雷神山医院负压病区环境控制方案

雷神山医院整体规划按照传染病医院标准设计，主要用途为收治已确诊的新型冠状病毒感染肺炎患者的专项应急医院。建设用地22万平方米，分为东西两个地块，总建面 7.9万 平方米，并配备有相关运维用房，可容纳 病人近1500人 ，可容纳 医护人员约2300人 。

合理分区，合理配置：严格划分限制区与隔离区

• 隔离医疗区分为南北两区，共 30 个病区及医技用房、 ICU 区等。

• 医护生活区包括医护生活楼，清洁用品库及后勤区。

• 隔离医疗区北侧设有污水处理站、微波消毒间、垃圾暂存库、垃圾焚烧间、液氧站、正负压站房等配套设施。

流线分析

   

   

外部流线：

北区内部流线 ：

北区（ A 区）拥有 15  个隔离病区、 1 个药库区以及位于东侧端头的医技区（含 ICU 、检验中心、 CT 、超声波、心电图等）。

南区内部流线：

南区（ B ， C 区）拥有 15 个隔离病区、 1 个药库区以及位于东侧端头 ICU ，西侧医护通过单元与北区相连接。

患者流线 ：

• 雷神山医院主要收治确诊患者，患者入院通常经过： 入院登记-检查-住院/重症监护-接收诊疗-出院 等过程。

• 患者入住病区单元，每个病区单元相对独立。防止病毒串染。

• 患者进行检查、转诊均通过医用车辆在外围进行转移，避免与医护通道交叠。

医护人员活动流线 ：

• 医院内部有着严谨的医护通道布置， 医护人员通行（尤其是穿行不同区域）需进行严格消毒流程。

• 所有医护人员均由左侧入口单元经过更衣消毒后进入医院，由此抵达贯穿院内长轴的洁净通道，洁净通道确保医护人员拥有一个稳定、安全的活动空间。

• 从洁净通道进入隔离病房还需经过更衣（ 穿防护服）消毒进入半污染通道，最后通过每个病房外的缓冲室进入病房。

整个模拟过程按 医护人员流线 ：清洁区—卫生通过—半污染区—缓冲区—医护走道—缓冲区—隔离病房（污染区）—缓冲区—医护走道—卫生通过—缓冲区—半污染区—卫生通过—清洁区。

负压隔离病房

   

   

病房通风系统示意

1、平面布局

负压隔离病房的系统设计中，建筑平面布局合理、流程合理是整体设计的 前提条件 ，对于 气流组织 是负压病房建设的另一个重点内容，也就是负压隔离病房之所以要强调“空气隔离”的 关键所在 。

2 、采用全新风直流式空调系统

• 每间病房 最小换气次数12次/时 。新风除满足房间温湿度要求之外，应经过粗效、中效、亚高效过滤器三级处理。
• 每个系统服务的病房数量不宜超过6间。

病房区送排风系统示意图

风量平衡示意

3 、实现精确的压力控制

负压隔离病房区域采取  压差控制措施 ，保证气流从  半污染区→污染区 方向流动，病房维持 -10~-15Pa ，相邻房间维持  不小于5Pa的压力梯度 。病房与医护走廊的墙面上装有显示不同区域压力差值的  微压差计 ，便于医护和维护人员实时观察房间压力梯度与送排风系统运行是否正常。

隔离病房区域压力及气流流向示意

病房与缓冲间压差显示
   

缓冲间与医护走廊压差显示      
   

4、采取可靠手段保证压力梯度

• 设置微压差计，用来检测、显示房间负压值，便于医护和维护人员实时观察房间压力梯度并由此判断送排风系统是否正常运行。

• 送排风管道应设置定风量阀及电动密闭阀，便于快速调节系统风量，控制压力梯度及房间定期消毒。

微压差计    

定风量阀及电动密闭    

医护走倒定风量阀    

病房室外送排风管    

病房屋面送排风    

患者走道定风量阀及密闭阀    

5、新风系统和排风系统连锁

隔离病房一层通风图    

隔离病房屋面风机布置图    

（1） 新、排风系统连锁运行策略

开启时： 先排风机组，后新风机组

关闭时： 先新风机组，后排风机组

（2） 每个送排风系统服务的病房数量不宜超过6间。

（3） 室外排风口与进风口水平间距不应小于 20 米及垂直间距不应小于 3 米。

           

