醫(yī)用空氣凈化器：空氣凈化技術現(xiàn)狀與發(fā)展

一．我國醫(yī)院空氣凈化技術和空氣凈化器的現(xiàn)狀                                    

    為防止空氣生物性、物理性和化學性污染可能造成的院內感染和健康問題，不同空氣凈化原理和方法的多樣性的空氣凈化技術，越來越多地被應用到醫(yī)院環(huán)境的空氣衛(wèi)生控制。區(qū)別于工業(yè)領域的空氣凈化概念和室內空氣品質的通用概念，醫(yī)院空氣凈化的核心概念是消毒殺菌，嚴格控制微生物污染。2002年我國頒發(fā)了二個關聯(lián)醫(yī)院空氣凈化的標準：1）國標《潔凈手術部建筑技術規(guī)范》[1]；2）部標《消毒技術規(guī)范》[2]。由于國標的強制性行政影響力，三甲醫(yī)院評審對層流凈化手術室硬件的規(guī)定，導致這10年來，我國醫(yī)院室空氣凈化技術的應用趨勢實際上是工業(yè)空氣凈化技術占了上風，醫(yī)用消毒殺菌空氣凈化技術處于弱勢。一個典型的實例是醫(yī)院原本普遍熟悉的按空氣細菌數(shù)劃分的國標一類環(huán)境、二類環(huán)境的空氣衛(wèi)生指標和消毒殺菌衛(wèi)生概念被潛移默化地改變成了以灰塵數(shù)目劃分的百級、千級和萬級的指標和工業(yè)凈化概念。搞了凈化為什么還要消毒殺菌？空氣細菌數(shù)達標，塵粒數(shù)也必須達標嗎？成為醫(yī)院院感部門困惑和爭論的話題。錯誤的基本概念將導致標準和技術系統(tǒng)的系列錯誤，將給國家的醫(yī)院建設投資和預防感染帶來難以估計的巨大損失。  

    我們在選擇不同的醫(yī)用空氣凈化技術前，首先需要弄清楚究竟是空氣中的微生物還是塵?；蚧瘜W污染引發(fā)了疾病和感染，弄清楚引起疾病和感染的微生物的繁殖和傳播特性，危害程度，有針對性地選擇恰當?shù)目諝庀練⒕鷥艋夹g。2012年衛(wèi)生部頒發(fā)了《醫(yī)院空氣凈化管理規(guī)范》[3]，提出了多樣性空氣消毒殺菌凈化技術，不同醫(yī)院部門的不同空氣凈化方法和空氣凈化消毒主要指標，并把凈化消毒技術作為《醫(yī)院空氣凈化管理規(guī)范》的最主要的無菌凈化技術，三級過濾的潔凈技術退為其次，明確了醫(yī)院空氣凈化的目的，糾正了醫(yī)院空氣凈化技術就是高效過濾凈化技術的錯誤理念，改變了只過濾不消毒殺菌的單一工業(yè)空氣凈化模式，為我國醫(yī)院空氣凈化技術的科學發(fā)展奠定了標準基礎。

    源自于以控制塵埃為目的的電子工業(yè)的三級過濾潔凈技術是實現(xiàn)醫(yī)院空氣無菌衛(wèi)生多樣性空氣凈化技術的其中一項空氣凈化技術，由于該技術沒有包含醫(yī)用空氣凈化技術所包含的消毒殺菌技術，其缺點和問題在這十年中越來越多地暴露出來。三級過濾潔凈技術也是最昂貴的空氣凈化技術。十年來我國手術部單一采用空氣潔凈技術的實踐證明：它的建設的高投入，設備的大空間，管理的高能耗和效果的不確定，使得我國大多數(shù)醫(yī)療機構建不了（建筑層高和空間限制），建不起（投資大），用不起（運行成本高）和用不好（防止感染效果差）。2008年和2011年德國和新西蘭的大樣本醫(yī)學統(tǒng)計研究[4，5]發(fā)現(xiàn)越是高級別層流凈化，手術感染率越高，引起了世界醫(yī)學界和凈化界的深刻反思和質疑凈化的效果。2009年德國政府主管部門就此發(fā)表4點公告[6] ，否定了層流凈化對預防手術感染的效果。  


    單純采用工業(yè)凈化標準和技術的制藥領域存在與醫(yī)院相同的凈化目的和概念究竟是為什么的問題，10年來走了相同的彎路。許多制藥企業(yè)，盡管已經(jīng)采用A級空氣凈化（100級），但仍然無法解決無菌生產(chǎn)線合格率低的問題，不得不引進消毒系統(tǒng)，對各級凈化區(qū)天天數(shù)小時消毒殺菌。


