潔凈手術(shù)室動(dòng)態(tài)工況氣流影響因素探究

張紅梅 陶致成

摘要：以潔凈手術(shù)室動(dòng)態(tài)工況為研究對(duì)象，采用CFD數(shù)值模擬為主要研究手段，針對(duì)動(dòng)態(tài)手術(shù)室中人員分布及手術(shù)過程人員彎腰程度不同，對(duì)室內(nèi)氣流組織進(jìn)行探究，重點(diǎn)分析其排污能力的強(qiáng)弱。結(jié)果表明：醫(yī)護(hù)人員分兩側(cè)站立時(shí)室內(nèi)氣流組織流動(dòng)比較平緩，當(dāng)醫(yī)護(hù)人員彎腰程度加大時(shí)，與手術(shù)臺(tái)之間的氣流流動(dòng)停滯，易積聚污染氣體，造成術(shù)后感染。

關(guān)鍵詞：潔凈手術(shù)室;動(dòng)態(tài)工況;CFD;氣流組織

引言

潔凈手術(shù)室作為與民生息息相關(guān)的醫(yī)療建筑，需配備專門的暖通凈化空調(diào)系統(tǒng)，采取合理有效的通風(fēng)策略，來保證高潔凈度手術(shù)環(huán)境，避免懸浮于空氣中的細(xì)菌微粒落入傷口，造成術(shù)后感染。因此，對(duì)手術(shù)室中動(dòng)態(tài)工況的氣流組織展開研究十分必要[1，2]。本文針對(duì)手術(shù)室中醫(yī)護(hù)人員不同站位、不同彎腰程度對(duì)氣流組織的影響進(jìn)行研究。由于現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室條件不足，因此本文主要選用更為高效的數(shù)值模擬軟件FLUENT進(jìn)行研究，其優(yōu)點(diǎn)在于可節(jié)省時(shí)間、資金，靈活模擬所需工況等。

1 模型建立

1.1 物理模型

手術(shù)室尺寸為7m（長）×5m（寬）×3m（高），送風(fēng)口布置在頂棚中心，回風(fēng)口連續(xù)正對(duì)布置在兩側(cè)墻，其下邊緣距地板0.1m，面積為1.0m×0.4m，共六個(gè)。在本文中，要引入人體模型，考慮到實(shí)際人體模型的復(fù)雜性，將人體模型用0.2m×0.3m×1.75m的長方體代替，考慮病人1名，手術(shù)室內(nèi)醫(yī)務(wù)人員6名，具體模型的設(shè)置如圖1，按照人員位置不同設(shè)置為兩種工況，一種工況為手術(shù)臺(tái)一側(cè)和頂部均有醫(yī)護(hù)人員，定義為“2-1”形式;另一種工況則是三個(gè)醫(yī)護(hù)人員均站立在手術(shù)臺(tái)長邊一側(cè)，定義為“3”形式。由于手術(shù)室的對(duì)稱性，取一半進(jìn)行分析。

1.2 數(shù)學(xué)模型

手術(shù)室內(nèi)可忽略密度變化對(duì)流體運(yùn)動(dòng)的影響，僅考慮熱浮升力中應(yīng)用密度變化，符合Boussinesq假設(shè)，但粘性不可忽略，通常為湍流流動(dòng)，滿足質(zhì)量守恒方程、動(dòng)量守恒方程、能量守恒方程，采用的是處理湍流漩渦更為可靠的RNG k-ε模型，能夠求解較大剪切層區(qū)域高度的各向異性，更好的處理近壁面區(qū)域[3]。

