Sachverhalt:
A. X._ wurde vom Obergericht des Kantons Zürich am 15. Oktober 2008 im Berufungsverfahren der Schändung im Sinne von <ref-law> und des Inzests im Sinne von <ref-law> zum Nachteil seiner leiblichen Schwester schuldig gesprochen. Das Gericht stellte ferner fest, dass weitere Schuldsprüche im Urteil des Bezirksgerichts Zürich vom 29. Januar 2008 in Rechtskraft erwachsen waren (mehrfache falsche Anschuldigung, mehrfacher Hausfriedensbruch, mehrfacher geringfügiger Diebstahl und mehrfache Übertretung des Betäubungsmittelgesetzes). Für alle diese Taten bestrafte das Berufungsgericht X._ mit insgesamt 30 Monaten Freiheitsstrafe (wovon 510 Tage durch Untersuchungs- und Sicherheitshaft sowie vorzeitigen Strafvollzug bis und mit Urteilstag erstanden waren) und einer Busse von Fr. 300.--. Bei der Strafzumessung wurden die Vorstrafen namentlich für Raub und mehrfachen Versuch dazu, mehrfachen Diebstahl und mehrfachen Versuch dazu, Sachbeschädigung und mehrfache Widerhandlungen gegen das Betäubungsmittelgesetz, mehrfache grobe Verletzung der Verkehrsregeln und mehrfaches Fahren ohne Führerausweis sowie verbotenes Waffentragen berücksichtigt. Das Obergericht schob den Vollzug der Freiheitsstrafe nicht auf und ordnete eine strafvollzugsbegleitende ambulante Behandlung des Verurteilten im Sinne von <ref-law> an. Dabei stützte sich das Gericht auf die Erkenntnisse und Schlussfolgerungen im psychiatrischen Gutachten vom 13. Dezember 2007, wonach eine medikamentöse Therapie der impulsiven Persönlichkeit von X._ die Prognose verbessern würde und diese Therapie im Rahmen einer ambulanten Behandlung während des Strafvollzugs durchgeführt werden könnte. Das Urteil vom 15. Oktober 2008 ist rechtskräftig.
Mit Verfügung vom 8. Januar 2009 wies der Präsident der III. Strafkammer des Obergerichts ein Gesuch des Verurteilten um vorzeitige Entlassung aus dem Strafvollzug ab. Er hielt fest, die angeordnete ambulante Massnahme habe noch nicht erfolgreich durchgeführt werden können, aus welchen Gründen könne offen bleiben. Fest stehe jedenfalls, dass unter diesen Umständen weiterhin Rückfallgefahr vorliege.
Gemäss den Vollzugsdaten des kantonalen Amts für Justizvollzug fiel das Strafende bei ununterbrochenem Vollzug auf den 14. Dezember 2009.
B. Mit Eingabe vom 16. November 2009 beantragte das Amt für Justizvollzug dem Obergericht, für X._ sei gestützt auf <ref-law> nachträglich eine stationäre therapeutische Behandlung im Sinne von <ref-law> anzuordnen und der Vollzug der Reststrafe sei aufzuschieben. Ferner sei, sollte bis zum endgültigen Entlassungsdatum, spätestens dem 14. Dezember 2009, noch kein rechtskräftiger und vollstreckbarer Entscheid vorliegen, Sicherheitshaft anzuordnen.
