救護車負壓系統設計

通用空氣（瀋陽）有限公司、通用空氣（遼寧）有限公司 張薇 趙春雨 張楠

2020 年新年伊始，新型冠狀病毒肺炎疫情肆虐全國，具有傳染性強、發展快、傳播廣等特點。新型冠狀病毒肺炎屬於呼吸道傳染病，患者在就醫、轉院等運送途中乘坐普通救護車時，病毒容易外洩傳播，因此需要通過負壓救護車運送。負壓救護車相當於「移動性的大號 N95 口罩」，是這場疫情防控阻擊戰中，減少患者在運送途中造成傳染的利器，有力地支援了全國抗擊疫情工作。

負壓救護車

負壓救護車，主要用途首先能為車內患者提供清潔的空氣，其次還能避免帶有感染源的空氣流入大氣。負壓式救護車內部擁有獨立空間進行內外的空氣交換，需要先消毒再過濾，而這一塊空間稱之為負壓艙，它具備良好的隔離性、防腐性、通風性、耐菌性等特點。

負壓救護車是將車內的空氣進行無害化處理後排出，在救治和轉運傳染病等特殊疾病時可以最大限度地減少醫務人員交叉感染的機率，能夠實現安全隔離。值得注意的是，負壓救護車只是對病菌進行隔離，使用後需要對車輛內部進行消毒。

眾所周知，新型冠狀病毒可以通過空氣飛沫傳播，如果疑似病例和確診病例需要轉運，那麼普通救護車就無法做到很好的密閉與隔離性。在普通救護車內，由患者的呼吸等生理活動產生的傳染性生物因子在車廂內擴散，會通過車內外的空氣等的流通，擴散至外界環境，容易造成對外部環境的汙染及造成對公眾的危害。同時因為普通救護車環境相對開放，致病菌的種類複雜，當急救的患者有開放性傷口或有可以通過空氣傳播的疾病時，易於將病菌傳染到其他環境中。

而負壓式救護車能夠有效隔離感染者，由於進入負壓艙內的空氣都是新鮮的並且無限循環，使病源體在艙內無處藏身。

車載負壓系統

而實現以上功能則需要依靠車載負壓系統。其作為在負壓救護車的核心部件，在新冠疫情防控中具有重要作用。其他呼吸道傳染病，如 SARS、甲型1N1 流感、H7N9 禽流感等患者的轉院等運送，通過負壓系統進行隔離，也能夠大大減少傳染醫務人員的風險。

除負壓救護車以外，車載負壓系統還可以應用於負壓醫療垃圾車、負壓囚車、負壓警車、移動實驗室、負壓方艙等特種車輛設備。能夠為隨車人員提供安全保障，防止病毒和有害氣體外洩傳播。

技術原理

救護車負壓系統，由殼體、過濾系統、消毒系統、排風系統、控制系統組成。包含風機、壓力顯示器、空氣過濾器、紫外線殺菌燈、分子篩等組件。能夠使車內氣壓低於外界大氣壓，讓空氣在自由流動時只能由車外流向車內，並將車內的空氣進行無害化處理後排出，使負壓艙內形成一個固定的空氣流場區域，空氣由清潔區（醫務人員區）流向感染源區（病人區），負壓車艙內的負壓值-10 Pa ~ -30 Pa 之間，使得空氣流的死角和漩渦流最小。同時，在車內氣流控制上，清潔的空氣從上方進入車內，從車下被排出，這就可以盡力保證醫護人員頭部位置的空氣是乾淨無菌的，而病人躺臥處的空氣是被汙染的，隨著排風和過濾裝置被排到車外，排到車外的空氣經過過濾，同樣是乾淨無菌的空氣。從而最大限度地減少醫務人員與病人間交叉感染的機率，同時也避免更多人群的感染，真正做到「安全隔離」。

過濾系統設計

過濾系統用於過濾含有病毒的汙染空氣。病毒在空氣中主要通過飛沫和飛沫核傳播，對於病毒飛沫的過濾需要通過高效空氣過濾器。關於空氣過濾器的過濾等級，目前市面上比較普遍的是歐洲標準 EN1822級方法，基於最易透過粒徑的粒子計數，對於 0.12 m~0.25 m 粒徑的顆粒，H13 等級的高效過濾器過濾效率可達到 99.95%~99.995%[1]（見表 1）。

病毒飛沫的直徑一般>5 m，飛沫核直徑一般在1 m~5 m[2]。中華人民共和國衛生行業標準 WS/T292-2008《救護車》中規定，負壓系統通過高效過濾消毒器，阻止醫療艙內的汙染空氣外洩，並且空氣過 濾 器 對 粒 徑 0.3 m 微 粒 氣 溶 膠 濾 出 率應>99.7%[3]。所以過濾系統的高效過濾器選擇 H13別，可達到良好的過濾效果，同時也有相對較小的風阻。

為了延長高效過濾器的使用時間，加入粗效、中效過濾器。為達到更好的過濾和消毒效果，還可以加入分子篩過濾器。過濾系統從過濾層級上分為四重過濾，空氣依次經過粗效、中效、分子篩、高效過濾器後，排出車艙外。其過濾器功能見表 2。

消毒系統設計

消毒系統的設計可參照空氣消毒機。目前常用的空氣消毒方法包括紫外線消毒、臭氧消毒、等離子體消毒。由於救護車負壓系統主要為了排出感染患者呼出的氣體，在安裝位置上常常靠近患者頭部，如果採用臭氧消毒的方法，由於臭氧可直接損傷肺泡上皮細胞，並對呼吸道黏膜有明顯的刺激作用，在使用上嚴格禁止吸入臭氧至肺內，所以不適宜採用臭氧消毒的方法。

