一、概述
我國(guó)頒布的《醫(yī)院潔凈手術(shù)部建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》為暖通空調(diào)領(lǐng)域中一些專門(mén)從事醫(yī)院潔凈室設(shè)計(jì)及建造行業(yè)的企業(yè)提供了依據(jù)。但是《標(biāo)準(zhǔn)》中的局部頂送維持主流區(qū)單向流的方式一直是關(guān)注與爭(zhēng)論的焦點(diǎn)。本文詳細(xì)化模型，包括障礙物、人員、燈、設(shè)備等，對(duì)手術(shù)室的各種參數(shù)進(jìn)行模擬，來(lái)證實(shí)標(biāo)準(zhǔn)中所提要求是否滿足潔凈度。此外由于我國(guó)新建的手術(shù)室較少，改造的較多，資料表明有些醫(yī)院潔凈手術(shù)室改造后,用電、用氣費(fèi)用迅速上升，日常支出成倍增長(zhǎng)，給醫(yī)院造成不小的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。有的醫(yī)院潔凈手術(shù)室24小時(shí)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，凈化空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)安全系數(shù)過(guò)大，造成用電量猛升的主要原因。由于空調(diào)凈化系統(tǒng)大風(fēng)量，高阻力，系統(tǒng)中風(fēng)機(jī)發(fā)熱已成為主要負(fù)荷。減小風(fēng)機(jī)型號(hào)就可減少用電量，而減少風(fēng)機(jī)發(fā)熱的關(guān)鍵在是調(diào)節(jié)送風(fēng)量和降低系統(tǒng)阻力。因此如何在保證潔凈度的同時(shí)可以節(jié)能是我們應(yīng)該關(guān)注的問(wèn)題。而國(guó)外潔凈手術(shù)室的送風(fēng)量均較小，于是試驗(yàn)者將尋求一種小送風(fēng)方式在保證潔凈度的同時(shí)注意節(jié)能。
二、手術(shù)室建模
醫(yī)院手術(shù)室建筑，手術(shù)室為Ⅰ級(jí)潔凈，手術(shù)室面積為8*6m²，吊頂下層高3m，氣流組織為頂送雙側(cè)下回，送風(fēng)口為2.6*2.4m²，回風(fēng)口為4*0.3m²，手術(shù)臺(tái)距地0.8m，尺寸為1.8*0.6m²。
三、數(shù)學(xué)模型及邊界條件
3.1數(shù)學(xué)模型
暖通領(lǐng)域中普遍采用的k-ε雙方程模型也適合于手術(shù)室這種特殊的建筑，限于篇幅，關(guān)于該模型的詳細(xì)介紹及驗(yàn)證過(guò)程不做介紹。由于手術(shù)室的一些設(shè)備的特殊性（如無(wú)影燈），采用正四面體非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格進(jìn)行網(wǎng)格劃分。
3.2邊界條件
手術(shù)室采用二次回風(fēng)系統(tǒng)，送風(fēng)量10700m³/h，排風(fēng)量1000 m³/h，醫(yī)護(hù)人員冷負(fù)荷71*8w,病人冷負(fù)荷64*1w，照明1070w，醫(yī)用設(shè)備3400w，維護(hù)結(jié)構(gòu)280w，人體濕負(fù)荷潛熱負(fù)荷110*8w，地面散濕形成的冷負(fù)荷685w。人靜止的發(fā)菌量為300個(gè)／(人.min)，發(fā)塵量為105個(gè)／min，地面8m²的發(fā)塵量和發(fā)菌量相當(dāng)于一個(gè)人員的發(fā)塵量和發(fā)菌量，而頂棚：墻面：地面的發(fā)塵量和發(fā)菌量可以近似認(rèn)為為1：5：100。灰塵體積很小對(duì)流場(chǎng)近似認(rèn)為無(wú)影響，而菌落附著在灰塵上。墻采用無(wú)滑移速度邊界條件，v=0，溫度和熱流已知。送風(fēng)口處溫度是連續(xù)的，用q/a作為送風(fēng)速度，氣體不可壓縮，計(jì)算時(shí)所有的速度采用0初值，溫度初值采用穩(wěn)定后的舒適溫度。送風(fēng)口、回風(fēng)口的濃度模擬的邊界條件為為逃逸邊界條件。濃度場(chǎng)模擬中，為簡(jiǎn)化計(jì)算，假設(shè)微粒和墻體之間的碰撞為彈性碰撞，無(wú)動(dòng)量和能量損失。
四、計(jì)算結(jié)果分析 
4.1速度場(chǎng)的計(jì)算與分析
