对于传染性极强的新型冠状肺炎而言,隔离病房是医院中最重要的一道防线。隔离病房的用途主要分为两类:
1)
供抵抗力低的病人入住。由于病人本身抵抗力较低,较易受病菌感染,所以这类隔离病房要尽可能将病人与外界隔离,供气也需要保持洁净,减低病菌入侵病人的可能性。
2)
供具高传染性病人入住的负压隔离病房。对于感染了新冠肺炎、麻疹、肺结核和沙士等疾病的患者,为了避免病毒传播他人、污染环境,在设计和建造负压隔离病房时,需要特别注意正负压、气密、气流方向、换气率、排污系统、建筑材料等。
01
正负压的定义
Positive and Negative Pressure
“正负压”是一个气压的相对值,气压值较低的区域为负压区,气压值较高的区域则为正压区。由于一般由空气为媒介的污染物会随气流会由正压区流向负压区,正负压作为一种控制空气流向的方法,常被用于医院洁污分区的空调系统中。通过医院建设中正负压的设置,遏制负压区空气和污染物流向正压区,从而有效控制污染物的扩散。
气密和气压分级是通常在医院设计中防止病毒传播的重要手段,可以有效地隔绝室内的空气扩散到室外。
02
负压隔离病房的气密性
Air Tightness of Isolation Room
负压隔离病房的主要用途是把病人跟周边的环境和人隔开,避免身体直接接触或空气交换,防止交叉感染。
负压隔离病房的建筑主体必须达至气密水平,其机电系统经过房间必须小心处理与结构间的缝隙,负压隔离病房一般都会安装气密天花,提供气密保障。维修保养时,若开启过天花,气密的有效性可能会降低,必须根据美国ASTM E779-1的标准重新进行气密测试。因为负压隔离病房的气密极其重要。
尽管负压隔离病房内的气流整体由室外流入,但房间周边均为负压隔离病房,若房间之间存在缝隙,便有可能存在相对正压,导致病人之间的交叉感染。
03
负压隔离病房的国际标准
Negative Isolation Room Standard
美国、英国、澳洲等不同国家对负压隔离病房的标准不一,但原理大同小异——严格控制被污染的空气流向,让污染空气流到预设的安全地方,减低对周边环境和人的影响。
国家 | 隔离病房 | 前室 | |
相对走廊 压差(Pa) | 每小时 换气率 | 相对走廊 压差(Pa) | |
美国 | -5 | 2(FA)&12(room air) | -2.5 |
英国 | -10 | 6-12 | -5 |
加拿大 | -ve | 9 | |
澳洲 | -30 | 15 | -15 |
日本 | -ve | 6-12 | -ve |
而Health Technical Memorandum(HTM)是由英国卫生和社会保障部(Department of Health and Social Care)编制的医疗类型项目机电系统设计、建造、验收、保养指南,是香港及英联邦国家医院项目建设标准的基本要求。
根据HTM,负压隔离病房设有独立的卫浴间和前室。前室和隔离病房内都设有供风和抽风,卫浴设有抽风。抽风设备采用High efficiency particulate air Filter(HEPA)滤网(达到HEPA标准的过滤网,对于0.1微米和0.3微米的有效率达到99.7%,HEPA网的特点是空气可以通过,但细小的微粒却无法通过),在清洁污气后,再由独立的排风系统将过滤后的气体排放到预先设计的地方。前室相对走廊的压差为-5Pa,隔离病房相对前室的压差也是-5Pa,空气的流动方向为:
走廊 → 前室 → 隔离病房 → 卫浴间 → 抽风系统
由于前室和走廊也有-5Pa压差,当门打开时,空气会从走廊流向前室。这样的设计让前室作为一个屏障,阻止负压隔离病房的污气流到走廊。
此外,前室和走廊之间的门也设计为连锁开关,避免两扇门同时打开,导致在失压的情况下让隔离区的污气流向洁净区。
04
负压隔离病房的气流方向
Air Flow of Isolation Room
病毒的传播和病毒的浓度有着极大的关系。对于通过空气传播的病毒,在负压隔离病房控制空气流动的方向,对降低病毒浓度、防止病毒传播有着重要的影响。负压隔离病房的设计大致上可有效控制污气的流出,但由于感染源处于隔离病房内,病房内的气流设计也要考虑避免病毒在房间内积聚,保护在病房内工作的医护人员。
在负压隔离病房内,气流设计的原则为由洁净区流向污染区,并尽量缩短污染区和排气口的距离。
其中,比较有效的方法是将供风口设计在床尾天花的位置,抽风放置于病人头部附近的位置。另外,供风口放到医护经常工作的另外一面也是较理想的,保持医护在房内经常工作的位置相对洁净。气流还要尽可能设计为单向流动,保持气流稳定、低速,以避免气流短路、滞留而导致污染物的累积。
在气流设计的原则之上,由于现实情况中不同的局限性会使具体的布置有所差异,对于复杂的情况需要借助计算机辅助虚拟气流分析。
05
负压隔离病房的换气率
Air Change
