醫院潔凈手術室的室內空調參數分析

對《醫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 ( 主要針對靜態手術室 ) 在動態時是合適的，并具有可操作性。凈化手術室醫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境存在細微差別，常規的國際標準和國內區域行業標準都普遍難于確保手術室凈化的長期穩定（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，基本都設有自身執行的高于國際化通行標準的凈化指標。標準中規定 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設計及設備選型實現所要求的室內氣候環境 ( 溫濕度、氣流、污染物質濃度等的分布 ) 。實現對這些環境參數的合理控制，有必要在進行具體設計前，對上述室內氣候環境參數的分布情況進行預測，把握不同系統的分布特征。
　　在傳統的設計中，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《醫院潔凈手術部建設標準》 ( 以下簡稱標準 ) 的規定設計的 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作工作區的技術思路，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域。為此，標準將手術室分為手術區和周邊區，分別給出指標，手術區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)區域，是否會對處于主流區的人員 ( 如醫生和手術臺上的病人 ) 的熱舒適性產生負面影響 [2] ；主流區的氣流能否保證在動態時不會對醫護人員產生吹風感。針對以上情況，本文對動態運行情況下的標準 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
　　根據標準規定，工作區高度 ( 空態時離地面 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、醫養結合，術后早期康復、關節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，分析動態手術室的氣流控制結果。其幾何模型如圖 1 所示。房間尺寸 XxYxZ=8x3x6m ；送風口 2．6x2．4m ；兩側下回風，回風口 4．0x0.3m ，底邊離地 0.1m ；排風口 0．4x0.4m ：人模型 0．4x0.2mxl．7m ；醫用設備 0．4x0.6x0.8m ；手術臺 1．8X0．6X0．8m