夏热冬冷地区医疗工艺环境冷热源和空气处理

湿度优先控制，除了考虑细菌和病毒繁殖需要60%以上的湿度外，还应该考虑不同气候地区，医院各种洁净用房对空气洁净度要求不尽相同的情况下，净化空调系统的节能。两者综合考虑，湿度优先控制是目前医疗工艺环境控制的首选方案。

医疗工艺环境的基本要求

GB51039第七章对综合医院各场所提供了冬季和夏季室内温湿度建议值，医院的诊疗区域和病房区域冬季和夏季室内温度介于22~26度之 间，冬季和夏季室内相对湿度介于40~60%之间；不同医疗工艺区域， 尚有相应的最低新风换气次数、最低房间换气次数、室内洁净度和室内正负压的基本要求；但GB51039 (包括正修订中的该规范征求意 见稿) 并未对医疗环境温湿度为何需要控制在上述范围做更多解释；

GB50333表4.0.1提出了医院洁净手术部的空气环境基本要求，全年室内温度介于21~25度之间，室内相对湿度介于30~60%之间；

GB50333第8.1.6条“当整个洁净手术部设集中新风冷热处理设施时，新风处理机组应在供冷季节将新风处理到不大于要求的室内空气状态点的焓值。当有条件时，宜采用新风湿度优先控制模式。”并在条文说明中解释“尽管净化空调可以有效过滤掉送风中的细菌，但仍需强调整个洁净手术部系统内的湿度控制，因为只要有适当的水分，细菌就有了营养源，就可以在系统中随时随地繁殖，最后会造成整个控制失败，因此要对湿度的危害引起高度重视。”将控制洁净手术部室内空气湿度提出了目标。

医院的诊疗区域和病房区域冬季和夏季医院工艺环境的空气参数，与控制有害微生物的生长相关，医院严格的卫生程序、环境控制和员工意识都有助于控制微生物生长，但湿度控制却是一种尚未被广泛关注的潜在对策；

GB50333第8.1.6条的条文说明已介绍了不论采取多少措施保持医疗环境的洁净度，微生物也会继续顽强抵抗是不可避免的事实；虽并非所有的微生物都有害，但它们却会污染医院医疗环境而获得立足之地； 医院环境大家呼吸的空气中每立方米有1万~100万个细菌孢子，细菌孢子可在没有水分的情况下保持休眠状态甚至长达数十年，如获得水分和食物来源，细菌孢子会萌芽并迅速繁殖，它们无需液态水只 需固体或潮湿的空气中所含的水分即可；不受控制的细菌滋生会迅 速造成医疗感染，医院工艺环境为此应采取全面清洁和消毒措施。

任何生物的生长都离不开水分，只要相对湿度达到80%以上，很多类别的细菌和病毒并不需要液态水也能生长；

Mold Growth Prediction by Computational Simulation的研究报告提供了相对湿度对霉菌生长的影响的关系，一旦相对湿度低于65%， 几乎不可能滋生霉菌；若未有效控制室内相对湿度，那么一天中的不同时间段或随着季节变化，室内环境相对湿度会相应改变，霉菌等各类细菌和病毒繁殖的风险就会会增加；霉菌和细菌可将游离水  传往较干燥区域， 由于霉菌的表面积较大具有较大吸湿性能从空气中滤吸水分子，一旦霉菌在冷表面上滋生，该过程会进一步增强； 该研究报告显示降低相对湿度能够显著降低霉菌滋生的可能性，在综合医院规范建议的医疗环境舒适温度范围是在22℃至26℃范围里， 温度变化对的霉菌滋生影响却相对较低； 

