بهبود طراحی تهویه ICU، کاربرد صنعتی

شرح پروژه

در این پروژه، هدف ما طراحی یک ICU با در نظر گرفتن شرایط آسایش حرارتی از جمله PMV و PPD است. همچنین پیشگیری از انتقال بیماری های عفونی بسیار مهم است. در این پروژه، یک بیمار به نام بیمار شماره 1 از یک بیماری تنفسی رنج می برد که سناریوی عفونت را بیشتر مورد توجه قرار می دهد.

تصویر 1- ICU

در ادامه طراحی ICU به تفصیل توضیح داده خواهد شد.

مرحله 1: (سیستم HVAC پرکاربرد)

در مرحله اول، ICU با شرایط اولیه خود با در نظر گرفتن سیستم های HVAC پرکاربرد که ورودی و خروجی را روی دیوارهای مخالف فرض می کنند شبیه سازی می شود (شکل زیر را بررسی کنید). سرعت ورودی 0.58 متر بر ثانیه و دمای 294K است در حالی که آئروسل های ویروسی به بیمار 1 تنفس تزریق می شود.

تصویر 2- طراحی شماره 1

نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد که چگونه سیستم HVAC طراحی‌شده می‌تواند PMV قابل قبول را ارائه کند اما PPD را ارائه نمی‌کند. همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است، خطوط PMV در اطراف پزشک و بیماران در محدوده 0.7- تا 1 این ادعا را ثابت می کند. علاوه بر این، شکل 4 PPD را در محدوده 5٪ تا 20٪ نشان می دهد و بدیهی است که برای راحتی حرارتی اتاق ICU راضی کننده نیست.

تصویر 3- کانتور PMV، الف) اطراف دکتر ب) اطراف بیمار 1 ج )اطراف بیمار 2

تصویر 4- کانتور PPD.الف) اطراف دکتر ب) اطراف بیمار 1 ج )اطراف بیمار2

از طرفی حدود 7 دقیقه طول می کشد تا ذرات ویروس به طور کامل از اتاق فرار کنند که اصلا راضی کننده نیست! (تصویر 5) احتمال سرایت آن به پزشک و بیمار دیگر بسیار زیاد است.

تصویر 5- زمان اقامت ذرات ویروس الف) نمای ایزومتریک ب) نمای جلو

مرحله 2: (استفاده از تهویه متقاطع)

در مرحله دوم، پیشنهاد می‌شود که خروجی‌ها بالای سر بیماران نصب شوند اما ورودی‌ها را در جایی که بوده‌اند نگه داشته شوند. ما پیش‌بینی می‌کنیم که با کوتاه کردن فاصله آن تا خروجی‌ها، زمان ماندن ذرات ویروس کاهش یابد. طرح 2 مدل سازی شده و در زیر نشان داده شده است:

تصویر 6- طراحی شماره 2

درست مانند مرحله قبل، ابتدا باید شرایط حرارتی را بررسی کنیم. همانطور که در شکل های 7 و 8 نشان داده شده است، PMV و PPD با مقادیر در محدوده قابل قبول به سختی قابل مشاهده هستند و بیشتر اتاق در شرایط حرارتی مناسب نیست. بنابراین، اگرچه انتظار داشتیم زمان ماندن ذرات را کاهش دهیم (که در ادامه مشخص خواهد شد)، اما شرایط آسایش حرارتی در مقایسه با طراحی قبلی ضعیف شد.

تصویر 7. کانتور PMV الف) اطراف دکتر ب) اطراف بیمار 1 ج) اطراف بیمار

تصویر 8- کانتور PPD الف) اطراف دکتر ب)اطراف بیمار 1 ج )اطراف بیمار2

به هر حال، شکل 9 ثابت می کند که نظریه و انتظارات ما در مورد کاهش زمان ماندن ذرات آئروسل به حقیقت پیوسته است. تنها به 4 ثانیه می رسد که یک گام بزرگ در روند طراحی است.

تصویر 9- زمان اقامت ذرات ویروس

مرحله 3: (تجدید نظر در طراحی 2)

طراحی تهویه متقاطع (طرح شماره 2) ثابت کرده است که با استفاده از دریچه های خروجی بالای سر بیماران، خطر ابتلا به عفونت نزدیک به 0٪ می شود! برای بیمارانی که از بیماری های تنفسی رنج می برند. از این رو، ما به این ایده رسیدیم که پریزها را حفظ کنیم، اما مکان های ورودی (تامین) را تغییر دهیم. همچنین کاهش سرعت دریچه های ورودی می تواند برای ایجاد شرایط حرارتی مناسب موثر باشد. این طراحی شماره 3 نامیده می شود که در زیر نشان داده شده است:

تصویر 10- طراحی شماره3

به جای استفاده از دو عدد 150*300 میلی متر، یک دریچه ورودی 300*600 در سقف، دور از تخت ها استفاده می شود. همچنین کاهش سرعت ورودی (0.15 متر بر ثانیه) به کار گرفته شده است. خطوط PMV و PPD نشان می دهد که این طراحی می تواند بسیار امیدوار کننده باشد و ما می توانیم از راحتی حرارتی در اتاق ICU اطمینان داشته باشیم. اکثر مناطق بحرانی اتاق در محدوده قابل قبولی قرار دارند. می توانید آنها را در شکل های 11 و 12 در زیر بررسی کنید.

تصویر 11- کانتور PMV الف) اطراف دکتر ب)اطراف بیمار 1 ج )اطراف بیمار2

تصویر 12- کانتور PPD الف) اطراف دکتر ب)اطراف بیمار 1 ج )اطراف بیمار2

از جنبه دیگر، زمان ماندن ذرات آئروسل در مقایسه با طرح 2 که 4 ثانیه بود تا 9 ثانیه افزایش می یابد. اگرچه دو برابر می شود، اما همچنان موثر است و می تواند از هرگونه پراکندگی جلوگیری کند.

تصویر 13- زمان اقامت ذرات ویروس

در نهایت جمع بندی نتایج در زیر اورده شده است: