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医用空调机组研发思路与应用

2017-03-01 10:00 作者：zyt

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医用空调机组研发思路与应用

Abstract：

This paper discussed the microbe contamination control thinking and its control demand. The according to China Standard “Air conditioning unit for clean operating room” controlled environmental measure

Key Words：

indoor environment controlling, biocontamination agents，biocleaning technologe, air conditioning system.

　　一、引言

　　医用空调机组泛指用于对微生物有控制要求的空间的空气处理机组，因此其应用场所不仅仅限于医院，还应包括制药、微生物学、遗传工程、生物检疫、医学实验、生物安全实验室等场所。2000年依据《医院洁净手术部建设标准》开发的洁净手术室专用机组以来，人们开始认识到医用空调机组的特殊性，以及认识到空调系统的二次污染与微生物控制的原理与措施。随着洁净手术部建设与实施，医用空调机也在应用中不断发展与成熟起来的，并运用到其它领域。如从应用场合可以分成四大类（见表1），各有不同的特点。在这基础上编写并颁布了国标GB/T19569－2004《洁净手术室用空气调节机组》（以下简称国标），并在定义明确说明适用洁净手术室及类似有微生物控制要求的场所。由于行业的不同，常常不为广大医院建设方所熟悉。近十年来医院建设的蓬勃发展，促使许多厂商研究、开发医用空气处理机，但符合国标的不多，有的甚至弄巧成拙，为解决交叉感染而增添不少消毒、灭菌装置，反而加大污染的风险。

表

医用空调机组的服务对象与应用场所

空调机类型	服务对象	举例	应用场所
普通医用型	对象人群	易感人群、患者、医护人员	一般诊疗场所
高度无菌型	保护对他人无害的对象（易受气溶胶感染的人）	白血病人、器官移植、严重呼吸道过敏、手术患者等	无菌病房、洁净手术室等，无菌车间
传染隔离型	保护受对象伤害的他人	肺结核病人、SARS病人等病房，病原微生物检疫	负压隔离病房，病原微生物实验室
安全防护型	同时保护对象人群与他人	危重传染病人、检验科室等，生物与医学实验	有套间的隔离间，生物安全实验室

这几年医院大规模建设，全封闭空调建筑为数不少，尽管重点科室如洁净手术部、无菌病房、重症监护病房感染率大幅度下降，但普通病房、门诊、处置室等普通场所感染率有所上升，还不如原来的通风简陋建筑。很明显普通医用空气处理机连通风那样稀释消毒的效果也不能达到。近年来在人们试图用通风空调来控制医院院内环境，以能安全有效防止院内感染的同时，空调通风系统在医院环境中应用却不断出现问题。经过大量的调查人们惊讶地发现在空调通风系统中普遍存在着促使致病菌繁殖、释放、传播的因素，尤其对空气途径传播的烈性传染病病菌，几乎毫无防范能力，反倒成为医院院内感染的重大隐患。不得不引起我们深思。国标已将空调系统中积尘积水称为一次污染，由此诱发的微生物污染定义为二次污染。最近德国医疗卫生协会、瑞士医疗卫生协会和奥地利卫生，微生物及预防医学会提出的欧洲“医院卫生指南”中也承认在许多场合中空调系统已被证实为污染源，认为这是传统思路的突破。

　　我们应该如何依据国标GB/T19569-2004《洁净手术室用空气调节机组》研发医用空气处理机？对于空调机组二次污染，现有两种控制的思路一是做减法，另一重是做加法，所谓减法是直接消除空调系统中可能存在的污染源，而加法则是不顾污染源的存在，增加“净化”“杀菌”措施，来消除空调系统产生的污染。但是绝大多数“杀菌”措施总有其负面作用，目前多数厂商常常认为在空气处理机设置杀菌措施越多越好，结果往往事倍功半，甚至得不偿失，反而加大微生物污染的隐患。