    由于三級過濾空氣潔凈技術對建筑空間的特殊要求，昂貴造價，我國90多萬個醫(yī)療機構的絕大多數(shù)病房、診所、治療室和手術室?guī)缀鯖]有可能采用這一技術來實現(xiàn)空氣衛(wèi)生品質，甚至有的醫(yī)院對已經(jīng)建成的凈化手術室和ICU，取消了空氣三級過濾凈化，重新開窗，安裝空氣消毒機和分體空調。醫(yī)療機構對空氣凈化市場的需求是巨大的，客觀存在的，結果近10年來世界上涌現(xiàn)出的以消毒殺菌技術為核心的新的多樣性醫(yī)用空氣衛(wèi)生凈化技術，包括2002年《消毒技術規(guī)范》推薦的紫外燈照射、循環(huán)風紫外線和靜電吸附凈化技術，以及近幾年出現(xiàn)的光催化殺菌凈化技術，復合凈化技術和低溫等離子殺菌凈化技術與均已被廣泛地應用到我國醫(yī)療機構的空氣衛(wèi)生控制。這些凈化技術被商家衍生出五花八門的空氣凈化產(chǎn)品和工程裝置，另人眼花繚亂，由于缺乏產(chǎn)品標準和衛(wèi)生工程標準監(jiān)管，目前處于無序發(fā)展狀態(tài)，醫(yī)院使用部門難以適當選配。

    有的省級醫(yī)院的新建病房大樓，在所有的病房均設置靜電吸附空氣凈化器，如河南省人民醫(yī)院。有的醫(yī)院在重點科室全部采用紫外線循環(huán)風殺菌裝置，如南京八一醫(yī)院肝移植病區(qū)。但是非三級過濾空氣凈化技術產(chǎn)品的空氣凈化性能不同廠家差別很大，甚至有的空氣凈化器幾乎完全無效，并危害健康。有的存在安全隱患和氣體污染，已有報道因室內空氣凈化器失火引起病人死亡。國家目前還沒有可有效指導市場走向的空氣凈化產(chǎn)品設計、制造和應用的規(guī)范與指南。

    凈化是手段，衛(wèi)生是目的。三級過濾空氣潔凈技術只是空氣衛(wèi)生凈化技術的一項技術，以衛(wèi)生為目的的適合不同醫(yī)療環(huán)境的多樣性的空氣衛(wèi)生技術才是我國醫(yī)療保健機構空氣凈化技術的正確發(fā)展方向。本文依據(jù)筆者和國外的研究，特別是美國環(huán)保署的《家用空氣凈化器指南》[7，8]，就我國目前市場上的各種凈化技術和產(chǎn)品的基本原理，效果和適用場所做一個資料性介紹與探討，希望有助于正確設計和選擇醫(yī)院空氣凈化工程系統(tǒng)和產(chǎn)品。

二．減少醫(yī)院空氣污染的三種方法


減少室內空氣污染濃度的三種基本方法是污染源控制、通風和凈化空氣。


污染源控制


指消除個別污染物的源頭，或減少其排放。這通常是減少污染物最有效最經(jīng)濟的方法。引起醫(yī)院院內感染和呼吸道疾病擴散的空氣微生物污染源，通?？梢栽谠搭^被控制。例如，手術室的空氣微生物污染源主要是手術組人員散發(fā)的微生物，可以通過使用隔離微生物擴散的隔離手術服和局部動態(tài)空氣殺菌凈化裝置有效控制（圖1和圖2）。傳染病房的來自病人自身的呼吸道和接觸性傳染微生物，可以通過病房無菌環(huán)境建筑隔離、氣流組織通風設計和動態(tài)消毒系統(tǒng)使微生物傳染源被控制在床位和房間局部范圍內。

通風

   通常應對生物和化學污染風險的最佳方式是控制、消滅污染源，并引入室外清潔空氣，保持通風。但天氣條件、或室外空氣受污染，可能會限制通風。

   通過滲透、自然通風、或機械通風的方式（圖3），將室外空氣帶入室內，使整個建筑換氣，并將受污染的空氣排出室外。盡管會受限于天氣狀況，但這種方法可以有效去除或稀釋室內氣載污染物，從而降低污染水平，改善室內空氣衛(wèi)生質量（IAHQ）。在2003年SARS期間，最有效的預防SARS擴散的方法就是通風。廣東地區(qū)的醫(yī)院建筑風格注重自然通風，結果SARS傳染病的控制效果比采用密閉中央空調的香港醫(yī)院和注重密閉保溫的北京醫(yī)院好得多，沒有發(fā)生SARS傳染病在醫(yī)院大規(guī)模爆發(fā)，甚至廣州的一些收治SARS病人的醫(yī)院的醫(yī)護人員感染率為“零”。

