廣元醫(yī)院潔凈手術(shù)室的室內(nèi)空調(diào)參數(shù)分析




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2020-06-05 18:07:35
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對《醫(yī)院潔凈手術(shù)部建設(shè)標(biāo)準》中 I 級潔凈手術(shù)室的流場和溫度場進行了數(shù)值模擬(定義:對真實事物或者過程的虛擬)
，證實了標(biāo)準中的部分技術(shù)參數(shù)范圍 ( 主要針對靜態(tài)手術(shù)室 ) 在動態(tài)時是合適的
，并具有可操作性。凈化手術(shù)室醫(yī)院在層流手術(shù)室與消毒柜之間制作了一堵墻
  ，并設(shè)立進、出單通道
  ，需消毒的物品經(jīng)過“輸出”通道直接從手術(shù)室轉(zhuǎn)移到消毒柜
  ，消毒后經(jīng)過“輸入”通道轉(zhuǎn)移到手術(shù)室，這樣避免了消毒物品在轉(zhuǎn)移的過程中二次污染
  。手術(shù)室凈化由于歐美手術(shù)室潔凈標(biāo)準與中國環(huán)境存在細微差別，常規(guī)的國際標(biāo)準和國內(nèi)區(qū)域行業(yè)標(biāo)準都普遍難于確保手術(shù)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(zhì)量方面出現(xiàn)了明顯的檔次劃分。一些知名凈化工程公司
  ，在通行標(biāo)準之外，基本都設(shè)有自身執(zhí)行的高于國際化通行標(biāo)準的凈化指標(biāo)
  。標(biāo)準中規(guī)定 I 級潔凈手術(shù)室用局部送風(fēng)代替全室單向氣流組織形式
  ，既保證了關(guān)鍵區(qū)域的凈化要求，又大大降低了潔凈手術(shù)室的造價和運行費用
  ，符合我國的國情
  。
　引言
　　空調(diào)設(shè)計的最終目的是以經(jīng)濟技術(shù)合理的系統(tǒng)設(shè)計及設(shè)備選型實現(xiàn)所要求的室內(nèi)氣候環(huán)境 ( 溫濕度
、氣流
、污染物質(zhì)濃度等的分布 ) 
。實現(xiàn)對這些環(huán)境參數(shù)的合理控制
，有必要在進行具體設(shè)計前，對上述室內(nèi)氣候環(huán)境參數(shù)的分布情況進行預(yù)測
，把握不同系統(tǒng)的分布特征
。
　　在傳統(tǒng)的設(shè)計中，由于送風(fēng)口
、回風(fēng)口以及室內(nèi)熱源等因素的影響，室內(nèi)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(xué) (CFD)Computational Fluid Dynamics) 方法顯示了其獨特的優(yōu)越性能，利用 CFD 技術(shù)
，快速
，廉價（解釋:指便宜的價錢)
，又可有效地了解室內(nèi)的流場
、溫度（temperature)場、濃度場的分布特征
  ，為合理的系統(tǒng)設(shè)計及設(shè)備選型提供有益的參考資料
  。目前，國外許多設(shè)計所和建設(shè)單位都已經(jīng)將 CFD 模擬(定義:對真實事物或者過程的虛擬)技術(shù)應(yīng)用到實際設(shè)計預(yù)測(predict)中
  ，尤其是對影劇院及建筑中廳等太空間的設(shè)計預(yù)測
  。
　　對于計算流體力學(xué)，簡單地說就是對描述流體物理現(xiàn)象的基礎(chǔ)方程式(equation) ( 運動方程
  、質(zhì)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(shù)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(yīng)的速度
  、溫度（temperature)
  、濃度
  、壓力等參數(shù)(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(nèi)存容量 ) 相關(guān)
  。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(shù)室的流場和溫度場進行數(shù)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(shù)室是按照 2000 年 10 月頒布的《醫(yī)院潔凈手術(shù)部建設(shè)標(biāo)準》 ( 以下簡稱標(biāo)準 ) 的規(guī)定設(shè)計的 I 級潔凈手術(shù)室。整個模型按照標(biāo)準和文獻 [1] 手術(shù)室典型配置的要求進行設(shè)計
。標(biāo)準強調(diào)關(guān)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(guān)鍵部位
。根據(jù)我國的科研成果和運行實踐
，標(biāo)準提出了利用主流區(qū)作工作區(qū)的技術(shù)思路，將送風(fēng)口直接布置在手術(shù)床上方
，采用月Ⅻ集中送風(fēng)方式
，用潔凈氣流有效保護關(guān)鍵區(qū)域
。為此
，標(biāo)準將手術(shù)室分為手術(shù)區(qū)和周邊區(qū)，分別給出指標(biāo)
，手術(shù)區(qū)范圍的劃分取決于手術(shù)室級別要求
，本文模擬的 I 級潔凈手術(shù)室，按標(biāo)準要求
，送風(fēng)口面積為 2．4x2．6=6．24m 2 。本例采用手術(shù)室吊頂送風(fēng)
，直接將潔凈氣流“填充”的關(guān)鍵區(qū)域
，切斷空氣污染的途徑，這樣便大大降低了手術(shù)室的送風(fēng)量(定義:單位時間內(nèi)空氣的流通量)
。
　　標(biāo)準已經(jīng)開始實施
，但許多人對手術(shù)室內(nèi)的流場和溫度（temperature)場的分布情況還不是很清晰
，并擔(dān)心將凈化所需的大風(fēng)量(定義:單位時間內(nèi)空氣的流通量)集中送到關(guān)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(shù)臺上的病人 ) 的熱舒適性產(chǎn)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(chǎn)生吹風(fēng)感
。針對以上情況
，本文對動態(tài)運行情況下的標(biāo)準 I 級潔凈手術(shù)室的流場和溫度場進行數(shù)值模擬(定義:對真實事物或者過程的虛擬)，對模擬結(jié)果進行分析。
　　2. 幾何模型
　　根據(jù)標(biāo)準規(guī)定
，工作區(qū)高度 ( 空態(tài)時離地面 0.8m 處 ) 的風(fēng)速應(yīng)控制在 0.25 米— 0．30 米范圍內(nèi)
  ，因此集中送風(fēng)口處送風(fēng)速度為 0．46m/s [4l 
，送風(fēng)量(定義:單位時間內(nèi)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(shè)計思路的百級手術(shù)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(fù)均可同步進行
，為重癥或昏迷患者提供隔離場所和設(shè)備，提供最佳護理
、綜合治療
、醫(yī)養(yǎng)結(jié)合，術(shù)后早期康復(fù)
、關(guān)節(jié)護理運動治療等服務(wù)。本文通過對實際運行的手術(shù)室的流場和溫度場進行仿真產(chǎn)擬
，分析動態(tài)手術(shù)室的氣流控制結(jié)果
。其幾何模型如圖 1 所示。房間尺寸 XxYxZ=8x3x6m 
；送風(fēng)口 2．6x2．4m 
；兩側(cè)下回風(fēng)
，回風(fēng)口 4．0x0.3m 
，底邊離地 0.1m ；排風(fēng)口 0．4x0.4m ：人模型 0．4x0.2mxl．7m 
；醫(yī)用設(shè)備 0．4x0.6x0.8m 
；手術(shù)臺 1．8X0．6X0．8m