速度場(chǎng)模擬的主要目的是驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)中所提集中送風(fēng)方式是否滿足它的主流區(qū)的單向流，由頂棚送出的風(fēng)保持垂直單向流到達(dá)主流區(qū),手術(shù)臺(tái)上y=1m主流區(qū)速度為0.14～0.28m/s。規(guī)范中所提為空態(tài)時(shí)主流區(qū)速度為0.25～0.3m/s，基本符合要求。回風(fēng)口處附近速度為1.25m/s，小于標(biāo)準(zhǔn)中的1.6m/s。在手術(shù)室的寬度方向，在非主流區(qū)并未產(chǎn)生大的渦流，在手術(shù)室的長(zhǎng)度方向主流區(qū)以外的區(qū)域產(chǎn)生較大的渦流.排風(fēng)和送風(fēng)未形成短路。由此可看出局部頂部送風(fēng)，取0.48m/s的送風(fēng)速度有足夠的動(dòng)量維持單向流，可以形成穩(wěn)定的氣流。
4.2溫度場(chǎng)的計(jì)算與分析
主流區(qū)溫度為22℃～24.6℃,符合標(biāo)準(zhǔn)22℃～25℃，整體來(lái)說(shuō)室內(nèi)溫度分布較均勻，由于病人身體表面散熱，因此附近溫度較高。送風(fēng)溫度為22.8℃，送風(fēng)溫差比較合理，因此不會(huì)引射周?chē)^臟氣流，使污染增大。
4.3菌落場(chǎng)模擬與分析
按照標(biāo)準(zhǔn)中主流區(qū)為100級(jí)，周邊區(qū)為1000級(jí)，菌落和灰塵基本滿足要求（灰塵≥0.5μm的微粒數(shù)小于等于35*100個(gè)，菌落≤5個(gè)），菌落不僅在主流區(qū)而且在周邊區(qū)都已經(jīng)滿足了100級(jí)要求，而灰塵在主流區(qū)處人的附近并不能滿足潔凈要求，污染度達(dá)到最大值，因此醫(yī)務(wù)人員的位置依然是值得研究的問(wèn)題。如果在正確考慮送風(fēng)系統(tǒng)以及對(duì)手術(shù)人員進(jìn)行必要的培訓(xùn)，灰塵和菌落的控制將容易得多。
五、帶射流口的送風(fēng)形式 
規(guī)范中提出保證局部單向的流場(chǎng)和主流區(qū)菌落和灰塵的濃度,工作面風(fēng)速需要0.25～0.3m/s,通常需要較大的風(fēng)量來(lái)維持，那么如果尋求一種方式以較小的風(fēng)速來(lái)就可以防止擾動(dòng)對(duì)流場(chǎng)的破壞,這樣將會(huì)減少風(fēng)量，在引言部分提出的問(wèn)題將得到解決。試驗(yàn)者嘗試在送風(fēng)口上加了幾個(gè)射流來(lái)支持來(lái)支撐流場(chǎng)防止外部擾動(dòng)，在模擬過(guò)程中發(fā)現(xiàn)如果減小風(fēng)量，仍用前面的模型模擬，那么在手術(shù)臺(tái)上方也可保持單向流，但是在醫(yī)生頭頂上方氣流發(fā)生偏移，于是試驗(yàn)者在醫(yī)生頭部上方附近加了13個(gè)射流口，來(lái)支持已經(jīng)開(kāi)始改變方向的流場(chǎng)，經(jīng)數(shù)次模擬，發(fā)現(xiàn)13個(gè)模擬出來(lái)的結(jié)果較好。用20次換氣次數(shù)的風(fēng)量（約3000m³/h）模擬，但結(jié)果不甚理想，不能在主流區(qū)維持單向流，后又采用35次換氣次數(shù)的風(fēng)量（約5000m³/h）。發(fā)現(xiàn)工作區(qū)域速度雖然減小但是由于支撐氣流的存在，在主流區(qū)依然可以維持單向流，由于速度的減小醫(yī)務(wù)人員不會(huì)產(chǎn)生吹風(fēng)感，而且雖然射流口采用1m/s得出風(fēng)速度，但是在幾個(gè)射流口下速度均在0.13m/s左右，并不會(huì)使醫(yī)生產(chǎn)生局部吹風(fēng)感。由于風(fēng)量減小，送風(fēng)溫度降低，主流區(qū)溫度也略有降低，但是仍然在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍內(nèi)，但是醫(yī)務(wù)人員在手術(shù)過(guò)程中由于服裝及精神緊張，極少感到冷的感覺(jué)，因此略微降低溫度是滿足要求的。
六、結(jié)論
手術(shù)室的潔凈度對(duì)于患者至關(guān)重要，高的潔凈度可以降低或者避免手術(shù)感染，減少住院天數(shù)，減少處置費(fèi)用。而對(duì)于醫(yī)院來(lái)說(shuō)小的風(fēng)量可以節(jié)能，減少初投資。如何兩全其美正是本文探討的關(guān)鍵所在，因此本文首先對(duì)局部頂送風(fēng)進(jìn)行數(shù)值模擬，在肯定其對(duì)手術(shù)室的實(shí)用性的條件下，進(jìn)一步對(duì)送風(fēng)口加以改變，通過(guò)布置射流口來(lái)支持流場(chǎng)，達(dá)到維持單向流的目的，并且維持較高的潔凈度，經(jīng)數(shù)值模擬結(jié)果表明這種送風(fēng)形式可以滿足手術(shù)室對(duì)主流區(qū)域的要求，更重要的是減少了風(fēng)量，僅為原風(fēng)量的一半。達(dá)到了既保證潔凈度同時(shí)節(jié)能的方法的目的。