新風量在醫(yī)院診室如何計算
在新風系統(tǒng)設計中,新風量等于人均新風量指標與人員數(shù)量的乘積,人均新風量指標是衛(wèi)生學研究范疇,而人員數(shù)量則是工程學研究范疇。人均新風量指標成果較多[1-8],結(jié)論比較明確,因此確定新風量的主要問題是確定人員數(shù)量。我國《民用建筑供暖通風與空氣調(diào)節(jié)設計標準》(GB50736-2012)、《綜合醫(yī)院建筑設計規(guī)范》(GB51039-2014)中明確規(guī)定了診室最小新風量為2h-1 換氣次數(shù)。但大量的實際情況表明,按照這個指標進行新風系統(tǒng)設計及運行,醫(yī)護人員普遍感覺診室內(nèi)部空氣質(zhì)量不佳。因此有必要深入了解診室內(nèi)部人員數(shù)量及變化特性,再做進一步深入分析。
1 調(diào)查概況
本文采用實地調(diào)研、現(xiàn)場實測及與醫(yī)護人員訪談的調(diào)查研究方法。
1.1 人流量的實地調(diào)研
2011 年7 月18 日至23 日(周一~周六)對重慶某綜合醫(yī)院的內(nèi)科診室和專家診室內(nèi)部的人流量進行了實地調(diào)研。調(diào)研時間從9 點至17 點,每隔一小時統(tǒng)計一次診室內(nèi)部醫(yī)生、助理、患者、陪護及其他人員的數(shù)量。
1.2 診室內(nèi)CO2濃度實測
測試儀器采用室內(nèi)空氣品質(zhì)檢測儀TSI7575,測量精度±50ppm,分辨率為1ppm,響應時間20s,測量范圍0~5000ppm。采用3 個測點,測點位置分別位于醫(yī)生坐著時、患者坐著時和陪同人員站立時呼吸區(qū)高度。每小時測試一次,每次測試時讀取測試1 分鐘內(nèi)的平均值。
1.3 與醫(yī)護人員訪談
與醫(yī)護人員交談診療過程中診室內(nèi)部人員數(shù)量,高峰人流量的時間段及持續(xù)時間,室內(nèi)空氣環(huán)境的情況。
2 調(diào)研結(jié)果
2.1 人流量及其構(gòu)成
該醫(yī)院制定了門診就診管理制度,一次只允許一名患者和一名陪同人員進入診室,但從實際的情況來看,如圖1 與圖2,診室內(nèi)部的醫(yī)護人員和患者的數(shù)量比較穩(wěn)定,一般為三人,分別為一名醫(yī)生、一名助理和一名患者,而陪同人員數(shù)量較多且變化較大,陪同人員最少為0 人,最多為6~8 人。由此可知該醫(yī)院雖然設置了管理制度,但沒有嚴格執(zhí)行,導致了診室內(nèi)部人員遠遠偏離了正常情況。通過與醫(yī)護人員交談發(fā)現(xiàn),診室內(nèi)存在兩類不確定的人員,一類是正在診療患者的陪同人員,有時陪同數(shù)量較多,大約為5 人,尤其是兒童患者的陪同人員;另一類是正在等候診療的患者及其家屬(即圖中的“其他”人員),他們會擠進診室等待就診,雖然醫(yī)護人員讓這些等候人員在診室外等候,但效果并不明顯。
2.2 人流量及室內(nèi)CO2 濃度
在測試時發(fā)現(xiàn)室內(nèi)開啟了機械新風系統(tǒng),其新風量為2h-1 換氣次數(shù),同時診室的門窗一直處于開啟狀態(tài)。由圖3 和圖4可以看出,診室內(nèi)部的人流量與室內(nèi)CO2濃度呈正相關(guān),在具有機械新風系統(tǒng)供應新風及開啟外窗的情況下,診室內(nèi)部CO2 濃度在某些時段超過了《室內(nèi)環(huán)境空氣質(zhì)量標準》(GB/T18883-2002)規(guī)定的1000ppm 限值,具體表現(xiàn)在內(nèi)科診室是周一至周四的上午時段,最高達到了1300ppm,而專家診室則是在周一與周二,最高達到了1400ppm。與醫(yī)護人員訪談得知診室在周一與周二的上午時段室內(nèi)人員較多,空氣質(zhì)量較差,有醫(yī)護人員甚至發(fā)出“在這種悶悶的環(huán)境中怎么能打起精神來給患者看病”的感慨。由此可知,診室雖然開啟了新風系統(tǒng)且新風量為2h-1換氣次數(shù),診室內(nèi)部仍感覺空氣質(zhì)量不好,不得不打開外窗以引進新鮮空氣,在這種情形下室內(nèi)的空氣質(zhì)量仍有部分時段不佳。