二、医用空调机组的控制思路

　　过去我国研发医用空气处理机往往只注重增加杀菌装置，特别重视化学消毒。但长期实施下来效果并不佳，化学消毒客观上助长了耐药性菌株，化学药物残留产生的危害。即使杀死了微生物，但微生物尸体与代谢物也是过敏原。可见化学消毒仍未消除危害，反而增添更多不利影响。近来针对化学消毒的弊病，医用空气处理机开始采用物理手段去杀菌与除菌，如采用紫外线辐照、高压静电或等离子、过滤除菌、重金属离子抑菌（铜、银离子）和光催化等手段。但是控制思路没有变化，只是手段变了，仍然只考虑将系统中已经存在病菌的消杀，仍未消除微生物滋生的问题，微生物污染隐患还在。对此各国相关标准十分关注，要求尽量避免在系统积尘积水。归纳各国有关标准对空气处理机大致提出如下措施（见表2），可见这些措施中并没有添加任何化学与物理消毒装置。国标GB/T19569－2004《洁净手术室用空气调节机组》已充分吸取了各国标准对医用空气处理机的这些要求。

表2　各国标准对医用空调机组的要求

部件	措施
新风口	设置防雨进风口，推荐采用集中新风处理箱
热交换器	不应采用淋水室，采用表面式热交换器，
凝水盘、水封	凝水盘足够大，不积尘，不存水。水封能顺利排走凝水，防止污染臭气从排水管逆流的排水。水封深度取作空调机内的静压的两倍以上。
加湿器	加湿使用的水至少达到可饮用水的质量。不应使用蓄水型喷水加湿器或离心雾化加湿器。在蒸汽加湿时，蒸汽应不含任何有害于健康的物质。加湿装置应与其使用目的相符合的，能抗腐蚀、可清洁以及可消毒的。
空气过滤器	通过过滤器介质的气流的湿度不能超过95%，避免过滤器受潮或长期处于高湿度下。

　　国标GB/T19569－2004《洁净手术室用空气调节机组》注意到生物洁净技术不同于工业洁净技术（见表3），国标采用的一个重要思路在于从根本上破坏或消除微生物在系统中定植、滋生和传播这一关系链，也就是说消除细菌滋生的条件，抑制或降低细菌发生，切断系统所有潜在的污染传播途径。当然国标也为生物洁净室提供了有效的技术保证，如足够的余压可使用高效空气过滤的物理方法有效将空气中的所有微生物清除掉；大风量可有效实施气流技术使室内的无菌程度达到了以前单靠化学消毒方法达不到的程度；并有利于采用压力控制技术有力地保证无菌空间免遭室外污染的侵入（或室内微生物污染渗漏到室外）。

表

3
　生物洁净技术与工业洁净技术的不同要求

名称	生物洁净技术	工业洁净技术
控制思路	更重视从根本上消除细菌滋生的条件，抑制或降低细菌发生，切断系统所有潜在的污染传播途径。	三级空气过滤（保证送风中无尘）换气次数（稀释或排除室内污染）正压控制（避免室外污染气流渗入）
微粒性质	微生物为活的粒子，会繁殖。在空气中形成带菌粒子，当量粒径较大	受控的尘埃粒径更小，浓度更高。有的工艺还注重尘埃的化学性质
系统特性	系统产生的一次污染易诱发二次污染	系统产生一次污染由末端过滤除掉
微粒控制目标	控制微生物及其代谢物的浓度，更注重消除微生物污染或危害。	控制尘埃的粒径与浓度（或洁净度级别），注重工艺生产的保护
微粒控制要求	由质量控制体系要求来确定空气中容许微生物浓度（净化措施只是手段）。	控制粒径一般考虑为特征线宽的三分之一或更小。
微粒对工艺影响	生物微粒要达到一定的浓度才能构成危害。	处于关键部位的一颗微粒就能毁掉整个集成电路。
控制微粒的特性	是一种累积性危害微粒（Progressive Failure Particle）。无控制粒径概念。	能引起工艺致命损害的“杀伤粒子” (killer particles) 的最小粒径
控制特点	室内发湿量较大，湿度优先控制，温湿度控制有要求	室内发热量较大，发湿量较小。温度优先控制，温湿度控制精度高

