船上醫(yī)院環(huán)境控制特點(diǎn)與對策摘要：航海發(fā)展和災(zāi)害救援對發(fā)展船上醫(yī)院提出了需要，本文簡要分析了船上醫(yī)院狹小艙室空間內(nèi)的氣流分布和外擾情況下的溫濕度、潔凈度、壓力梯度等環(huán)境控制的特點(diǎn)，針對這種特殊醫(yī)療環(huán)境空間，應(yīng)采用多種學(xué)科合作盡快提出合適的對策。關(guān)鍵詞：船上醫(yī)院，環(huán)境控制，低層高，外擾1.引言21世紀(jì)是海洋的世紀(jì)，我國海域遼闊，隨著航海事業(yè)的發(fā)展和災(zāi)害救援工作的需要，傳統(tǒng)的陸上醫(yī)院已經(jīng)不能滿足我國特殊地域（海洋、海島等）的醫(yī)療救護(hù)需要，須進(jìn)一步發(fā)展地域性專用醫(yī)療設(shè)施，以適應(yīng)不同自然環(huán)境和地域的衛(wèi)生救護(hù)工作。借鑒地面救護(hù)車(ambulance)和空中救護(hù)系統(tǒng)(airrescuesystem)的設(shè)計理念，結(jié)合海上救護(hù)的特點(diǎn)可發(fā)展船上醫(yī)院，如大型綜合補(bǔ)給船、救援船等均配備了功能完善的醫(yī)療室[1]，船上醫(yī)院的建設(shè)國內(nèi)基本以普通船只改裝和模塊化醫(yī)療單元拼裝為主[2]，尚無新建船上醫(yī)院的先例。目前陸上醫(yī)院建設(shè)和醫(yī)療環(huán)境控制技術(shù)的發(fā)展已很成熟，但限于船舶的特殊性，一些技術(shù)并不能完全照搬，空氣凈化技術(shù)在船舶領(lǐng)域中的應(yīng)用很少，隨著遠(yuǎn)距自然災(zāi)害救援等發(fā)展需要，有必要對潔凈空調(diào)技術(shù)在船上醫(yī)院的應(yīng)用進(jìn)行研究，以探討各科室醫(yī)療、舒適和衛(wèi)生環(huán)境控制的技術(shù)措施。2.船上醫(yī)院的特點(diǎn)2.1.低層高空間由于船體結(jié)構(gòu)和各工種管線布置的限制，船上醫(yī)院艙室的層高比陸上醫(yī)院要低得多，送風(fēng)的均勻性和舒適性很難同時實(shí)現(xiàn)；由于空間所限，病房內(nèi)人員密度較大，相互之間距離較小，無法達(dá)到陸上醫(yī)院標(biāo)準(zhǔn)的要求，安全性難以得到保證。研究表明[3]：房間的層高與室內(nèi)污染物積聚帶呈垂直帶狀分布，當(dāng)層高低于2.55m時，室內(nèi)各水平高度的二氧化碳濃度幾乎都超過衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，且污染物垂直分布主要積聚在1.2～1.4m的高度，與人體坐姿和站姿呼吸帶的范圍相當(dāng)，對于醫(yī)療環(huán)境來說，大大增加了交叉感染的風(fēng)險。維持船上醫(yī)院安全舒適的微氣候環(huán)境，不僅需要供給必要的新鮮空氣、調(diào)節(jié)溫濕度、維持各艙室間壓差，而且更要求高質(zhì)量的氣流分布，滿足醫(yī)療與感染控制要求是船上醫(yī)院空調(diào)設(shè)計的首要問題。鑒于艙室的層高低，傳統(tǒng)的船舶空調(diào)氣流分布多采用布風(fēng)器送風(fēng)，按工作原理不同分直布式（圖1）和誘導(dǎo)式（圖2）兩種[4]。直布式布風(fēng)器直接將供風(fēng)送入空調(diào)艙室之內(nèi)，出口形狀做成有利于出風(fēng)均勻的喇叭口、格柵、孔板等，出口風(fēng)速一般為2～4m/s，供風(fēng)與室內(nèi)空氣混合較慢。誘導(dǎo)式布風(fēng)器由供風(fēng)管供入一次風(fēng)從噴嘴高速噴出，誘導(dǎo)室內(nèi)空氣（二次風(fēng)）與其混合，然后供入空調(diào)艙室之內(nèi)，缺點(diǎn)是噪聲較大，價格較貴。