醫(yī)院氣流流向的控制設計
1 綜述
眾所周知，醫(yī)院的空氣中除了彌漫著消毒水、麻醉劑等具有刺激性氣味的氣體以外，還存在著多種危害人體健康的病菌、醫(yī)療設備產(chǎn)生的一些化學物質、煙氣、浮塵等危害健康和安全的物質，這一切都使得醫(yī)院的空氣環(huán)境極其復雜。如果對這些有害氣體和物質不能有效的控制和及時排放，勢必使得有害物質和氣體通過空氣在醫(yī)院中蔓延，危害人體健康[1]。
防止交叉污染和污染物擴散最有效的方法是控制氣流流向并及時排放。但是目前規(guī)范對醫(yī)院氣流流向設計的基本方法并無明確規(guī)定，使得該方面的設計相當混亂。
氣流流向控制是根據(jù)特定的功能要求控制氣流流向或流出房間，或者單向的流過房間或指定清潔區(qū)域[2]。
氣流流向控制最理想的方法就是壓差控制法,該控制方法有體積流量準則和房間壓差準則。本文主要討論最常用的一種控制準則——體積流量準則。體積流量準則通過控制被控區(qū)域（需要氣流流向控制的區(qū)域）的送風量減去排風量和回風量這個差值大小來控制房間壓差的大小，進而控制被控區(qū)域的空氣流動方向。若這個差值大于0，即被控區(qū)域處于正壓，氣流流出被控區(qū)域，反之亦然[2]。
2 氣流流向設計的基本步驟
2.1 確定氣流流向
氣流流向控制設計的基本原則是：氣流由清潔區(qū)域流向污染區(qū)域，并保證這種有序的壓力分
布在任何時間、任何運行狀態(tài)下均維持不變[3]。有以下幾種情況：
2.1.1 被控區(qū)域內不產(chǎn)生有害和刺激性氣味的氣體，而且被控區(qū)域內的氣流環(huán)境不被周邊氣流所影響，此類控制區(qū)域需要控制為正壓，如分娩室、重癥監(jiān)護室等。
2.1.2 被控區(qū)域內產(chǎn)生有害和刺激性氣味的氣體，且周邊的空氣質量高于被控區(qū)域內的空氣質量（空氣質量是反映空氣中包含有害和污染物濃度高低的一個參數(shù)，污染物濃度越低，空氣質量越高，反之亦然），此類控制區(qū)域需控制為負壓。例如：產(chǎn)生蒸氣及余熱的洗衣房、廚房、制劑室、中藥煮成等場所；產(chǎn)生刺激性氣味的各類內窺鏡檢查室（內窺鏡檢查以把光學儀器插入人體特殊的體腔進而進行顯像和操作作為特征。各種內窺鏡病房診斷過程中，都會產(chǎn)生一些具有傳染性和抵抗力很強的微生物）、蠟療、太平間、尸體解剖室及配置室等，產(chǎn)生粉塵和氣味的牙科模型室和牙科、隔離病房的房間等[1]。
2.1.3 不滿足上述兩種情況的被控區(qū)域，應根據(jù)被控區(qū)域的特殊功能，在氣流流向控制的基本原則下進行具體分析。
2.2 確定被控區(qū)域和參考點的壓差△P
對于非潔凈類的被控區(qū)域的壓差值可參考《醫(yī)院潔凈手術部建筑技術規(guī)范》中對壓差的選用的原則：
1) 相互連通的不同空氣質量的被控區(qū)域之間，空氣質量高的用房應對空氣質量低的用房保持不小于10Pa的正壓。最大靜壓差不應大于30Pa。
1) 相互連通的不同空氣質量的被控區(qū)域之間，空氣質量高的用房應對空氣質量低的用房保持不小于10Pa的正壓。最大靜壓差不應大于30Pa。
2) 相互連通的相同空氣質量的區(qū)域之間，應按要求或按保持由內向外的氣流方向，在兩區(qū)域之間保持略大于0的壓差。
3) 被控區(qū)域對室外或對與室外直接相通的區(qū)域應保持不小于15Pa的正壓。
3) 被控區(qū)域對室外或對與室外直接相通的區(qū)域應保持不小于15Pa的正壓。
2.3 確定滲漏風量
滲漏風量的計算有以下三種方法：
2.3.1 縫隙計算法[1]
保持正壓所需的風量，是針對門窗縫隙的滲漏量而定的，而某些管口、頂棚等縫隙由于采取了堵塞的辦法，故不予計算。即使這樣，由于缺少可靠的實驗數(shù)據(jù)，而且門窗制造質量也千差萬別，良莠不齊，故計算值往往也不可能可靠，當采用計算方法時，可采用（1）式：
式中：Q為滲漏風量，m3/h；P1、P2分別為被控區(qū)域和參考點的壓力值，Pa；a，n和密封程度有關的系數(shù)，見表1；l為門窗縫隙總長度，m。
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表1 a、n系數(shù)表
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窗的型式
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密封程度
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a
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n
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單開窗
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密封性能優(yōu)良
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0.2
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1.4
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密封性能良好
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1.2
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1.5
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對開窗
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密封性能優(yōu)良
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0.1
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1.3
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|
密封性能良好
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1.7
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1.5
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推拉窗
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用一般的橡膠密封
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5
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1.5
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沒有密封措施
