Kontekst badania
Wentylacja sal operacyjnych ma kluczowe znaczenie w zapobieganiu zakażeniom miejsca operowanego (SSI), które są wywoływane przez unoszące się w powietrzu cząstki zawierające bakterie (BCP). Jednocześnie, sale operacyjne należą do najbardziej energochłonnych pomieszczeń w szpitalach, co czyni równoważenie jakości powietrza i efektywności energetycznej szczególnie istotnym wyzwaniem. W tym kontekście systemy TAF (temperature-controlled airflow) wykazują potencjał do skutecznego oczyszczania powietrza przy niższym zużyciu energii niż klasyczne systemy LAF.
Cele i hipotezy
Celem pracy było przeprowadzenie wielokryterialnej optymalizacji parametrów systemu TAF z uwzględnieniem koncentracji BCP oraz zużycia energii. Postawiono hipotezę, że odpowiednia konfiguracja parametrów dopływu powietrza (prędkość i temperatura) umożliwi osiągnięcie kompromisu między skutecznością wentylacji a jej energochłonnością.
Metody badawcze
Zastosowano modelowanie numeryczne CFD (computational fluid dynamics) oraz model transportu cząstek w fazie dyskretnej (DPM). Użyto układu eksperymentalnego opisanego metodą central composite design (CCD), a do predykcji nieznanych kombinacji parametrów wykorzystano sztuczną sieć neuronową (ANN). Optymalizacja była prowadzona z użyciem trzech algorytmów: MOGA, MODA i MOGOA. Do selekcji najlepszego rozwiązania zastosowano metodę TOPSIS.
Rezultaty badań i ich interpretacja
Badanie wykazało, że: zwiększenie prędkości nawiewu centralnego poprawia jakość powietrza przez przeciwdziałanie strumieniom konwekcyjnym, ale znacząco podnosi zużycie energii, obniżenie temperatury nawiewu centralnego poprawia kierunkowość przepływu i zmniejsza stężenie BCP, lecz zwiększa zapotrzebowanie na chłodzenie, wzrost prędkości nawiewu obwodowego ma marginalny wpływ na redukcję BCP, lecz generuje efekt rozcieńczania.
Najlepsze ustawienia to: prędkość nawiewu centralnego 0,27–0,28 m/s, temperatura 20,5–21,5°C; nawiew obwodowy: 0,17–0,18 m/s przy stałej temperaturze 23°C.
Wnioski
Zoptymalizowany system TAF zapewnia skuteczne usuwanie BCP przy umiarkowanym zużyciu energii, pod warunkiem precyzyjnej kontroli parametrów nawiewu. Proponowane ustawienia mogą poprawić bezpieczeństwo pacjentów i efektywność energetyczną sal operacyjnych.
Ograniczenia zakresu badawczego
Badanie opiera się wyłącznie na symulacjach numerycznych, z ograniczoną liczbą scenariuszy eksperymentalnych. Nie uwzględniono pełnego wpływu zmiennych czynników zewnętrznych (np. otwieranie drzwi, zmienna liczba personelu). Założono idealne warunki energetyczne (brak strat ciepła w kanałach, idealna efektywność wymienników), co może nie odzwierciedlać rzeczywistych warunków eksploatacji.
Artykuł opublikowano w Building and Environment.