Zur Begründung verwies das Amt auf die im psychiatrischen Gutachten vom 13. Dezember 2007 bei X._ festgestellte Persönlichkeitsstörung und die vom Gutachter hinsichtlich neuerlicher Straftaten gestellte negative Prognose, wobei immerhin Delikte im Sinne von <ref-law> als nicht wahrscheinlich bezeichnet würden. Das Amt für Justizvollzug hielt weiter fest, der Psychiatrisch-Psychologische Dienst habe sich ausser Stande gesehen, die gerichtlich angeordnete strafvollzugsbegleitende ambulante Behandlung durchzuführen. Der Kontakt mit X._ habe sich schwierig gestaltet, und er habe eine psychotherapeutische Behandlung abgelehnt. Sein Vollzugsverhalten sei sodann von diversen Disziplinarverstössen geprägt gewesen. Wegen Cannabiskonsum habe der offene Vollzug abgebrochen werden müssen und sei es am 13. Mai 2009 zur Rückversetzung in den geschlossenen Vollzug gekommen. Anfang September 2009 sei sodann in der Zelle von X._ ein mehrseitiger Brief an seine Schwester, dem Opfer der Schändung, die mit dem gegenwärtig in Vollzug befindlichen Urteil des Obergerichts sanktioniert worden sei, gefunden worden. Das Schreiben trage den Titel "Mein Testament 2010" und enthalte diverse fremdgefährdende Passagen in Bezug auf die Schwester. Aufgrund dieses Dokuments, den diversen Zwischenfällen im Strafvollzug sowie der gescheiterten ambulanten Massnahme sei am 27. Oktober 2009 in den Bewährungs- und Vollzugsdiensten eine Beurteilung des aktuellen Rückfallrisikos erstellt worden. Nach dieser klinisch-prognostischen Gesamteinschätzung sei das Rückfallrisiko bezüglich schwerwiegender Delikte gegen die psychische, physische oder sexuelle Integrität (insbesondere Vergewaltigung, schwere Körperverletzung) als gering einzustufen; die Rückfallgefahr bezüglich einfacher Körperverletzung, Raub, Nötigung, Drohung, Betäubungsmittel- und Strassenverkehrsdelikten sei hingegen als hoch einzustufen. Es müsse angenommen werden, dass die für die bisherige Delinquenz relevanten Problembereiche in der Persönlichkeit von X._ ohne therapeutische Einwirkung weiterhin deliktförderlich wirksam seien. Zusammenfassend bestehe die besagte Rückfallgefahr und eine dringende Behandlungsbedürftigkeit. Dabei müsse davon ausgegangen werden, dass eine ambulante Behandlung vermutlich nicht die gewünschte deliktreduzierende Wirkung zu erzielen vermöchte. Angesichts dieser Einschätzung und des Vollzugsverhaltens hielt das Amt für Justizvollzug eine Entlassung ohne entsprechende Vorkehren als nicht verantwortbar.
Mit Verfügung vom 19. November 2009 entsprach der Präsident der III. Strafkammer des Obergerichts dem Antrag des Amts für Justizvollzug insoweit, als er X._ ab sofort in Sicherheitshaft versetzte. Gleichzeitig setzte er der Staatsanwaltschaft Zürich-Sihl und dem amtlichen Verteidiger Frist, um sich zur Frage der Fortsetzung der Sicherheitshaft zu äussern.
Die Staatsanwaltschaft beantragte in der Folge die Anordnung einer erneuten, umfassenden Begutachtung sowohl zur Frage der spezifischen Rückfallgefahr, insbesondere auch bezüglich Taten im Sinne von <ref-law>, als auch zur Frage der Massnahmebedürftigkeit und -fähigkeit. Die Staatsanwaltschaft vertrat sodann die Auffassung, angesichts der nach wie vor bestehenden Rückfallgefahr sei es nicht zu verantworten, X._ in Freiheit zu begutachten. Der amtliche Verteidiger stellte den Antrag, von der Anordnung der Sicherheitshaft sei abzusehen und der Gesuchsgegner sei unverzüglich auf freien Fuss zu setzen. Eventualiter sei die Sicherheitshaft in der psychiatrischen Universitätsklinik Zürich durchzuführen.
Mit Verfügung vom 14. Dezember 2009 ordnete der Präsident der III. Strafkammer des Obergerichts die Fortführung der Sicherheitshaft an. Er lud das Amt für Strafvollzug ein zu prüfen, ob die Sicherheitshaft für X._, wie von seinem amtlichen Verteidiger beantragt, in der Psychiatrischen Universitätsklinik durchgeführt werden könne. Die Verfügung wird im Wesentlichen damit begründet, dass von einer erheblichen Wiederholungsgefahr auszugehen sei, der nur mit der Aufrechterhaltung der Sicherheitshaft begegnet werden könne. Nachdem - aus welchen Gründen auch immer - X._ bislang nicht therapiert worden sei, müsse angenommen werden, dass die Defizite, die mit einer Behandlung während des Strafvollzugs hätten angegangen werden sollen, weiterhin bestehen. Wegen der aktenkundigen Persönlichkeitsstörung und des Verhaltens des Verurteilten während des Strafvollzugs müsse vor einer erneuten sachverständigen Begutachtung von X._ von einem grossen Gefährdungspotential ausgegangen werden.
