由于胸外科手术与骨科手术是两个完全不同的领域，要设计和建成科学合理的胸外科通仓交融手术室还需要做更多工作。通仓交融手术室的空气净化怎么做？接下来，天医网小编就带你了解一下吧！
在设计与建造通仓交融手术室前，先要解决理论上与具体实施上的许多问题，特别是合理地配置室内的各种风口（新风、送风、回风与排风），以形成良好的室内气流组织，是实现手术环境有效控制的前提。既要避免一个大空间内 4 台手术的主送风装置互相干扰，又要保障各自主送风装置对手术环境的有效控制。
通常，前期设计往往凭借设计人员的以往工程经验，根据相应的设计规范与类似工程的信息做出判断。经验型的设计可能会臆想出多种设计方案，但是难以评价方案的优劣。同时，经验型的设计也可能会出错，尤其对胸外科通仓交融手术室这种没有先例的设施更是如此。
最好的循证手段当然是建立1 :1的实体模型。其优点是符合通仓交融手术室的实际运行工况，可靠性强，便于用实测数据修改模拟边界条件，校核 CFD（计算流体动力学）模拟结果，验证模型，最终使模型模拟与实体模型较好吻合，进而推导出真实可信的工程所需的设计参数。其缺点是建造实体模型费用高，施工复杂，建造周期长。
由于空间有限，难以布置多组风管以实施多工况的变换。这就需要通过前期的 CFD 模拟与分析，对几种设计方案进行评价与筛选，淘汰明显不合理的方案，优选出几种相对合理的方案。通过优化实体模型，不仅可以减少实体模型的试验工况，避免不必要的工况变换、检测与模拟，尽快探求出最佳的通仓交融手术室的设计方案与设计参数，而且可以降低实体模型的造价，缩短施工周期。
实体模型的气流方案
根据通仓交融手术室的实际工程设计图纸，实体模型为实际的通仓交融手术室的 1/2，室内设置 2台手术，通过镜面效应来反映 4 台手术的通仓手术室。相应的 2 个主送风装置尺寸为标准Ｉ级主送风装置（2.6m×2.4m），但可实现变级别（Ｉ级 / Ⅲ级）与变风量运行。实体模型示意图见图 1。
图1 实体模型示意图
根据我国的工程设计经验，为防止大手术室中4 个主送风装置之间的互相干扰，常用的方案是在主送风装置周围增加高围挡，并在每两个主送风装 置间设置空气幕（图 2），或设置两个送风口以形成气流屏障（图 3）。在每两个主送风装置之间设置回风口的方法（图 4），在国外通仓手术室中常用，据文献报道，这种方法也可形成有效的气流屏障。图 2~4 中左侧表示Ｉ级送风装置，右侧是变换为Ⅲ级送风装置。在主送风装置四周设置高度为150mm 的短围挡，既利于主送风装置的送风气流对手术环境的有效控制，也便于胸外科手术的实施。
图2 通仓交融手术室空气幕实体模型1平面布置图
图3 通仓交融手术室上送风口实体模型2平面布置图
图4 通仓交融手术室上回风口实体模型3平面布置图
这三种设计模型见表1。
表1 通仓交融手术室三种设计模型
型号
通仓交融手术室气流方案
循环风装置
新风入口
回风口
模型1
两主送风装置之间设置空气幕，前后两侧下回风
每个主送风装置独立设置
新风直接送入空气幕
前后两侧墙下部设置回风口
模型2
两主送风装置之间设置送风口，前后两侧下回风
每个主送风装置独立设置
新风直接送入中间送风口
前后两侧墙下部设置回风口
模型3
两主送风装置之间设置上回风口，前后两侧下回风
每个主送风装置独立设置
新风直接送入主送风装置的静压箱内
前后两侧墙下部设置回风口，中间设上回风口
模型 1 的空气幕模式与模型 2 的上送风模式的净化空调系统相同（图 5），都是将新风直接送入每两主送风装置间的送风口，每个主送风装置各设置独立循环风系统送风，两侧墙下部设置回风口回风，这是上送下回的典型送风方式。
图5 通仓交融手术室实体模型上送风下回风的净化空调系统图