医院内的空气品质对病人有非常显著的影响,在负压隔离病房内空气品质和换气率更会影响到医院的感染控制。高的换气率可以冲淡病菌的浓度,在低浓度的状态下,许多病菌的传染都会相对下降,因此提高负压隔离病房的换气率,可以降低医护人员的感染机会。
HTM规定,负压隔离病房的温度在8-28ºC之间,换气方面不少于10 ACH (Air Change per Hour),即每小时须有十倍以上的房间体积空气流入和排出。换气率越高,稀释效果和空气质量也会更好。
然而,高换气率也意味着进出房间的气量随之增加,容易产生噪音问题;由于大量室外空气被引入室内,另须适度控制室外空气的湿度和洁净度,也会增加空调的运气成本。
06
负压隔离病房的HEPA滤网
HEPA Filter
从室外进入负压隔离病房的空气品质可按照普通病房的标准,G4级别的过滤网已可达到相应要求。相反,由于感染病源在隔离病房内,被污染的空气在排除室外前,必须小心处理,以免泄露病毒、污染周边环境。
HTM规定,在有需要时,负压隔离病房的污气在排出前须经过滤网洁净,对于收治高传染性病人的负压隔离病房,建议排出室外的空气需用H13级的过滤网清洁。基于H13清洁的有效率为99.95%(% Efficiency at most penetrating particle size MPPS),可以提供极佳的洁净效果。为免造成交叉感染,负压隔离病房的排气必须与其他排气系统分开。
HTM对污气排出的地点和要求也有严格的规定。排气出口须设置在屋顶最高位置的三米或以上,且污气出口附近范围不可有可打开的窗门和入气口,防止污气再次进入建筑物。
由于现实环境变化多端,在复杂的环境下,有必要借助计算机辅助虚拟气流分析。此外,抽气扇也要尽量设计在室外近排气出口的位置,如此大部分风管都会处于相对负压的状态,即便风管破损,也可大大降低泄露的程度。
07
负压隔离病房的压力计
Pressure Gauge
相对压力是较难被观察的。测试中,我们可用轻烟雾判断气流的流向,确定相对负压的区域。而在日常的医院运作中,我们必须采用精准的压力计监测压力情况,在压力异常时提醒医护人员。因此,压力计最好安装于隔离病房和前室之间、前室和走廊之间便于观察的地方。
而在正常运作的情况下,门会经常打开。如果门一打开,压力消失,警报马上便响起,对医护人员会造成无谓的烦扰。久而久之,很可能会习惯性忽略警报。因此,设定警报时必须与使用者沟通,设定一个合理的缓冲时间。
在实际的运作中,负压隔离病房也要定期进行烟雾测试,确保空气流向正确和压力计正常运作。
08
负压隔离病房的排污系统
Drainage System
负压隔离病房的排污系统要特别小心处理,厕所要直接接驳到主污水渠,减少不必要转弯造成的淤塞,洗手盆、地台去水和淋浴盆要通过排水隔气再排到废水渠,防止污气由主系统倒流入室内,增加交叉感染的机会。污水和废水在排出前要消毒处理,避免污染公众排污系统。
09
负压隔离病房的建筑材料
Building Materials
在负压隔离病房里,存在较多的传染病毒,在选用物料时必须要以易于清洁、无缝隙、不容易藏污垢,并且能抵受各类型的清洁剂,消毒和烟熏等程序所产生的影响为原则。风管要用刚性的,柔性风管绝不适宜。门要自动关门和水龙头,花洒等要选非接触式,尽量减少直接接触的机会。灯具要足够耐用,减少更换的需要,并且要有保护罩和易于清洁,减少灯具直接接触污染物和藏污垢。
10
负压隔离病房的系统测试
System Testing and Commissioning
在负压隔离病房正式运作前,必须严格地按照程序进行测试工作,包括气密性测试、负压测试、风量测试、湿度/温度测试、气密门系统测试、后备系统测试、系统失效模拟测试等,碓保系统顺畅。
必须要注意测试个别部件在不能正常运作时,系统的压力有否改变并引致气流流向的改变,因在负压隔离病房气流流向改变是一个非常严重的问题,这可能会引致洁区的污染。
结语
香港医院建设基于英国HTM设计负压隔离病房已有很长的历史,实践是HTM行之有效的最好证明。医院事关重大,其设计、建造、测试及运营需要依据科学,必须严格遵循相应程序。
复杂系统中一个缝隙、冗长步骤中一个细节疏漏,都可能使原先精密的感染控制设计失效。因此,筹划负压隔离病房必须打起十二分精神,以最严谨的态度进行设计与建造,避免医院感染控制百密一疏而功亏一篑,这也是长期从事高标准医院建设的一点感悟吧。
张志健
中建国际医疗产业发展有限公司
设计副总监(机电)
张志健先生,中建国际医疗产业发展有限公司设计副总监(机电),英国电气工程师学会会员、英国特许机电工程师、香港工程师学会会员、香港注册专业工程师,长期从事医院及实验室建设,在大型医院及复杂实验室机电系统设计及测试方面有丰富的经验。
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END
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