C. Mit Beschwerde vom 4. Januar 2010 beantragt X._, die Präsidialverfügung vom 14. Dezember 2009 sei aufzuheben und die Sache zur Neubeurteilung an die Vorinstanz zurückzuweisen. Eventualiter sei in Aufhebung der genannten Präsidialverfügung die gegen den Beschwerdeführer angeordnete Sicherheitshaft aufzuheben, und er sei auf freien Fuss zu setzen. Alles unter Kosten- und Entschädigungsfolgen zugunsten des Beschwerdeführers. Ausserdem stellt er ein Gesuch um unentgeltliche Rechtspflege.
Das Obergericht verzichtet auf eine Stellungnahme zur Beschwerde. Die Staatsanwaltschaft Zürich-Sihl und das Amt für Justizvollzug beantragen Abweisung der Beschwerde. Der Beschwerdeführer hat sich mit Eingaben vom 15. und 19. Januar 2010 zu den Eingaben der übrigen Verfahrensbeteiligten geäussert.

Erwägungen:
1. Gemäss <ref-law> beurteilt das Bundesgericht Beschwerden gegen Entscheide in Strafsachen. Der Beschwerde in Strafsachen unterliegen auch Entscheide über den Vollzug von Strafen und Massnahmen (<ref-law>). Ein kantonales Rechtsmittel gegen den angefochtenen Entscheid steht nicht zur Verfügung. Die Beschwerde ist nach Art. 80 i.V.m. <ref-law> zulässig. Der Beschwerdeführer nahm vor der Vorinstanz am Verfahren teil und hat ein rechtlich geschütztes Interesse an der Aufhebung des angefochtenen Entscheids. Er ist nach <ref-law> zur Beschwerde berechtigt. Das Bundesgericht kann nach <ref-law> bei Gutheissung der Beschwerde in der Sache selbst entscheiden. Deshalb ist der Antrag auf Haftentlassung zulässig. Da auch die übrigen Sachurteilsvoraussetzungen erfüllt sind, ist auf die Beschwerde einzutreten.
2. Die Sicherheitshaft schränkt die persönliche Freiheit des Beschwerdeführers ein (Art. 10 Abs. 2 i.V.m. <ref-law>, Art. 5 EMRK). Eine Einschränkung dieses Grundrechts ist zulässig, wenn sie auf einer gesetzlichen Grundlage beruht, im öffentlichen Interesse liegt und verhältnismässig ist; zudem darf sie den Kerngehalt des Grundrechts nicht beeinträchtigen (<ref-law>). Im vorliegenden Fall steht ein Freiheitsentzug und damit eine schwerwiegende Einschränkung der persönlichen Freiheit in Frage. Es bedarf deshalb sowohl nach <ref-law> als auch nach <ref-law> einer Grundlage im Gesetz selbst.
Bei Beschwerden, die gestützt auf das Recht der persönlichen Freiheit wegen der Anordnung von Untersuchungs- oder Sicherheitshaft erhoben werden, prüft das Bundesgericht im Hinblick auf die Schwere des Eingriffs die Auslegung und Anwendung des kantonalen Prozessrechts frei. Soweit jedoch reine Sachverhaltsfragen und damit Fragen der Beweiswürdigung zu beurteilen sind, greift das Bundesgericht nur ein, wenn die tatsächlichen Feststellungen der Vorinstanz offensichtlich unrichtig sind oder auf einer Rechtsverletzung im Sinne von <ref-law> beruhen (Art. 97 Abs. 1 i.V.m. <ref-law>; <ref-ruling> E. 2.5 S. 73 f. mit Hinweis).