　　空调自诞生起就是一个耗能的产业，长期以来一直注重提高热湿交换效率，无论是空调箱的部件制作、设计参数的确定还是功能段的编排，都是以提高热湿交换效率为中心。但这些措施并不完全符合生物洁净技术的净化除菌要求。传统的空调机组在制作或系统设计、施工和管理上的不合适而造成局部积尘和高湿度，导致细菌定植、繁殖，产生大量有害的代谢物。或者说在系统的有限的空间中产生更为有害、更为直接的新污染源，直接危害控制空间。生物洁净技术是与一般的传统空调概念完全不一样的新思路（见表4）。如不跳出传统思维方式，设计思路不从“提高热湿交换效率”转变为“有效净化除菌”，就永远不可能研发出一种满足生物洁净技术的要求的新型医用空气处理机。

表4　普通空调机组与医用空调机组的区别

	机组类别	普通空调机组	医用空调机组
1	设计出发点	提高热湿处理效率	消除微生物污染
1	设计出发点	加大传热传湿面积与表面紊流度	避免积尘、存水，采用难滋菌基材
2	热湿处理设备	可以采用淋水室或带喷淋带热交换盘管，处理状态多	只容许采用表面式热交换器
3	热交换盘管	盘管的翅片打皱与开窗，强化换热	要求平翅片，表面光洁平滑不积尘、涂亲水膜，不产生水珠
		提高断面风速、减少机组断面积	降低断面风速、扩大换热面积
		无要求设置中效过滤器	盘管前要求设置中效过滤器
		采用挡水板，降低带水量	不采用挡水板，避免积尘滋菌
		盘管处于负压段，热湿交换充分	要求盘管处于正压段，消除积水
4	送风机		大风量、高压头、出风设均流装置
5	凝水盘、水封	凝水盘、水封能保证排出冷凝水	要求大坡度的不锈钢凝水盘
5	凝水盘、水封		取消水封，改为气封，无存水
6	加热器	加热管加翅片，提高效率	加热管表面光洁平滑不易积尘
7	加湿器	容许水雾化加湿、加湿量大	干蒸汽加湿，无水滴，无凝水
7	加湿器		水质要求达到饮用水标准
8	空气过滤器	只要求设置粗效过滤器	避免粗、中效过滤器受潮滋菌
8	空气过滤器		高效过滤器前送风湿度不大于75%
9	箱体	内表面材料不生锈	内表面光滑、材料不易滋菌
			内表面和内置件耐消毒药品腐蚀
		内表面接缝无要求	至少要求底部交角为园角
		箱体的漏风率不应大于3％。	洁净度级别不低于1000级的系统，箱体的漏风率不应大于1％，洁净度低于1000级的系统，箱体的漏风率不应大于2％。
10	自动控制	温度优先控制	湿度优先控制，控制要求高

三、医用空调机组的控制要求

　　国标GB/T19569-2004《洁净手术室用空气调节机组》明确对医用空调机组提出了新的要求，如强调“防止机组内部积尘滋菌，保证所输送的空气满足卫生要求”，强调是“防止”，而不是在空调机组内杀灭滋菌。防止滋菌的一个重要原则是长期保持空调系统的干燥与清洁。相对来说消除积尘较为简单，因此“有效净化除菌”的设计思路的关键在于“湿度控制优先观念”，从保障体系的思路来说，湿度就是关键的影响因子。应该优先考虑将系统中水分尽快排除、避免水分的产生、飞扬、积存或局部形成高湿度。依据这样思路可以认为高湿度就是污染物。这样将微生物控制简化为湿度控制的概念。提出“余湿是污染物”的理念，控制余湿措施就落实到新风与机组本身。

　　对于医用空调机组本身来说消除微生物滋生源关键是不要积水、或引起高湿度。为此国标要求：“空调机组在试验工况下运行，应在3min内排出凝水”，并要求“中效过滤器进口空气的相对湿度不高于75%”。传统的空调机组难以做到。因为传统空调机组是将熱湿交换部件设置在机组的负压段，凝水难以迅速排除。中效过滤器设置在盘管的后侧的正压段，处理到露点的空调风通过中效过滤器无法达到75%。因此只有对医用空调机组内的各部件重新排序（见图1），才能满足国标的要求，并在动态控制中实施湿度优先控制。

