Kontekst badania
Badanie koncentruje się na poprawie środowiska szpitalnych sal chorych, które mają istotny wpływ na zdrowie fizyczne i psychiczne pacjentów. Tradycyjne rozwiązania dotyczące wentylacji i kontroli środowiska w takich przestrzeniach okazują się niewystarczające pod względem komfortu, zdrowia i efektywności energetycznej.
Cele i hipotezy
Celem badania było zbadanie interakcji między środowiskiem tła (całej sali) a mikrootoczeniem pacjenta, które jest kształtowane przez nowatorski system kontroli środowiska osobistego (PECS). Hipoteza zakładała, że PECS umożliwi utrzymanie komfortowego i zdrowego mikrootoczenia przy jednoczesnym minimalizowaniu negatywnych skutków dla otoczenia tła.
Metody badawcze
Charakterystyka systemu PECS: Prototyp systemu kontroli środowiska osobistego (PECS) został zaprojektowany z myślą o pacjentach szpitalnych. System składa się z perforowanych paneli dostarczających powietrze z różnych kierunków, unikając bezpośredniego nawiewu na głowę pacjenta. Powietrze chłodzące dostarczane jest przez PECS z prędkością 25 L/s i temperaturą 22°C, co odpowiada wymaganiom dla systemów lokalnych.
Symulacje numeryczne (CFD): Zastosowano oprogramowanie ANSYS Fluent 2020 R2 do przeprowadzenia symulacji dynamiki płynów. Użyto modelu RNG k-ε do modelowania turbulencji oraz założono warunki stanu ustalonego. Symulacje przeprowadzono w typowej sali szpitalnej z czterema łóżkami, przy różnych konfiguracjach pracy PECS (włączony/wyłączony dla jednego lub wielu pacjentów) i trzech różnych temperaturach otoczenia (24°C, 26°C, 28°C).
Weryfikacja eksperymentalna: Model numeryczny zweryfikowano w komorze klimatycznej wyposażonej w pełnowymiarowy prototyp PECS. Porównano wyniki eksperymentalne i numeryczne dla temperatury, prędkości powietrza i koncentracji CO2.
Indeksy ewaluacyjne: Wykorzystano wskaźnik ekwiwalentnej liczby wentylacji (EVN) do oceny wpływu systemu PECS na temperaturę i koncentrację zanieczyszczeń w otoczeniu pacjentów. Obliczono również ryzyko przeciągów (DR) zgodnie ze standardami ISO.
Rezultaty badań i ich interpretacja
Wpływ PECS na mikrootoczenie pacjenta: System PECS skutecznie obniżał temperaturę otoczenia pacjenta, utrzymując ją w zakresie 24°C–26°C w sali o temperaturze 28°C.Obszar chłodzenia obejmował głównie górną część ciała pacjenta, unikając bezpośredniego nawiewu na głowę. Średnia wartość EVN dla temperatury wynosiła -0,39 dla przypadków z PECS włączonym oraz -0,63 dla wyłączonego, co wskazuje na lepszą stabilność temperatury przy użyciu systemu.
Redukcja zanieczyszczeń: Koncentracja CO2 w strefie oddechowej pacjentów spadła średnio o 52%-70% w przypadku włączonego PECS w porównaniu do sytuacji bez systemu. Maksymalna redukcja zanieczyszczeń była zauważalna, gdy wszystkie systemy PECS były aktywne.
Wpływ środowiska tła: Wzrost temperatury tła powodował stopniowy wzrost temperatury mikrootoczenia pacjentów, ale PECS zmniejszał te zmiany. W sytuacji, gdy więcej systemów PECS było aktywnych, temperatura tła wzrastała, ponieważ większa część chłodzenia była kierowana na mikrootoczenia pacjentów.
Interakcje między mikrootoczeniami: Włączone systemy PECS innych pacjentów miały wpływ na temperaturę i koncentrację CO2 w mikrootoczeniu pozostałych pacjentów. Pacjenci w różnych lokalizacjach byli różnie narażeni na wpływ otoczenia – pacjent znajdujący się najdalej od wylotu powietrza był najbardziej podatny na zmiany.
Ryzyko przeciągów (DR): Maksymalny poziom DR w mikrootoczeniach pacjentów wynosił około 14%, co mieści się w akceptowalnych normach dla kategorii B wg ISO.
Ogólna wydajność PECS: System PECS skutecznie tworzył komfortowe i zdrowe warunki w otoczeniu pacjentów, jednocześnie zmniejszając zużycie energii w porównaniu do tradycyjnych metod klimatyzacji.
Wnioski
PECS umożliwia stworzenie komfortowego i zdrowego mikrootoczenia w warunkach sal szpitalnych. System minimalizuje wpływ zmian środowiska tła i redukuje ryzyko narażenia na zanieczyszczenia, jednocześnie wspierając efektywność energetyczną.
Ograniczenia zakresu badawczego
- Badania uwzględniały jedynie dwie konfiguracje PECS: włączoną i wyłączoną. Praktyczne scenariusze, gdzie pacjenci samodzielnie regulują system, nie zostały zbadane.
- Nie uwzględniono różnorodnych układów sal ani różnych pozycji pacjentów.
- Potrzeba dodatkowych badań subiektywnych, aby ocenić wrażenia pacjentów i personelu medycznego.
Artykuł opublikowany w Building and Environment.