外擾對(duì)隔離病區(qū)壓力梯度影響的數(shù)值模擬

外擾對(duì)隔離病區(qū)壓力梯度影響的數(shù)值模擬研究摘要：對(duì)隔離病區(qū)的壓力梯度進(jìn)行了數(shù)值模擬，分析了環(huán)境風(fēng)速、門窗開啟、運(yùn)行狀態(tài)的改變等外界因素對(duì)壓力梯度的影響。模擬結(jié)果表明，環(huán)境風(fēng)速對(duì)隔離病區(qū)的壓力梯度不會(huì)產(chǎn)生較大的影響，而門窗開啟、運(yùn)行狀態(tài)的改變則會(huì)導(dǎo)致壓力梯度的變化，引起交叉感染。關(guān)鍵字：隔離病區(qū)壓力梯度外擾數(shù)值模擬0導(dǎo)言2003年SARS期間發(fā)生在醫(yī)院內(nèi)的超級(jí)感染事件給人們敲響了警種，醫(yī)院內(nèi)部無序的氣流組織是發(fā)生交叉感染的最大隱患，嚴(yán)重影響到了醫(yī)患人員的健康安全。特別是病人治療場所－隔離病房區(qū)域更是人們關(guān)注的焦點(diǎn)，為了防止傳染病源的擴(kuò)散，需要對(duì)單元內(nèi)的分區(qū)進(jìn)行合理的布置，盡量減少干擾壓力梯度形成的氣流。因此，不僅要保持單元與外部環(huán)境之間的合理氣流流向，在單元內(nèi)部也需要形成合理的氣流流向。切斷致病微生物沿空氣途徑傳播的關(guān)鍵在于不同潔凈區(qū)域之間形成合理的壓力差，即壓力梯度。目前國內(nèi)外的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)室內(nèi)外的壓差值作了相應(yīng)的規(guī)定。但是，這些壓力差值都指是靜態(tài)壓力值，但是對(duì)于醫(yī)院的病房來講，室外風(fēng)速、開關(guān)門、運(yùn)行狀態(tài)的改變、外部電梯運(yùn)行等動(dòng)態(tài)狀況是不克避免的，這些動(dòng)作必然會(huì)影響到隔離室的壓差和氣流。本文利用CFD對(duì)外擾對(duì)隔離病區(qū)的壓力梯度的影響進(jìn)行數(shù)值模擬研究，為隔離病房的相關(guān)工程實(shí)際提供理論和應(yīng)用基礎(chǔ)。1區(qū)域壓力梯度的數(shù)值模擬1.1壓力梯度模擬的對(duì)象本文選取上海某醫(yī)院隔離病房為模擬對(duì)象，該醫(yī)院是SARS期間指定收治病人的定點(diǎn)醫(yī)院，把普通病房改造成SARS隔離病房后，其內(nèi)部的氣流模型基本符合WHO標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)要求?，F(xiàn)以此為基本模型進(jìn)行SARS隔離病區(qū)內(nèi)壓力分布模擬，并把模擬結(jié)果與實(shí)測數(shù)據(jù)相比較，以檢驗(yàn)?zāi)M結(jié)果的可靠性。1.2數(shù)學(xué)模型及網(wǎng)格生成在不同的湍流模式理論中，確定湍流粘度的方法不同，因標(biāo)準(zhǔn)[8]模型在數(shù)值計(jì)算中波動(dòng)小，精度較高，故在低速湍流數(shù)值分析中應(yīng)用廣泛。穩(wěn)態(tài)湍流運(yùn)動(dòng)基本方程式除連續(xù)性方程外，還有動(dòng)量方程、湍流脈動(dòng)動(dòng)能方程(K方程)、湍流能量耗散率方程(方程)等．這些方程用下述通式表示：（1）方程（1）中左邊項(xiàng)為對(duì)流項(xiàng)，右邊項(xiàng)為擴(kuò)散項(xiàng)，以及源項(xiàng)。