1 引言 我國新的《醫院潔凈手術部建設標準》（以下簡稱標準）已與2000年10月正式頒布并開始實施，已成為國內新建手術室和舊手術室的主要設計標準。標準采用我國"主流區"理論聯系實際科研成果，以保障用較小的同量在關鍵區域達到較好的控制效果。但這一技術措施的凈化效果在學術界也引起了爭論，尤其是在I級潔凈手術室。為此，本文對實際運行時的I級潔凈手術室的流場和溫度場進行數值模擬，以驗證標準中的部分技術參數范圍（主要針對空態手術室）在動態時的可操作性，以及在我國目前的國情下，標準在I級潔凈手術室中用局部送風代替全室單向流理論的可行性。 在傳統的空調設計中，由于送風口、回風口以及室內熱源等因素的影響，難以對室內三維流場、速度場進行精確計算，在一定程度上影響了系統設計及設備選型的經濟技術合理性。采用模型實驗的方法對室內氣候環境參數的分布情況進行預測雖然可靠，但是預測周期長、價格昂貴，較難在工程中使用。對這樣的非線性問題，計算流體力學（CFD，Computational Fluid Dynamics）方法顯示了其獨特的優越性能，利用CFD技術，快速，廉價，又可有效地了解室內的流場、溫度場、濃度場的分布特征，為合理的系統設計及設備選型提供有益的參數資料。 目前，國外許多設計所和建設單位都已經將CFD模擬技術應用到實際設計預測中，并取得了較好的效果，尤其是對影劇院及建筑中廳等大空間的設計預測。國內以前在數值計算方面的研究主要集中在運用自己開發的應用程序進行模擬，尤其是對凈化空調作的模擬研究比較多。這些模擬大多是二維或簡單的三維工業潔凈空調模擬，且主要是空態的，與實際運行時的情況相關較大。本文將利用FLUENT軟件對實際運行的I級潔凈手術室的流場和溫度場進行三維數值模擬，分析動態手術室的氣流控制效果。 2 幾何模型 本文模擬的手術室是按照《醫院潔凈手術部建設標準》的規定設計的I級潔凈手術室。整個模型都嚴格按照標準的要求進行設計（表1）。 I級潔凈手術室部分主要技術參數表1

①房間面積為特大型手術室的最小凈面積。 ②風速為手術區工作臺面高度截面平均風速。 標準強度關鍵部位的保護意識，將是潔凈的空氣送到關鍵部位。根據我國的科研成果和運行實踐，提出了利用主流區工作區的技術思路，將送風口直接布置在手術床上方，采用局部集中送風方式，用潔凈氣流有效保護關鍵區域。為此，標準將手術室區分為手術區和周邊區，分別給出指標，手術區范圍的劃分取決于手術室級別要求，對本文模擬的I級潔凈手術室，按標準要求，送風口面積為2.4×2.6=6.24m2。本例采用了手術室吊頂送風，直接將潔凈氣流"填充"到關鍵區域，切斷空氣污染的途徑，這樣便大大降低了手術室的送風量[4]。 根據標準規定，設計幾何模型如圖1所示。房間尺寸X×Y×Z=8 m×3 m×6 m；送風口2.6 m×2.4 m；兩側下回風，回風口4.0 m×0.3 m，底邊離地0.1m；排風口0.4 m×0.4 m；人模型0.4 m×0.2 m×1.7 m；醫用設備0.4 m×0.6 m×0.8 m；手術臺1.8 m×0.6 m×0.8 m。手術室中人員流程和設備擺放見參考文獻[2]。工作區高度（空態時離地面0.8 m處）的風速應控制在0.25～0.30m/s范圍內，為達到此要求，根據筆者的設計經驗，取送風速度為0.46m/s，送風量為10300m3/h，約72次換氣，如果按以前仿照工業潔凈室設計的百級手術室，工作區達到0.25～0.30m/s的風速需要300～360次換氣。 圖1 幾何模型 1-送風口；2-醫用燈帶；3-回風口；4-排風口；5-醫用設備；6-手術床；7-醫護人員；8-病人 3 數學模型 本文采用標準k-ε模型，它是建立在半經驗模型上基礎上的，模型輸運方程組源于計算紊流動能（k）及其耗散率（ε），適用于模擬室內通風這種高雷諾數的情形。模型中計算k的輸運方程源于精確方程，而模型中計算ε的輸運方程則由一定的物理含義而在數學上卻沒有精確的定義。k-ε模型應用的假定條件為：假設流動是充分發展的紊流，且分子粘性的影響可以忽略。標準k-ε模型僅對充分發展的紊流流動計算有效。有關標準k-ε模型的詳細討論請

