臨床環境医学（第27巻第2号）

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関連総説 シンポジウム III

院内感染予防における空調・換気の設計法
柳宇

工学院大学

建築学部

Design of air-conditioning and ventilation system
in hospital-acquired infection prevention
U Yanagi
School of Architecture, Kogakuin University

抄録

病院には、手術室、病理検査室、解剖室、中央材料室のような特殊用途の部屋があるほか、外来待合室、診察室、病室 ward など不特定多数の人が集まる空間も混在している。病院内での感染は患者自身が持っている微生物が増殖し病気を起こす内因性感染と、病院内でほかのヒトまたは環境由来病原体が起こす外因性感染に大別される。
近年、エビィデンスに基づく治療の概念が導入されるなど、病院環境の衛生管理に対する考え方は変化しつつある。このような現状を踏まえて、本報では、病院環境と感染症、HEAS 規格、ASHRAE の病院空調設計マニュアル、WHO のグロバルガイドラインなどにおける病院感染症対策のための空調・換気設備設計の現状について述べる。
（臨床環境 27：67－76、2018）《キーワード》病院環境、院内感染、手術部位感染、空調・換気設計

Abstract
In a hospital, not only the special rooms like an operating room, a pathology laboratory, a dissection
room, and a central supply room, but also the environment in which many and unspecified persons
gather, such as a waiting room, a consultation room, and a ward are intermingled. Hospital-acquired
infections is divided roughly into the endogenous infection exogenous infection. Endogenous infection iscaused by the patient itself who has disease germ, and exogenous infection is caused by other humans
or environmental disease germ.

受付：平成29年12月６日 採用：平成30年11月13日
別刷請求宛先：柳 宇
工学院大学建築学部〒163-8677 東京都新宿区西新宿1-24-2

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Since the concept of medical treatment based on evidence was introduced in recent years, the view
over the health administration of hospital environment is changing. Based on the present condition,
this paper shows the present condition of air-conditioning / ventilation system design of the countermeasures against hospital-acquired infections in hospital environment. HEAS standard (HealthcareEngineering Association of Japan), HVAC Design Manual for Hospitals and Clinics (American Societyof Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, 2013), the Global Guidelines for thePrevention of Surgical Site Infection (WHO,2016) are described in this paper.
(Jpn J Clin Ecol 27 : 67－76, 2018)《Key words》hospital environment, hospital-acquired infections, surgical site infection,
air-conditioning / ventilation system design

Ⅰ．序言

上、防火上及び保安上安全と認められるようなも病院には、手術室、病理検査室、解剖室、中央のでなければならない。

材料室のような特殊用途の部屋があるほか、外来

また、医療法第23条では、病院環境に関して、待合室、診察室、病室など不特定多数の人が集ま“病院、診療所又は助産所の構造設備について、る空間も混在している。

換気、採光、照明、防湿、保安、避難及び清潔そ病院内での感染は患者自身が持っている微生物が増殖し病気を起こす内因性感染と、病院内でほの他衛生上遺憾のないように必要な基準を厚生労働省令で定める” としている。

かのヒトまたは環境由来病原体が起こす外因性感

さらに、施行規則第16条において、空気環境に染に大別される。海外の報告によれば、病院で働ついては、“機械換気設備については、感染症病

く医療従事者のツベルクリン反応の陽性率は、一室、結核病室又は病理細菌検査室の空気が風道を

１）般の人の 8 倍にもなる 。また、病院内の患者が通じて病院又は診療所の他の部分に流入しないよ

免疫力の低下に起因する、健常者では病気を起こうにすること”、“感染症病室及び結核病室には、さない弱毒性の微生物が起こす、いわゆる日和見

病院又は診療所の他の部分及び外部に対して感染感染症が問題となっている。日和見感染菌につい予防のために遮断その他必要な方法を講ずるこては、BMSA の報告で、待合室内浮遊細菌のうと” としている。

