德陽醫(yī)院潔凈手術室的室內空調參數分析




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2020-06-05 18:07:35
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對《醫(yī)院潔凈手術部建設標準》中 I 級潔凈手術室的流場和溫度場進行了數值模擬(定義:對真實事物或者過程的虛擬)
，證實了標準中的部分技術參數范圍 ( 主要針對靜態(tài)手術室 ) 在動態(tài)時是合適的
，并具有可操作性。凈化手術室醫(yī)院在層流手術室與消毒柜之間制作了一堵墻
，并設立進
、出單通道
，需消毒的物品經過“輸出”通道直接從手術室轉移到消毒柜，消毒后經過“輸入”通道轉移到手術室
，這樣避免了消毒物品在轉移的過程中二次污染
。手術室凈化由于歐美手術室潔凈標準與中國環(huán)境存在細微差別，常規(guī)的國際標準和國內區(qū)域行業(yè)標準都普遍難于確保手術室凈化的長期穩(wěn)定（一般只能3-10年重建
、低檔工程1年即需要翻新）
，所以在工程質量方面出現了明顯的檔次劃分。一些知名凈化工程公司
，在通行標準之外
，基本都設有自身執(zhí)行的高于國際化通行標準的凈化指標。標準中規(guī)定 I 級潔凈手術室用局部送風代替全室單向氣流組織形式
，既保證了關鍵區(qū)域的凈化要求
，又大大降低了潔凈手術室的造價和運行費用，符合我國的國情
。
　引言
　　空調設計的最終目的是以經濟技術合理的系統(tǒng)設計及設備選型實現所要求的室內氣候環(huán)境 ( 溫濕度
、氣流、污染物質濃度等的分布 ) 
。實現對這些環(huán)境參數的合理控制
，有必要在進行具體設計前，對上述室內氣候環(huán)境參數的分布情況進行預測
，把握不同系統(tǒng)的分布特征
。
　　在傳統(tǒng)的設計中，由于送風口
、回風口以及室內熱源等因素的影響
，室內三維流場、速度場難以進行精準計算
。模型實驗雖然可靠
，但是試驗周期長、價格昂貴，較難在工程中使用
。對這樣的非線性問題
，計算流體力學 (CFD)Computational Fluid Dynamics) 方法顯示了其獨特的優(yōu)越性能，利用 CFD 技術
，快速
，廉價（解釋:指便宜的價錢)，又可有效地了解室內的流場
、溫度（temperature)場
、濃度場的分布特征，為合理的系統(tǒng)設計及設備選型提供有益的參考資料
。目前
，國外許多設計所和建設單位都已經將 CFD 模擬(定義:對真實事物或者過程的虛擬)技術應用到實際設計預測(predict)中，尤其是對影劇院及建筑中廳等太空間的設計預測
。
　　對于計算流體力學
，簡單地說就是對描述流體物理現象的基礎方程式(equation) ( 運動方程、質量守恒
、能量守恒等聯(lián)立偏微分方程 ) 作離散化處理
，進行數值模擬(定義:對真實事物或者過程的虛擬)。離散化的對象是作為獨立變量的時間與空間變量
，求出其對應的速度
、溫度（temperature)、濃度
、壓力等參數(parameter)
。其中離散化處理 ( 時間、空間的分割 ) 直接與計算機的能力 ( 計算速度
、內存容量 ) 相關
。分割越細，對計算機的能力要求就越高 ( 模擬精度（精確度）也就相對高 ) 
。下面運用 CFD 對 I 級潔凈手術室的流場和溫度場進行數值模擬
。
　　1. 模擬(定義:對真實事物或者過程的虛擬)算例背景
　　本文模擬(定義:對真實事物或者過程的虛擬)的手術室是按照 2000 年 10 月頒布的《醫(yī)院潔凈手術部建設標準》 ( 以下簡稱標準 ) 的規(guī)定設計的 I 級潔凈手術室。整個模型按照標準和文獻 [1] 手術室典型配置的要求進行設計
。標準強調關鍵（解釋:比喻事物的重要組成部分)部位的保護意識
，將最潔凈的空氣送到關鍵部位。根據我國的科研成果和運行實踐
，標準提出了利用主流區(qū)作工作區(qū)的技術思路
，將送風口直接布置在手術床上方，采用月Ⅻ集中送風方式
，用潔凈氣流有效保護關鍵區(qū)域
。為此
，標準將手術室分為手術區(qū)和周邊區(qū)，分別給出指標
，手術區(qū)范圍的劃分取決于手術室級別要求
，本文模擬的 I 級潔凈手術室，按標準要求
，送風口面積為 2．4x2．6=6．24m 2 。本例采用手術室吊頂送風
，直接將潔凈氣流“填充”的關鍵區(qū)域
，切斷空氣污染的途徑，這樣便大大降低了手術室的送風量(定義:單位時間內空氣的流通量)
。
　　標準已經開始實施
，但許多人對手術室內的流場和溫度（temperature)場的分布情況還不是很清晰，并擔心將凈化所需的大風量(定義:單位時間內空氣的流通量)集中送到關鍵（解釋:比喻事物的重要組成部分)區(qū)域
，是否會對處于主流區(qū)的人員 ( 如醫(yī)生和手術臺上的病人 ) 的熱舒適性產生負面影響 [2] 
；主流區(qū)的氣流能否保證在動態(tài)時不會對醫(yī)護人員產生吹風感。針對以上情況
，本文對動態(tài)運行情況下的標準 I 級潔凈手術室的流場和溫度場進行數值模擬(定義:對真實事物或者過程的虛擬)
，對模擬結果進行分析。
　　2. 幾何模型
　　根據標準規(guī)定
，工作區(qū)高度 ( 空態(tài)時離地面 0.8m 處 ) 的風速應控制在 0.25 米— 0．30 米范圍內
，因此集中送風口處送風速度為 0．46m/s [4l ，送風量(定義:單位時間內空氣的流通量)為 10300m 3/h 
，約 72 次換氣
，而以前遵照工業(yè)潔凈室設計思路的百級手術室需要幾百次換氣。ICU病房ICU即重癥加強護理病房（Intensive Care Unit）
，又稱加強監(jiān)護病房綜合治療室
，治療、護理
、康復均可同步進行
，為重癥或昏迷患者提供隔離場所和設備，提供最佳護理
、綜合治療
、醫(yī)養(yǎng)結合，術后早期康復
、關節(jié)護理運動治療等服務
。本文通過對實際運行的手術室的流場和溫度場進行仿真產擬，分析動態(tài)手術室的氣流控制結果
。其幾何模型如圖 1 所示