模型 3 的上回风模式的净化空调系统（图 6）不同，它是将新风直接送入每个主送风装置的送风静压箱，有利于湿度优先控制。每个主送风装置各设置独立循环风系统，两侧墙下部再另设回风口，这样每台主送风装置的四侧均回风。上部送风、上下同时回风的系统模式在国外采用较多。
图6 通仓交融手术室实体模型3的上部送风上下回风的净化空调系统图
实体模型的相关参数
基本参数设置
实体模型为实际通仓交融手术室的一半，尺度 为 11.4m（L）×7.4m（W）×3.0m（H），面积为 84.36m2。室内设置 2 台手术，对应 2 个主送风装置，每个主送风装置的尺寸为Ｉ级 2.6m×2.4m，在变级别与变风量运行时主送风装置的尺寸可变为Ⅲ级 2.6m×1.4m。
在对手术室进行建模计算过程中，需要构建人体、设备（特别是靠近主送风装置且体积较大、对气流产生影响的一些必要设备）的相应模型。为简化模型，人体与设备均按照长方体进行建模，对模型进行必要简化的同时尽可能反映真实情况。每个手术单元的基本参数，见表 2、3。
模型平面布置
根据胸外科微创手术的特点设置人员与装备。无论手术人员还是装备，都与常规的开放性手术有所不同，模型的平面布置如图7、8所示。
图7 模型的平面布置
图8 模型的人员与设备布置
模型的边界条件
室内所有壁面为无滑移壁面；送风、回风以及排风口设为速度入（出）口，门缝设置为压力出口。
热边界条件
在本课题中，人体与设备均设为恒定热流密度边界条件并且所有表面均匀散发。T.T.Chow 等人对香港超净通风手术室进行 CFD 模拟过程中，对人体以及发热设备采用恒定热流密度边界条件，认为热量 100% 以对流的方式散发，并指出该种简化处理对模拟结果的影响极小。根据相关文献设置人体、设备热流密度（表 6）。
人员发菌量
人员发菌量见表 7。散发方式为身体表面均匀散发。患者即手术台上表面颗粒物边界设置为捕捉，风口设置为逃逸模式，其余物体表面及墙体表面设置为反射。
收敛准则：能量方程残差10-6，其他方程残差10-4。经过网格独立性检验选择 0.7M 网格作为计算网格。
模拟结果与分析评价
应用 CFD 软件 ANSYS Fluent16.0 对三种实体模型的速度场、浓度场进行了初步、定性的模拟，得出了模拟结果，以此作为模型的评价与优化的依据。
速度场模拟结果与评价
图9 Ⅰ级手术室Y方向不同模型速度分布图
图10 Ⅰ级手术室X方向不同模型速度分布图
图11 Ⅰ级手术室对称面速度图
图12 Ⅰ级手术室Z=1.2m处速度等值线图
图 9 反映了 3 种模型在 Y 方向的速度云图与流线图，其中图（a）（c）（e）与（b）（d）（f）分别为无影灯下方与非无影灯下方的气流流速与流线的变化。不难看出无影灯对气流的阻碍作用明显，导致该处洁净气流不能对患者表面起到很好的气流置换作用。而非无影灯处截面，气流流线几乎保持平行，能够对患者表面起一定的气流置换作用。
从速度图来看，模型 1 与 2 在手术台上方风速明显低于模型 3，主送风装置送出的洁净气流所到达的高度高于模型 3，且患者表面局部涡旋与模型3相比较大。该现象主要由三方面原因造成：
第一，手术室内总送风量均为 9000m3/h ，但由于模型 1 与 2 将 1000m3/h 风量经独立新风口送出，小于模型 3 的主送风装置送风量，因此到达患者表面风速小于模型3；
第二，主送风装置下方装有无影灯，无影灯作为障碍物，阻碍洁净气流直接送至手术关键区域，在其下方形成漩涡，导致风速降低；
第三，由于无影灯以及人员设备散热，产生向上热羽流，与送风方向相逆，导致风速减小并在患者表面产生涡旋。
这3种模型分别采用独立条缝新风口、孔板新风口以及格栅回风口形成气流屏障，避免了不同手术台之间的相互干扰。