3 分析與討論
3.1 人流量構(gòu)成特性及模型
(1)人流量構(gòu)成特性
診室內(nèi)部主要有醫(yī)護人員(醫(yī)生及其助理)、正在診療的患者及其陪護者、其他等待的患者和陪護人員構(gòu)成,醫(yī)護人員是固定的,一般有一名醫(yī)生和一名助理,有的情況下只有一名醫(yī)生;而患者和陪護人員是在不停流動著。對室內(nèi)人流量影響較大的是陪護人員和其他人員,這涉及到診室的管理制度,沒有管理制度或未嚴格執(zhí)行管理制度情況下,正在診療患者的陪護人員、其他等待的患者和陪護人員數(shù)量較大且是隨機變化的,在嚴格執(zhí)行管理制度下,一般沒有陪護人員或者只有正在診療患者的陪護者,陪護的人數(shù)一般為1 人。因此從人流量的特性看,診室內(nèi)部人流量存在確定性人流量和不確定性人流量。
(2)人流量模型
根據(jù)診室人流量的確定性特征將人流量分為常態(tài)人流量和非常態(tài)人流量。常態(tài)人流量是指人流量的特性是明確的,這種特征是經(jīng)常呈現(xiàn)的。對于診室而言,其常態(tài)人流量為三人,分別為一名醫(yī)生、一名助理、一名患者。非常態(tài)人流量是指在常態(tài)人流量基礎(chǔ)上突然增加一定數(shù)量的人員,一段時間后人流量又恢復到常態(tài)人流量狀態(tài)稱為非常態(tài)人流量。設定非常態(tài)人流量為分段函數(shù)如下:
其中,b 為非常態(tài)情況下增加的人員數(shù)量。
3.2 新風需求的影響因素分析
診室常態(tài)人流量為常數(shù),其新風需求是明確的,按照2h-1 新風換氣次數(shù)或人均30m3/h 新風量指標計算均能滿足要求。但是當處于非常態(tài)時,就需要對診室的室內(nèi)空氣質(zhì)量做具體分析。當t 于非常態(tài)時段內(nèi),室內(nèi)CO2濃度隨時間的變化可表達為:
式中,G0為每人單位時間內(nèi)的CO2散發(fā)量,m3/h ;Ci-1為ti-1 時刻室內(nèi)CO2濃度;Cxi 為ti-1~ti時段內(nèi)新風中CO2濃度;Vxi為ti-1~ti時段內(nèi)的新風需求量,m3/h;k為混合系數(shù),本文取0.9;a 為常態(tài)下的人流量;b 為非常態(tài)下增加的人流量。
非常態(tài)下的新風需求影響因素主要有抗突變沖擊能力和允許超限時間。
(1)抗沖擊能力
抗沖擊能力是無因次參數(shù),是指在非常態(tài)人流量情況下,CO2濃度由正常控制濃度C1 上升到報警濃度Cmax所需要的時間T1與非常態(tài)人流量持續(xù)時間T0 的比值,用參數(shù)K 表示,如圖5 所示,,式中Vx為常態(tài)人流量下的新風供應量,m3/h。
(2)超限時間
超限時間是指室內(nèi)CO2 濃度超過報警濃度的時間長度,包含非常態(tài)時段內(nèi)CO2濃度超過報警限值的時間段(T0-T1)及非常態(tài)結(jié)束后CO2濃度在常態(tài)新風量供應下又回落到報警濃度限值的時間段(T2)兩部分。非常態(tài)結(jié)束時刻室內(nèi)CO2濃度為式(3),然后在常態(tài)新風量供應下,CO2濃度回落到報警濃度,如式(4)。