该研究报告数据亦显示霉菌经多代繁殖才会显现出一些潜在的问题，各种霉菌的具体特点也各不相同。

虽之前展示了一般霉菌生长的最坏情况，但所选的3种霉菌并没有达到前面的生长萌芽水平；如有效控制环境相对湿度，绝大多数霉菌的生长都会受到抑制； 医院室内建筑材料也对霉菌的生长和萌芽期起重要的作用，通常多孔易吸潮的材料 (如壁纸和织物等) 是细菌滋生的良好基材； 一般而言，环境空气或处理后的空气的相对湿度高于50%，就会滋生一定的微生物，冷表面上的冷凝也会促使微生物生长。

将环境湿度控制在相对湿度50%以下，绝大部分微生物都会停止生长；升高相对湿度 (50%到70%) 微生物会缓慢生长，但是也取决于环境、 物品及清洁工艺等；对于医疗环境，仅仅控制环境温度不能抑制细菌和病毒，有些微生物能够在极端温度下存活；普通的除湿和常规空气处理过程不会去除环境中现有的细菌或病毒团，它们滋生问题将继续，使用适当的隔绝过滤器才能有效降低空气处理系统中残留的细菌或病毒团； 前面引用了霉菌相关的研究报告，接着看看涉及病毒的进一步情况；  大量的细菌和病毒团等微生物，通过说话、呼吸或咳嗽不断地被人体排出，融入到漂浮在医疗环境空气中的数以千计的微小水滴；有报告估计，在所有导致医院感染的病原体中有10％到33％是由于空气传播造成的；  当这些液滴进入一个相对湿度低于40％的房间时，它们会迅速失去其体积的90％。发生收缩并漂浮很长一段时间，覆盖相当远的距离；增加了它们到达另一个宿主，再补水并感染该宿主的机会；这个现象通常被描述为气溶胶云传输导致的感染； 环境相对湿度40~60％间，液滴将保持几乎相同≈100μm的粒径在离源头1~2米内更快沉淀，可用传统的清洁消毒方法更有效地消除； 美国大流感时，美国CDC使用人体模型模拟流感患者咳嗽以及在两米以外呼吸，将气溶胶样本采集到呼吸人体模型的口腔附近，并在不 同时刻对其传染性进行评估；研究显示相对湿度40~70％间传染性会 从80％下降到20％！这是由于流感病毒在相当长的一段时间内不能 继续悬浮，并且许多空气细菌和病毒在这种相对湿度范围内的寿命 会缩短； 除了阻碍微生物和细菌的生长外，适当的湿度管理还有大幅度降低其传播速度的效果；在医疗环境中，病原体和对感染特别敏感的患 者共存，绝对必要做湿度管理。

对抗细菌或病毒的最后一道人体防线——呼吸系统壁

空气传播通过吸入的细菌或病毒团感染，细菌或病毒团通过呼吸系统，在呼吸道壁或肺泡中沉积，导致肺炎或血液感染；人体对这些侵袭的最后防线是由呼吸系统壁组成的，从鼻子到气管和支气管一小层粘液分泌出来，加湿和加热进入的空气，并将细菌俘获；通过位于呼吸系统壁上的许多上皮纤毛的有节奏的运动，这 层粘液被不断向上推粘液到达口腔，细菌被胃酸吞噬而变得无害， 成为肠道菌群的一部分而不会造成损害，该过程称为黏膜清除；它对人体健康至关重要，阻挡了人体呼吸的大部分病原体，但其功能受空气相对湿度的强烈影响，若相对湿度低于40％粘液层就会脱水，纤毛运动减速直至停止，从而使病毒和细菌侵入并感染体内细胞；

管理湿度在防止医疗环境感染起着重要的作用，40~60％的相对湿度会抑制细菌菌落和霉菌的生长，更最重要的是会大大减少它们的传播，并有助于我们的天然防御能力与之抗衡。