ち、多い場合全体の5.3％が日和見感染菌である
２）ことが明らかになっている 。

以上のように、医療法は、病院の空調・換気設備に関する規制の原則事項を定めているだけであ近年、エビィデンスに基づく治療の概念が導入る。改めて強調するまでもないが、病院環境におされるなど、病院環境衛生管理に対する考え方はける空調・換気設備設計の重要なポイントは感染変化しつつある。このような現状を踏まえて、本症拡散の防止である。近年、「感染症の予防及び報では、病院環境と感染症に関わる法律と規格、感染症の患者に対する医療に関する法律（以後、国内・海外における病院感染症対策のための空感染症防止法と略す）」の改訂が行われている。

調・換気設備設計の現状について述べる。

感染症防止法では感染症を、危険性が極めて高い
1 類感染症（エボラ出血熱、ペストなど）、危険Ⅱ．病院環境と感染症に関わる法律と規格性 が 高 い 2 類 感 染 症（ 結 核、SARS、MERS）、

日本では、医療施設の建築・設備に対する要求感染症の集団発生を起こしうる 3 類感染症（コレ事項について次の医療法第20条があり、それは全ラ、細菌性赤痢など）、健康に影響を与えるおそての規制の基となっている。

れがある 4 類感染症（ウエストナイル熱、デング

医療法第20条：病院、診療所または助産所は、熱、レジオネラ症など）、発生・拡大を防止すべ

清潔を保持するものとし、その構造設備は、衛生

き 5 類感染症（日本脳炎、麻疹など）、に分類し

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ASHRAE（American Society of Heating, Re-ている。
第 1 種感染症指定病室の空調・換気設備についfrigerating and Air-Conditioning Engineers，アては、①空調設備は、全外気方式（屋外の空気のメリカ暖房冷凍空調学会）の病院空調設計マニュみを給気に用いる方式をいう）のもの又は再循環アル（HVAC Design Manual for Hospitals and方式（病室からの排気の一部を循環させて給気のClinics，Second Edition，2013）がある。また、一部に用いる方式をいう）であって、感染症の病

2016年11月 3 日、 世 界 保 健 機 構（World Health

原体を第一種病室等（第一種病室及びこれに隣接Organization: WHO）から “外科手術部位感染予する前室をいう）内に再流入させないために十分

防 に 関 す る グ ロ バ ル ガ イ ド ラ イ ン（Globalな能力を有するフィルタを備えているものである

Guidelines for the Prevention of Surgical Siteこと。②給気設備には、外部に感染症の病原体をInfection，2016）が出されている。以下にそれ飛散させないために十分な能力を有するフィルタ

ぞれについて述べる。

が設置され、又は空気の逆流を防止するような機能が設けられていること３）。前述の通り、感染症

Ⅲ．HEAS 規格

防止法では第 1 種の指定病室の空調・換気設備に

日本では病院内の空気質の制御について、日本ついて、大原則を示したことに過ぎない。実際の医療福祉設備協会から、清浄度クラス別にガス状

病院空調・換気設備の設計方法については、日本汚染物質を希釈するための必要最小新鮮空気導入

医療福祉設備協会（Healthcare Engineering As-量（換気回数）と、病原体を含めた粒子状物質をsociation of Japan）の “病院設備設計ガイドライ除去するためのフィルタの性能に対する要求事項

ン（空調設備編）HEAS-02-2013” やアメリカのの詳細が示されている（表 1 ）。また、手術室に

表１

日本医療福祉設備協会規格（HEAS-02-2004）

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おいては、高度清潔区域のバイオクリーンルー・術野または傷口の付着物