但模型 1 的条缝新风口形成空气幕风速较高，达到 0.37m/s，会卷吸顶部部分空气，影响主送风装置气流，并且从反映对称面速度状况的图 11（a）来看，由于主送风装置送风量远大于条缝新风口风量，主送风装置气流以倒喇叭口状向外扩散，会造成对称面气流对冲，导致新风风速在 1.5m 高度以下衰减。同时，新风口送出空气大部分通过同侧下部回风口排出，从图中可以看出，由于人员和设备 的阻碍作用，较易在洁净通道侧形成局部涡旋，调整回风口位置及尺寸对气流组织的影响并不明显，不能有效缓解该问题。
模型 2 在主送风装置之间安装孔板送风装置，由于新风口附近有巡回护士以及医用设备作为障碍物以及热源，导致部分气流向上，随后被高速送出的新风卷吸向下，不利于污染空气快速排出，并且由于孔板送风口影响区域较小，易在洁净通道与污物通道两侧形成较大涡旋。
而模型 3 在主送风装置间设置回风口，同时下部设回风口。由于上部回风口引导空气向上流动，并利用气流接触地面反弹的作用，在对称面形成方向向上的气流屏障，从而起到一定的阻隔作用，并且不易在手术室前后两端形成较大涡旋。
浓度场模拟结果及评价
图13 3种模型X/Y方向截面浓度场分布
图14 Z=1.2m截面浓度场分布
图13、14反映了 3 种模型分别在 X 方向、Y方向与 Z 方向的浓度等值线图。可以看出由于人体散热造成热羽流以及人体作为散发源，导致人员附近污染物浓度较高。结合速度场进行分析，模型3抗手术灯等设备以及人员的能力最强，因此其污染物浓度最低，并且患者表面污染物水平也最低，能够满足手术区 5CFU/m3 的要求。而模型 1 与模型2 虽然与模型 3 具有相同的换气次数，但由于独立新风口对总送风量进行一部分分流，导致手术区平均速度分别为 0.215m/s、0.219m/s，远低于模型 3 中手术区的平均风速 0.255m/s。
结论
模型 1 在主送风装置间设置空气幕，由于气流速度过大，会卷吸顶部部分空气，对主送风装置的气流有所干扰，调整回风口位置及尺寸对气流组织的影响并不明显。因此模型 1 不予推荐。
模型2在主送风装置间设置新风送风口、下部设置前后回风口。主送风装置送风量较新风送风量大，会造成对称面气流对冲，导致新风风速在下半部分衰减。
同样，调整回风口位置及尺寸，对气流组织的影响不明显。但是上送风口的气流可形成一定的气流屏障。
模型3主送风装置间设置上回风口，同时下部设回风口。由于去掉独立新风口，新风直接送入主送风装置静压箱，使得送风风速提高，能够削弱手术灯对气流的阻碍作用，在手术灯下方区域也能形成一定的气流置换作用。由于上部回风口引导空气向上流动，并利用气流接触地面反弹的作用，在对称面形成方向向上的气流屏障，从而起到一定的阻隔作用。当关闭洁净通道侧的下部回风口时，会在手术室前侧形成较大的涡旋，并且该部分气流路径增大，由于热源作用造成局部温升。当上部回风口风速过高时，会造成空气短路现象明显。
根据实体模型的评价结果，认为应该淘汰采用空气幕的模型 1。模型 2 与模型 3 均有一定的优点，推荐在实体模型中采用。由于模型 2 与模型 3 之间风口设置的位置没有差异，可以此建造实体模型，通过风管以及阀门的切换，将主送风装置之间的风 口从送风口切换成回风口，将新风管路从主送风装置之间的送风口切换到各主送风装置的送风静压箱。
根据评价结果，在优化实体模型的基础上，下一步对模型 2 与模型 3 的送、回、排风的不同工况及变级别（Ｉ级 / Ⅲ级）与变风量运行工况进行速度场、温度场、浓度场、压力的实测与模拟，用实测数据和实验结果验证 CFD 模拟结果，并为修改模拟边界条件提供参考，进一步完善模拟实验，提高模拟精度，以产生更为可靠的结果，最终得出实际通仓交融手术室以及 4 台主送风装置的最佳工程设计方案。
