寧夏醫(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(zhǔn)》中 I 級潔凈手術(shù)室的流場和溫度場進(jìn)行了數(shù)值模擬(定義:對真實(shí)事物或者過程的虛擬)，證實(shí)了標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)態(tài)時(shí)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(jìn)
、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(zhǔn)與中國環(huán)境存在細(xì)微差別
，常規(guī)的國際標(biāo)準(zhǔn)和國內(nèi)區(qū)域行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)之外，基本都設(shè)有自身執(zhí)行的高于國際化通行標(biāo)準(zhǔn)的凈化指標(biāo)
。標(biāo)準(zhǔn)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(jià)和運(yùn)行費(fèi)用
，符合我國的國情
。
　引言
　　空調(diào)設(shè)計(jì)的最終目的是以經(jīng)濟(jì)技術(shù)合理的系統(tǒng)設(shè)計(jì)及設(shè)備選型實(shí)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(shí)現(xiàn)對這些環(huán)境參數(shù)的合理控制，有必要在進(jìn)行具體設(shè)計(jì)前
，對上述室內(nèi)氣候環(huán)境參數(shù)的分布情況進(jìn)行預(yù)測
，把握不同系統(tǒng)的分布特征。
　　在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(jìn)行精準(zhǔn)計(jì)算
  。模型實(shí)驗(yàn)雖然可靠，但是試驗(yàn)周期長
  、價(jià)格昂貴
  ，較難在工程中使用。對這樣的非線性問題，計(jì)算流體力學(xué) (CFD)Computational Fluid Dynamics) 方法顯示了其獨(dú)特的優(yōu)越性能
，利用 CFD 技術(shù)
，快速
，廉價(jià)（解釋:指便宜的價(jià)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(jì)及設(shè)備選型提供有益的參考資料。目前
，國外許多設(shè)計(jì)所和建設(shè)單位都已經(jīng)將 CFD 模擬(定義:對真實(shí)事物或者過程的虛擬)技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際設(shè)計(jì)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(jì)預(yù)測。
　　對于計(jì)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(yùn)動(dòng)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(jìn)行數(shù)值模擬(定義:對真實(shí)事物或者過程的虛擬)
。離散化的對象是作為獨(dú)立變量的時(shí)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(shí)間
、空間的分割 ) 直接與計(jì)算機(jī)的能力 ( 計(jì)算速度、內(nèi)存容量 ) 相關(guān)
。分割越細(xì)
，對計(jì)算機(jī)的能力要求就越高 ( 模擬精度（精確度）也就相對高 ) 。下面運(yùn)用 CFD 對 I 級潔凈手術(shù)室的流場和溫度場進(jìn)行數(shù)值模擬
。
　　1. 模擬(定義:對真實(shí)事物或者過程的虛擬)算例背景
　　本文模擬(定義:對真實(shí)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(zhǔn)》 ( 以下簡稱標(biāo)準(zhǔn) ) 的規(guī)定設(shè)計(jì)的 I 級潔凈手術(shù)室
。整個(gè)模型按照標(biāo)準(zhǔn)和文獻(xiàn) [1] 手術(shù)室典型配置的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)關(guān)鍵（解釋:比喻事物的重要組成部分)部位的保護(hù)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(yùn)行實(shí)踐，標(biāo)準(zhǔn)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(hù)關(guān)鍵區(qū)域
  。為此
  ，標(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)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(shí)間內(nèi)空氣的流通量)
  。
　　標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)開始實(shí)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(shí)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(fù)面影響 [2] ；主流區(qū)的氣流能否保證在動(dòng)態(tài)時(shí)不會對醫(yī)護(hù)人員產(chǎn)生吹風(fēng)感
  。針對以上情況
  ，本文對動(dòng)態(tài)運(yùn)行情況下的標(biāo)準(zhǔn) I 級潔凈手術(shù)室的流場和溫度場進(jìn)行數(shù)值模擬(定義:對真實(shí)事物或者過程的虛擬)，對模擬結(jié)果進(jìn)行分析
  。
　　2. 幾何模型
　　根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定
  ，工作區(qū)高度 ( 空態(tài)時(shí)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(shí)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(jì)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(qiáng)護(hù)理病房（Intensive Care Unit）
，又稱加強(qiáng)監(jiān)護(hù)病房綜合治療室，治療
、護(hù)理
、康復(fù)均可同步進(jìn)行，為重癥或昏迷患者提供隔離場所和設(shè)備
，提供最佳護(hù)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(hù)理運(yùn)動(dòng)治療等服務(wù)。本文通過對實(shí)際運(yùn)行的手術(shù)室的流場和溫度場進(jìn)行仿真產(chǎn)擬
，分析動(dòng)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