ム、易感染患者病室に対して層流方式が推奨さ・水霧（water mist）

れ、清潔区域の一般手術室においては、必ずしも・虫刺され（虫媒介）層流方式でなくてもよいとされている。

また、感染症の対策における空調システムの役

Ⅳ．ASHRAE 病 院 空 調 設 計 マ ニ ュ ア ル
2013

割については次の項目を挙げている。
・希釈（換気）・空気質（ろ過）本マニュアルは次の13章から構成されている。

・暴露時間（空気の入換えと圧力の差）

第 1 章：医療施設空調システムの概要

・温度

第 2 章：感染制御・湿度

第 3 章：空調と空気搬送系

・微生物生育力（UV 処理）

第 4 章：ユーティリィティ

・気流計画

第 5 章：防火・防煙

微生物由来空気感染の対策は、粒子の物性・微第 6 章：自動制御設備

生物学・医学からの総合的な取り組みが必要であ

第 7 章：既存施設る。粒子の落下・付着は、粒子の粒径・形状・密第 8 章：用途別屋の設計

度・ 気 流 に 関 係 す る。 室 内 の 乱 流 は 粗 大 粒 子

第 9 章：医療施設の運用（Larger particles）の空中滞在時間を長くさせる

第10章：災害対策および緊急時対応恐れがあるため、手術室には層流（laminar air-

第11章：維持管理ﬂows）が望ましいとしている。一方、 1 μm 以下

第12章：医療施設のサステナビリティの粒子は重力沈降の影響が無視でき、ブラウン拡

第13章：空調設備の防震設計

散により、常に空中を浮遊している。

ここでは、第 2 章の感染制御の関連部分についまた、咳またはくしゃみによるほかの人への影て、著者の解説を加えて紹介する。なお、第 2 章

響範囲は0.9~1.8m（ 3 ~ 9 f）のため、空調によは下記の2.1~2.13の13節から構成されている。

る制御が難しく、個人の防護や隔離による対策が必要であるとしている。

2.1 はじめに咳またはくしゃみより放出される粒子の影響が院 内 感 染（HAIs, Hospital-acquired infec-

及ぼす範囲について、1897年に発表された Flug-tions, nosocomial infections ともいう）について、

ge５）の論文は次のように述べている：鼻・口からアメリカでは、通院・入院の患者（admitted patients）の 4 ～ 5 ％が院内感染に遭遇している。
その年間コストは70億＄（約7700億円）にのぼる。
ま た、 院 内 患 者 の80～90 ％ は 直 接 接 触（directcontact）感染、10～20％は空気伝播（airbornetransmission）感染としている。図 1 は諸感染経４）路のイメージを示す 。

2.2 感染制御における空調システムの役割
本マニュアルでは、病院内における病原体の環境中への拡散経路として次の項目を挙げている。
・咳とくしゃみ・接触

図１

諸感染経路

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放出される細菌を含む飛沫（droplet）は 2 m 以上まで飛散しない。また、1934年に William５）は初めて飛沫核（droplet nuclei）の概念を提唱している。ASHRAE マニュアルもこのような背景従って、院内感染低減するための空調設計は、上記方程式右辺の各要素を検討することである。

を踏まえたものであると考えられる。
日本の教科書も含めて、飛沫核が 5 μm 以上の病原体によるヒトの健康への影響は量⊖影響関係ものは飛沫感染、 5 μm 以下のものは空気感染とよって決まる。上記式の分子の項は暴露量、分母し、飛沫感染は約 2 m 以上離れれば感染しないは個人差を表している。なお、ホスト免疫力はヒとしている。しかし、2003年に起きた SARS のト側の要素であるが、空調設計による対策できる集団感染について、香港の研究グループらは当初のは分子項に示している暴露量・被暴場所・暴露

飛沫感染といわれていた SARS-CoV による感染時間・毒性である。

６）は空気感染であることを明らかにしている 。

暴露量を低減させるにはフィルタによるろ過、すなわち、室内に気流がなければ計算上では換気による希釈によって濃度を低減させる。被暴

5 μm 以上の粒子は 2 m まで飛散しているうち場所については、病院内汚染度に応じたゾーニンに、相手の呼吸域の下に重力によって沈降するグや陰圧・陽圧の制御を行う。暴露時間においてが、気流が存在していれば、 5 μm 以上の粒子では、気流計画が重要である。毒性については、紫も遠く飛散する。このことは毎年のように偏西風外線殺菌の活用方法がある。