注：（1）采光熒光燈作為泛光照明，不計手術集中照明。 本例采用間距0.2 m×0.2 m×0.2 m的正四面體網格。 5 模擬結果與分析 有了以上的數學模型和物理邊界條件，筆者模擬了該手術室的流場和溫度場，并選取了其中具有代表性的斷面進行分析，模擬結果見以下各圖（圖2～圖5）。 由圖2和圖3可看出，在送風口正下方，手術床以上區域（主流區）范圍內流場基本可以保證為單向流，滿足標準中的I級潔凈手術室局部百級的要求。在主流區周圍產生了較大渦流，手術床以下區域，由于回風影響，氣流方向發生了明顯的傾斜，由此可見，除主流區外的其他區域無法保證單向流，其流態為亂流。排風口離送風口距離較遠（1.9m），且排風速度較?。?.0m/s），因此，排風對送風流場影響不大，在實際設計中應注意排風口與送風口間的距離和排風速度，以免產生氣流短路的現象。 圖2 Z=3m斷面流場圖 圖3 Z=4m斷面流場圖 由圖4可以清楚地看到Y=1.1m斷面（手術床以上0.3處斷面）各處流速和溫度大小的分布。主流區速度大小介于0.19～0.34m/s之間，手術床臺面對應區域風速介于0.14～0.19m/s之間，小于標準規定的"手術區工作臺面高度（Y=0.8m斷面）的截面平均風速：0.25～0.3m/s"，但標準中是指空態手術室，無手術床。 圖4 Y=1.1m斷面流場等速線圖 從圖5和圖7可以看出，主流區溫度最接近單向流送風溫度（22℃），大約在295.17K(22.02℃)左右。主流區內醫護人員表面0.2m范圍內溫度梯度較大（ΔT人=3.2℃）。主流區醫護人員人體表面溫度約為25℃，而周邊區氣流速度（約0.1m/s）比主流區氣流速度（約0.4m/s）小得多，該區醫護人員體表溫度也較高，約27℃。手術床區域溫度為297.39K(24.24℃)，溫升主要是為病人散熱所致。從中可以看出，由于送風量較大，除熱源表面外，室內溫度分布比較均勻，大致在22.2～22.8℃范圍內，能夠保證室內熱舒適要求。從圖6、圖7中可以看出，主流區外科醫生頭頂0.1m處溫度大約為24℃，氣流速度0.14m/s，周邊區醫護人員頭頂0.1m處溫度大約為30℃，氣流速度0.06m/s。0.06～0.14m/s的氣流速度低于一般認為的舒適性風速域值0.15m/s，不會使醫護人員產生吹風感，這與有的文獻單純的理論分析得出結論不太符合。相反，據我們對多家按標準建成潔凈手術部的醫院的調查了解到，在醫護人員對感覺中，鮮有關于"冷"或吹風感的抱怨，事實上，更多的人員認為手術室內經常過熱或過悶。對這種理論與實踐上的反差進行探討，筆者認為出現這種現象的主要原因之一是，手術過程中的醫護人員身穿內外兩層潔凈服，按ISO標準測算，潔凈服的熱阻在0.12 m2·K/W至0.16 m2·K/W的范圍內，相當于美國學者A.P. Gagge 所提出的衣服熱阻單位0.8～1.0clo，高于一般為確定熱舒適區所進行的實驗中被測人員的衣服熱阻（0.6～0.8clo），且手術過程中的醫護人員均戴帽子和口罩，心理和生理都處于高度緊張狀態。綜合上述分析，可以認為局部集中送風方式對室內人員的熱舒適不會造成負面影響，不會出現"吹冷風"的感覺。 圖5 Y=1.1m斷面溫度場等溫線圖 圖6 Y=3m斷面流場等速線圖 圖7 Y=3m斷面溫度場等溫線圖 由于手術室是以細菌濃度為主，凈化為保證手段，引起感染的是致病菌，并要求達到一定濃度才能引起術后感染，濃度場只能反應含塵濃度的分布情況，而無菌室中有塵埃不一定有細菌，更不一定是致病菌。因此，模擬濃度場有時并沒有十分重要的實際意義。 5 結論 本文通過以上對《醫院潔凈手術部建設標準》I級潔凈手術室的數值模擬，較真實的反映了該潔凈手術室的流場和溫度場的分布情況。經過分析認為，局部集中送風方式對室內人員的熱舒適不會造成負面影響，不會出現"吹冷風"的感覺。證實了標準中的部分技術參數范圍（主要針對空態手術室）的可操作性，合理性。標準在I級潔凈手術室中用局部百級代替全室單向流氣流組織形式，既保證了手術關鍵區的凈化要求，又大大減小了送風量，降低了該關潔凈手術室的造價和運行費用，既保證了技術要求，又符合我國的國情。