2 模擬結(jié)果與分析

2.1 人員位置的影響

送風(fēng)速度0.4m/s，回風(fēng)速度1.2m/s，運(yùn)行60s后對(duì)室內(nèi)氣流組織展開分析。

總體上看，氣流在縱向擴(kuò)散過程中，沿斜向下方向從送風(fēng)口擴(kuò)散，在遇到送風(fēng)口的墻壁后改變了運(yùn)動(dòng)方向，向上攀升，在送風(fēng)口周圍形成漩渦，氣流速度降低。由于人體的阻礙，氣流在人體后方和前方都受到阻擋，氣流速度降低。使得手術(shù)區(qū)域的速度分布為漏斗狀，在醫(yī)生背側(cè)流速很低，在腳下部分有靜止部分，這一部分污染物可能無法即使排出，以3分布時(shí)該現(xiàn)象更為突出。在醫(yī)生朝向病人的側(cè)面，低速區(qū)域不明顯，在手術(shù)臺(tái)上方會(huì)有小區(qū)域的氣流停滯現(xiàn)象，這有可能使醫(yī)務(wù)人員產(chǎn)生的污染物無法即使排走從而污染手術(shù)環(huán)境。

2.2 人員彎腰程度的影響

在動(dòng)態(tài)工況下，不僅人員的分布會(huì)對(duì)室內(nèi)速度場(chǎng)產(chǎn)生影響，人員的彎腰情況也會(huì)對(duì)手術(shù)臺(tái)平面產(chǎn)生一定的影響，下面分別以醫(yī)護(hù)人員彎腰30°和45°研究。

從圖3來看，不同的彎腰程度對(duì)氣流組織會(huì)產(chǎn)生比較明顯的影響。在人員周圍會(huì)產(chǎn)生氣流的停滯，在手術(shù)臺(tái)一側(cè)會(huì)產(chǎn)生較大的停滯現(xiàn)象。從手術(shù)臺(tái)高度為1.2的平面來看，在手術(shù)臺(tái)區(qū)域風(fēng)速穩(wěn)定且比較大，符合對(duì)污染物的清潔能力。觀察醫(yī)護(hù)人員彎腰程度為45°的情況，醫(yī)護(hù)人員頭頂上方產(chǎn)生的氣流停滯區(qū)域比30°時(shí)小，并且送風(fēng)送入氣流向回風(fēng)口流動(dòng)的通道比30°時(shí)大，說明醫(yī)護(hù)人員彎腰45°時(shí)手術(shù)室單向流通風(fēng)形式更加明顯。由于45°時(shí)人員面部距離手術(shù)臺(tái)距離很近，所以阻擋了手術(shù)臺(tái)與醫(yī)護(hù)人員之間的氣流流動(dòng)。

3 結(jié)語

在動(dòng)態(tài)工況下手術(shù)室內(nèi)有人員加入后，手術(shù)室內(nèi)的氣流組織發(fā)生了明顯的變化，分別以人員分布位置以及人員彎腰程度進(jìn)行分析觀察其氣流分布，人員以2-1方式分布來說室內(nèi)氣流產(chǎn)生的氣流停止區(qū)域較多，產(chǎn)生的渦流區(qū)域比較多，3方式分布室內(nèi)氣流相對(duì)通暢平穩(wěn)。對(duì)醫(yī)護(hù)人員的彎腰程度進(jìn)行觀察云圖進(jìn)行速度分析后可以了解到人員彎腰程度為30°時(shí)與手術(shù)臺(tái)接觸空隙大，氣流可以流動(dòng)。在人員彎腰程度為45°時(shí)，手術(shù)臺(tái)與醫(yī)護(hù)人員之間的氣流停滯比較明顯，易造成污染物積聚。

參考文獻(xiàn)

[1] 許鐘麟， 沈晉明. 中國手術(shù)室集中送風(fēng)方式的應(yīng)用[J]. 暖通空調(diào)， 2018， 48（7）： 40-46.

[2] 許鐘麟. 空氣潔凈技術(shù)原理[M]. 第4版. 北京：科學(xué)出版社， 2014.

[3]王金良， 陳振興， 封楊， 等. 手術(shù)室局部通風(fēng)凈化的研究現(xiàn)狀[J]. 暖通空調(diào)， 2018， 48（4）： 7-12.