消除空调污染保障医疗环境控制

同济大学      刘燕敏

摘   要：保障医疗环境、控制院内感染是医院通风空调的主要任务，医用空调机组污染是医疗环境控制的最大风险。除了消除医用空调机组诱发微生物二次污染的措施外，医用空调机组的定期消毒必不可少。本文探讨了采用新一代气化过氧化氢消毒技术对医用空调机组的定期消毒,提出了利用空调机组内置装置实现在线实施与监控消毒的新思路与新措施。

关键词：医疗环境控制；医用空调机组；气化过氧化氢；消毒与灭菌

       1   引言

       保障医疗环境、控制院内感染一直是医院的工作重点，也是医院通风空调的主要任务。正如美国ANSI/ASHRAE/ASHE标准170——医疗场所的通风标准的前言所述，“如果医疗场所没有高品质的通风，病患、医护工作者及探访者可能会通过正常呼吸吸入悬浮颗粒物而被感染。不良通风的医疗设施是空气中存在致病颗粒物可能性非常高的场所。在这类场所，空气传播的病原体无处不在，尽管大部分人可以通过自身免疫系统应对，但一些病患可能被这些空气传播病原体甚至如真菌、孢子之类的普通悬浮微生物所感染。医院中这类微生物的浓度更高些，在通风系统设计中就应必须格外关注”[1]。特别是患病因药物治疗或放射性治疗，降低了患者对病菌感染的抵抗力。若患者处于这种不良的通风空调中，通过空气途径的院内感染的几率会大大增加。在手术过程中患者的体表局部或粘膜被划开，失去了抵御病原微生物的最好屏障，悬浮在空气中或皮肤表面的微生物随时都可直接侵入机体组织，很容易引起术后感染，或其他疾病。例如：曲霉菌群种很少会引起医院的传染，但却会发生在那些做了心脏的和腹部的手术之后的病人身上。经进一步的调查研究发现，在术后患者曲霉菌传染的爆发的最终原因是手术室中被污染的空气处理系统。

       医院的通风空调，尤其是净化空调往往被人们认为是医疗环境控制的标准配置。但是与人们良好的初衷相反，医院通风空调往往成为院内感染HAI（hospital acquired infection）的主要风险之一。由于空调机组在运行过程中常常会使空调箱内表面与空气过滤器积尘；冷却去湿盘管、凝水盘与排水水封、加湿器及其存水容器等凝水、积水，一旦条件合适就会促成微生物不断定植和繁殖，甚至发生二次污染。当空调机组箱体内在整个系统停机期间，由于室外空气渗入、箱体内温度回升以及积存的冷凝水不断蒸发，箱体内空间成为细菌繁殖的理想场所，常常会大量滋生细菌。细菌在繁殖过程中会产生多种代谢物，如气味、毒素、过敏物质（如细胞膜、碎屑）及尸体。大多数代谢物的粒径很小，对人的危害不亚于活的细菌。当再次开机时这些微粒，以及出现的霉味或其它令人不愉快的异味，会使过敏人群打喷嚏、眼睛发痒、甚至严重致敏，这也被称为开机暴发性细菌污染。

       空调系统污染对手术环境的负面影响是美国最先提出来的，认为室内悬浮菌只有在下列情况下才对手术切口有显著影响：

     （1）空气处理系统被污染 ；

     （2）其他正在运行中的空气处理系统出现问题 ；

     （3）高风险的特殊手术过程[2]。

       2002年我国提出了空调系统的二次污染与对策[3]。难能可贵的是德国医疗卫生协会DGKH，瑞士医疗卫生协会SGSH和奥地利卫生、微生物及预防医学会ÖGHMP三家提出了《医院暖通空调设计与运行指南（草案）》，从国家层面上明确提出在许多场合中空调系统已被证实为污染源，只有将空调系统看作污染源，才能彻底解决室内生物学污染，认为这是对传统思路的突破[4]。