病房送排风系统示意图 

6 、保证污染源处于下风向

病房风口布置    

缓冲间风口布置    

室内回风口（配高效过滤器）    

7 、排风经过过滤灭菌后排放

紫外线杀菌原理

• 送风口应设置在房间上部。

• 排风口应设置在房间下部。

• 排风口底部距地面不应小于 100mm

• 病房排风口设置高效过滤器，在风机吸入口设置空气灭菌装置，经过风机箱后高空排放。

• 室内设置紫外线杀菌装置。

8、设置电动调节密闭阀

进病房新风和排风管道上设置电动密闭阀，并可单独关断，进行房间消毒。

9、设置备用机组

当一个新风机组和排风机组负担多个负压病房时，应设置机组备用或者风机备用。

10、设置机组运行状态检测和各级过滤器的阻塞报警

新风机组的粗效、中效、亚高效过滤器三级过滤器及病房排风口处的高效过滤器处，设置阻塞报警。

粗效过滤器

中效过滤器    

高效过滤器    

医护区

   

   

医护区通风系统示意

1 、平面布局

• 医护区主要由 中央洁净通道 、 医护单元 、 附属功能用房 三部分组成。

• 中央洁净通道连接各个医护区及洁净用房（会诊、休息及库房）；

• 医护单元是医务工作者办公场所（内设护士站、医生办公室等）；

• 附属功能用房为洁净库房及医护休息室等。

医护区平面

医护区工作流程示意

医护区走道

医护区房间

2 、通风系统

• 医护区清洁区送、排风换气次数为4次/h，半污染区送、排风换气次数为6次/h。

• 中央洁净通道10Pa，一更5Pa，二更/医护走道/医办/护士站为0Pa。医护区与隔离病房单元间的缓冲间应保证相对正压，压力值为20Pa，避免隔离病房区污染空气流向医护区。

医护区送排风系统示意图

医护单元分区压力梯度示意

医技区

   

   

ICU 通风系统示意

1 、负压ICU

A区负压ICU28床，C区负压ICU33床。

气流需沿脱隔离服/治疗室/缓冲→病人缓冲/污物/污洗/清洗槽/纤支镜/脱防护服→病房区方向流动。

2、负压检验中心

负压检验中心主要由负压检验室及缓冲间组成。

气流需沿缓冲间→负压检验区方向流动。

3、负压手术室

负压手术室主要由手术室及辅房两部分组成，辅房包括前室、污物打包、复苏室、走廊、存床等房间。

气流需沿走廊/存床/医护前室/无菌间→复苏室/消毒打包/前室→负压手术室方向流动。

安装与调试

   

   

1、安装重点问题

1）应注意不同工种间的相互配合。

2）通风空调安装技术人员及时充分熟悉设计图纸，同时结合现场实际情况尽快制定详细周密的施工方案。

3）安装过程中要特别注重走道及房间内的机电管线综合排布，避免管线布置影响室内净高

4）确保风管、风阀、风机之间接管的严密性。

5）每间病房送、排风支管上的定风量风阀、电动密闭阀均安装在病房外侧敞开走道上方，便于系统调试及后期维修管理。

6）每间病房下部排风口处的高效过滤器应留出足够的安装及更换空间，便于后期更换。

7）应在箱式板房四个立柱上设置槽钢作为风机、过滤单元、电加热器及风管等设备的承重构件。

8）为满足建设工期的要求，室外风管由PE管代替常规风管，施工快捷、气密性好。

2、调试要点

1）病房通风系统调试尤为重要，因为工期紧，故要求尽可能一次调试成功。

2）通风系统调试以相邻房间的压差满足设计及使用要求为目标，各房间均需进行风量平衡调试，调试时各房间内的门窗必须紧闭。

3）系统调试时，定风量风阀的风量刻度值按照设计文件中规定的风量进行设定。

4）无特殊情况下，不得对已设定的定风量阀门进行二次调整。

5）应重点关注病负压隔离病房、负压ICU、负压检验室、负压手术室等场所的压力梯度，保证各区域房间内压力梯度满足设计及使用要求。

病房污染物浓度分析

   

   

运用达索系统领先的XFLOW软件对病房内的空气流动和污染物瞬态分布进行了模拟分析，并基于XFLOW工具计算病人和医护人员位置污染物浓度与气流组织的关系。

房间内部设置5个监测点：

边界条件：

流动状态：纯封闭内流场&污染物扩散主要计算工况：

1.送风速度：3.93 m/s (病房)，1.57 m/s (缓冲间);

2.出口静压：-15 Pa(病房)， -20 Pa (卫生间);