3. 3.1 Für die Anordnung bzw. Fortsetzung von Sicherheitshaft ist nach zürcherischem Strafprozessrecht grundsätzlich erforderlich, dass der Angeschuldigte eines Verbrechens oder Vergehens dringend verdächtigt wird und ausserdem ein besonderer Haftgrund vorliegt (§ 67 Abs. 2 Satz 1 i.V.m. § 58 Abs. 1 der Strafprozessordnung des Kantons Zürich vom 4. Mai 1919; StPO/ZH; LS 321). Die Haft ist durch mildere Massnahmen zu ersetzen, sofern sich der Haftzweck auch auf diese Weise erreichen lässt (§ 58 Abs. 4 i.V.m. § 72 f. StPO/ZH).
Wird die Sicherheitshaft im sogenannten Nachverfahren angeordnet, so entfällt die Prüfung des dringenden Tatverdachts, da eine rechtskräftige Verurteilung bereits vorliegt. Im Nachverfahren bedarf es für die Anordnung von Sicherheitshaft einer hinreichenden Wahrscheinlichkeit, dass das Verfahren zu einer Massnahme führt, welche die Sicherstellung des Betroffenen erfordert. Ausserdem muss einer der in <ref-law>/ZH genannten Haftgründe hinzukommen. Nach der bundesgerichtlichen Rechtsprechung bildet § 67 in Verbindung mit <ref-law>/ZH eine im Hinblick auf das Grundrecht der persönlichen Freiheit genügende gesetzliche Grundlage für die Anordnung von Sicherheitshaft im Nachverfahren (<ref-ruling> E. 2.3.2 S. 189; Urteile des Bundesgerichts 1P.13/2006 vom 24. Januar 2006; 1P.359/2005 vom 4. Juli 2005; 1P.745/1992 vom 1. Februar 1993 E. 2). Diese Praxis ist grundsätzlich mit der Rechtsprechung des EGMR zu Art. 5 § 1 EMRK vereinbar (Urteil des EGMR Weber gegen Schweiz vom 26. Juli 2007 § 37 ff.).
3.2 Der Beschwerdeführer bringt vor, es liege kein Nachverfahren vor, da die Strafverbüssung beendet sei und keine Reststrafe im Raum stehe. Dieser Auffassung kann nicht gefolgt werden.
Als Nachverfahren gelten Verfahren, in denen sich das Gericht im Nachgang zu einem Urteil im Hinblick auf eine Massnahme oder auf den Vollzug einer aufgeschobenen Strafe nochmals mit der Sache zu befassen hat. Das Nachverfahren wird beim Gericht durch eine entsprechende Eingabe der Vollzugsbehörde anhängig gemacht (Donatsch/Schmid, Kommentar zur Strafprozessordnung des Kantons Zürich, 1996, Rz. 7 f. zu <ref-law>/ZH). Im vorliegenden Fall geschah dies mit der Eingabe des Amts für Justizvollzug vom 16. November 2009 beim Obergericht. Der Vollzug der vom Obergericht mit Urteil vom 15. Oktober 2008 angeordneten ambulanten Behandlung wurde eingestellt und das Amt für Justizvollzug beantragte dem Obergericht, der Vollzug der Reststrafe sei aufzuschieben, und es sei gestützt auf <ref-law> nachträglich eine stationäre therapeutische Behandlung im Sinne von <ref-law> anzuordnen. Sollte über dieses Begehren nicht bis zum Ablauf der Strafdauer am 14. Dezember 2009 entschieden werden können, sei zu prüfen, ob für die Dauer des Nachverfahrens Sicherheitshaft verfügt werden könne. Der Präsident der III. Strafkammer des Obergerichts bejahte am 19. November 2009 die Notwendigkeit von Sicherheitshaft und ordnete diese am selben Tag an.