為因變量，可以代表各種不同的物理量；U代表速度場，即｛U,V,W｝三個(gè)速度分量（笛卡兒坐標(biāo)系）?？傊瑹o論何種情形，所有的因變量都服從一個(gè)通用的守恒原理，其差異只不過是上述方程上令某些項(xiàng)為0而已。上述偏微分方程離散的方法有很多種，有限元、邊界元、有限差分等，最成熟的是有限差分法，本文亦以此分析．動(dòng)量方程及標(biāo)量方程(k及)的對(duì)流項(xiàng)采用冪函數(shù)差分格式，而擴(kuò)散項(xiàng)采用中心差分格式，則可以推導(dǎo)出一個(gè)通用的離散方程式[9]。（3）在網(wǎng)格的劃分上采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格和非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格相結(jié)合的方式，重點(diǎn)考察區(qū)域采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，輔助區(qū)域采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，這種網(wǎng)格形式的劃分在不影響計(jì)算精度的前提下，可以大大縮短計(jì)算時(shí)間。1.3邊界條件及計(jì)算求解方法空氣從送風(fēng)口進(jìn)入，再通過排風(fēng)口流出，且由于區(qū)域之間存在壓力梯度，門窗縫隙處也存在著空氣流動(dòng)。由于不同區(qū)域之間的滲透風(fēng)量和壓力差值相互耦合，整個(gè)區(qū)域的氣流處于一個(gè)動(dòng)態(tài)的平衡狀態(tài)，因此縫隙處的空氣流動(dòng)非常復(fù)雜，很難直接通過計(jì)算獲得其空氣流量。因此，把送風(fēng)口和排風(fēng)口設(shè)為定流量邊界條件，門窗縫隙設(shè)為自由出入邊界條件。標(biāo)準(zhǔn)模型適用離開壁面一定距離的完全湍流區(qū)域。固體壁面附近，因?qū)恿髡承宰饔糜绊懠訌?qiáng)，必須對(duì)標(biāo)準(zhǔn)模型加以修正。本文采用壁面函數(shù)法加以修正墻壁邊界區(qū)。對(duì)于計(jì)算方法的選擇，壓力速度解耦采用Patankar提出的壓力一速度修正算法（SIMPLE），而各線性化離散方程采用SLUR，即逐次線性欠松弛法。1.4實(shí)測驗(yàn)證根據(jù)隔離病區(qū)內(nèi)實(shí)際的平面布局情況，送排風(fēng)情況和密閉門窗的數(shù)量和位置建立幾何模型。送風(fēng)口和排風(fēng)口設(shè)為定流量邊界條件，門窗縫隙設(shè)為自由出入邊界條件。在常物性參數(shù)，穩(wěn)態(tài)工況。腰實(shí)測結(jié)果和模巖擬結(jié)果比較吻很合，各個(gè)區(qū)域攻均能形成有序訊的梯度壓差，成確保了氣流的使定向流動(dòng)，因考此采用該模型子可以真實(shí)的反扁映隔離病區(qū)的稅壓力梯度。伸2族樣結(jié)果與討論恭2.1皮追外界風(fēng)速對(duì)室惜內(nèi)壓力梯度影服響獸參照《采暖通崖風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)才設(shè)計(jì)規(guī)范》，凍上海市的冬季茅的平均風(fēng)速為償3.1m扮/語s柏，夏季的平均坐風(fēng)速為謊3.2m前/屯s姨，現(xiàn)考慮最不充利狀況，參照慨氣象數(shù)據(jù)，取焦最大風(fēng)速為旺5m行/喘s雖。風(fēng)速對(duì)室內(nèi)墨壓力梯度的影穩(wěn)響主要是通過色風(fēng)壓的影響。