根據 WS/T 648-2019《空氣消毒機通用衛生要求》，等離子體空氣消毒機內部不得裝有中、高效過濾器，所以對於救護車負壓系統，宜採用紫外線消毒的方法。樹上鳥教育暖通設計杜老師。

需要注意的是，紫外線消毒系統中，應有遮擋紫外線殺菌燈的設計，不應直射人體。

過濾系統和消毒系統的組和，組成了救護車負壓系統的整個空氣無害化處理過程。汙染空氣依次經過粗效、中效、紫外線消毒、分子篩、高效過濾器後，排出車艙外（見圖 1）。其中紫外線消毒燈應置於中效過濾器後，中效過濾器對紫外線有一定的遮擋作用，能夠減少對人體的輻射影響。

排風系統設計

目前負壓艙空間較大的負壓救護車型為全順新世代 V348（高頂），其負壓艙尺寸為長 3200 mm，寬750 mm，高 1835 mm，艙內容積 10.2 m3。負壓艙內要放置負壓隔離擔架、醫藥櫃、醫療專用設備等，在結構、空間上很緊湊。所以車載負壓系統適宜採用負壓單向流的形式，即強制排風，自然進風，靠室內外的空氣壓差換氣，具有結構簡單、操作簡便、不佔用艙內空間的特點。

系統主機殼體設計為立方體結構，方便靠車艙一側布置。進風口位於主機上部，排風口位於主機下部。在負壓艙內立式安裝，排風口朝下。在車輛底盤打孔，空氣自車艙到底盤排風口排出（見圖 2）

目前國內救護車負壓艙容積一般在 6 m3~10 m3，額定載客人數 4 人~9 人。參照浙江省住房和城鄉建設廳 2020 年 2 月發布的《方艙式集中收治臨時醫院技術導則（試行）》，排風量按每人 150 m3/h 設計，對於最小車型，負壓艙內按 3 人計算，總排風量為 450m/h；對於最大車型，負壓艙內按 7 人計算，總排風量為 1050 m3/h。考慮到為不同車型配置不同風量的系統，以及車輛的密封性對負壓效果的影響，設計 500 m3/h 和 1000 m3/h 兩種風量型號的系統基本可以滿足所有車型需求。

控制系統設計

救護車負壓淨化消毒系統的控制，主要是系統的啟停，壓差調節，壓差超限報警。由於不同生產廠家，不同車型，不同的加工人員都會導致每輛負壓救護車的密封性能差異，所以對於負壓系統必須要求有良好的適應性，通用性，可調節性。這就要求風機要有良好的調速性能。又因為救護車電源為直流 12V，因此 12V 直流型風機是首選。其相對於交流 220V 風機，不僅調速性能好，還省去了逆變環節，減少了潛在故障點，同時 12V 為人體安全電壓等級，提高了整體的安全性和可靠性。

在硬體上，控制系統主要包括控制器、人機界面、壓差傳感器、電機驅動模塊（見圖 3）。基於汽車電子領域中廣泛應用的 CAN 總線技術，搭建控制系統網絡。將壓差傳感器 4 mA~20 mA 信號接入控制器模擬量輸入端，通過 PID 控制算法，輸出相應的 0V~5V 模擬量電壓信號，該信號作為控制信號接入電機驅動模塊輸入端，從而驅動直流電機調速，使壓差控制在-10 Pa ~ -30 Pa 之間[10-11]。控制器與人機界面通過 CAN 總線通信，在人機界面上顯示實時壓差值，-10 Pa ~ -30 Pa 之間為正常運行，超限則在人機界面上報警提示。

系統可根據使用者需要選擇自動調速或手動調速。自動調速時，系統根據設定的壓差控制區間自動對風機進行調速，低於-10 Pa 時高速運行，到達-10Pa 後低速維持，超出-30 Pa 時減速，直至壓差穩定，使艙內氣流保持在動態平衡的狀態。

過濾效果實驗

選取 500m3/h 風量的車載負壓系統作為樣機，根據 GB/T 6165-2008《高效空氣過濾器性能試驗方法效率和阻力》，對整機過濾效果進行檢測。檢測地點為室內，溫度 21.2℃，相對溼度 35%。主要檢測設備如表 3 所示。

檢測結果如表 4 所示。

檢測結果表明，本車載負壓系統整機過濾效率符合《WS/T292-2008 救護車》規定，對粒徑 0.3μm 微粒氣溶膠濾出率大於 99.7%。

負壓效果實驗

實驗樣機風量為 500 m3/h，將樣機安裝於救護車上，進行負壓效果實驗。選同一改裝廠生產的金杯格瑞斯、全順新世代 V348（高頂）一小一大兩款常見救護車型進行現場測試，實驗結果如表 5 所示。

對於該廠家的以上兩款車型，500 m3/h 風量的負壓設備排風風量足夠，完全滿足負壓值在-10 Pa-30 Pa 間的要求。

總結

車載負壓系統是抗擊新型冠狀病毒疫情急需的負壓救護車必需的關鍵部件，被列入工信部 2020 年 月 14 日公布的《疫情防控重點保障物資（醫療應急）清單》，屬於疫情防控重點保障物資。作為負壓隔離裝備的核心部件，它可以最大限度地減少醫務人員交叉感染的機率，能夠實現安全隔離，在這次的疫情防控中，發揮了重大作用。經過本次疫情的考驗，負壓系統未來勢必將在全國範圍內的醫療設施裝備上普遍推廣。還可以安裝於負壓醫療垃圾車、負壓囚車、負壓警車、移動實驗室等特種車輛設備，得到更廣泛的應用。