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10.5
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1.8
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上下啟閉的窗
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用一般的橡膠密封
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1.9
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1.5
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2.3.2 經(jīng)驗統(tǒng)計數(shù)據(jù)法[1]
除采用計算方法求得漏風量之外，也常采用統(tǒng)計方法得到的換氣次數(shù)作為送（排）風量，《空氣潔凈技術措施》中推薦的維持正壓的換氣次數(shù)為2～6次/h，相當于表2中單扇門的情況。
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表2 漏風量相當?shù)膿Q氣次數(shù)
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∆P
（Pa）
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換氣次數(shù)n（次數(shù)/h）
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換氣次數(shù)n（次數(shù)/h）
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雙扇門
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單扇門時
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10
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4
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2.6
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15
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5.1
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3.3
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20
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6
|
4
|
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30
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7.5
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4.9
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45
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9.5
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6.2
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原機械工業(yè)部第四設計研究院推薦的維持正壓的換氣次數(shù)見表3。
2.3.3 阻抗計算法
阻抗計算法同縫隙法一樣，是針對門窗縫隙的滲漏量而定的，其它縫隙的滲漏量不予計算，并作出如下假定：（1）門、窗的啟閉對其縫隙滲漏
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表3 潔凈室正壓換氣次數(shù)（次/h）
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室內正壓值（Pa）
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有外窗、密封性稍差的潔凈室
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有外窗、密封性較好的潔凈室
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無外窗土建式的潔凈室
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5
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0.9
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0.7
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0.6
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10
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1.5
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1.2
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1.0
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15
|
2.2
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1.8
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1.5
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20
|
3.0
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2.5
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2.1
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25
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3.6
