负压病房防疫气流组织与通风量优化研究

作     者：陈杰 

作者单位：重庆科技学院 

学位级别：硕士

导师姓名：余晓平;刘丽莹;吴蔚兰

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 081404[工学-供热、供燃气、通风及空调工程] 0814[工学-土木工程] 

主      题：负压病房 防疫 气流组织 排风口位置 通风量 

摘      要：随着我国医院建设步伐的加快,具有隔离效果的负压病房建设需求愈发增多,由于其收治患者的特殊性,病房内医护人员存在较大的感染风险。携带着病原体的气溶胶颗粒物作为病毒传播的主要媒介,是防止病房内医护感染的主要控制对象。基于此,本文从源头侧控制气溶胶颗粒物出发,考虑不同排风口位置下的病房气流组织,并对病房通风量和通风系统方案进行了研究。首先,本文针对负压病房防疫需求确定了气流组织效果评价指标,采用医护呼吸区污染物可及性评价气流组织防疫安全性,采用吹风感评价气流组织热舒适性。然后,采用计算流体力学(CFD)的方法,以双人负压病房为对象,对排风口位置进行优化,研究了在顶送、侧送两种送风方式下床头侧方不同排风口高度(0.22m、0.6m、1.1m、1.6m)以及床头正上方不同排风口高度(1.1m、1.6m)的室内气流模式和颗粒物去除有效性。结果表明,在防疫安全性方面,床头侧排(侧送风)时,在一定程度提升排风口高度能有效降低医护呼吸区平均污染物可及性,排风口高度1.1m相比排风口高度0.22m,医护呼吸区平均污染物可及性下降91.6%;床头侧排(顶送风)时,排风口越高医护呼吸区平均污染物可及性越低,排风口高度1.6m相比排风口高度0.22m,医护呼吸区平均污染物可及性下降52.1%。同时在两种送风方式下,排风口位于床头正上方1.1m时,医护呼吸区平均污染物可及性最低,对医护人员的保护效果最好。在热舒适性方面,12种气流组织均能满足人体热舒适要求,且顶送风的气流模式,由于送风气流不直接吹向室内人员,医护及病人的热舒适性更好。最后采用实验测试的方法对数值模拟结果进行验证,证明了本文模拟结果的可靠性。其次在优化排风口位置的基础上,选取了防疫效果最好的4种气流组织作为防疫气流组织进行夏季通风量4次/h、6次/h、14次/h时的防疫效果影响研究,冬季通风量4次/h、6次/h、10次/h时的防疫效果验证研究。结果表明:顶送床头正上方排风(高度1.1m)的方式在夏季和冬季通风量4次/h时就能控制病人呼出颗粒物不向室内其他区域扩散,是去除病人呼出颗粒物,降低医护感染风险的最优方案。此外增大通风量并不一定能起到更好的防疫效果,在本研究中侧送床头侧方排风(高度1.1m)这种气流组织增大通风量会使送风射流段变长,送风气流送到病人呼吸区域正上方,抑制颗粒物的上升并向床头下方扩散,颗粒物去除效果反而降低,增大医护人员感染风险。最后从工程应用的角度提出了防疫通风系统实现形式以及与末端供冷供热协同调控策略。基于标准负压病房环境控制实验室,本文建立了防疫通风系统模型,明确了防疫气流组织与常规上送下排气流组织排风管布置的差异。此外,计算结果表明,采用防疫通风系统相比常规通风系统,处理病房全年新风所需冷热量降低33.3%,病区通风系统风机全年总运行能耗降低15.3%。本研究可以为负压病房如何通过优化排风口位置实现气流组织节能高效去除室内气溶胶颗粒物,降低医护感染风险提供实现路径。