由上式可計算得到T2。因此實際超限時間為ΔT=T0-T1+T2,如圖6 所示。
3.3 新風調(diào)控判據(jù)
設診室常態(tài)運行新風量為Vx,非常態(tài)人流量持續(xù)時間為T0,CO2 濃度報警限值為Cmax,由此計算上升時間T1,由非常態(tài)人流量模型下新風需求模型得到抗沖擊能力參數(shù)K 和實際超限時間ΔT。設定超限濃度時間限值為ΔT0,則新風調(diào)控判據(jù)為:
(1)K≥1,新風量維持不變;
(2)K<1 且ΔT≤ΔT0,新風量不變;
(3)K<1 且ΔT>ΔT0,加大新風量。
3.4 案例討論
某單人診室面積為16m2,層高為2.8m。
(1)常態(tài)下的新風需求
常態(tài)下診室內(nèi)有3 人(1名患者,1名醫(yī)生和1名助理),門診診室最低新風設計量為2h-1換氣次數(shù),計算得到新風設計量約為90m3/h。同理按照每人30m3/h 新風量計算得到新風設計量也為90m3/h。
由圖7 可知,在人員CO2散發(fā)量為0.0144m3/(h·p),新風CO2濃度為400ppm 下,對于不同的室內(nèi)CO2初始濃度,室內(nèi)CO2濃度最終穩(wěn)定在933ppm,穩(wěn)定時間大約為2 小時。
(2)非常態(tài)下的新風需求
根據(jù)調(diào)研結(jié)果,非常態(tài)情況主要是陪伴人員和其他人員數(shù)量變化,屬于隨機變化情況。假設增加的人流量為陪伴人員3 人,持續(xù)時間為半小時。以正常新風量供應下的穩(wěn)定濃度933ppm 為起點,非常態(tài)情況下室內(nèi)人員數(shù)量為6 人,按照式(2)計算CO2濃度變化情況,可以發(fā)現(xiàn)CO2濃度呈上升趨勢,5 分鐘后室內(nèi)CO2濃度即超過1000ppm,抗沖擊能力為1/6,遠小于1;如設定診室要求的超限濃度限值為15 分鐘,則實際超限時間為52 分鐘,遠遠大于15 分鐘,故通過新風調(diào)控判據(jù)認為常態(tài)新風量不能滿足非常態(tài)下的新風需求,需要加大新風量。
因此對于診室,常態(tài)下按照新風量為2h-1換氣次數(shù)供應,當出現(xiàn)非常態(tài)時,可將新風量臨時調(diào)大至非常態(tài)下新風量運行,以抵制室內(nèi)CO2濃度繼續(xù)上升,一段時間后自動回落到常態(tài)新風量下運行。
4 結(jié)論
(1)根據(jù)調(diào)研結(jié)果,診室內(nèi)部人員呈現(xiàn)常態(tài)和非常態(tài)兩種人流量形態(tài)。常態(tài)下人員數(shù)量穩(wěn)定,人員組成為一名醫(yī)生,一名醫(yī)生助理和一名患者;非常態(tài)下人員組成為一名醫(yī)生,一名醫(yī)生助理,一名患者,多名陪伴者及其他等候診療的患者及其陪護人員,其中陪護人員數(shù)量是隨機變化的。
(2)非常態(tài)下人流量的多少取決于醫(yī)院的管理制度及其執(zhí)行程度。醫(yī)院應通過加強診室管理制度的執(zhí)行力度,減少診室內(nèi)部的人流量,進而減少新風量,保障室內(nèi)良好的空氣環(huán)境。
(3)工程設計者應根據(jù)各個醫(yī)院的醫(yī)療人員配置,管理制度等情況綜合確定診室內(nèi)部常態(tài)人流量和非常態(tài)人流量,進而分析各種狀態(tài)下的新風需求。
(4)建議在未能落實好診室管理制度的醫(yī)院診室設計兩檔變新風量系統(tǒng),正常情況下按照常態(tài)新風量運行,非常態(tài)時按照高檔風量運行,非常態(tài)結(jié)束后切換至常態(tài)新風量運行。