醫院潔淨手術室的室內空調參數分析

【摘要】對《醫院潔淨手術部建設標準》中 I 級潔淨手術室的流場和溫度場進行了數值模擬，證實了標準中的部分技術參數範圍 ( 主要針對靜態手術室 ) 在動態時是合適的，並具有可操作性。標準中規定 I 級潔淨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(guan) 鍵區域的淨化要求，又大大降低了潔淨手術室的造價(jia) 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係統設計及設備選型實現所要求的室內(nei) 氣候環境 ( 溫濕度、氣流、汙染物質濃度等的分布 ) 。實現對這些環境參數的合理控製，有必要在進行具體(ti) 設計前，對上述室內(nei) 氣候環境參數的分布情況進行預測，把握不同係統的分布特征。 
　　在傳(chuan) 統的設計中，由於(yu) 送風口、回風口以及室內(nei) 熱源等因素的影響，室內(nei) 三維流場、速度場難以進行精確計算。模型實驗雖然可靠，但是試驗周期長、價(jia) 格昂貴，較難在工程中使用。對這樣的非線性問題，計算流體(ti) 力學 (CFD)Computational Fluid Dynamics) 方法顯示了其獨特的優(you) 越性能，利用 CFD 技術，快速，廉價(jia) ，又可有效地了解室內(nei) 的流場、溫度場、濃度場的分布特征，為(wei) 合理的係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 模擬技術應用到實際設計預測中，尤其是對影劇院及建築中廳等太空間的設計預測。 
　　對於(yu) 計算流體(ti) 力學，簡單地說就是對描述流體(ti) 物理現象的基礎方程式 ( 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。離散化的對象是作為(wei) 獨立變量的時間與(yu) 空間變量，求出其對應的速度、溫度、濃度、壓力等參數。其中離散化處理 ( 時間、空間的分割 ) 直接與(yu) 計算機的能力 ( 計算速度、內(nei) 存容量 ) 相關(guan) 。分割越細，對計算機的能力要求就越高 ( 模擬精度也就相對高 ) 。下麵運用 CFD 對 I 級潔淨手術室的流場和溫度場進行數值模擬。 
　　1. 模擬算例背景 
　　本文模擬的手術室是按照 2000 年 10 月頒布的《醫院潔淨手術部建設標準》 ( 以下簡稱標準 ) 的規定設計的 I 級潔淨手術室。整個(ge) 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(guan) 鍵部位的保護意識，將最潔淨的空氣送到關(guan) 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，用潔淨氣流有效保護關(guan) 鍵區域。為(wei) 此，標準將手術室分為(wei) 手術區和周邊區，分別給出指標，手術區範圍的劃分取決(jue) 於(yu) 手術室級別要求，本文模擬的 I 級潔淨手術室，按標準要求，送風口麵積為(wei) 2．4x2．6=6．24m 2 。本例采用手術室吊頂送風，直接將潔淨氣流“填充”的關(guan) 鍵區域，切斷空氣汙染的途徑，這樣便大大降低了手術室的送風量。 
　　標準已經開始實施，但許多人對手術室內(nei) 的流場和溫度場的分布情況還不是很清晰，並擔心將淨化所需的大風量集中送到關(guan) 鍵區域，是否會(hui) 對處於(yu) 主流區的人員 ( 如醫生和手術台上的病人 ) 的熱舒適性產(chan) 生負麵影響 [2] ；主流區的氣流能否保證在動態時不會(hui) 對醫護人員產(chan) 生吹風感。針對以上情況，本文對動態運行情況下的標準 I 級潔淨手術室的流場和溫度場進行數值模擬，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 ( 空態時離地麵 0.8m 處 ) 的風速應控製在 0.25 米— 0．30 米範圍內(nei) ，因此集中送風口處送風速度為(wei) 0．46m/s [4l ，送風量為(wei) 10300m 3/h ，約 72 次換氣，而以前遵照工業(ye) 潔淨室設計思路的百級手術室需要幾百次換氣。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(chan) 擬，分析動態手術室的氣流控製結果。其幾何模型如圖 1 所示。房間尺寸 XxYxZ=8x3x6m ；送風口 2．6x2．4m ；兩(liang) 側(ce) 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 ；手術台 1．8X0．6X0．8m