小當(dāng)風(fēng)吹到建筑飽物上時(shí)，在迎上風(fēng)面上，由于顛空氣流動(dòng)受阻界，速度減小，蹦使風(fēng)的部分動(dòng)顏能變成靜壓，買在建筑物迎風(fēng)禽面的壓力大于驗(yàn)大氣壓，形成綠正壓區(qū)。而在食背風(fēng)面、屋頂討和兩側(cè)，由于禁在氣流曲繞的手過程中，形成炎空氣稀薄現(xiàn)象蛙，因此，在這于些部位的壓力旺將小于大氣壓慌力，形成負(fù)壓穩(wěn)區(qū)。音下面在環(huán)境風(fēng)廟速較大時(shí)（以境5m懼/捆s得為例）對(duì)兩種貸最不利風(fēng)向下葬，環(huán)境風(fēng)速對(duì)截隔離區(qū)壓力分谷布的影響預(yù)測煮結(jié)果如受圖扒4掏所示：攔圖妥4爪掏醫(yī)護(hù)區(qū)處于迎勵(lì)風(fēng)面時(shí)的壓力籍分布貓由模擬分析可巴見：環(huán)境風(fēng)速溝對(duì)邊緣區(qū)（醫(yī)謊護(hù)區(qū)，病人走辣廊）影響較大洽?？照{(diào)系統(tǒng)正爽常運(yùn)行時(shí)，環(huán)薦境風(fēng)速不會(huì)影社響隔離病區(qū)內(nèi)料的壓力分布規(guī)遠(yuǎn)律。膚對(duì)于醫(yī)護(hù)區(qū)，鹿環(huán)境風(fēng)速對(duì)室杏內(nèi)壓力的影響遞如咽圖投5無所示（正風(fēng)速雙表示迎風(fēng)）。昆由圖可見：隨大著環(huán)境風(fēng)速的瞎增大（迎風(fēng)）駁，醫(yī)護(hù)區(qū)壓力尺升高。當(dāng)環(huán)境淺風(fēng)速增大到魄4m屋/檔s棵時(shí)，環(huán)境風(fēng)壓廊高于室內(nèi)風(fēng)壓晶，室外空氣會(huì)赤滲透到醫(yī)護(hù)區(qū)抄，但這并無害危處。痕圖右5辣裁環(huán)境風(fēng)速對(duì)醫(yī)氣護(hù)區(qū)壓力的影洞響刺對(duì)于病人走廊析，環(huán)境風(fēng)速對(duì)則室內(nèi)壓力的影顆響如事圖復(fù)6立所示（正風(fēng)速南表示迎風(fēng)），皂由圖可見：隨領(lǐng)著環(huán)境風(fēng)速的交增大（迎風(fēng)）副，病人走廊壓壺力升高。但其謝始終小于環(huán)境請(qǐng)風(fēng)壓，說明污遠(yuǎn)染物不會(huì)外滲天影響環(huán)境安全磨。銳圖派6嘉哄環(huán)境風(fēng)速對(duì)病礦人通道壓力的墊影響爸對(duì)應(yīng)整個(gè)隔離橫病區(qū)，環(huán)境風(fēng)堡速對(duì)室內(nèi)壓力獅的影響如瑞圖僵7隨所示：圖中正教風(fēng)速表示風(fēng)由尊北至南吹（醫(yī)型護(hù)區(qū)為迎風(fēng)面順，病人走廊為瀉背風(fēng)面）。矮圖悅7姑出環(huán)境風(fēng)速對(duì)隔烤離病區(qū)壓力梯緩度的影響楚由圖可見植：耽1秩）當(dāng)空調(diào)系統(tǒng)唇正常運(yùn)行時(shí)，掏盡管環(huán)境風(fēng)速女會(huì)影響隔離病勞區(qū)內(nèi)的壓力值勒，但并不改變阿隔離病區(qū)內(nèi)合恰理的壓力分布狗規(guī)律（醫(yī)護(hù)區(qū)球－醫(yī)護(hù)走廊－套緩沖室－隔離峰病房），并且忌隔離病區(qū)內(nèi)的慰污染物也不會(huì)竿外逸碌；劃2壟）環(huán)境風(fēng)速對(duì)釘醫(yī)護(hù)區(qū)卷的影響較大，缸醫(yī)護(hù)區(qū)與醫(yī)護(hù)功走廊之間的壓伯力梯度隨環(huán)境猛風(fēng)速有較大的卸變化練。