    反到是鐘南山教授所在的廣州醫(yī)學院第一附屬醫(yī)院的新建萬級凈化ICU，收治了SARS病人，由于密閉循環(huán)通風和高效過濾器對直徑只有0.1微米的SARS病毒濾除效果有限，結果幾乎全部醫(yī)護人員均被感染。而廣東省人民醫(yī)院的傳染科病房，也收治了許多SARS病人，但采用開窗自然通風和負壓氣流控制，無一例感染。SARS傳染病爆發(fā)過后，鐘南山教授總結治療，提出我們應該反思這種凈化模式。

   對用于通風的室外空氣應給予衛(wèi)生評估。這些室外空氣的質量應在可以接受的范圍內，且包含的污染物和濃度不得超過在室內條件下被認為不可接受或有害的水平。如果室外存在污染源或存在氣候問題，使用通風減少室內的污染物時，應進行細致的評估。

空氣凈化

       在通風方法無法充分處理室內空氣污染時，空氣凈化裝置就有了用武之地?？諝膺^濾器和其它空氣凈化裝置就是用于清除室內空氣中的污染物的。這些裝置有些可裝于醫(yī)院中央暖通空調（HVAC）系統(tǒng)的管道中或送回風末端，清潔整所房子的空氣。壁掛式和便攜式房間空氣凈化器可用于清潔一間房間的局部區(qū)域，但不能有效地凈化整個房間的空氣。此外，這類房間空氣凈化器受到風機噪聲的限制，凈化空氣輸出率有限。


2012年衛(wèi)生部頒發(fā)的《醫(yī)院空氣凈化管理規(guī)范》提出了六種非自然通風醫(yī)院環(huán)境空氣凈化方法：


1）集中空調通風系統(tǒng)（含凈化消毒裝置）；


2）空氣潔凈技術；


3）循環(huán)風紫外線消毒器；


4）靜電吸附式空氣消毒器；


5）紫外燈照射消毒；


6）能使消毒后空氣中的細菌總數(shù)≤4/15 CFU /5min.直徑9cm平皿)其他空氣消毒產(chǎn)品;


     《醫(yī)院空氣凈化管理規(guī)范》的頒發(fā)，是我國醫(yī)院空氣凈化技術發(fā)展的重要里程碑，將規(guī)范和指導我國醫(yī)療保健市場空氣衛(wèi)生技術的科學發(fā)展。目前，凈化界的大多數(shù)工程技術人員，還不太了解除三級過濾空氣潔凈技術外的其它5項醫(yī)院常用的多樣性的以消毒殺菌為核心的空氣衛(wèi)生凈化技術。暖通和凈化界需要學習《醫(yī)院空氣凈化管理規(guī)范》，了解和掌握以消毒殺菌為核心的空氣衛(wèi)生工程凈化技術。凈化是手段，衛(wèi)生是目的。將多樣性空氣消毒殺菌技術轉變?yōu)榕c建筑工程結合的衛(wèi)生工程技術，是我國醫(yī)療保健機構建設發(fā)展的時代需要。


三．空氣凈化技術和空氣凈化器信息


    空氣凈化裝置可按其設計用于清除的污染物的種類（顆粒、氣態(tài)污染物）分類。    


    按所需控制空氣污染物的種類，可將空氣凈化器分類為：


1）空氣顆粒凈化器；


2）空氣化學和氣味凈化器；


3）空氣生物凈化器。


   按空氣凈化裝置的凈化原理可將空氣凈化器分為二類：


1）稀釋法空氣凈化器，即通過空氣凈化器輸出一定量的凈化空氣，稀釋房間污染空氣，達到一定空氣凈化效果。高流量的空氣凈化器對應高潔凈的室內空氣環(huán)境。如層流技術是最高標準的稀釋法凈化技術，通過幾百次換氣和定向氣流流動稀釋空氣污染，達到稀釋法最高的空氣凈化效果。


2）濃度法空氣凈化器，即使所控制環(huán)境空氣中具有凈化空氣效果的物理或化學因子達到一定濃度，以實現(xiàn)空氣凈化。如臭氧空氣凈化器和離子空氣凈化器。濃度法空氣凈化器的凈化效果與空氣凈化因子的濃度有關，與流量關聯(lián)小，高濃度的室內空氣凈化因子對應高凈化的房間空氣。如高濃度的負離子空氣環(huán)境，對應高度無菌和清新的室內空氣環(huán)境。顯然，采用空氣凈化濃度法比稀釋法可以顯著減少運行能耗和建設投資，并且對目標環(huán)境的建筑空間（層高，機房）幾乎沒有要求。