       目前对空调机组与管道系统微生物污染的有两种控制方法，一种是常规的清洗与消毒措施，其改善空调系统微生物污染状况积极作用是显而易见的。另一种方法是提出控制或消除空调机组及其系统积尘与积水等一整套措施，以消除诱发微生物二次污染。这一整套措施已被GB 50333–2013《医院洁净手术部建筑技术规范》以条文所规定。这套措施被证明十分有效。但是空调机组及其管路系统长期运行，难免尘埃与微生物会不断积累，会增加院内感染的风险，为此各国卫生标准还是要求对空调机组进行定期清洗消毒。

       2   空调机组及其管路系统消毒

       传统上对空调机组及其管路系统消毒，常常使用臭氧、紫外线辐射消毒，简便但消毒效果有限。定期清洗消毒更常用的是化学消毒剂，如次氯酸钠、甲醛及环氧乙烷等。消毒效果虽好，但对空调机组本身及其管路系统有损伤，对消毒人员有暴露危害，需做好个人防护，而且消毒后必须对空调机组及其管路系统彻底清洗，以免化学残留。整个消毒、清洗过程又十分复杂、繁琐，工作人员劳动强度大。

       医疗环境首要问题对患者是无害（first, do no harm），这就要求对用于医疗环境控制的空调机组来说，更需寻找一种更有效、更安全的消毒剂与消毒方法。在20世纪80年代后期，美国STERIS公司首先发现了过氧化氢（H2O2）在低浓度的气体状态下比在液体状态下具有更高的杀孢子能力。因为气态H2O2能生成大量游离的氢氧基，可以直接攻击微生物的细胞成分（包括脂类，蛋白质和DNA）使其消亡。从这原理上讲，只有具有类似细胞结构的真菌、细菌、病毒和芽孢，消毒均能十分奏效。H2O2对人无暴露危险，同时对于大多数材料来说，甚至对灵敏的电子设备非常兼容。这些特性使它成为一种理想的灭菌剂。美国环境保护署EPA（US Environmental Protection Agency）发表过文件：过氧化氢和二氧化氯熏蒸对材料和电子设备的兼容性（Compatibility of Material and Electronic Equipment with Hydrogen Peroxide and Chlorine Dioxode Fumigation）阐述了这一点.

       由于H2O2优越的特性，应用越来越广。如需要周期性消毒的气密性房间，BSL-3与BSL-4的生物安全实验室，实验动物房，隔离病房，制药、食品等无菌生产或灌装区。这方面已有许多文献论述了，此文不再赘述。

       气态过氧化氢学名为VHP（Vaporized Hydrogen Peroxide），可以利用VHP发生器能十分方便将高浓度的H2O2液体转换成气态。VHP有如下技术特点：

     （1）低温灭菌过程，可以在 4℃~80℃的范围之间进行消毒灭菌；

     （2）消毒过程中的残留物极少（消毒后不需要清洗），在消毒完成后自行分解为水蒸气和氧气（没有有毒副产品）；

     （3）快速的灭菌循环回路，节省成本，也很容易验证；

     （4）具有极好的物料兼容性（对装置，电子元件和建筑材料都没有损坏）；

     （5）性能稳定，具有广谱杀菌作用，适用于真菌、细菌、病毒和芽孢的消毒。

       通常来说，能被VHP气体迅速破坏的材料很少。却易氧化天然橡胶及某些合成橡胶物质，如Buna（丁纳橡胶）和EPDM（三元乙丙胶），但对硅胶、Viton、Norprene、Hypalon及其它弹性橡胶的相容性都相当好。另外，对表面有锈蚀的材料或部件消毒效果也没有表面光洁的效果好。

       近几年也开始应用到空调机组及其管路系统上来[5]，美国环境保护署EPA还特别发表文件：“过氧化氢熏蒸对HVAC去污的评价”（Evaluation of Hydrogen Peroxide Fumigation for HVAC Decontamination）[6]。进行了系统评价予以正面的肯定。

