Kontekst badania
Systemy wentylacji i klimatyzacji sal operacyjnych są projektowane przede wszystkim z myślą o utrzymaniu wymaganej czystości powietrza i bezpieczeństwa zabiegów. Sufity laminarne wytwarzają ukierunkowany strumień powietrza skierowany na pole operacyjne, jednak taki sposób organizacji wymiany powietrza powoduje, że personel na poszczególnych stanowiskach może być poddany bardzo różnej ekspozycji na przepływ. Dotychczasowe oceny komfortu cieplnego często opierają się na średniej prędkości powietrza i wskaźniku przewidywanej średniej oceny komfortu cieplnego (PMV), zakładającym zasadniczo ustalone i przestrzennie jednorodne warunki. Autorzy wskazują, że założenia te mogą być niewystarczające w sali operacyjnej, gdzie strumień nawiewny jest zakłócany przez personel, stół operacyjny i wyposażenie.
Cele i hipotezy
Celem badania było określenie, jak charakter przepływu powietrza różni się pomiędzy stanowiskami personelu oraz jak różnice te wiążą się z odczuciem cieplnym i rozbieżnością pomiędzy PMV a rzeczywistą oceną użytkowników, określaną jako TSV (thermal sensation vote – subiektywna ocena odczucia cieplnego). Analizowano nie tylko intensywność przepływu, ale również jego wahania i zmienność w czasie.
Metody badawcze
Badania przeprowadzono w sali operacyjnej klasy czystości ISO 6, wyposażonej w centralny sufit laminarny z nawiewem od góry i wywiewem przez otwory umieszczone nisko w ścianach. Przyjęto temperaturę powietrza nawiewanego 21°C i prędkość nawiewu 0,25 m/s. Parametry środowiska mierzono w 12 punktach na wysokościach 0,1, 1,1 i 1,7 m. Dla każdego punktu analizowano 300-sekundowe szeregi pomiarowe temperatury i prędkości powietrza, a cały cykl powtórzono trzykrotnie. Badaniem subiektywnym objęto 28 osób przypisywanych rotacyjnie do pięciu ról: chirurga, asystenta chirurga, anestezjologa, pielęgniarki instrumentującej i pielęgniarki obiegowej; uzyskano 250 ocen odczucia cieplnego. Warunki przepływu analizowano także za pomocą obliczeniowej mechaniki płynów (CFD), odwzorowując geometrię sali, personel, stół operacyjny i najważniejsze wyposażenie. Oprócz PMV oceniano m.in. ryzyko przeciągu, intensywność turbulencji, wysokie percentyle prędkości oraz czasową strukturę zmian przepływu.
Rezultaty badań i ich interpretacja
Najważniejszym wynikiem było stwierdzenie znacznie większej niejednorodności pola prędkości niż pola temperatury. Temperatura w strefie przebywania ludzi była stosunkowo równomierna, natomiast parametry przepływu wyraźnie zależały od stanowiska. W pobliżu stołu operacyjnego występowały większe prędkości i mniejsze wahania przepływu, podczas gdy na stanowiskach peryferyjnych średnia prędkość była niższa, lecz przepływ charakteryzował się większymi fluktuacjami i bardziej nieregularnym przebiegiem. Przykładowo 95. percentyl prędkości wynosił około 0,28–0,29 m/s w rejonie chirurga, pielęgniarki instrumentującej i asystenta, a około 0,11–0,15 m/s na stanowiskach anestezjologa i pielęgniarki obiegowej. Jednocześnie intensywność turbulencji wynosiła odpowiednio około 9,5–15% oraz 64–75%.
Symulacje CFD pozwoliły powiązać te różnice z organizacją wentylacji. Strumień z sufitu laminarnego opadał w kierunku stołu, a następnie ulegał odchyleniu i rozproszeniu wskutek kontaktu z personelem, stołem oraz wyposażeniem. Dodatkowo oddziaływał z nisko położonymi otworami wywiewnymi. W rezultacie okolice stołu znajdowały się pod wpływem stosunkowo ciągłego strumienia nawiewnego, natomiast strefy peryferyjne były częściej poddawane przepływom osłabionym, odchylonym i nieregularnym. Jednocześnie przestrzenne zróżnicowanie temperatury pozostawało niewielkie.
Wartości PMV dla wszystkich stanowisk były ujemne, czyli model wskazywał na odczuwanie środowiska jako chłodnego. Uczestnicy konsekwentnie oceniali jednak warunki jako cieplejsze, niż wynikało z PMV. Różnica TSV–PMV wynosiła około 0,20 dla chirurga, 0,29 dla asystenta, 0,34 dla anestezjologa oraz 0,38 dla pielęgniarki obiegowej. Rozbieżność była zatem na ogół większa na stanowiskach peryferyjnych, gdzie przepływ był słabszy, ale bardziej zmienny i nieregularny. Co istotne, przy stole operacyjnym obliczone ryzyko dyskomfortu wskutek przeciągu było bliskie 20%, a mimo to subiektywne odczucia nie przesuwały się proporcjonalnie w kierunku chłodu. Wynik ten pokazuje, że ryzyko miejscowego dyskomfortu wywołanego przepływem i całościowe odczucie cieplne nie są równoważne.
Zdaniem autorów rozbieżności można wiązać z ograniczeniami klasycznego PMV, który wykorzystuje uśrednione parametry i nie uwzględnia bezpośrednio czasowych fluktuacji przepływu. W sali operacyjnej istotna może być więc nie tylko średnia prędkość powietrza, lecz także ciągłość oddziaływania strumienia oraz charakter jego zmian w czasie.
Wnioski
Ocena komfortu cieplnego w salach operacyjnych z nawiewem laminarnym nie powinna opierać się wyłącznie na temperaturze i średniej prędkości powietrza. Istotne są również przestrzenne i czasowe cechy przepływu na konkretnych stanowiskach. Wyniki wskazują ponadto na ograniczoną przydatność PMV jako samodzielnego narzędzia w środowisku o silnie niejednorodnym i zmiennym przepływie. Z punktu widzenia projektowania instalacji autorzy wskazują jako potencjalny kierunek rozwój strefowego lub adaptacyjnego sterowania, uwzględniającego zróżnicowaną ekspozycję poszczególnych stanowisk, przy czym rozwiązanie to wymaga dalszej weryfikacji.
Ograniczenia zakresu badawczego
Badanie obejmowało jedną salę i jeden reprezentatywny wariant parametrów nawiewu, dlatego wyników nie można bezpośrednio uogólniać na inne konfiguracje instalacji i warunki eksploatacyjne. Ocena komfortu opierała się głównie na PMV i TSV i nie obejmowała szczegółowych wskaźników fizjologicznych. Model CFD był modelem stanu ustalonego oraz zawierał uproszczone odwzorowanie ludzi i wyposażenia. Ponadto badania subiektywne prowadzono w kontrolowanych warunkach symulujących pracę personelu, a nie podczas rzeczywistych zabiegów chirurgicznych. Autorzy wskazują zatem na potrzebę badań obejmujących więcej parametrów pracy instalacji, symulacje nieustalone oraz pomiary prowadzone podczas rzeczywistych operacji.
Artykuł dostępny na stronie czasopisma Building and Environmen