维持医疗环境的能耗是医疗机构能耗中的最大份额之一。由于医疗环境的控制宗旨除了维持室内空气质量与热舒适外,最重要的是保障医疗过程顺利进行,并使感染风险处于受控状态。手术环境已成为能量使用强度很高(higher energy use intensity)的场所,是国内外共同关注的议题。但是传统的手术环境的节能措施,特别是暖通空调领域的节能降耗,均着眼于从能源系统、输送系统、空气处理系统、控制系统等方面尽可能去提高能源效率。这些仅局限于提高能源效率的节能技术的创新有限,难以进一步大幅度降低能耗。如果换一种思路,跳出提高能源效率等传统的节能理念,进入非能源效率(non-energy efficiency)的节能思路,也许会有更广阔的节能思路与路径。

　　 非能源效率节能是指不直接通过提高能源效率的途径来降低能耗。如通过改革生产工艺提高生产效率;通过合理的工艺环境控制,调整控制参数,保障生产工艺;通过改善空气品质(包括热舒适性)提高员工的工作效率等措施来降低每件产品的生产能耗。如今先进的技术与高科技装备快速向医疗行业转移,现代手术室已成为高科技场所。这些常用于高科技企业的非能源效率节能措施值得在手术室节能领域进行探索。

　　 非能源效率的节能理念与措施,不断冲击着传统的医疗模式,甚至医疗体系,同时也对传统的暖通空调领域提出了新的挑战,需要从理论与具体实施方面解决前所未遇的许多新问题。也可以说为暖通空调在医疗领域发展提供了新的机遇,开辟了新的途径。下面就非能源效率的节能思路与相应的暖通空调系统对策进行探讨。

　　 要开发非能源效率节能措施,首先要解决节能的评价指标。现代手术室内配置的医疗装备与相应系统增多、容量加大、控制要求提高,医疗科室特别是手术室的能耗持续不断地增加。面对这一必然的发展趋势,如果仍将手术室能耗作为手术室的唯一评价指标,现代手术室节能将无法进一步开展。作为现代手术室,随着诊疗技术的进步、设施科技含量的提高,手术质量提升、效率提高、感染率降低、治愈率提升,病患受到的伤害会更小,康复会更快。如果现代手术像高科技产业一样,充分发挥高科技设施的优势,在质量提升的同时提高效率,就可以有效降低每次手术的成本。因此,如果以“每次手术的成本与能耗”作为评价指标 ^[1],就能为发展非能源效率节能措施创造条件。这一评价指标的实质是将传统的医疗科室总投入或总能耗,转变为每一独立医疗过程的成本或能耗,以体现出非能源效率。每一独立医疗过程可以是每次手术或每个手术周期等。

　　 在我国,一谈到手术室发展就会被“云计算、大数据、互联网、人工智能”等时髦语句所笼罩,似乎一体化数字手术室、智慧手术室、增强现实手术室、自主机器人手术室等代表着手术室发展趋势。其实,现代手术发展一直遵循“以最小的手术伤害达到最佳的手术效果”的宗旨。自19世纪40年代形成的外科手术,就是一种开放手术(或称解剖型手术),手术技术、麻醉技术与感染控制技术的进步不断推动着外科手术的发展。具有标志性的是全关节置换与器官移植手术,开发了层流手术室,有效降低了当时造成手术失败的关键因素——手术部位感染。近年来,真正改变传统的开放手术是微创手术,被称为外科手术的革命 ^[2]。微创手术无须开刀,只需在病人身上开1～3个5～10 mm的匙孔,具有创伤小、时间短、恢复快的优越性。将人与手术创面基本上隔离开来,大大降低了对手术环境控制的要求,在我国得到了快速发展。从内镜、腔镜、介入技术,发展到介入超声技术和介入放射技术等,如今已深入到外科手术的各种领域,促进了介入器械、术中成像、精密立体定位、数字化信息系统等技术与装备的发展 ^[3]。DSA(数字减影血管造影)介入、多功能复合手术、机器人辅助腔镜手术等均是基于微创手术发展起来的。复合手术将介入医学、外科学和影像诊断学相结合,配备了现代诊断装备(DSA,CT(电子计算机断层扫描),MRI(磁共振成像)等)、先进的微创手术器械与一体化数字平台,在同一处、同一时段综合实施,一站式(one-stop)高质量、低风险地完成复杂手术,提高手术效率,降低手术能耗。由于以微创手术为代表的技术革命,手术环境控制从过去超100 h^-1换气的近乎全室的层流送风,变为现在只需要20 h^-1换气,甚至15 h^-1换气的局部送风。而且相应地净化空调系统的冷热负荷变小、控制要求降低、无需高效过滤器,系统能耗降低超过30%。