により中国から日本に黄砂が飛来することにより2.4 感染制御におけるリスク管理のアプローチ解釈できる。

リスク管理において、下記に示す項目を考慮に2.3 人はどのように空気汚染物質に影響されるのか入れる必要がある。
・リスクの確認

健常者は、呼吸器感染症予防のために立派な防・暴露レベルの評価

御システムを持っている。それは、口腔から人呼・リスク発生可能性の評価

吸器系まではフィルタリングの役割を果たしてい・リスクにより損失の算定る（図 2 ）。

・リスクのランキング

マニュアルでは、感染リストを次の式より表現・脆弱性の確認できるとしている。

図２

浮遊粒子の呼吸系内の沈着率７）

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表２

図３

換気による粒子の除去性能

手術部位感染（術野感染）経路
控室（前室）→陰圧専用の排気システム→

HEPA フィルタ

2.7 換気量／希釈
表 2 に換気による浮遊粒子の除去性能を示す。
換気回数が多ければ多いほど室内浮遊粒子濃度が指数関数的に減衰するため、換気は有効な手段である。
図４

術野感染源

（提供：伊藤喜三郎建築研究所，鈴村文明様）

2.5 術野感染

2.8 自然換気
WHO ガイドライン（2007）では、自然換気は病院内感染の拡散リスクの低減に有効であるとしている。また、イギリスの研究では、病院内最大

術野にはヒト、物など多くの感染源があると考で70％自然換気ができる。そのうち40％はシンプえられる。図 3 に手術部位感染経路を示す。医療

ルな自然換気、30％は換気経路を考慮した換気と器械、グーローブ、衣類、患者自身がもっているしている。アメリカでは、北アメリカではいくつ病原体、創傷被覆材などにより直接的な感染のほかの病院に自然換気を導入している。

か、医療器材を介した間接的な感染がある（図 3 、図4）。

自然換気と感染症の関係については、2003年の
SARS 流行において、中国の広州にある医療設備のよい ICU（ICU、集中治療室）で働く HCWs

2.6 要保護者（health care workers、医療従事者）の SARS 感

免 疫 力 が 低 下 す る 骨 髄 移 植（Bone marrow

染例が多く見られたのに対して、窓のガラスもなtransplant）患者、HIV 患者のために、室の陽い（結果的には自然換気量が多い）臨時病室で働圧環境（Positive pressure environment、PPE）

８）
く HCWs の感染例がないとの報告がある 。

が必要である。また、空気感染隔離（AII，Air-

日本でも、医療施設における自然換気の適用にborne infection isolation）室は伝染性接触感染

ついて諸議論がある。自然換気は省エネである一病（communicable contagious diseases）患者の方、室内の気流計画が難しい側面がある。

ために設計されるものである。

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図５
表３73

フィルタのろ過原理

必要フィルタ捕集率

2.9 ろ過表４MERV と粒径別の捕集率とは異なる。

フィルタによる浮遊粒子のろ過には下記に示す
９）

4 つの原理がある（図 5 ） 。
慣性衝突：空中を浮遊している粒子は、粒径が大きいほど、または運動速度が大きいほど、その拡散：小さい粒子、または風速が小さい場合、ブラウン運動（拡散）が支配的になる。ブラウン
拡散により浮遊粒子がろ材に付着し、捕集される。

粒子が持っている慣性力が大きくなることは物理

静電気：帯電粒子は、クーロン力（coulombic学上の教えである。慣性衝突による浮遊粒子の捕attraction）により異符号電子を帯びた繊維に引集はこの慣性の特徴を利用するものである。フィ

きつけられ捕集される。通常のろ材も多少静電気

ルタの種類によって、繊維の太さ、繊維間の隙間効果があるが、静電気フィルタと呼ばれるものが異なるが、空気がフィルタを通過する際に、中は、合成繊維のような積極的に静電気を利用するの浮遊粒子は気流方向の急な変化によって、あるものである。

粒径以上の粒子が流線に追随できず、慣性力で実際の場合、エアフィルタによる粒子の捕集はフィルタの繊維に衝突し、フィルタのろ材に捕集前述したもののうちのどれかまたは複数の捕集機される。