查空气焓湿图，对22~26℃和相对湿度40~60％可知以下组合参数：  26℃和60％对应的含湿量12.6g/kg和露点温度17.6℃

26℃和40％对应的含湿量8.3g/kg和露点温度11.3℃

22℃和60％对应的含湿量9.9g/kg和露点温度13.9℃

22℃和40％对应的含湿量6.6g/kg和露点温度7.8℃

医疗工艺环境对室内换气次数亦有要求，各类医疗场所随室内洁净度的要求室内换气次数也不同。GB50333规定：

• II级洁净手术室的24~30次 /时；

• I级洁净手术室按手术床上吊顶40~60％满布HEPA折算换气次数 达35~50次/时；国家各类节能设计标准的提升，

• 普通病房6~8次/时换气次数对应的夏季设计负荷下送风温差6~8℃ ，夏热冬冷区域部分负荷和冬季设计 负荷下的送风温差将下降到1~2℃；

• 医院各负压隔离病房、手术室、消毒中心和检验实验室等换气次数要求更高区域大部分均位于内区无外围护结构，送风温差与室内发 热量 (灯光、设备和人员等) 直接相关，随着医疗设备如无影灯LED 化和照明LED化灯光负荷下降明显对送风温差的影响下降到1℃左右， 除大量医疗工艺设备同时长期运行的环境外，实测送风温差仅2~6℃。

空气焓湿图医疗工艺环境12.6-6.6g/kg含湿量和17.6-7.8℃露点温度和室内换气次数对应2-6℃的送风温差，有如下对应的结论：

不考虑新风预处理的常规非再热一次回风系统， 由于医疗环境的送 风温差较小将导致室内会相对湿度偏往潮湿方向；普通病房过渡季 节随着房间显热负荷的值逐渐减小，相对湿度将更偏潮湿；冬季供 暖季医疗环境25~40%的新风比导致设计工况下室内相对湿度偏干燥， 而冬季送风温差明显低于夏季导致自然蒸发类型的加湿方式很难满 足医疗环境的冬季加湿要求；

 医院各负压隔离病房、手术室、消毒中心和检验实验室等换气次数 更高的内区虽然室内负荷全年变化较小和送风温差较小，但根据医 疗工艺要求不同使用区域的新风比30~100%，乃至部分区域全新风全 排风负压运行；不考虑新风预处理时新风进风参数对室内空气处理 的干扰较显著，过渡季节一天内可能供暖与供冷工况会多次转换；

 综上，医疗工艺环境的上述特点使得冬季工况室内加湿要求成为必 须；除外区病房夏季工况送风温差稍大采用常规一次回风可基本满 足要求外，即使采用普通二次回风系统考虑风系统调整稳定，宜在二次回风后用再热盘管调整送风参数，即再热难以避免成为必须； 夏热冬冷区域由于冬夏两个季节的温差明显小于寒冷区域及室内供暖负荷较小，再热需求明显，冬季部分负荷下需补偿冷却。

几类典型医疗工艺环境冷热源和空气处理

普通病房：国内最常用FCU+PAU，美国常用病区AHU配VAV Box；  血液病房、烧伤病房和哮喘病房等特殊病房：洁净区双风机AHU连续运行，室内有定向气流分布要求，维持5Pa正压；

负压隔离病房：执行GB50849全排风 (双风机) 和全新风双风机AHU连续运行，室内有定向气流分布要求，维持梯级负压；

ICU：国内最常见FCU (或VRF) +PAU或将其定义为洁净区用AHU，美国常用病区AHU；

手术部：执行GB50333，洁净区国内常用一拖一或一拖多AHU+PAU，美国常见直膨机组；室内有定向气流分布要求，维持正压；少量负 压手术室或正负压转换手术室空气处理做法与负压隔离病房相当；

门诊部：国内最常用FCU (部分区域VRF) +PAU，美国常用AHU和AHU配VAV Box；门诊部里配套的小型化验室、处置室和换药室配套微负 压独立排风系统；其中急诊门诊部应设置独立空调冷热源系统且其 中部分区域负压运行；大型综合医院门诊部通常有高大空间医疗街 用于连通医院各个部门，医疗街常用AHU但烟囱作用导致的区域下冷 上热通常是医院空气处理的难点之一；