　　 微创手术已进入外科各个领域,其类型与装备各不相同,发展相应的最佳手术环境控制是暖通空调的一个新课题。由于微创手术在手术过程中需要医学信息系统随时调用病患自身的、手术切片的病理报告等各种相关信息,要求医学影像信息系统以高性能服务器、网络及存储设备构成硬件支持平台,以医疗影像的采集、传输、存储和诊断为核心,将集影像采集传输与存储管理、影像诊断查询与报告管理、综合信息管理等集成于一体。暖通空调工程师要将手术环境控制系统无缝融合在这一数字化平台中。

　　 我国医院建设的规模与建造的速度已名列世界前茅,超大规模的洁净手术部在国内也已屡见不鲜,但仍然不能满足日益增长的医疗需求。反观世界发达国家,已不再像过去那样大量新建或扩建医疗设施,而是充分发挥既有医疗设施的效能。提高手术效率、缩短手术时间、加快手术周转率(turnover time)、提升手术室的使用率(operating room utilization)、加大手术量次(surgery throughput),已成为降低手术成本与能耗的最佳对策 ^[1]。我国应汲取他国发展过程中的经验教训,尽快将手术室设计与建设从以感染控制为导向的平面布局转移到提高医疗效率的方向。传统的平面布局从区域感染控制理念出发,分为一般区域、非洁净区域、洁净区域,或分为非限制区、半限制区、限制区。ISO 14644-4《洁净室及相关受控环境——第4部分:设计、建造和启动》要求洁净区域处于非洁净区域之中,并需从非洁净区进入洁净区,使得洁净手术部的体量加大;并按手术室与其他科室、医护与患者、人流与物流、洁物与污物分离的原则,形成了双通道、多通道等多种极为复杂的布局形式,医护人员进入需要仔细辨别所走通道与目的地。

　　 要提高手术量次,加快手术周转率,必须简化手术部布局,布置快速通道,优化流程,尽可能减少不必要的人流与物流。如美国的以无菌物品储存为核心的新型“中心岛”模式、欧洲的沿快速通道布置带前室的手术室模式、日本的新型单通道布局模式等以提高手术效率为中心的平面布局。其特点是设置中心快速通道、方便人员流动、加快周转、提高手术量次,以降低医疗成本 ^[4]。针对新型平面布局,暖通空调相应的系统划分与控制成为新的研究课题。

　　 发展以提高诊疗效率为中心的平面布局的最大障碍是如何分流洁物与污物及避免交叉感染。其中厢式密闭箱车(case cart)是一个较为有效的对策。厢式密闭箱车是一种气密性运输车辆。厢式密闭箱车从消毒供应中心将无菌物品运输到手术部无菌核心区,回程时进入手术室装运密闭的污染物品后再返回消毒供应中心。由于物品均密闭在厢式密闭箱车内,对平面布局来说不存在洁物与污物的概念,或者说整个平面布局不存在污物与洁物的流线,也就不再需要洁、污物分流的通道,简化了平面布局。暖通空调系统需要对厢式密闭箱车的集中放置区域与物流通道进行相应的控制。

　　 自手术实施以来,都是针对特定病患的身体状况与病症特性制订方案并实施个性化手术,切除病灶或修复身体上的缺损,以恢复或改善身体的功能。20世纪60年代开创了全髋关节或全膝关节置换手术,发展到90年代这项手术技术已经十分成熟,变为单一、重复、再手术率低、标准化的手术过程。同时,进行全髋关节或全膝关节置换手术的患者越来越多。为了提高手术效率、降低手术成本,解决缺少有经验的高级外科医生和麻醉医师的问题,最初尝试在结构上完全开放的大空间内设置2个及以上的手术区域,称为通仓手术室(barn operating room)。在这一大空间内同时进行多台手术,但不是各自独立进行,而是在高级外科医生和麻醉医师的统一指导下进行。从个性化手术演变到工业化的标准化操作,加快了手术的速度,大大降低了每次手术的能耗,这是手术实施方式上的革命。据英国医院统计,通仓手术室使手术量提高了40%。而且受控的手术环境面积缩小。如在德国汉堡海洛斯医院(HELIOS ENDO Klinik Hamburg)手术部中,160 m²面积通常只能布置3间标准手术室,而用作通仓手术室,内部可设4个手术区,使医院能更快、更省能、更安全、更有效地为更多的患者实施置换手术 ^[5]。通仓手术室相对于4间手术室来说,空调面积减小,还省下了建筑围护结构传热的能耗。英国报告的通仓手术室的术后感染率2010年仅为0.3%,远低于英国年平均感染率1%的水平。通仓手术室已经成为一种发展趋势。