構 に よ る。 粒 径 に よ っ て 捕 集 機 構 が 異 な る

さえぎり：ろ材のごく近傍、即ち、フィルタ繊が、0.2 μm 前後の粒子に対しての捕集率は最も維の表面から浮遊している粒子の半径以内のもの低い。

がろ材にさえぎられ捕集されるのがさえぎり機構

ASHRAE のマニュアルでは表 3 に示す通り、対である。さえぎりは、粒子が流線からはずれない象室に応じて必要フィルタの捕集率を示していことを前提になっているため、前述した慣性衝突る。表 4 に MERV と粒径別浮遊粒子に対する捕Jpn J Clin Ecol（Vol.27 No.2 2018）74

集率を示す。MERV は最小捕集率報告値であり、にし、らせん構造（アデニン、グアニン、シトシ全部で20ランクに分類されている。

ン、チミンの四種類の塩基と糖、リン酸が連なった二重らせん構造）を構成する “はしご” を切り2.10 湿度

離して隣接する塩基同士でチミン⊖チミン、シト

低湿度は乾燥感、高湿度はダンプネスの原因とシン⊖シトシン、ウラシル⊖ウラシル等の二量体をなる。また、アレルギーや呼吸器感染症などは高形成させる。この二量体が遺伝子中のコドンを乱湿度に関係している。湿度については、人からのし、DNA 配列の不正配列、複製の中断、ギャッ水蒸気の発生（皮膚表面、呼吸）の視点から、絶プの生成、複製や転写のミスを発生させる。この対湿度より相対湿度の方がより重要である。以上

ことにより正常に遺伝子が機能しなくなった場合の視点から、本マニュアルは、空調の設定においにがん等の突然変異が引き起こされることがあて相対湿度の最大値を60％と推奨している。

る。細菌、真菌、ウイルスはチミンダイマーができると死に至ることから、紫外線による殺菌作用

2.11 紫外線殺菌

はこの原理を利用している。なお、インフルエン

1800年にハーシェルは太陽光をプリズムで分光

ザ A 型ウイルスのような RNA（リボ核酸）ウイして、水銀球部を黒くした温度計でスペクトル中ルスの場合、紫外線に暴露されると塩基配列の中の異なる点の温度を測定した。彼は温度計を紫かのウラシルの二量体が形成され、複製機能が喪失ら赤に移動させるにつれて温度が上昇し、赤を超11）する 。

ASHRAE マニュアルでは、紫外線殺菌効果をえても温度が上昇し続けることを見出し、赤外線次に示す式で示している。式の分子の項はいわゆを発見した。

る CT 値（線量 × 時間）であり、分母は病原体の赤外線が発見された翌年に、当時25歳のリッ抵抗力を示している。

ターは、赤の外側に赤外線があるのなら、紫の外側にも不可視光線があるに違いないと考え、実験の結果により紫外線を発見した10）。
紫外線（UV）は波長によって UV-A（400-315ASHRAE のみならず、アメリカの CDC（Cen-nm）、UV-B（315 - 280 nm）、UV-C（280- 100ters for Disease Control and Prevention： 疾 病nm）に分類される（図 6 ）。
一般に、波長の長い UV-A は危険性が最も小さ対策センター）のガイドラインでも医療施設において紫外線殺菌の活用を薦めている。

いが、UV-B、UV-C は皮膚がんをもたらす原因になる。生物の DNA（デオキシリボ核酸）は吸表 5 にフィルタと紫外線による病原体の除去性

収 ス ペ ク ト ル が250 nm 近 辺 に 存 在 し て お り、能を示す。フィルタが苦手とする小粒径のウイル

DNA に紫外線が照射すると DNA を構成する原スに対して紫外線殺菌が有効であることは分か子が励起される。この励起は DNA 分子を不安定る。また、両方を組み合わせた場合、それぞれの