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3.0
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2.5
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30
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4.0
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3.3
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2.7
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35
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4.5
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3.8
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3.0
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40
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5.0
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4.2
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3.2
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45
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5.7
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4.7
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3.4
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50
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6.5
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5.3
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3.6
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量的影響忽略不計；（2）門窗每次啟閉的時間及其開啟狀態(tài)是相同的；計算式如下：
（3）
（4）
（5）
（5）式中：S
分別為門、窗每次啟閉的時間，h。為被控區(qū)域的的總阻抗，Pa/(m3/h)2；S1、S3分別為門、窗關閉狀態(tài)下阻抗，Pa/(m3/h)2；它只和門窗的結構有關，是門窗的固有參數(shù)。S2、S4分別為門、窗開啟狀態(tài)下阻抗，Pa/(m3/h)2；它只和門窗的結構有關，是門窗的固有參數(shù)。m1、m2分別為門、窗在單位時間內啟閉的次數(shù)，次/h；
分別為門、窗每次啟閉的時間，h。為被控區(qū)域的的總阻抗，Pa/(m3/h)2；S1、S3分別為門、窗關閉狀態(tài)下阻抗，Pa/(m3/h)2；它只和門窗的結構有關，是門窗的固有參數(shù)。S2、S4分別為門、窗開啟狀態(tài)下阻抗，Pa/(m3/h)2；它只和門窗的結構有關，是門窗的固有參數(shù)。m1、m2分別為門、窗在單位時間內啟閉的次數(shù)，次/h；因S1>> S2，S3>> S4，整理式（4）有：
（7）在實際中，被控區(qū)域內的窗一般處在關閉狀態(tài)，而門由于人員的出入會頻繁的啟閉，即有：m
＞m，那么整理式（8）有：1＞02＝0，
＞m，那么整理式（8）有：1＞02＝0，
（8）上述三種方法均可以計算出被控區(qū)域的滲漏風量，但是三種方法的計算精度卻有差別。經(jīng)驗統(tǒng)計數(shù)據(jù)法只能在被控區(qū)域的相關參數(shù)不了解的情況下作為一種近似計算方法；縫隙法是通過被控區(qū)域門窗縫隙來計算滲漏風量，但是沒有考慮門窗的啟閉而引起的氣流損失，只能作為一種近似的計算方法；阻抗計算法不僅考慮了被控區(qū)域門窗在關閉狀態(tài)下縫隙的滲漏風量，而且還考慮了門窗的隨機啟閉而引起的氣流損失，是一種相對準確的計算方法。
2.4 確定系統(tǒng)的送排風量
2.4.1滲漏風量的合理匹配
通過以上分析發(fā)現(xiàn)，不論采用上述那種方法計算被控區(qū)域的漏風量
，都為一恒定值。實際中，被控區(qū)域所需的滲漏風量如圖1所示，
為因門窗啟閉而引起的滲漏風量，
為門窗關閉狀態(tài)下的滲漏風量。即有：
，都為一恒定值。實際中，被控區(qū)域所需的滲漏風量如圖1所示，為因門窗啟閉而引起的滲漏風量，為門窗關閉狀態(tài)下的滲漏風量。即有：
（9） 
圖1 氣流流通面積隨時間變化曲線
由圖1可以看出，被控區(qū)域的滲漏風量
是一個脈沖量，而被控區(qū)域的送排風量差值
為一個恒定值。由此可見，保證被控區(qū)域
恒定的關鍵是隨變化。要做到這點，不僅要合理選擇門窗在單位時間里面啟閉的次數(shù)和時間，而且系統(tǒng)的送（排）風量必須為一個變化值。
是一個脈沖量，而被控區(qū)域的送排風量差值為一個恒定值。由此可見，保證被控區(qū)域恒定的關鍵是隨變化。要做到這點，不僅要合理選擇門窗在單位時間里面啟閉的次數(shù)和時間，而且系統(tǒng)的送（排）風量必須為一個變化值。在被控區(qū)域與參考點間壓差允許微小波動的前提下，可簡化設計，被控區(qū)域的送排風量差值可以取被控區(qū)域滲漏風量的等效值。顯然，實際中被控區(qū)域和參考點的壓差是個變化值。
的等效值。顯然，實際中被控區(qū)域和參考點的壓差是個變化值。2.4.2 確定系統(tǒng)的排風量
被控區(qū)域的滲漏風量Q確定以后，即可計算被控區(qū)域所需的排風量，若被控區(qū)域需要維持正壓則有：
（10） 若被控區(qū)域需要維持負壓則有：
（11） 式中：
為被控區(qū)域的送風風量，m3/h；
為被控區(qū)域的排風風量，m3/h。
3 結論
為被控區(qū)域的送風風量，m3/h；為被控區(qū)域的排風風量，m3/h。3 結論
綜上所述，醫(yī)院氣流流向的控制設計關鍵在于維持被控區(qū)域與參考點壓力差值的恒定，而合理選擇門窗的啟閉次數(shù)和啟閉時間是保證壓力差值恒定的關鍵。本文提出的阻抗計算法有別于目前的縫隙計算法和經(jīng)驗統(tǒng)計數(shù)據(jù)法，相對二者而言，準確度更高，更適合對壓差有嚴格要求的場所。同時，本文闡述的醫(yī)院氣流流向設計的步驟可供暖通設計人員參考使用。
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