3.污染物浓度边界：浓度释放源假定是1，初始浓度场是0。 

结合现场实施特点，制定了四种气流组织方案进行瞬态XFLOW仿真计算。室内污染物浓度分布模拟结果如下：

结论：

1）在设计工况下，方案A上侧送风和下侧排风的气流组织可以在病床处形成回流区，及时有效地排除病房内污染气体。

2）建议医护人员的主要活动区域宜集中在靠近缓冲间、观察窗和传递窗一侧，避免靠近送风口处及卫生间。

通风环境流动轨迹

室内污染物浓度分布模拟      
   

污染物浓度及速度场      
   

室内污染物扩散过程      
   

不同排风口高度污染扩散分析

   

   

FDS (Fire Dynamic Simulator)软件是一个开源的关于火灾动力流体学的计算的流体动力模型。能实现快速网格划分及污染物的瞬态特征捕捉。

清华大学陆新征教授团队以FDS为基础，实现了临时医院建筑的快速建模、基于云计算平台的分布式计算及有害空气流动的监测和可视化。

雷神山项目建设现场图片

雷神山整体三维FDS模型

1

8个测点

东北风   室外平均风速：1.9m/s

 东风   室外平均风速：1.9m/s

不同风向浓度对比：

3m高程平面最大相对浓度对比

结论：

1. 将排风口高程从4.5m提高到6.0m后，可显著降低新风口高程面（3m）污染空气相对浓度。

2. 提高排风口高度后，新风口污染空气最大相对浓度可从2.6%（相当于稀释3.8万倍）降低至2.0% （相当于稀释5万倍）。 

3.排风口在6米高程时，3米高程以下空气满足稀释1万倍的要求。

4.按照2003年SARS期间江亿院士研究成果，污染物被稀释1万倍后是安全的，对环境没有影响。

环境实时在线监测预警

   

   

2020 年 3 月初，清华大学林波荣教授团队在雷神山医院管理团队的支持下，一起在雷神山医院典型区域密集部署了 44 套无人值守的云端在线分布式室内环境监测设备，对医院病患和医护人员人群集聚与停留区的 CO2浓度、PM2.5浓度、光照度等环境参数和污染物浓度进行高密度、高精度的实时监测和预警分析工作。

环境监测设备布置区域示意

iBEM——智能建筑室内环境监测仪

iBEM（intelligent Built Environment Monitor）——智能建筑室内环境监测仪，集成了温度、相对湿度、PM2.5、CO2 及照度等 5 种传感器，可实现长期在线监测。

   

   

设备部件说明：1. 联网指示灯；2. 网络信号强度；3. 显示屏开关按钮；4. SD 卡；5. 设 备 ID；6. 设备二维码；7. SIM 卡；8. Micro-USB 口。

设备参数

现场图片

结合云端数据平台和模型，可实现院内环境状态的快速诊断，并给出实时预警和优化反馈。

雷神山医院室内环境实时在线监测系统平

标准病房（4）在线监测:

设备分布点位

CO2浓度监测

PM2.5监测

温度监测

相对湿度监测    

照度监测    

CO2浓度监测:

经监测，病房区、手术室、ICU纤 支镜室、CT 室二氧化碳浓度均正常。

病房CO2浓度监测

手术室CO2浓度监测

ICU纤 支镜室CO2浓度监测

CT 室CO2浓度监测

CO2浓度监测:

总结与思考

   

   

总结：

1. “ 三区两通道 ”是传染病医院重要设计理念， 控制合理的压力梯度 ， 确保气流的定向流动是通风系统设计的关键 。

2.  应急临建医院工期短，通风空调系统形式及选材需要“ 因材制宜 ”。

3.  采用 定风量阀 措施稳定各区域送风量及排风量，简单有效地实现了各区域的压力梯度，满足了控制要求。

4.  隔离病区为采用箱式板房结构，是典型装配式建筑，因其空间净高较低，应重点关注机电管线综合，合理布置管线，确保室内及走道的 合理净高 。

5. COVID-19肺炎病传染性强，建议负压隔离病房通风设备考虑 备用措施 。

思考：

从这次突发的COVID-19 疫情来看，传统的综合医院由于在规划与设计时很少考虑传染病专科治疗功能，极易因医院硬件设施无法满足传染病医院感控要求，而造成突发性公共卫生事件应急处理不到位。因此业内需要 深度思考 今后医疗建筑中的“抗疫设计”，有必要在综合医院建设标准中增加“抗疫设计”内容，修订有关规范及标准，为今后新建及改扩建医院项目提供“抗疫设计”的解决方案，实现医院 “平疫结合” 、 综合利用 。

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