图1　医用空调机（功能段的排序为：新风回风混合段，风机段，均流层段，中效过滤段，热湿处理段）

　　对空调系统来说新风是最大的热湿负荷，首先要消除新风的含湿量，尤其是雨天新风对机组积水的影响。一般常采用性能良好的防雨百叶和密闭阀等措施。而新风的任务又是消除污染（包括余湿与其它污染物），新风的量与送风参数应由这些污染负荷确定。如果从消除余湿污染物这一理论出发会使我们思路更清晰，由于新风中几乎不含致病菌，因此控制的重点应是室内回风。为有效控制室内微生物，首先要保证送风无致病菌。如果室内状态由新风（新风消除污染）与空调（调节温度）两个系统实现。室内循环空调机组只控制温度，或者说只处理显热，这样的机组就可成为无凝水机组，保持了整个机组干燥无水状态，彻底消除了滋菌的隐患。这就要求医用空调机组发展无凝水机组。对室内有病原等场合，国标还规定：“对特殊要求，可用不低于相应过滤效率的抗菌过滤器替代”。

　　由于新风承担消除整个系统的湿负荷，新风不再处理到传统的室内焓值点（不干扰室内状态的理念），而是要新风作贡献（dedicate）处理到更低的焓值，消除所有湿负荷，室内末端机组只消除余热。这就要求医用空调的新风机组从独立新风机组（Independent outdoor air unit）发展到专用新风机组（Dedicated outdoor air unit）。

另外传统空调常常采用一次回风，保障舒适新风量与保证正压控制的补风量是耦合的。温湿度变化的新风易造成室内　　的干扰，回风中微生物遇到高温高湿的新风易滋生，运行实践也证明对微生物控制不利。由于过滤器积尘引起新风与一次回风比变化，造成区域压力失控。因此在医用空调系统常采用专用新风系统，取消一次回风，加强二次回风（旁通）。

这些措施对消除微生物污染，发挥新风效益，隔离回风，防止交叉感染等十分有效。

四、结语

　　医用空调机组适用于对微生物有控制要求的空间，近年来我国生物医学科学的发展，对相应空调系统不断研究与探索，形成了一套完整的技术思路，在大量的实践基础上编写并颁布了国标GB/T19569－2004《洁净手术室用空气调节机组》。医用空气处理机组也应用中得以逐步完善并迅速发展。随着应用领域的不断扩大，对医用空调机组又提出新的要求。目前已涌现不少新的系统、新的措施，我们应该依据国标微生物控制思路，研发出新型医用空调机组和系统，为受控环境提供一种切实可行的保障体系。

　　参考文献：

　　1.GB50333－2002《医院洁净手术部建筑技术规范》

　　2.GB/T19569－2004《洁净手术室用空气调节机组》

　　3.李芃，沈晋明：“新风预处理概念及系统形式”，《空调暖通技术》，2001年第1期，p.11-22.

　　4.沈晋明，黄霞：“生物洁净技术与微生物控制”，《洁净与空调技术》，2002年第2期 p.8-12.

　　5.沈晋明：“医院洁净手术部的净化空调系统设计理念与方法”，《暖通空调》，2001年第5期，p.7-12.

　　6.许钟麟：“关于制订我国医院洁净手术部标准的原则和思路”，《洁净与空调技术》，2000年第2期 p.2-3.

　　7.中华人民共和国标准，GB 15982-1995《医院消毒卫生标准》，1995.

　　8.沈晋明：“医院建筑空调设计”，《空调设计》1997年第2期，p.23-35.

　　9.沈晋明，许钟麟：“空调系统的二次污染与细菌控制” 《暖通空调》，2002年第5期，p.30-33

　　10.沈晋明，“医院病房暖通空调设计”，《洁净与空调技术》，2002年增刊 p.53-58.

　　11.沈晋明，刘云祥“隔离病房与SARS病房通风空调设计”，《暖通空调》，2003年第4期，p.10-14