中心供应室：灭菌区为洁净区AHU正压使气流定向往负压去污区流动；无菌存放区5Pa正压，去污区5Pa负压。

医技科室：属综合医院内空调型式最多而集中的区域，简述如下：

检验科、病理科和实验室：按照各自工艺要求配套独立AHU，部分区 域按洁净区，部分AHU连续运行，室内有定向气流分布要求，维持工 艺要求的正压或负压 (部分区域全新风全排风) ；

生殖医学中心和心血管造影：洁净区AHU，室内有定向气流分布要求；

电生理、超声和内窥镜：国内最常见VRF+PAU，美国常用AHU配VAV Box；其中喉镜区域应设置独立全新风AHU或直膨机组微负压；

听力检查室：30dB (A)接近播音室要求， 国内常用小规格VRF+PAU配 送回风消声器；

X光、CT、DSA、CR和DR等医学影像：VRF+PAU，美国常用AHU配VAV Box；关注风管迷宫穿辐射防护墙处理，室内排风及部分气体灭火事后排风；

CT和DSA设备散热是否自带冷却设备对室内环境影响很大 应与医疗设备工艺做好沟通；

MR：空气处理类似医学影像，设防泄漏独立氦气排风系统，室内通 风空调管和支吊架应采用非磁性材料；

钴60和加速器：空气处理类似医学影像，设独立排风 (加速器室有 臭氧) 和气体灭火事后排风，关注风管迷宫穿辐射防护墙处理；设 备散热对室内环境影响很大应与医疗设备工艺做好沟通。

夏热冬冷区域医院建筑的运行特点

综合和前述汇总的典型医疗工艺环境空气处理技术路线，可知对综合医院的冷热源提出了以下要求：

除中小型医院外，单个院区800床位以上的大、 中型医院大量以中央 空调系统为主；国内大中型医院中央空调系统的主流做法是大容量 冷热源+局部风冷热泵机组 (含四管制) ，即冬夏季高峰时间段运行 大容量冷热源为主，过渡季运行风冷热泵机组 (含四管制) 为主；局部需要连续运行的区域配以多联机或单元空调机组；

除美式VAV系统外，大部分外区病房过渡季可开窗通风，这些外区病 房由于过渡季室内外负荷均很小，除需确保湿度优先的区域外， 目 前常见双廊病房楼自然通风基本可以满足外区病房处于医疗工艺可 接受的环境，但双廊病房楼内区护士站周边的医生办公室、示教室 等冬季和过渡季温度明显偏高2℃左右，并导致相对湿度偏干燥难以 满足医疗工艺对病房楼内区的要求；

采用FCU+PAU方式但不加湿的病房楼和门诊部区域，冬季约85%左右 时间段可控制室内相对湿度不低于30~40%勉强满足医疗环境下限；

剩下15%左右未满足相对湿度时间段非连续且通常持续时间不长，使 用FCU+PAU方式的医疗区域若未能在末端FCU (或VRF室内机) 位置加 湿而仅仅在采用PAU上加湿对室内相对湿度影响有限，即使在PAU上 设计了加湿功能，大量反映开不开没感觉；不如手术室差别明显！

实际运行状况：

调研大部分夏热冬冷区域综合医院，真正全年按照湿度优先原则满足医疗工艺要求的区域，基本仅剩手术室区域、消毒供应中心、各类检验实验室和部分检验大型医疗设备室；这些区域冬季和过渡季以四管制风冷热泵冷温水机组为冷热源，部分医院夏季高峰时间会停用四管制风冷热泵冷温水机组供冷，改由医院中央空调系统冷源统一供冷。

湿度优先方式医疗工艺区域要求供水温度稳定在设计温度 (例如7℃) ，导致春末夏初和夏末秋初室外环境温度与室内设计温度差异较小的时间段也要按照设计供水温度运行， 中央空调系统不能享受非满负荷时间段供水温度适当提高的节能好处；部分医院选配了涡旋模块四管制风冷热泵冷温水机组，当多模块并联运行时机组的调节特性难以满足在各种负荷率下持续稳定在设计温度的要求，其服务的湿度优先方式医疗工艺区域制冷工况下经常出现相对湿度由于供水温度偏高导致室内除湿能力不满足使用要求的情形；

