潔凈手術室動態工況氣流影響因素探究

張紅梅 陶致成

摘要：以潔凈手術室動態工況為研究對象，采用CFD數值模擬為主要研究手段，針對動態手術室中人員分布及手術過程人員彎腰程度不同，對室內氣流組織進行探究，重點分析其排污能力的強弱。結果表明：醫護人員分兩側站立時室內氣流組織流動比較平緩，當醫護人員彎腰程度加大時，與手術臺之間的氣流流動停滯，易積聚污染氣體，造成術后感染。

關鍵詞：潔凈手術室;動態工況;CFD;氣流組織

引言

潔凈手術室作為與民生息息相關的醫療建筑，需配備專門的暖通凈化空調系統，采取合理有效的通風策略，來保證高潔凈度手術環境，避免懸浮于空氣中的細菌微粒落入傷口，造成術后感染。因此，對手術室中動態工況的氣流組織展開研究十分必要[1，2]。本文針對手術室中醫護人員不同站位、不同彎腰程度對氣流組織的影響進行研究。由于現有實驗室條件不足，因此本文主要選用更為高效的數值模擬軟件FLUENT進行研究，其優點在于可節省時間、資金，靈活模擬所需工況等。

1 模型建立

1.1 物理模型

手術室尺寸為7m（長）×5m（寬）×3m（高），送風口布置在頂棚中心，回風口連續正對布置在兩側墻，其下邊緣距地板0.1m，面積為1.0m×0.4m，共六個。在本文中，要引入人體模型，考慮到實際人體模型的復雜性，將人體模型用0.2m×0.3m×1.75m的長方體代替，考慮病人1名，手術室內醫務人員6名，具體模型的設置如圖1，按照人員位置不同設置為兩種工況，一種工況為手術臺一側和頂部均有醫護人員，定義為“2-1”形式;另一種工況則是三個醫護人員均站立在手術臺長邊一側，定義為“3”形式。由于手術室的對稱性，取一半進行分析。

1.2 數學模型

手術室內可忽略密度變化對流體運動的影響，僅考慮熱浮升力中應用密度變化，符合Boussinesq假設，但粘性不可忽略，通常為湍流流動，滿足質量守恒方程、動量守恒方程、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域高度的各向異性，更好的處理近壁面區域[3]。

2 模擬結果與分析

2.1 人員位置的影響

送風速度0.4m/s，回風速度1.2m/s，運行60s后對室內氣流組織展開分析。

總體上看，氣流在縱向擴散過程中，沿斜向下方向從送風口擴散，在遇到送風口的墻壁后改變了運動方向，向上攀升，在送風口周圍形成漩渦，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。使得手術區域的速度分布為漏斗狀，在醫生背側流速很低，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分布時該現象更為突出。在醫生朝向病人的側面，低速區域不明顯，在手術臺上方會有小區域的氣流停滯現象，這有可能使醫務人員產生的污染物無法即使排走從而污染手術環境。

2.2 人員彎腰程度的影響

在動態工況下，不僅人員的分布會對室內速度場產生影響，人員的彎腰情況也會對手術臺平面產生一定的影響，下面分別以醫護人員彎腰30°和45°研究。

從圖3來看，不同的彎腰程度對氣流組織會產生比較明顯的影響。在人員周圍會產生氣流的停滯，在手術臺一側會產生較大的停滯現象。從手術臺高度為1.2的平面來看，在手術臺區域風速穩定且比較大，符合對污染物的清潔能力。觀察醫護人員彎腰程度為45°的情況，醫護人員頭頂上方產生的氣流停滯區域比30°時小，并且送風送入氣流向回風口流動的通道比30°時大，說明醫護人員彎腰45°時手術室單向流通風形式更加明顯。由于45°時人員面部距離手術臺距離很近，所以阻擋了手術臺與醫護人員之間的氣流流動。

3 結語

在動態工況下手術室內有人員加入后，手術室內的氣流組織發生了明顯的變化，分別以人員分布位置以及人員彎腰程度進行分析觀察其氣流分布，人員以2-1方式分布來說室內氣流產生的氣流停止區域較多，產生的渦流區域比較多，3方式分布室內氣流相對通暢平穩。對醫護人員的彎腰程度進行觀察云圖進行速度分析后可以了解到人員彎腰程度為30°時與手術臺接觸空隙大，氣流可以流動。在人員彎腰程度為45°時，手術臺與醫護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

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

[2] 許鐘麟. 空氣潔凈技術原理[M]. 第4版. 北京：科學出版社， 2014.

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