　　 通仓手术室在我国实施尚有许多问题,国外医院建设标准或指南及我国GB 50333—2013《医院洁净手术部建筑技术规范》(以下简称GB 50333)均未涉及。通仓手术室既要保障各自主送风装置对手术环境的有效控制,又要避免大空间内各台手术的主送风装置的互相干扰。对暖通空调工程师来说,只有通过合理配置室内各种风口(新风、送风、回风与排风),形成室内良好的气流组织,才能实现大空间内手术环境的有效控制。通常,前期设计往往凭借设计人员的工程经验、相应的设计规范与类似工程的信息作出判断。经验型的设计可能会臆想出多种设计方案,难以评价方案的优劣,并且可能会出错,尤其是对先前没有遇到的案例。笔者依据循证设计完成了对相关文献的系统评价(system review) ^[6]及对实际工程的考察 ^[5,7],经过优选与评价建造了1∶1的实体模型 ^[8];完成了对实体模型各种变换工况的实测,用实测数据与结果校验了CFD仿真模拟,通过修改模拟边界条件,进一步完善了模型,提高了模拟精度,并初步提出了通仓交融手术室工程设计方案与设计参数,期待着实际工程的验证。通仓手术室仅适用于同科单病种手术,要将这种节能的手术模式推广到综合医院有很大难度,近来多联手术室的出现引人关注,这又是暖通空调工程师的一项新课题。

　　 从病患的手术周期(从收治入院到术后康复出院)来说,日间手术(ambulatory surgery,one-day surgery,same day surgery)是一种高效率、低能耗的医疗模式。日间手术是将原来需要住院完成的手术的在院时间缩短至24 h以内。日间手术最早由英国内科医生James H. Nicoll提出,后来在美国与欧洲大陆得到推广,直到20世纪90年代才进入我国。各国都在大力推广日间手术,已发展出日间手术中心或日间手术部。在国际上一些率先推广的国家,日间手术占择期手术的比例已经高达60%以上,在英国和美国更是高达80%,而且都颁布了相应的指南 ^[9,10]。

　　 日间手术不是门诊手术,是从住院手术分离出来的,涉及的病种较多,从普通外科手术到较复杂的深部手术。目前我国正大力促进开展技术难度大的三级或四级的日间手术。医疗技术的发展,使得过去必须在洁净手术室开展的许多手术现在可以在一般手术室中开展。日间手术周期更短,在院时间(或耗能时间)是以小时而不是以天计算;简化了流程化的管理模式,减少了人员配备,更有效地使用手术室装备和设施系统,大大降低了手术周期的总能耗,提高了手术效率,将住院设施资源留给更复杂和紧急情况需要手术的患者。

　　 尽管我国卫生健康委员会已颁布了《日间手术管理导则》(2016版征求意见稿),但由于缺乏日间手术中心(部)设施的建设标准,许多日间手术中心(部)设施的建设只能参照GB 50333。但GB 50333不符合日间手术中心(部)的特点与要求,不适应日间手术中心(部)的发展与相应设施的规范建设。日间手术部不同于住院手术部,也不同于门诊手术,对流程的要求非常精细,包括术前检查、筛选、评估,术中麻醉技术的运用和手术人员的配合,术后安全性的确保,等等。为了保障日间手术中心(部)的良好运转,术后复苏室与手术室的配比要高于目前的手术部。日间手术中心(部)通常需要一般手术室和洁净手术室。一个手术中心(部)同时存在一般手术室和洁净手术室是一个新课题。因为洁净手术室是区域控制理念,要遵循GB 50333的规定;而一般手术室仅要求单室控制,要满足GB 51039—2014《综合医院建筑设计规范》的要求。需要根据日间手术中心(部)的特点研究平面布局、人流物流流程、手术室与辅房配置、区域环境及不同手术环境控制等问题,这给暖通空调专业提出了新的研究课题。目前,《日间手术中心(部)建设标准》正在编制中。