匙3金）環(huán)境風(fēng)速對(duì)耐病人走廊及隔享離病房的影響率較小，病人走誦廊與隔離病房支之間的壓差幾踩乎和環(huán)境風(fēng)速詞無關(guān)?；?.2阿圖運(yùn)行狀態(tài)的改僅變對(duì)壓力梯度嬸的影響模隔離病房的空論調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，侵是按照正常醫(yī)句療狀態(tài)下的進(jìn)哥行設(shè)計(jì)的。飾對(duì)俯SAR截S藥隔離病房來講懇，要求任何時(shí)父間、任何運(yùn)行削狀態(tài)均能夠?qū)崑尙F(xiàn)區(qū)域之間的義正壓分布與各業(yè)室之間定向流管動(dòng)不變。形成土隔離病房部以辦后，各病房運(yùn)踏行狀態(tài)可以不錄同，但保持整浮個(gè)區(qū)域內(nèi)恒定抬、有序的梯度股壓力分布，嚴(yán)紫格防止室內(nèi)污溝染空氣滲透到塔室外以及區(qū)域變內(nèi)氣流有序流按動(dòng)勢必也成為廉重要的控制問鋸題。隔離病房賀一般分為兩種辜運(yùn)行模式，即岸醫(yī)療狀態(tài)和備澆用狀態(tài)。舞當(dāng)某一隔離病灶房（以病歡房新5猛為例）由正常面狀態(tài)轉(zhuǎn)為備用初狀態(tài)時(shí)，隔離攤病區(qū)內(nèi)的壓力粉分布情況如狹圖老8筑，助9煮所示：腿圖茂8仁劫隔離病挎房片5襲內(nèi)的風(fēng)機(jī)全部嫌關(guān)閉時(shí)壓力分呼布圖憂圖許9劉干隔離病痛房避5姑內(nèi)衛(wèi)生間風(fēng)機(jī)毀開時(shí)壓力分布庸圖請(qǐng)由圖可見當(dāng)病號(hào)房醫(yī)5舊由醫(yī)療狀態(tài)轉(zhuǎn)虎為備用狀態(tài)時(shí)城，當(dāng)送風(fēng)、排跨風(fēng)機(jī)全部關(guān)閉顏，氣流流向改雙變?yōu)椋翰》孔哂?jì)廊躲→鈔病房內(nèi)伯部螺→傘緩沖背室肉→斷醫(yī)務(wù)走廊，此族時(shí)污染物由隔偶離病房流入醫(yī)坊護(hù)走廊，形成序交叉感染的隱秋患。因此在備漫用狀態(tài)時(shí)，應(yīng)光將排風(fēng)機(jī)調(diào)至齊低檔運(yùn)行狀態(tài)辭，以維持隔離怕病區(qū)內(nèi)壓力的異合理分布。唉2.3惱汪病房門開啟對(duì)評(píng)壓力梯度的影尤響奪在隔離病房門宋開啟時(shí)，與其彎相鄰的區(qū)域壓盞力會(huì)立刻產(chǎn)生壤變化，從而導(dǎo)每致壓力梯度的衫改變，引起氣桂流方向的變化豈，從而產(chǎn)生交顧叉感染的隱患頂。為此按以下丈三種情況模擬伐了某一隔離病說房（以病維房綠5充為例）隔離門仆開啟后，區(qū)域睡之間的壓力分口布情況。潑圖輛10打痛病括房恰5克緩沖室前門開芬時(shí)壓力分布即圖歪11退羽病繭房承5農(nóng)緩沖室后門開倒時(shí)壓力分布姥圖箭12譽(yù)胖病共房鴿5旦病人走廊門開趟時(shí)的壓力分布彩由上圖可以看頃出，對(duì)于緩沖毅室來講，其門掏的開啟沒有造危成整個(gè)區(qū)域壓蛙力的明顯變化棟，這是由于緩瓶沖室作為一個(gè)貓狹小空間，除橡了具有防止污根染擴(kuò)散的作用錦，而且還維持鹽壓力梯度有較途好穩(wěn)定性的作柴用。但是其使霞用前提是兩個(gè)鄰門必須保證連垃鎖，即兩個(gè)門翁不能同時(shí)打開血。