بخشی از مقاله
چکیده
اتاق تمیز اصولاً به محیطی گفته می شود که جهت تولید یا تحقیقات علمی و صنعتی در آن فعالیت هایی صورت می گیرددر این محیط مقدار آلایندههای زیست محیطی بسیار از حد معمول فضای یک محیط بسته می باشد. اتاق عمل یکی از مکان هایی است که در آن بحث تهویه مطبوع به دلایل مختلف از جمله وجود ذرات معلق و آلودگیهای موجود، دارای اهمیت بسیاری است. مراکز درمانی و اماکن پزشکی نیازمند تهویه مطبوع مناسب جهت از بین بردن ذرات و آلودگیهای محیطی است. یک طراحی خوب و مناسب، محیطی سالم و راحت را برای افراد که شامل پرستاران، پزشکان، بیماران و ملاقات کنندگان است، فرآهم میآورد. در این مقاله سعی شده است با توجه به اهمیت موضوع تهویه مطبوع در یک اتاق تمیز (در این مقاله اتاق عمل)، به شبیهسازی میدان جریان و دما پرداخته و بهترین حالت ممکن برای تهویه آن ارائه شود. مدل-سازی و حل میدان جریان، فشار و دما برای حالت های مختلف قرار گیری دریچههای هوا رسان با استفاده از نرم افزار گمبیتفلوئنت انجام گرفته است.
کلمات کلیدی: تهویه مطبوع - اتاق تمیز–شبیه سازی
1مقدمه
تمامی فضاهای یک بیمارستان اعم از اتاق های عمل، جراحی، ریکاوری، بخش های بستری، آزمایشگاه ها و ... نیاز به گرمایش در زمستان و سرمایش در تابستان را دارند. دما و درصد رطوبت و نیاز هوای تازه در بعضی از فضاها دارای اهمیت زیادی است و در بعضی از فضاها دارای اهمیت کمتری است. فضایی که به طور نامناسب و غیراصولی تهویه میشود، نه تنها باعثناراحتی و عدم آسایش میگردد، پخش عفونت و باکتری و مواد سمی شیمیایی در فضای اطراف را نیز به دنبال دارد.
تاکنون تعداد زیادی از مطالعات تجربی در مورد عفونتها و عوامل مرتبط با آن در اتاق عمل ارائه شده است. وودز وهمکاران [1] مطالعهای به منظور شناسایی و نشان دادن استراتژیهای کنترل که میتواند انرژی مورد نیاز را کاهش دهد ارائه دادهاند. معمارزاده [2] پیشنهاد یک روش برای به حداقل رساندن خطر آلودگی ناشی از موجودات زنده موجود در هوا در اتاقهای ایزولاسیون بیمارستان ارائه داده است. نتایج وی نشان میدهد که ذرات موجود بر روی سطوح و آلودگیهای موجود، درصد بیشتری از مرگ و میر را نسبت به اشعه ماوراء بنفش (UV) به خود اختصاص داده است؛ که این خود نشان دهنده اهمیت بحث تهویه مطبوع در این مکان است. اوزی اورتجو و همکاران [3] مطالعات خود را بر روی ارزیابی اقتصادی سیستمهای مختلف تهویه مطبوع به ازای شرایط آب و هوایی مختلف شهرهای کشور ترکیه برای اتاق عمل قرار دادهاند. آنها همچنین دریافتهاند که برای شبها کاهش سرعت جریان هوای سیستم به طور قابل توجهی مصرف انرژی را کاهش میدهد، به طوری که برای سیستمهای تهویه مطبوع با نصف کردن سرعت جریان هوا در شب، بازیابهای حرارت و واحدهای اختلاط دارای پایینترین مجموع هزینهها در طول کارکرد خود را دارند. او بازیابهای حرارت و اختلاط را برای سیستمهای تهویه مطبوع پیشنهاد میکند. داسکالاکی و همکاران [4] به بررسی کیفیت هوایی اتاقهای عمل با توجه به شرایط آب و هوایی یونان پرداختهاند. همچنین تین تای چو و همکاران [5] نیز به بررسی عملکرد سیستم تهویه در یک اتاق عمل غیر استاندارد برای شرایط آب و هوایی شهر هونگ کونگ پرداختهاند.
پورشقاقی و همکاران [6] یک تست آسایش حرارتی با استفاده از مدل PMV-PPD1 در یک بیمارستان را انجام دادهاند.
خداکرمی و همکاران [7] به بازبینی مقالات مربوط به آسایش دمایی در بیمارستانها پرداختهاند. آنها یافتهاند که برای اتاق عمل برای آسایش حرارتی بیمار دما نباید زیر 21 درجه سلسیوس و یا بالای 23 درجه سلسیوس باشد. دمای هوای داخلی مطلوب 20 تا 24 درجه سلسیوس بر اساس استانداردهای بین المللی است، اما دماهای بالاتر و پایینتر قابل قبول، وقتی آسایش مریض و یا شرایط پزشکی مورد نیاز است استفاده میشود. همچنان آنها یافتهاند مقادیر بالای رطوبت ممکن است بخوبی باعث رشد و انتقال باکتریها در شرایط غیر آسایش شود. مقادیر پایین رطوبت نیز باعث انعقاد خون و خشکی پوست و بینی، سوزش دهان، مشکلات تنفسی و بدی هوا میشود. رطوبت نسبی پیشنهاد شده توسط آنها از %30 تا %60 است ولی در اتاق عمل باید %60 یا بیش از آن باشد. سرعت هوای داخل 0/1 متر بر ثانیه پیشنهاد شده است و تعویض کل هوا نیز باید در هر ساعت 6ACH2 باشد. اما در اتاق عمل با گرمایش و سرمایش مکمل این مقدار تا 4ACH نیز کاهش مییابد.