有兩種空氣凈化裝置可以清除空氣中的顆粒：機械空氣過濾器和電子空氣凈化器。


機械空氣過濾器


    如高效微?？諝膺^濾器（HEPA），其過濾材料可以捕獲顆粒，從而將之從空氣中清除。大多數(shù)機械空氣過濾器長于捕獲尺寸較大的氣載顆粒，如灰塵、花粉、某些霉菌孢子、動物毛屑，以及含有塵螨、蟑螂過敏原的顆粒。但是因為這些顆粒沉積速度較快，機械空氣過濾器并不能很好地將它們從室內完全清除出去。對于可能引起醫(yī)院呼吸道傳染病爆發(fā)的病毒微粒，由于其尺寸微?。?.003~0.06微米），高效過濾器（≥0.3um,99.997%過濾效率）難以有效地濾除病毒氣溶膠。國標《潔凈室級相關受控環(huán)境》（ISO14644國際標準）[9]（表1）給出的5級潔凈空氣環(huán)境（100級）的≥0.3微米顆粒的允許數(shù)目為≤3500個/m3;但對于0.1微米顆粒的允許數(shù)量高達≤100000個/m3。對應1000級，≤0.1微米的允許顆粒數(shù)為1000000個/m3。由此可見,對于比0.1微米尺寸更小的病毒,高效過濾器的濾除效率非常有限,需要采取消毒殺菌凈化技術才能有效控制。

    美國已經(jīng)開發(fā)出數(shù)種標準方法用于測量安裝在暖通空調系統(tǒng)內的不同類型的空氣過濾器的過濾效率。應用這些方法可以比較不同公司生產(chǎn)的空氣過濾的性能。美國采暖制冷與空調工程師協(xié)會（ASHRAE）與美國環(huán)境科學和技術學會（IEST）已經(jīng)發(fā)布了數(shù)項空氣過濾器評級推薦性標準。


   評估顆粒去除效率有4種標準方法：計重法、大氣塵比色效率法、鄰苯二甲酸二辛酯（DOP）穿透率法、和粒度過濾效率（PSE）法


計重法（定義見ASHRAE標準52.1-1992）[10]，


   一般用于評估過濾最大、最重顆粒的低效過濾器。這些過濾器通常用于風道和空調系統(tǒng)中，保護受控環(huán)境內的裝置，或用作上游過濾器保護效率更高的過濾器。運用該方法時，將人造塵埃送入空氣凈化器中，按過濾器濾掉（“阻擋”）的塵埃重量計算比例。計重法在評估對較小的可吸入顆粒物的過濾效率時作用有限，因為測試所用的顆粒一般大于可被吸入肺部深處的顆粒，如PM2.5。


大氣塵比色效率法（定義亦見ASHRAE標準52.1-1992）[11]


   一般用于評測中效過濾器過濾能玷污墻壁及其它室內表面的細微氣載塵埃顆粒的效率。將自然產(chǎn)生的大氣塵埃送入空氣凈化器中，檢測其降低干凈的目標紙受玷污情況的能力，以此確定凈化器過濾空氣中顆粒的能力。


DOP滲透率法[12]


   見IEST-RP CC001.4檢測方法，用于評估真正的高效微粒空氣過濾器。由均一直徑0.3pm的顆粒形成的DOP氣溶膠送入過濾器。通過檢測過濾器的上流和下流測得的濃度決定過濾器的效率，或者說是檢測由過濾器濾掉的顆粒的百分比。


PSE法[13]


   見ASHRAE標準52.2-2007，是通過逐步加大人造塵埃的量，檢查過濾器過濾特定粒度的顆粒的綜合最小效率。PSE法并不排除使用DOP滲透率法和計重法。初效過濾器之類極低效的空氣過濾器仍必須按計重法檢測。綜合最小效率值的平均值用于確定空氣凈化器的最低效率報告值（MERV）。MERV值最低為1,最高為20。 


   ASHRAE標準52.1.1992《全面通風中過濾顆粒物的空氣凈化裝置檢測方法中的重量與比色分析程序》已于2009年撤銷。該標準的內容現(xiàn)已并入ANSI/ASHRAE標準52.2《全面通風用空氣凈化裝置過濾效率粒度檢測法》附錄B中。該 附錄規(guī)定計算過濾器的計重效率時，應使用最低效率報告值（MERV）1-4，計算過濾器的大氣塵比色效率時，使用MERV值為5-16。表2為美國環(huán)保署《》ASHRAE標準的過濾器最低效率報告值（MERV）和應用范圍。工程界選擇過濾器，應根據(jù)使用目的和能效比選擇不同效率的過濾器。


   例如，使用目的是控制微生物，所選擇的終過濾器可以是MERV14-MERV16，既中效到高中效過濾器。

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