兩種風(fēng)口的出風(fēng)均為貼壁射流，貼附效應(yīng)使得送風(fēng)射流卷吸周圍空氣，形成混合氣流貼附于天花板或墻壁表面流動，在某些特殊醫(yī)療區(qū)域（如傳染病區(qū)、隔離病房等）又很難形成定向氣流，小空間內(nèi)容易形成較多的渦旋，不利于院內(nèi)的塵菌濃度控制。圖1頂式布風(fēng)器與氣流流分布方式圖2壁式誘導(dǎo)器器及氣流分布布方式如采用陸上醫(yī)院常用送風(fēng)口將空氣由紊流系數(shù)很大的風(fēng)口送入室內(nèi)，由于船的層高較低，沒有充足的空間供送風(fēng)氣流均勻擴(kuò)散，會直接吹到人員的頭頂，吹風(fēng)感較大，同時也不利于全室的氣流均布。送風(fēng)口型式、出風(fēng)口和回風(fēng)口的位置直接影響醫(yī)療艙室醫(yī)療與感染控制要求的氣流流態(tài)。因此，根據(jù)艙室大小、結(jié)構(gòu)及醫(yī)療科室的空氣凈化要求，進(jìn)行合理選型和適當(dāng)?shù)臍饬髟O(shè)計，研究開發(fā)適合船上醫(yī)院的專用送風(fēng)口，除具備一般醫(yī)院空調(diào)送風(fēng)口的性能特點(diǎn)外，還必須能適應(yīng)狹小艙室的醫(yī)療環(huán)境要求，具有較小的安裝高度，較大的軸心速度衰減率，能使送風(fēng)與室內(nèi)空氣很好地混合，阻力和噪聲較小、結(jié)構(gòu)牢固緊湊等特點(diǎn)，目前國內(nèi)此類風(fēng)口產(chǎn)品尚處于空白。2.2.流動性船舶大多時間處于運(yùn)動中，外界環(huán)境多變，對船內(nèi)環(huán)境會產(chǎn)生一定的影響。2.2.1.對艙室溫度的影響船舶空調(diào)系統(tǒng)是按外界氣候條件和海水溫度設(shè)計的，但船舶的流動性很大，外界氣溫、海水溫度、船舶航速及太陽輻射強(qiáng)度均在變化，加之海上氣候多變，會遇到各種氣象情況，造成船舶空調(diào)艙室負(fù)荷也會隨之不斷變化，使空調(diào)系統(tǒng)長時間處在部分負(fù)荷工況。例如，當(dāng)船從北半球越過赤道至南半球航行過程中，外界氣溫可能在+50℃至-30℃范圍內(nèi)劇烈變化[5]。外界環(huán)境變化造成的各艙室間以及艙室內(nèi)外溫度的不均勻和急劇變化、艙室內(nèi)垂直溫差過大和水平輻射溫度的不對稱都會影響人體舒適性，使機(jī)體產(chǎn)生急性冷、熱應(yīng)激反應(yīng)，如船上人員不能適應(yīng)氣候的突變，則可引起機(jī)體功能狀態(tài)和工作能力的下降，以致體溫調(diào)節(jié)功能紊亂，抵抗力降低，因此隨時維持所需的醫(yī)療、舒適和衛(wèi)生環(huán)境，否則不利于患者的治療和康復(fù)。針對船上醫(yī)院負(fù)荷多變的特點(diǎn)可采取變頻空調(diào)系統(tǒng)，根據(jù)外界環(huán)境的變化隨時調(diào)整艙室內(nèi)的熱濕環(huán)境，將人體不適感降到最低，同時也可達(dá)到節(jié)能的效果。2.2.2對艙室內(nèi)壓力梯度的影響在航行過程中船體外部會產(chǎn)生很大的風(fēng)壓，當(dāng)以每小時15節(jié)（knot）的速度航行時，在海上無風(fēng)的天氣相當(dāng)于船不動而有7.7m/s的風(fēng)速，在船尾會形成一定范圍的空氣動力陰影區(qū)（圖3），加上船轉(zhuǎn)向航行和海上風(fēng)向的不確定性使艙室內(nèi)外的壓力變化更加復(fù)雜，船上醫(yī)院內(nèi)潔凈區(qū)→清潔區(qū)→污染區(qū)的有序壓力梯度很容易被打破，甚至引起排風(fēng)系統(tǒng)污染空氣倒灌等情況，從而導(dǎo)致醫(yī)院內(nèi)污染物的隨機(jī)擴(kuò)散與傳播，引起院內(nèi)交叉感染。外界溫度變化也會在船內(nèi)外空間造成一定程度的熱壓，形成自然對流，影響醫(yī)療環(huán)境的有序壓力分布。