几年来，部分夏热冬冷区域医院在湿度优先方式医疗工艺区域逐渐引入直接蒸发段 (或直膨机组) 做深度除湿，改善涡旋模块四管制风冷热泵冷温水机组部分负荷下难以稳定提供设计出水温度的情 况，基本可以保证过渡季和春末夏初和夏末秋初的使用效果。

几点建议

调研美式VAV系统与国内常见的FCU+PAU配部分区域AHU系统末端运行能耗差别比较明显；VAV系统顾虑风量较小时风阀气流噪声的原因，  难以达到目前逐渐普及的直流变速FCU和AHU能耗，导致年运行季统计运行电耗比国内常见的FCU+PAU配部分区域AHU系统高20~40%；不可否认其中有部分FCU行为节能带来的影响；美式VAV系统的优点是比国内常见的FCU+PAU系统冬季更容易实现加湿来满足湿度优先控制， VAV系统的AHU配有回风机即双风机时可以比较容易地在机房里转换  为全新风全排风模式运行；VAV Box设置在病房或诊室吊顶内时，对吊顶的隔声能力有一定要 求， 国内常用的天花板材料通常难以满足其隔声要求。

由于湿度优先方式医疗工艺区域要求供水温度稳定在设计温度 (例如7℃) ， 中央空调系统不能享受非满负荷时间段，供水温度可适当提高的节能好处；对于湿度优先方式医疗工艺区域应采用温湿度解耦独立控制的系统，即一部分低温冷源负责医疗工艺区域湿度优先方式的除湿，另一部分高温冷源负责房间显热负荷；这部分高温冷源的中央空调冷水机组出水温度可提升至14~17℃ ，考虑到提升冷冻水出水温度1 ℃约可提升能效2~3%和统计夏热冬冷区域大中型医院新风冷负荷约占年运行冷负荷累计值的40~50%，提升高温冷源的出水温度对整个中央空调系统带来的节能效果十分明显。

该低温直接送风将导致室内温度偏低和相对湿度偏饱和，且有送风口结露的风险。其后果就是不但医疗环境房间室内温湿度偏离人员舒适区难以满足医疗工艺对环境温湿度的要求，且有细菌和病毒滋生的隐患；为此需用再热来控制送风温度使室内环境恢复到湿度优先方式合理区间；冷媒深度除湿方式时宜采用冷凝再热， 四管制系统可直接利 用风冷热泵机组或小容量冷水机组部分冷凝热用于再热；再热后送风温度趋于接近室内温度，基本可避免送风口结露。

冬季工况宜控制FCU+PAU系统里PAU出风温度低于房间设计室内温度 某个差值 (以便必要时例如夜间内区部分房间无人时间段利用较低温的新风温度给内区房间降温) ，以改善内区温度偏高的情况。

目前建筑节能对围护结构的热工性能要求下，夏热冬冷区域冬季热负荷趋于减小，供暖水温也逐渐降到40℃或更低为热泵供暖开辟了更大的空间；寒冷区域常为外区选配带串联或并联盘管的VAV Box，这类机组的供热能力明显超过夏热冬冷区域需要，硬性为夏热冬冷区域医院外区选配串联或并联盘管的VAV Box时，不但运行能耗和区域冷热混合能耗增加， 由于盘管能力大大超过使用要求，将导致外区室温控制发生震荡而短时间剧烈波动。

夏热冬冷区域采用单风管VAV Box基本可满足医疗环境外区使用要求， 内区也采用单风管VAV Box时温度会偏高和相对湿度偏干燥， 内区可选配串联或并联盘管VAV Box，利用四管制热泵冬季冷侧的高温冷水用于内区显热降温；或为内区配套水源多联机组。