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外扰对隔离病区压力梯度影响的数值模拟研究

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1、外扰对隔离病区压力梯度影响的数值模拟研究摘要：对隔离病区的压力梯度进行了数值模拟，分析了环境风速、门窗开启、运行状态的改变等外界因素对压力梯度的影响。模拟结果表明，环境风速对隔离病区的压力梯度不会产生较大的影响，而门窗开启、运行状态的改变则会导致压力梯度的变化，引起交叉感染。关键词：隔离病区压力梯度外扰数值模拟 0 导言2003年SARS期间发生在医院内的超级感染事件给人们敲响了警种，医院内部无序的气流组织是发生交叉感染的最大隐患，严重影响到了医患人员的健康安全。特别是病人治疗场所隔离病房区域更是人们关注的焦点，为了防止传染病源的扩散，需要对单元内的分区进行合理的布置，尽量减少干扰压力梯度形成的气流。因此，不仅要保持单元与外部环境之间的合理气流流向，在单元内部也需要形成合理的气流流向。切断致病微生物沿空气途径传播的关键在于不同洁净区域之间形成合理的压力差，即压力梯度。目前国内外的相关标准对室内外的压差值作了相应的规定。但是，这些压力差值都指是静态压力值，但是对于医院的病房来讲，室外风速、开关门、运行状态的改变、外部电梯运行等动态状况是不克避免的，这些动作必然会影响到隔离室

2、的压差和气流。本文利用CFD对外扰对隔离病区的压力梯度的影响进行数值模拟研究，为隔离病房的相关工程实际提供理论和应用基础。1 区域压力梯度的数值模拟1.1 压力梯度模拟的对象本文选取上海某医院隔离病房为模拟对象，该医院是SARS期间指定收治病人的定点医院，把普通病房改造成SARS隔离病房后，其内部的气流模型基本符合WHO标准及相关要求。现以此为基本模型进行SARS隔离病区内压力分布模拟，并把模拟结果与实测数据相比较，以检验模拟结果的可靠性。1.2 数学模型及网格生成1.3 边界条件及计算求解方法对于计算方法的选择，压力速度解耦采用Patankar提出的压力一速度修正算法（SIMPLE），而各线性化离散方程采用SLUR，即逐次线性欠松弛法。1.4 实测验证根据隔离病区内实际的平面布局情况，送排风情况和密闭门窗的数量和位置建立几何模型。送风口和排风口设为定流量边界条件，门窗缝隙设为自由出入边界条件。在常物性参数，稳态工况，等温状态下，采用标准k-模型计算得到的SARS隔离病区内的压力分布结果如图2所示。由上图可以看出，实测结果和模拟结果比较吻合，各个区域均能形成有序的梯度压差，确保了气流的

3、定向流动，因此采用该模型可以真实的反映隔离病区的压力梯度。2 结果与讨论2.1 外界风速对室内压力梯度影响由模拟分析可见：环境风速对边缘区（医护区，病人走廊）影响较大。空调系统正常运行时，环境风速不会影响隔离病区内的压力分布规律。对于医护区，环境风速对室内压力的影响如图5所示（正风速表示迎风）。由图可见：随着环境风速的增大（迎风），医护区压力升高。当环境风速增大到4m/s时，环境风压高于室内风压，室外空气会渗透到医护区，但这并无害处。对于病人走廊，环境风速对室内压力的影响如图6所示（正风速表示迎风），由图可见：随着环境风速的增大（迎风），病人走廊压力升高。但其始终小于环境风压，说明污染物不会外渗影响环境安全。对应整个隔离病区，环境风速对室内压力的影响如图7所示：图中正风速表示风由北至南吹（医护区为迎风面，病人走廊为背风面）。由图可见：1）当空调系统正常运行时，尽管环境风速会影响隔离病区内的压力值，但并不改变隔离病区内合理的压力分布规律（医护区医护走廊缓冲室隔离病房），并且隔离病区内的污染物也不会外逸；2）环境风速对医护区的影响较大，医护区与医护走廊之间的压力梯度随环境风速有较大的变化。3）环境风速对病人走廊及隔离病房的影响较小，病人走廊与隔离病房之间的压差几乎和环境风速无关。2.2 运行状态的改变对压力梯度的影响图8 隔离病房5内的风机全部关闭时压力分布图图9 隔离病房5内卫生间风机开时压力分布图2.3 病房门开启对压力梯度的影响图10 病房5缓冲室前门开时压力分布图11 病房5缓冲室后门开时压力分布图12 病房5病人走廊门开时的压力分布由上图可以看出，对于缓冲室来讲，其门的开启没有造成整个区域压力的明显变化，这是由于缓冲室作为一个狭小空间，除了具有防止污染扩散的作用，而且还维持压力梯度有较好稳定性的作用。但是其使用前提是两个门必须保证连锁，即两个门不能同时打开。而隔离病房后门打开时，则可以发现区域间的压力梯度产生了明显的变化，病房5里的压力上升的-2.77Pa，远高于医护走廊的压力，导致污染空气从隔离病房5扩散到医护走廊，从而形成交叉感染的隐患。因此，建议对经常开启的门进行相应的处理，如设置气幕装置，使内外区域隔断，以降低门开启对压力产生的影响。3 结论参考文献 5

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