所以船上醫(yī)院對系統(tǒng)新風(fēng)口和排風(fēng)口的設(shè)置與防倒灌措施特別重視，并采用氣密性較好的門窗。圖3船體外側(cè)流場示意意圖圖4船振動示意意圖2.3.振動性受海洋條件、船體排水量大小、艦船行駛風(fēng)向及減振狀況等多種因素的影響常可引起搖擺垂蕩，使物體移動，人體站立不穩(wěn)等情況，干擾室內(nèi)氣流分布。船舶是漂浮在水上的復(fù)雜彈性結(jié)構(gòu)，具有六個自由度，可分別沿空間三維坐標(biāo)軸進(jìn)行平移（縱蕩、橫蕩、垂蕩）和旋轉(zhuǎn)（橫搖、縱搖、首尾搖）(圖4)，在其受干擾而振動時，又會受到周圍水的影響，因此船體的振動非常復(fù)雜。船體的晃動，使人員的塵菌散發(fā)與陸上醫(yī)院同樣治療過程相比大大增加。空氣作為一種主要的疾病傳播媒介，占傳染性疾病的各種傳播媒介之首，研究表明：世界上40余種主要傳染病中，有1/3是經(jīng)空氣傳播的，病源微生物空氣船舶成為醫(yī)院交叉感染的重要原因，醫(yī)院空氣中主要包括浮游菌（airbornemicrobe，AM）、可沉降菌（settlingmicrobe，SM）、不同粒子直徑范圍的塵埃粒子（particulatemass，PM）三種污染物，而病菌又大多依附于塵埃而存在，因此降低醫(yī)院空氣中的粒子濃度是控制院內(nèi)感染的重要手段。粒子受氣流分布的影響，受布朗運(yùn)動、重力、慣性力、靜電、溫度梯度產(chǎn)生的熱浮升力和氣體濃度梯度產(chǎn)生的擴(kuò)散浮動力等多種外力作用。粒徑在0.1μm以下的亞微米塵粒，主要以布朗運(yùn)動方式擴(kuò)散，0.1μm以上的塵粒主要受重力和慣性力影響[6]，無論哪種情況，塵粒都受到空氣媒介流動狀態(tài)的影響，不斷與周圍空氣混合并在三維空間內(nèi)運(yùn)動沉降，進(jìn)而擴(kuò)散到鄰近科室及一切空氣可到達(dá)的環(huán)境。若不考慮擴(kuò)散作用對粒子運(yùn)動的影響，則認(rèn)為在整個室內(nèi)微粒濃度均勻，粒子的運(yùn)動符合下式[7]：=1\*GB2⑴式中:m為微粒質(zhì)量，kg；為粒子與氣流的相對運(yùn)動速度，m/s；是微粒的速度，是氣流的速度；，分別為外力和空氣阻力。假如遇到船舶振動等外擾作用，微粒會受到無規(guī)律湍流渦旋的影響，和都會隨之改變，從而改變微粒相對氣流的跟隨性，微粒的運(yùn)動軌跡也會由船體正常運(yùn)行時的定常直線運(yùn)動變?yōu)榧铀龠\(yùn)動和曲線運(yùn)動，以不同的脈動速度從原有流線中擴(kuò)散開來，甚至產(chǎn)生顆粒凝并，沉降于物體表面的粒子也會重新?lián)P起。動態(tài)情況下船上醫(yī)院內(nèi)的塵粒散發(fā)特性與菌塵傳播特性與陸上醫(yī)院相比復(fù)雜得多，大大增加了醫(yī)院環(huán)境控制的難度，尤其是手術(shù)室、無菌病房等需要高潔凈度單向流的科室，為此開發(fā)新型送風(fēng)天花，對單向流氣流質(zhì)量與速度提出比陸上醫(yī)院更高要求。在振動外擾存在的情況下，如采用陸上醫(yī)院的常用的移動門、旋轉(zhuǎn)門等設(shè)備，容易發(fā)生無法關(guān)嚴(yán)或卡死等情況，為船上人員的活動和院內(nèi)壓力梯度控制帶來困難；空調(diào)設(shè)備管路的振動，會影響系統(tǒng)的可靠性和壽命，水系統(tǒng)和過濾器泄漏的幾率會大大增加，特別是無菌室的高效過濾器送風(fēng)口和隔離病房部分房間的高效過濾器排風(fēng)口，萬一因反復(fù)振動出現(xiàn)泄漏，為院內(nèi)感染留下隱患；另外振動將不可避免地增加室內(nèi)噪聲，使院內(nèi)環(huán)境的安全和舒適性受到影響。