平时宜微正压,疫情期间应转换为负压”,要求重症监护病房“平时宜正压,疫情期间应当转换为负压”[7]。

在房间正负压转换过程中,需调整设备运行模式、转换通风系统的控制逻辑,以及切换阀门启闭状态等,这些调整及改变可能成为系统运行的不可靠因素。因此,如需按照工况改变房间之间的压力关系,应采取可靠的技术及运行管理措施。

3.4 房间循环机组

针对医疗用房中房间循环机组的使用与否,ASHRAE 170-2021作出了明确的规定,这些规定与我国国家标准或习惯设计方案存在一定的差异,关于典型医疗用房采用房间循环机组的对比见表5。

表5 典型医疗用房采用房间循环机组对比

从表5可见,对于ASHRAE 170-2021明确要求不能采用房间循环机组的房间,例如急诊的创伤室和抢救室、胃肠镜检查室、支气管镜检查室、ICU等,我国在常规设计中可能会采用风机盘管(或多联机)等房间循环机组。

从表5中对普通病房及普通诊室的要求可以看出,对于这些医疗用房采用房间循环机组,ASHRAE 170-2021虽未完全限制,但是在《医院和诊所的暖通空调设计手册》(HVAC design manual for hospitals and clinics)[9]中明确提出,对于医疗用房,风机盘管因维护困难、空气过滤能力差、感染风险高,不鼓励使用。

3.5 室外排风口

一些医疗用房排风含有害微生物、气溶胶,会对周围环境产生潜在的不良影响。关于有害污染物的室外排风及排风口相关要求,ASHRAE 170-2021与我国国家标准的对比见表6。

表6中关于排风口无防雨风帽设置的形式可参见《ASHRAE手册——暖通空调应用》(ASHRAE handbook—HVAC applications)[10],具体见图1中A～J做法。

从表6可以看出,对于含有有害污染物的排风,我国国家标准要求处理后排放,ASHRAE 170-2021则只要满足排风口位置设置要求即可。对于AII病房、实验室通风柜等排风口,ASHRAE 170-2021要求采用无防雨风帽或其他阻碍排气的装置,我国常规设计时采用有防雨风帽的设计居多。有风帽设计,虽可以防止雨水进入,但阻碍了排气顺畅;无风帽设计则可以加快空气稀释,但需做好排水设计。

3.6 能量回收

医院是民用建筑中的耗能大户,随着国家“双碳”战略目标的提出,医院的节能设计更显重要,采用能量回收装置是其中的重要措施之一。

ASHRAE 170-2021规定服务于AII病房(负压隔离病房)的排风系统不应采用能量回收,除非送风系统和排风系统完全隔离且有足够的距离;规定急诊候诊室、分诊室、急诊去污室、放射科候诊室、暗室、支气管镜检查室、痰液收集室和喷他脒给药室、实验室通风柜和其他直接接风管的实验室设备排风、麻醉废气处理、尸检、非冷藏尸体存放、内窥镜清洗等不应采用有潜在漏风的能量回收系统。

对于医院而言,能量回收装置的设置,除了要考虑节能,更重要的是必须避免因能量回收装置设置不当造成空气感染。

3.7 空气加湿

医学调查研究表明,合适的空气湿度不仅可以满足人体的舒适性要求,还可以降低细菌的存活率。

ASHRAE 170-2021明确规定医疗用房空调系统应采用蒸汽加湿或高压微雾加湿。对于采用高压微雾加湿,ASHRAE 170-2021对水质、水温等都提出了明确要求。

在我国医院设计中,采用蒸汽加湿或高压微雾加湿居多,但也存在采用湿膜加湿的情况。湿膜加湿因存在滋生细菌和水变质的风险,不建议采用。

3.8 无人使用时运行模式

在ASHRAE 170-2021中,对于所有医疗用房无人使用时空调通风系统及设备的运行模式都提出了明确的要求,即保持运行、调小运行、关闭3种模式。我国GB 55015—2021《建筑节能与可再生能源利用通用规范》也提出“在非使用时间内应降低空调运行温湿度和新风控制标准或停止运行空调系统”[11]。表7总结了ASHRAE 170-2021对典型医疗用房无人使用时空调通风系统及设备的运行模式要求。

表7 典型医疗用房无人使用时运行模式

对于医院建筑,除了考虑节能,更重要的是防止各类感染,保持良好的医护环境。因此,医院设计时应综合考虑医院所在地的气候特点(如严寒地区需设值班或24 h供暖,极热地区需设值班或24 h供冷)、医疗用房的压力要求、洁净度要求及室内污染源情况等来确定无人使用时系统与设备的运行模式。

4 结束语

在医院建筑暖通空调设计中,采取以下技术措施很有必要:

1) 对于存在污染物或潜在感染源的医疗用房,宜提高房间的最小总换气次数。

2) 明确医疗用房与相邻区域的压力关系,并根据压力关系要求进行系统设计非常重要。

3) 对于有污染物产生的医疗用房,应评估采用房间循环机组是否会产生感染风险。

4) 有污染物存在的医疗用房采用新排风热回收装置时,应采用没有潜在漏风风险的设备。

5) 医疗用房空调系统采用湿膜加湿存在细菌滋生风险,不建议采用。

6) 医疗用房在无人使用时,系统采取保持运行、调小运行或关闭模式,应由减少感染潜在性与经济性共同确定。