図６

紫外線の分類

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表５

図７75

フィルタ・紫外線による病原体の除去性能

気流制御による室間圧力差の確保

特徴を生かし、より捕集性能が高まる。

図８

感染制御に関する空調設計要素

・UV 殺菌・冷水温度2.12 気流と与圧・給気条件

本マニュアルは、汚染の存別に室間の圧力差を・各部屋の給気量維持し、気流を最もクリーンな区域からクリーン・気流分布と速度な空域、一般区域、汚染区域に流れるようにし、・還気グリルの設置場所空気の逆流を起きないようにすることを推奨して・圧力差を維持するための給気、還気、排気のいる（図 7 ）。
2.13 感染制御における空調設計の役割
図 8 に感染制御に関する空調設計要素を示す。

バランス

Ⅴ．WHO 外科手術部位感染予防に関するグロバルガイドライン

空調設計の要素を以下に示す通りである。

WHO の調査によれば、手術部位感染（SSI：・取入外気量（自然換気量を含む）

Surgical Site Infection）は患者入院期間中に最・フィルタのタイプと設置場所も見られる院内感染（HAI）である。アメリカで・加湿は SSI 感染が HAI 感染の67％、ヨーロッパでは

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7633％を占めている。中低所得の発展途中国においては、SSI は最も一般的な HAI であり、先進国より高い。
以上の背景で、WHO より2016年に “外科手術部位感染予防に関するグローバルガイドライン”が出されている12）。その4.23節に関節置換手術の手術室においては、必ずしも層流式のバイオクリーンルームを必要としないとしている。これに関しては、現在論争が起きており、ドイツはそれを採用しないことにしており、中国はそれを進行

4） Li Y. How to improve the CDC recommended ventilation design in isolation rooms? 1st Congress ofInternational Federation of Hospital Engineering(IFHE)，20105） Li Y. Ventilation and airborne infection. Healthy
Buildings 2009; 2009.9.13-17; New York，USA.
Plenary I3-082.2
6） Yu IT, Li Y, et al. Evidence of airborne transmissionof the severe acute respiratory syndrome virus. N
Engl J Med 350: 1731-1739, 2004
7） 本間克典：実用エアロゾルの計測と評価，技報堂，東京，
1990, pp.15

しつつも縛られることはないとしている13）。

8） 殷平：室内環境的安全性和独立新風系統，暖通空調 HVⅥ．結び

9） 柳 宇：エアフィルタによる浮遊微生物粒子の捕集性能

これまで、病院環境と感染症に関わる法律と規格、国内・海外における院内感染対策のための空調・換気設備設計の現状について述べた。医療法
は、病院の空調・換気設備に関する規制の原則事項を定めている。空調・換気に関する詳細な設計法は、HEAS 規格、ASHRAE マニュアルに示されている。さらに、ASHRAE マニュアルには院内感染対策に関する詳細な設計法も示されている。一方、WHO は手術室の空気清浄に関して、場合によっては必ずしも層流型バイオクリーンルームを必要としないことを示している。その考え方はドイツの医者らが発表している論文を根拠にしている。しかし、沈らの当事者に対する聞き取り調査の結果、医者らは層流クリーンルームと乱流クリーンルームの違いを必ずしも分かっていないことが明らかになった13）。病院環境における院内感染の対策においては医学と工学の連携が必要である。
引用文献
1） 平成 17 年度厚生労働省科学研究費補助金（健康科学総合研究事業）報告書：今後の建築物の維持管理のあり方に関する課題等に関する研究，2006.3
2） 平成 13･14 年度 BMSA 特別研究報告書：病院環境における環境微生物測定結果報告書，2003.3
3） 厚生省告示第四十三号：感染症の予防及び感染症の患者に対する医療に関する法律第三十八条第二項の規定に基づく厚生労働大臣の定める感染症指定医療機関の基
準，平成十一年三月十九日＆ AC（33），2003の評価について．室内環境 10: 23-32，2007
10）井上晴夫，高木克彦，他：光化学 1，pp.10，丸善，東京，
199911） 柳 宇．紫外線殺菌の過去・現在・未来．空気清浄 51，4-9, 201312）WHO：Global Guidelines for the Prevention ofSurgical Site Infection, 201613）许钟麟，沈晋明：中国の手術室における中央換気方式と手術部位感染予防対策，第 46 回日本医療風刺設備学会
特別企画講演，2017