       对于普通空调机组需要配置专门装置进行消毒，而医用净化空调机组不同于普通空调机组，具有良好的气密性， GB 50333–2013《医院洁净手术部建筑技术规范》第8.3.1条规定：“净化空调机组箱体的密封应可靠，当机组内试验压力保持1500Pa的静压值时，Ⅰ级洁净用房的系统，箱体的漏风率不应大于l%；其他洁净用房系统，箱体的漏风率不应大于2%”；而一般空调机组内静压保持700Pa时，机组漏风率不大于3%。该条文还规定“净化空调机组内表面及内置零部件应选用耐消毒药品腐蚀的材料或面层，材质表面应光洁”；“表面冷却器的冷凝水排出口，宜设在正压段”；“加湿器不应采用有水直接介入的型式，宜采用干蒸汽加湿器”；并禁止采用木质边框的空气过滤器。为此，采用的医用净化空调机组内表面、凝水盘、加湿器、接管等常采用不锈钢材料（见图1），表面光洁、无锈蚀。医用净化空调机组检修门气密性高，所有接缝与缝隙严密、均用硅胶密封（见图2）。由于热湿处理装置设置正压段，高于大气压，冷凝水能自行流出，可以不设水封。另外医用净化空调机组常用无蜗壳风机（见图3），不采用带皮带传动的风机。这些都为采用VHP消毒灭菌创造了一般空调机组不具备的良好条件。

图1   不锈钢大坡度凝水盘	图2   箱体接缝硅胶密封	图3   无蜗壳风机

       3   医用净化空调机组消毒方法

       本文提出的医用净化空调机组在线消毒、实时监控的方法十分简便。无论对新建或改建的医用净化空调机组系统，只要管路上稍有改动就可以实现，无需配置其他设备（已申请发明专利，专利号：201710676774.X）。
由于医用净化空调机组一般体积不大，用一台VHP发生器就可以同时对数台医用净化空调机组进行消毒。集中设置VHP发生器，建立一个固定的输送管网（见图4）。并将管道连接到各台医用净化空调机组（见图5）。在进入医用净化空调机组的进风管的管路末端设置自动气密闭阀，密闭阀常闭，外界空气不会进入输送系统。由于VHP发生器及其输送道几乎不需要维护，可以作为固定配置长期设置。

图4    VHP发生器及其输送管路	图5   VHP管道直插医用净化空调机组进风管

       对于新建的医用净化空调系统，建议将图6作为机组的在线、实时消毒的标准配置。对于目前大量传统安装的医用净化空调机组，只要对现场安装的机组中增设一根循环风管（见图6），中间设自动气密性风阀E。一般来说，在机组原进、出两端各有一台手动的进风调节风阀B和出风调节阀C，调节阀气密性较差，不能用于切断气流的密闭风阀。因此必须在循环管的前后各增设一台进风自动密闭风阀A和出风自动密闭风阀D（见图6）。将VHP发生器的输送系统中的一根输送管（见图5）直插入医用净化空调机组的进风段（见图6），前有一密闭阀门进行控制。一个简单的开关电路构成的自控系统连接系统中的所有电动风阀或阀门，就可改造为在线实时消毒医用净化空调机组了。

图6   医用净化空调机组VHP消毒技术配置

       在医用净化空调机组平时正常运行状态时，在线自控系统将气密性风阀E关闭，密闭风阀A和密闭风阀D开启（见图6），整个净化空调系统处于正常运行状态。

       当一个消毒周期开始前，整个系统停运，进入消毒状态。在线自控系统将所需消毒的医用净化空调机组的气密性风阀E开启，密闭风阀A和密闭风阀D关闭（见图6）。并关闭机组蒸汽加湿器进口。为了将所要消毒的医用净化空调机组箱体内空间的相对湿度降到50%以下，可先让医用净化空调机组用内置风机自循环运行，用内置的冷盘管不断降温除湿，达到稳定状态，关闭排水管的出口。然后开启内置的加热盘管，只要箱体空间内温度不要超过70℃，相对湿度甚至可以降到理想的40%。整个过程可以利用内置在空调机组内的温湿度传感器在线控制。此时，在线自控系统开启VHP发生器与插入医用净化空调机组的进风段VHP输送管的密闭阀门（见图5）。VHP进入医用净化空调机组，遍布整个空间，随气流不断地自循环，多次反复流经医用净化空调机组的所有部件，杀灭了附着在各种表面上所有微生物。消毒时间一般持续90min至120min，整个过程可以在线监控，可以通过生物指示剂进行验证。至于注入VHP的浓度与消毒时间，取决于医用净化空调机组污染程度与达到消毒灭菌的效果。VHP浓度一般为100ppm~400ppm。在有效地完成了医用净化空调机组的消毒后，关闭VHP输送管的密闭阀门，空转30min即可打开医用净化空调机组所有检修门。在线自控系统将所有控制密闭阀门和风阀回复到正常运行状态，无需再进行清洗，就可以进入正常运行了。上述整个消毒过程无需配置专门的除湿干燥系统。如果注入VHP的浓度高、消毒时间不允许太长，可在循环风管处增设催化裂解装置，加快VHP分解，迅速将VHP浓度降到无害（0.1ppm安全水平）。如要在线监控消毒空间内的VHP浓度，完全可以安装VHP浓度传感器，只是价格较高。