Entgegen der Auffassung des Beschwerdeführers hat die Vorinstanz das Vorliegen eines Nachverfahrens im Sinne von <ref-law> zu Recht bejaht. Diese Bestimmung regelt die Änderung einer Sanktion vor oder während des Vollzugs einer Freiheitsstrafe oder Verwahrung. Die am 1. Januar 2007 in Kraft getretene Vorschrift ist auch auf Täter anwendbar, die vor dem Inkrafttreten des neuen Rechts eine Tat begangen haben oder beurteilt worden sind (Art. 2 Abs. 1 der Schlussbestimmungen der Änderung des StGB vom 13. Dezember 2002). Der Beschwerdeführer hatte seine Strafe im Zeitpunkt, als das Gesuch um Anordnung einer stationären therapeutischen Behandlung im Sinne von <ref-law> gestellt wurde, noch nicht vollständig verbüsst. Nach Lehre und Rechtsprechung kann bei der Aufhebung einer vollzugsbegleitenden Behandlung grundsätzlich eine (nachträgliche) stationäre Massnahme im Sinne von <ref-law> in Frage kommen (Urteil des Bundesgerichts 6B_375/2008 vom 21. Oktober 2008; vgl. Marianne Heer, Basler Kommentar Strafrecht I, 2. Aufl. 2007, <ref-law> N. 1; Günter Stratenwerth, Schweizerisches Strafrecht, AT II, 2. Aufl. 2006, § 9 Rz. 94 S. 313 f.).
3.3 Soweit der Beschwerdeführer geltend macht, mit der Sicherheitshaft nach verbüsster Strafe werde faktisch eine erneute Bestrafung vorgenommen, was gegen den Grundsatz "ne bis in idem" verstosse, kann ihm ebenfalls nicht zugestimmt werden. Die Sicherheitshaft zur Gewährleistung der Prüfung, ob eine stationäre Behandlung anzuordnen ist, verstösst nicht gegen das Verbot zweifacher Bestrafung. Die Sicherheitshaft wurde nicht nach vollständiger Verbüssung der Strafe angeordnet, sondern noch während des Strafvollzugs im Hinblick auf die Änderung der im Strafurteil angeordneten ambulanten Behandlung (<ref-law>). Der Sachrichter wird im Rahmen der Beurteilung der Notwendigkeit einer stationären Behandlung zu gewährleisten haben, dass den Anforderungen von Art. 5 Ziff. 1 lit. a EMRK entsprochen wird (vgl. Urteil des Bundesgerichts 6S.297/2006 vom 26. September 2006).
3.4 Das vorliegende Nachverfahren wurde eingeleitet, damit das Obergericht prüfen kann, ob anstelle der nicht erfolgten ambulanten Behandlung eine stationäre Behandlung anzuordnen sei. Die Vorinstanz hat ausführlich dargelegt, aus welchen Gründen beim Beschwerdeführer eine erhöhte Rückfallgefahr bzw. Wiederholungsgefahr im Sinne von § 58 Abs. 1 Ziff. 3 und 4 StPO/ZH vorliegt. Auf diese Erwägungen, die der Beschwerdeführer in seiner Beschwerde nicht zu entkräften vermag, kann verwiesen werden. Damit liegt die Aufrechterhaltung der Sicherheitshaft im öffentlichen Interesse (<ref-law>). Der Beschwerdeführer verkennt, das auch Art. 5 Ziff. 1 lit. c EMRK einer Inhaftierung grundsätzlich nicht entgegensteht, wenn sie geeignet erscheint, die erneute Begehung von Straftaten zu verhindern (<ref-ruling> E. 2.1 S. 275 mit Hinweisen).
3.5 Der Beschwerdeführer bestreitet weiter die Verhältnismässigkeit der Sicherheitshaft (<ref-law>). Er weist darauf hin, dass der Freiheitsentzug nun bereits länger dauert als die vom Obergericht im Berufungsverfahren rechtskräftig ausgesprochene Strafe.