針對這一問題，首先要增強(qiáng)船體本身的抗振減搖能力，其次要研究開發(fā)適合船上醫(yī)院使用的空調(diào)機(jī)組以及系統(tǒng)防漏技術(shù)；研究振動環(huán)境下的菌塵粒子分布特性，開發(fā)特殊無泄漏高效過濾風(fēng)口，采取合理的氣流控制措施，提高系統(tǒng)的安全可靠性，并制定相應(yīng)的院內(nèi)管理與操作規(guī)程，以將振動帶來的負(fù)面影響降到最低。3.船上醫(yī)院環(huán)境的舒適度為改善水面艦艇艙室居住的舒適性，保障船上人員的健康，提高工作效率，總后衛(wèi)生部和海軍后勤部先后頒發(fā)并批準(zhǔn)了《水面艦艇艙室微小氣候的醫(yī)學(xué)要求》[8]，于1999年3月1日起實(shí)施，部分室內(nèi)微氣候指標(biāo)如表1所示。但對于船上醫(yī)院而言，還應(yīng)達(dá)到醫(yī)療救護(hù)的環(huán)境要求，如手術(shù)室、重癥監(jiān)護(hù)病房（ICU）、燒傷病房、隔離病房等對溫、濕度都有相應(yīng)的要求[9-14]，目前除普通船舶環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)和暖通設(shè)計規(guī)范外[15]，尚無專門針對船上醫(yī)院建設(shè)和環(huán)境控制的標(biāo)準(zhǔn)，由于船上醫(yī)院的特殊性，常規(guī)醫(yī)院的一些標(biāo)準(zhǔn)無法直接照搬，因此為保證船上醫(yī)院良好的醫(yī)療環(huán)境和救治效果，應(yīng)該聯(lián)合醫(yī)學(xué)、環(huán)境、建筑和船舶等有關(guān)專業(yè)制定相應(yīng)的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，并進(jìn)行環(huán)境舒適度及室內(nèi)空氣品質(zhì)的評價。表1居住艙室和一般工作艙室的舒適維持級微小氣候各參數(shù)容許范圍和限值[8]環(huán)境參數(shù)夏季春（秋）季冬季基本變量氣溫Ta(℃)25～2921～2518～21相對濕度RH(%%)40～7530～7030～60氣流速度Va（mm/s）≤0.5≤0.3≤0.15平均輻射溫度Trra(℃)23～3019～2717～24附加變量軸向溫差⊿Ta，∧(℃)≤3縱向輻射不對稱度度⊿Tra⊥(℃)≤3橫向輻射不對稱度度⊿Tra∥(℃)≤5注：1.夏季服裝隔熱值為為0.5cllo（1clo＝0.15449℃m2/W）.2.春（秋）季季服裝隔熱值值為0.9cllo.3.冬季服裝隔熱值為為1.6cllo.44.每天8h有效工作時時間.5.一般工作艙室主要要包括：駕駛駛室、醫(yī)務(wù)室室、無線電室室、雷達(dá)聲吶吶室等.6.軸向溫差指艙室內(nèi)內(nèi)人體頭部位位與足部位的的氣溫差.7.縱向輻射不對稱度度指艙室中心心位置來自與與頭——足向垂直的的兩平面輻射射溫差值.8.橫向輻射不對稱度度指艙室中心心位置來自與與頭——足向平行的的諸相向平面面中的最大輻輻射溫差.9.平均輻射溫度指艙艙室內(nèi)同一個個工作區(qū)來自自上、下、左左、右、前、后6個方向的輻射溫度的平均值.由于海上環(huán)境的特殊性，高溫高濕是常見的現(xiàn)象，空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)工作后，艙室內(nèi)的氣流速度直接影響人體表面的對流散熱，刺激皮膚，給人產(chǎn)生不舒適的吹風(fēng)感。實(shí)驗(yàn)表明[16]，在舒適的艙室溫度范圍內(nèi)，適宜的風(fēng)速應(yīng)為0.10m/s～0.5m/s，根據(jù)對潛艇艙室的研究，高溫高濕條件下人的耐受時間可用式（2）計算：=2\*GB2⑵滿足舒適要求的艙室最大允許氣流速度經(jīng)驗(yàn)公式可用式（3）表示：=3\*GB2⑶其中：——耐受時間（min）；——艙室空氣溫度（℃）；RH——相對濕度（％）；——艙室最大允許氣流速度（m/s）；TB——艙室空氣湍流度（％）由式（3）可知：艙室內(nèi)最大允許氣流速度隨空氣溫度的升高而呈冪指數(shù)上升，隨空氣的湍流度增加而呈指數(shù)下降。