داسکالاکی و همکاران [8] به بررسی تخصصی کیفیت هوا در اتاق های عمل بیمارستان و وجود آلاینده ها مانند گازهای بیهوشی در اتاق عمل پرداخته اند. کامل و خلیل [9] راهنماییهایی را برای طراحان معماری و مکانیکی برای بهینهسازی شرایط آسایش و بهداشت در اتاقهای عمل پیشنهاد دادهاند. سون و لوئیس [10] به شبیهسازی و تجزیه و تحلیل شرایط آسایش برای اتاق عمل بیمارستان در حالت سه بعدی و بررسی پارامترهای سرعت، فشار، دما و توزیع رطوبت نسبی و همچنین حذف آلایندهها از آن پرداختهاند. معمارزاده و همکاران [11] آلایندههای موجود در اتاق های عمل را با استفاده از شبیهسازی CFD جریان سیال را مدل کردهاند و نشان دادهاند که بهترین انتخاب برای سیستم تهویه وقتی که آلاینده ها وجود دارند شرایط جریان سیال آرام است.
2هندسه حل
هندسه مورد نظر در شکل (1) با استفاده از نرم افزار گمبیت ترسیم شده است. هوای ورودی با استفاده از دو نوعمختلف دریچهیعنی دریچهمشبک و خطی وارد اتاق شده و با استفاده از دو دریچهخروجی، خارج میگردد.
ابعاد اتاق عملهای عمومی 35 تا 40 متر مربع پیشنهاد میشود. استاندارد طول و عرض یک اتاق عمل باید 6 تا 6/5 متر و ارتفاع هم بیش از 4 متر نباشد. برای این اتاق عمل نمونه طول 6/5 ، عرض 3/5 و ارتفاع 3/5 متر در نظر گرفته میشود. معمولا اتاقهای عمل دارای 3 درب میباشند. تخت اتاق عمل نیز 2×1 در نظر گرفته میشود. شدت روشنایی چراغهای اتاق عمل 50 تا 90 هزار لوکس است. 2 پرستار و 1 پزشک و 1 بیمار در اتاق هستند و همچنین وسایل برقی پزشکی نیز در اتاق وجود دارد.شرایط تهویه اتاق عمل
بر اساس کارهای تجربی و آزمایشی انجام شده شرایط طرح داخل کلیه فضاهای بیمارستانی چه در تابستان و چه در زمستان توسط [12] ASHRAE بصورت زیر تعیین شده است:
1. در اتاق عمل سیستم تهویه فشار مثبت برقرار و حفظ شود.
2. برای تجدید هوا حداقل 15 بار تعویض هوا در ساعتبرای کل اتاق انجام شود . (ACH15)
3. هوای برگشتی از اتاق عمل مجددا به داخل بر نگشته و مستقیماً تخلیه شود. یعنی صددرصد هوا بایستی تخلیهشود و هواساز اتاق عمل کانال برگشت ندارد.
4. رطوبت نسبی 50 تا 60 درصد ایدهآل است.
5. دما در زمستان و تابستان در محدوده 20 تا 25 درجه سانتیگراد قابل قبول خواهد بود. در اینجا دما را 21 درجه سانتیگراد در نظر گرفته میشود.
6. ورود کل جریان هوا از سمت سقف و خروج آن نزدیک به کف زمین باشد.
7. سرعت خروجی دریچه300 فوت بر دقیقه فرض میشود.
4معادلات حاکم و محاسبات
نرم افزار فلوئنت [13] قادر به حل همزمان معادلات پیوستگی، مومنتوم و انرژی میباشد. این معادلات در کلیترین حالت به شکل زیر میباشند:
بار سرمایی اتاق در حدود 12000 Btu/hr در نظر گرفته میشود. همچنین ضریب محسوس برای شهر تهران برابر 0/935 در نظر گرفته میشود .[14]
حال دمای هوای ورودی را بدست می آوریم:
سرعت خروجی دریچهها 300 تا 400 فوت بر دقیقه مجاز میباشد. در اینجا سرعت 300 در نظر گرفته میشود. برای دریچه های خطی به ازای هر 100fpm، طولی که در نظر میگیرند 1ft است، در نتیجه:
در نتیجه طولی که برای کانال خطی در نظر گرفته میشود 4 متر است. همچنین عرض آن 12cm میباشد.
5نتایج و بحث
در این مقاله بر روی حالتهای متداول قرارگیری دریچه های ورودی و خروجی هوا بحث شده است. همانطور که در شکل (3) مشاهده میشود دریچهسقفی توزیع هوای مناسبی را دارد. در شکل (4) توزیع دمایی برای دریچههای دیواری که در ساختمان های مسکونی مرسوم است نمایش داده شده است. همانطور که می بینیم توزیع دمایی چندان خوبی ندارد که برای اتاق عمل که بحث دمایی بسیار مهم است مناسب نمی باشد. در شکل (5) توزیع دما برای دریچهسقفی مشبک را داریم که نسبتاً دارای توزیع دمایی مناسبی است. شکل (6) نیز مشابهعملکرد فن کویل می باشد که در بعضی ساختمان ها استفاده شده و مناسب اتاق عمل نیست. همچنین تقسیم دریچهبه چند دریچهدر نقاط مختلف سقف و در ادامه دریچه های پخش خطی3 به منظور تهویه و توزیع بهتر هوای تازه بررسی و شبیهسازی شده است و میتوان توزیع دمایی بسیار مناسب هوا در اتاق را مشاهده نمود