3.5.1 Das Bundesgericht hat in <ref-ruling> E. 5 S. 176 ff. - im Zusammenhang mit dem vorzeitigen Massnahmevollzug - dargelegt, wie einer zu erwartenden stationären Massnahme bei der Prüfung der Verhältnismässigkeit der Haftdauer Rechnung zu tragen ist. Danach muss sich der Haftrichter insbesondere an der Therapieprognose des gerichtlich bestellten psychiatrischen Gutachters orientieren sowie an der diesbezüglichen Einschätzung des erkennenden Strafgerichts. Das Bundesgericht wies darauf hin, dass für die Verneinung der Überhaft der blosse Hinweis, freiheitsentziehende Massnahmen würden auf unbestimmte Dauer ausgesprochen, nicht genüge.
Nach ständiger Rechtsprechung sind sodann anstelle von Untersuchungshaft Ersatzmassnahmen zu verfügen, wenn und solange sich der Haftzweck auch auf diese Weise erreichen lässt (<ref-ruling> E. 3.3.1 S. 279). Das hierin zum Ausdruck kommende Verhältnismässigkeitsprinzip (Art. 5 Abs. 2 und <ref-law>) gilt auch für die Haftmodalitäten. Das Verhältnismässigkeitsprinzip gebietet, dass der Angeschuldigte, der sich aufgrund einer zu erwartenden stationären therapeutischen Massnahme in Untersuchungs- bzw. Sicherheitshaft befindet, grundsätzlich - d.h. unter Vorbehalt des Haftzwecks - nicht schlechter gestellt wird, als wenn die Massnahme bereits angeordnet worden wäre. Dies verlangt, dass die Haftmodalitäten den Bestimmungen über die stationären therapeutischen Massnahmen entsprechen, soweit sich der Haftzweck auch auf diese Weise erreichen lässt. Die betreffenden Bestimmungen sind analog anzuwenden (<ref-law> und Art. 90 i.V.m. <ref-law>). Der Haftrichter hat demnach sowohl Vollzugsöffnungen zu prüfen als auch, ob der Inhaftierte in analoger Anwendung von <ref-law> unter der Verpflichtung zu ambulanter Behandlung entlassen werden kann. Ist wie vorliegend anzunehmen, dass nur deshalb keine Überhaft besteht, weil mit der Anordnung einer stationären Massnahme gerechnet werden kann, so ist das Interesse an einer wirksamen Therapie und Resozialisierung verstärkt zu berücksichtigen (Urteile des Bundesgerichts 1B_42/2009 vom 5. März 2009 E. 3.3.2; 1B_131/2009 vom 8. Juni 2009 E. 3.5). Diese Grundsätze gelten auch im vorliegenden Nachverfahren.
3.5.2 Aus dem angefochtenen Entscheid ergibt sich, dass die Prüfung, ob eine stationäre Behandlung anzuordnen ist, eine zusätzliche Begutachtung des Beschwerdeführers voraussetzt. Die Staatsanwaltschaft hat am 23. November 2009 ausdrücklich einen Antrag auf Begutachtung gestellt. Die Vorinstanz hat sich dazu im angefochtenen Entscheid nicht geäussert. Die Sicherheitshaft erweist sich jedoch nur als rechtmässig, wenn sie dem Zweck dient, eine sachkundige materielle Beurteilung der Notwendigkeit einer stationären Behandlung sicherzustellen. Aus den Akten und dem angefochtenen Entscheid ist nicht ersichtlich, dass konkrete Schritte im Hinblick auf die materielle Prüfung einer stationären Behandlung unternommen worden wären. Entsprechende Anordnungen sind vor dem Hintergrund des Verhältnismässigkeitsprinzips und des über die Dauer der rechtskräftigen Freiheitsstrafe andauernden Freiheitsentzugs unverzüglich zu treffen. Sollte sich eine neue Begutachtung oder eine Ergänzung des Gutachtens von Dr. Giebeler vom 13. Dezember 2007 als notwendig erweisen, so müsste der entsprechende Auftrag sofort erteilt und die Begutachtung beförderlich abgeschlossen werden. Da sich der angefochtene Entscheid zu diesen Fragen nicht äussert, ist die Beschwerde insoweit gutzuheissen.