除熱舒適外，船舶振動引起的噪聲、船上電子設(shè)備引起的電磁輻射污染也會嚴(yán)重影響人體的舒適性和健康。噪聲不僅會引起聽覺器官的損傷，還對神經(jīng)系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、前庭功能、視覺功能、代謝和免疫功能產(chǎn)生影響，直接影響到患者的治療和康復(fù)。隨著科技的發(fā)展，艦船自身電子設(shè)備不斷增加，電磁輻射污染日趨嚴(yán)重，除對人構(gòu)成威脅外，同時也會干擾醫(yī)院內(nèi)的醫(yī)療設(shè)備。船上醫(yī)院內(nèi)的噪聲和電磁輻射防護(hù)應(yīng)該引起足夠的重視，目前國內(nèi)外艦船環(huán)境醫(yī)學(xué)領(lǐng)域已針對噪聲和電磁污染進(jìn)行了大量研究[17,18]。4.結(jié)論船上醫(yī)院環(huán)境控制是一項人——機(jī)——環(huán)境系統(tǒng)工程的綜合性技術(shù)，需結(jié)合暖通、醫(yī)學(xué)、船舶設(shè)計和人體工效學(xué)等多個學(xué)科進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)人、環(huán)境與設(shè)備三者之間的最佳結(jié)合，以改善醫(yī)患人員的工作治療環(huán)境，最大限度地保障人員的身心健康。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會建設(shè)的需要，應(yīng)開展船上醫(yī)院環(huán)境控制的相關(guān)研究，使得空氣凈化技術(shù)和醫(yī)療救護(hù)延伸到新的領(lǐng)域。參考文獻(xiàn)[1].謝玲梅.空氣潔凈技術(shù)在艦船空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用探討.船舶，2001年第4期：6-10.[2].夏志方.海上醫(yī)療集裝箱組研制構(gòu)想.海軍醫(yī)學(xué)雜志，2004，Vol25（2）：161-163.[3].李和笙.降低層高對人體健康的影響.建筑工人，2005年第6期.[4].王乃義.船舶空調(diào)原理與設(shè)備.哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社.2001.[5].韓厚德，詹玉龍.遠(yuǎn)洋船舶空調(diào)送風(fēng)量數(shù)值計算及風(fēng)機(jī)變頻節(jié)能研究.98中國航海學(xué)會學(xué)術(shù)年會論文.[6].[日]早川一也著，鄧守廉譯.潔凈室設(shè)計手冊.北京：學(xué)術(shù)書刊出版社，1989.[7].[美]Hinds,W.C.著，孫聿峰譯.氣溶膠技術(shù).哈爾濱：黑龍江科學(xué)技術(shù)出版社，1989.[8].李政年，陳國根，劉忠權(quán)等.水面艦艇艙室微小氣候醫(yī)學(xué)要求的制訂.第六屆全國人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)工程學(xué)術(shù)會議[9].綜合醫(yī)院建筑設(shè)計規(guī)范（報審稿）.[10].醫(yī)院潔凈手術(shù)部建筑技術(shù)規(guī)范.GB50333-2002.[11].沈晉明.醫(yī)院建筑空調(diào)設(shè)計.空調(diào)設(shè)計，湖南科學(xué)技術(shù)出版社，1997年第2輯，p.27-33.1997,12出版.[12].沈晉明.醫(yī)院潔凈手術(shù)部的凈化空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計理念與方法.暖