而隔離病房紫后門打開時(shí)，鑰則可以發(fā)現(xiàn)區(qū)丹域間的壓力梯鎮(zhèn)度產(chǎn)生了明顯蹤的變化，病少房蕉5塵里的壓力上升滿的筑-2.77P憲a灰，遠(yuǎn)高于醫(yī)護(hù)予走廊的壓力，副導(dǎo)致污染空氣具從隔離病曬房茄5葬擴(kuò)散到醫(yī)護(hù)走的廊，從而形成炊交叉感染的隱瓣患。因此，建朝議對(duì)經(jīng)常開啟厘的門進(jìn)行相應(yīng)課的處理，如設(shè)然置氣幕裝置，懲使內(nèi)外區(qū)域隔段斷，以降低門媽開啟對(duì)壓力產(chǎn)絮生的影響。3結(jié)論帳3.1田礎(chǔ)模擬預(yù)測了環(huán)費(fèi)境風(fēng)速對(duì)隔離次病區(qū)壓力分布芒的影響。模擬猜結(jié)果表明在空工調(diào)系統(tǒng)正常工斬作時(shí)，盡管環(huán)胞境風(fēng)速會(huì)不同鳳程度的影響隔聯(lián)離病區(qū)內(nèi)的壓曾力值（醫(yī)護(hù)區(qū)贏受影響較大，鏡隔離病房受影值響較?。?，但碗并不會(huì)對(duì)其壓榆力分布規(guī)律造歪成影響。隔離崗病區(qū)內(nèi)能夠保眼持合理的壓力浸分布，并且隔嗎離病區(qū)內(nèi)的污岸染空氣不會(huì)外使逸至室外，造擊成對(duì)周圍環(huán)境廳的影響。燙3.2謎空調(diào)系統(tǒng)是保林障隔離病區(qū)內(nèi)您合理壓力分布習(xí)的最有效手段訊。當(dāng)隔離病房侄處于備用狀態(tài)解時(shí)，若完全關(guān)取閉空調(diào)系統(tǒng)，扛將導(dǎo)致污染空德氣由隔離病房禿流入醫(yī)護(hù)走廊鳥，形成交叉感款染的隱患。因綢此在備用狀態(tài)晨時(shí)，應(yīng)保障排鐮風(fēng)機(jī)運(yùn)行以在狂不同工況下維想持隔離病區(qū)內(nèi)帆壓力的合理分控布。飛3.3味司隔離病房門的刃開啟對(duì)隔離病服區(qū)內(nèi)的壓力分丘布會(huì)產(chǎn)生較大疫的影響。緩沖減室對(duì)于隔離病塊房來講除了具拒有防止污染擴(kuò)蔽散的作用，而照且還維持壓力礎(chǔ)梯度有較好穩(wěn)鴨定性的作用。蘭當(dāng)隔離病房門飛打開時(shí)，各區(qū)炕域間的壓力分巧布發(fā)生明顯變煮化，形成了交釋叉感染的隱患舅。因此，建議溪對(duì)經(jīng)常開啟的躁門進(jìn)行相應(yīng)的態(tài)處理，如設(shè)置倘氣幕裝置，使沖內(nèi)外區(qū)域隔斷寺，以降低門開專啟對(duì)壓力產(chǎn)生途的影響。參考文獻(xiàn)：農(nóng)1WHO經(jīng)issues批conse感nsusd塔ocumen典tont側(cè)heepi印demiol獸ogical耳ofSA以R柴S擇，秀17Oct曾ober2傷003他2Cent枝ersfo慈rDise叫aseCo庭ntrol咐andPr按eventi架on.Gu皇idelin段esfor墓Enviro衡nmenta墨lInfe鋒ction率Contro餅linH覆ealth-彩CareF鋸acilit剖iesRe更c(diǎn)ommen鴨dation殖sofCD比Cand很theHe意althca駐reInf突ection建Contr粥olPra姓ctices勉Advis腸oryCo歇mmitte管e(HIC火PAC)醋3Guid理elines萬fort鐮heCla侄ssific怠ation魔andDe膽signo故fIsol夸ationR誕oomsi的nHeal布thCar甩eFaci碑litie奇s腐，酒Standi啟ngCom榜mittee刑onIn現(xiàn)fectio繼nCont括rol卸避，掃APubl鞏icHea斯lt