3.5.3 Weiter ist unter dem Gesichtspunkt der Verhältnismässigkeit zu beachten, dass der Beschwerdeführer grundsätzlich nicht schlechter gestellt werden darf, als wenn die Massnahme bereits angeordnet worden wäre. Dies verlangt, dass die Haftmodalitäten den Bestimmungen über die stationären therapeutischen Massnahmen entsprechen, soweit sich der Haftzweck auch auf diese Weise erreichen lässt (s. E. 3.5.1 hiervor). Der Beschwerdeführer macht geltend, es gäbe keinen Grund, dass er im Strafvollzug verbleibe, nachdem die Dauer der rechtskräftigen Freiheitsstrafe bereits überschritten sei. Die allenfalls erforderliche Begutachtung sowie das Verfahren nach <ref-law> könne auch ausserhalb der Gefängnismauern in einer (geschlossenen) Abteilung einer psychiatrischen Klinik abgewartet werden.
Im angefochtenen Entscheid wird das Amt für Strafvollzug eingeladen zu prüfen, ob die Sicherheitshaft für X._, wie von seinem amtlichen Verteidiger beantragt, in der Psychiatrischen Universitätsklinik durchgeführt werden könne. Damit hat die Vorinstanz den Antrag des Beschwerdeführers um Vollzug der Sicherheitshaft in einer psychiatrischen Klinik nicht beurteilt. Dies widerspricht der aus dem Verhältnismässigkeitsprinzip fliessenden Verpflichtung, die mildeste zweckmässige Vollzugsform für die Sicherheitshaft anzuordnen. Die nach dem angefochtenen Entscheid ergangene Verfügung des Amts für Justizvollzug vom 8. Januar 2010 vermag eine Anordnung des zuständigen Haftrichters nicht zu ersetzen. Die Beschwerde erweist sich somit auch unter diesem Gesichtspunkt als begründet.
3.6 Zusammenfassend ist festzuhalten, dass die Sicherheitshaft nur zulässig ist, wenn unverzüglich die Notwendigkeit einer stationären Behandlung des Beschwerdeführers geprüft wird. Soweit dazu eine weitere Begutachtung erfolgen soll, ist diese sofort anzuordnen. Ausserdem ist angesichts der bereits erstandenen Strafdauer als mildere Massnahme die Verlegung in die (geschlossene) Abteilung einer psychiatrischen Klinik zu prüfen. Diese Prüfung hat die Vorinstanz unverzüglich vorzunehmen. Die Beschwerde ist somit teilweise gutzuheissen, der angefochtenen Entscheid aufzuheben und die Sache an die Vorinstanz zurückzuweisen. Eine sofortige Entlassung des Beschwerdeführers kommt unter den vorliegenden Umständen nicht in Frage.
4. Dem Ausgang des bundesgerichtlichen Verfahrens entsprechend sind keine Gerichtskosten zu erheben (<ref-law>). Der Kanton Zürich hat dem Beschwerdeführer eine angemessene Parteientschädigung zu bezahlen (<ref-law>). Damit wird das Gesuch des Beschwerdeführers um unentgeltliche Rechtspflege gegenstandslos.

Demnach erkennt das Bundesgericht:
1. Die Beschwerde wird teilweise gutgeheissen und die Verfügung des Präsidenten der III. Strafkammer des Obergerichts des Kantons Zürich vom 14. Dezember 2009 aufgehoben. Die Sache wird zur neuen Beurteilung im Sinne der Erwägungen an den Präsidenten des Obergerichts zurückgewiesen.
2. Das Haftentlassungsgesuch wird abgewiesen.
3. Es werden keine Gerichtskosten erhoben.
4. Der Kanton Zürich hat den Beschwerdeführer für das bundesgerichtliche Verfahren mit Fr. 2'500.-- zu entschädigen.
5. Dieses Urteil wird dem Beschwerdeführer, dem Amt für Justizvollzug des Kantons Zürich, der Staatsanwaltschaft Zürich-Sihl und dem Obergericht des Kantons Zürich, III. Strafkammer, schriftlich mitgeteilt.
Lausanne, 21. Januar 2010
Im Namen der I. öffentlich-rechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Der Präsident: Der Gerichtsschreiber:
Féraud Haag