　　 高洁净度级别的环境控制系统的能耗往往是整个手术部最大的能耗。在合理评估医疗与感染控制要求的基础上,缩小高洁净度级别控制区域面积或降低环境控制洁净度级别,是提高非能源效率的常用策略。应正确认识洁净手术室:GB 50333一再强调洁净手术室应“采用净化技术综合措施,从工艺、建筑、风、水、电等方面减少潜在的外源性感染风险,有效地使手术环境受控”;手术室不等同于洁净室,手术环境不应照搬洁净室技术 ^[11]。

　　 对于洁净用房,GB 50333作出了新的规定:将刷手间、术前准备室、无菌物品存放室、预麻室、术后重症监护室、精密仪器室、护士站、洁净走廊等原Ⅲ级洁净用房降低为Ⅳ级;原要求Ⅳ级洁净用房的手术室邻室和更衣室(二更)调整为非洁净用房;取消了清洁走廊名称,只要是在非洁净区内,走廊均无洁净度级别要求。从而缩小了手术部洁净区域的面积。并认为非洁净区和无洁净度级别的用房并非一般用房无须控制,而是定义为无级别受控环境 ^[12]。这对关键医疗科室环境控制的节能有特殊意义,可解耦洁净度级别、换气量、正压值,使得关键医疗科室环境控制的设计参数真正按需选择,有效降低能耗。

　　 GB 51039—2014《综合医院建筑设计规范》规定的一般手术室,是无级别受控环境的医疗用房。以一般手术室为主、配以必要的辅助房间形成的受控区域称为一般手术部,没有相应的洁净度级别要求。洁净手术部是用区域控制保障洁净手术室环境,而一般手术部是单室控制的概念,只需重点控制一般手术室。一般手术部属于无级别受控区域,强调人流与物流进出要受控,人员需更衣换鞋,无菌物品与医疗废物要进行管理,手术部内部设施易清洁、可消毒;要求不低于6 h^-1的通风换气,末级过滤器为高中效过滤器。一般手术室能耗远低于洁净手术室,如经过评估,可以将原本需在洁净手术室内进行的手术改为在一般手术室内进行,就能有效降低手术室运行能耗。

　　 2016年世界卫生组织(WHO)颁布的《预防外科手术部位感染的全球指南》明确建议“层流通风系统不应该用于降低接受全关节置换术手术的患者的手术部位感染风险”,推荐手术室通风系统送入经过滤的空气(20 h^-1换气),保证热舒适与空气质量,并提供所需的正压 ^[13]。该要求相当于GB 50333中Ⅱ级洁净手术室要求,大大缩小了I级洁净手术室的使用范围。GB 50333也提出将甲醛、苯和总挥发性有机化合物(TVOC)浓度列为必测项目,将提高室内空气质量、消除手术烟雾作为控制目标之一。手术环境控制从主要防止病患感染转向了保障医务人员健康与舒适,在维持手术室恒压的前提下实施变新风量运行,这也许是手术室空调发展的新动向。

　　 以上信息为非能源效率节能提供了有力的法规依据。为此要提倡循证设计,只有建造真正适合所建医院的医疗与感染控制目标的手术室与相应通风方式,才是经济、有效的,才能真正降低手术环境控制能耗 ^[14]。暖通空调工程师应配合医疗专家与感染控制专家对手术环境进行合理评估,选择合适的手术环境控制参数,不仅仅涉及洁净度级别与无菌程度,还要考虑室内空气质量。能在低一级别手术室进行的手术不进高一级别手术室,能在一般手术室进行的手术不进洁净手术室,能做日间手术的不做住院手术,为降低手术环境控制能耗创造条件。

　　 GB 50333提出4个级别手术室意在便于选择,不是要求所有手术部建齐4个级别的手术室。目前,手术部的实际工程多以I级和Ⅲ级洁净手术室为主体,如果改为以Ⅱ级和Ⅳ级洁净手术室为主体,则可大大降低手术部造价与运行能耗。由洁净手术室与一般手术室构成的组合手术部也许会成为手术部节能的新方向。

　　 另外,通常手术室是从手术部位上方集中送风,应开发以20 h^-1换气为基础的非手术部位上方集中送风的新型送风方式,以及开发更有效地控制手术环境空气质量的净化空调系统,这又是暖通空调工程师的一项新任务。