       从原理上讲VHP可以穿透空气过滤器，并进行消毒。如果机组内空气过滤器快到更换期就拆除，不必再消毒了。

       值得注意的是整个过程不要动医用净化空调机组前后的手动调节风阀，这是系统调节风量平衡用的，一旦整个系统调试结束后固定，一般不再更改。

       4   结语

       VHP消毒技术作为一种低温灭菌技术，是目前世上最为安全、有效的消毒灭菌方式。由于VHP在消毒后能降解成水和氧气，过程中没有残留物。VHP技术已成功地替代了甲醛、臭氧等消毒技术，代表着建筑空间灭菌一个新发展的方向。成为欧盟制药企业消毒技术的首选，并正在向其他行业拓展。

       对医疗环境控制的首要是无害，更安全，更清洁的医疗环境[8]是设施系统的宗旨。VHP消毒技术符合医疗环境控制的要求，必将会在医疗领域中越来越被广泛应用。目前，VHP消毒技术在建筑空间的消毒灭菌已经十分普遍，医用净化空调机组的二次污染控制也有了成熟的措施。由于医用净化空调机组的特殊性，控制二次污染的措施无法替代定期的清洗消毒。

       本文首次探讨应用VHP技术对医用空调机组的消毒,并提出了实施的相应具体措施（已经申请了专利），利用医用净化空调机组自身部件，如利用内置风机做消毒气流循环动力、内置热湿处理装置实施消毒前除湿以及内置传感器及控制系统进行在线过程监控。无需专门配置带动力的气流循环装置、除湿装置和监控装置，只需增加一根循环风管，就可完成在线除湿、循环、控制与监测，实施十分简便。这像措施推广将有利于消除净化空调系统的污染风险，有力地保障了医疗环境的控制，也将成为今后医用净化空调机组在线实时消毒的标准配置。

参考文献

       [1] ANSI/ASHRAE/ASHE Standard 170-2008Ventilation of Health Care Facilities[S]. Atlanta: ASHAE Press, 2008.

       [2] 沈晋明. 美国的医院标准和手术室设计（《医院洁净手术部建设标准》调研报告之三）[J]. 暖通空调，2000,30(3):21–24.

       [3] 沈晋明, 许钟麟. 空调系统的二次污染与细菌控制[J].暖通空调，2002,32(5):30–33.

       [4] DGKH, SGSH, ÖGHMO. Guidelines (draft): designing and operating heating, ventilation and air-conditioning (HVAC) in hospitals [J].Hygiene und Medizin, 2002 (27):106–113.

       [5] EPA /600/R-14/399，US Environmental Protection Agency. Compatibility of Material and electronic equipment with Hydrogen Peroxide and Chlorine Dioxode Fumigation. October 2014.

       [6] K.M. Meyer, M.W. Calfee, J.P. Wood, et al. Fumigation of a laboratory-scale HVAC system with hydrogen peroxide for decontamination following a biological contamination incident [J].Applied Microbiology, Volume 116, Issue 3,March 2014,P.533–541.

       [7] EPA/600/R-12/586，US Environmental Protection Agency. Evaluation of Hydrogen Peroxide Fumigation for HVAC Decontamination，August 2012.

       [8] Bartley JM1, Olmsted RN, Haas J, Current views of health care design and construction: practical implications for safer, cleaner environments. Am J Infect Control. 2010 Jun;38(5 Suppl 1):S1–12.

       备注：本文收录于《建筑环境与能源》2019年4月刊总第20期。
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