　　 高科技不仅促使医疗方式的变革,而且也会渐进地改变医疗体制。欧美医疗体系中出现了去机构化(deinstitutionalization)的发展趋势,值得关注。去机构化是将关键医疗科室从医院机构分离出去,独立运行,以缩小医院规模,降低非医疗成本与能耗。如果将每次手术总能耗(包括为手术服务的所有科室的能耗)作为评价指标,则去机构化是最省能的医疗体系。

　　 为什么传统手术室要在医院中才能正常开展?是因为需要一整套非医疗科室组成的医院管理体系才能保证各医疗科室正常运行,如感染控制、医疗与护理监控、血浆药品管理、诊疗化验设备、医疗耗材、无菌物品供给与医疗废物处理,以及病人档案(病历、影像与理化检验资料等)与财务管理等。用这样一套庞大的医院管理体系才能保障有序医疗进程与手术顺利实施,并在保证手术质量、降低感染方面呈现出巨大的优越性。但是庞大的医院管理系统的能耗很大,远远高于手术直接能耗。

　　 如今,在欧美一些国家,病患的病历、影像、理化检验与治疗等资料数字化,病人档案网络化,只要病患授权就可即时从任一卫生医疗机构的病患档案库调出档案;微创手术的发展使得手术风险与感染率大大降低,感染控制主要集中在接触感染上(包括悬浮菌沉降诱发的接触感染);而目前无菌物品供给与污物处理又社会化,医疗耗材由专业公司直接供应;资金收支与税收都可以在网上操作,管理也十分简便。这些都使得大多数手术不再依靠庞大的医院管理体系而独立运营。在这样的时代背景下,出现了一种新的医疗方式——办公室手术(office-based surgery) ^[15],已经在欧美地区推广开来。这种办公室手术从过去以医院为基地(hospital-based)转换成以办公室为基地(office-based),是医疗系统的革命。为了保障独立运行的办公室手术的公用设施与能源供给,医疗办公大楼(medical office building)应运而生。医疗办公大楼不同于普通的办公大楼,具有公用设施冗余、能源供给充沛、物流简捷、物业服务质量高等优点,使得办公室手术可租赁医疗办公大楼而脱离医院独立运行。目前一些国家已颁布了办公室手术相应的指南、规范与验收标准等 ^[9,15]。

　　 我国病历、影像、理化检验与治疗等资料数字化、网络化已逐步完善,医疗后勤也已社会化,医疗档案共享从理论上或系统设施上似乎没有问题。然而,目前我国医疗档案共享要从单一医院发展到全国医疗机构,就要涉及到实验室认可、诊疗的互认、国家医疗管理体制乃至法律体系等一系列问题,阻碍了我国去机构化的推广与普及。以办公室手术与医疗办公大楼为代表的去机构化及相关的暖通空调设施系统与能源供给也应是今后研究的方向。

　　 传统的暖通空调领域节能措施着眼于从能源系统、输送系统、空气处理系统、控制系统等方面去提高能源效率。但手术部节能措施受到许多因素制约,与暖通空调能耗相关的主要因素有:与高科技装备及配套设施系统能耗相关的热湿负荷,为保障手术与控制感染的医疗环境控制的能耗,手术部内不同区域的控制与有序压差梯度的实现,以及维持室内空气质量与热舒适环境的能耗,等。一味降低与手术环境控制直接相关的能耗,或套用公共建筑的节能措施,有可能给医疗与感染控制造成负面影响,而且节能措施的效果有限。本文从非能源效率节能思路出发,通过提高手术效率、改进手术方式、改变医疗模式、改革医院体系、降低非医疗的能耗等措施,取得多赢的局面,节能效果更好,节能途径更多。尽管对传统的暖通空调领域提出了挑战,但也为暖通空调发展提供了新的机遇。

　　 工艺性空调除了受工艺因素制约外,也随工艺发展而改变。可以说掌握了工艺发展的趋势,也就知晓了工艺性空调发展的机遇。非能源效率节能是基于医疗工艺进展去研发节能的措施,如果还局限于传统医院与洁净手术部模式搞节能,也许会随时代的发展而变得黯然无色。虽然提高非能源效率的节能技术措施是可行的、可操作的,但是难以量化。针对一个个特定的医疗工艺作量化,使人们实实在在看到非能源效率节能效果,将是下一阶段的任务。当然,也不能因此轻视提高能源效率的各种措施,只有从能源效率和非能源效率两方面综合考虑,才能更有效地推动我国医院手术部的节能降耗。