4.4.1 Скорость воздушного потока в поперечном сечении

В соответствии с принципом теории нижнего предела скорости воздуха скорость потока в поперечном сечении рабочей зоны при вертикальном однонаправленном потоке должна составлять 0,3 м/с. Однако для локального вертикального однонаправленного потока в чистых помещениях класса I с централизованным расположением приточных отверстий согласно требованиям норм (такой вариант в обиходе называют локальным классом 100) значение 0,3 м/с является достаточно жестким нормативом. Об этом свидетельствуют многочисленные натурные измерения: диффузия воздушного потока в зону под областью класса 100 зависит от множества факторов, в том числе от наличия отражательных перегородок на приточной панели и расстояния от четырех ее краев до стен.

В более ранних документах — «Технических мероприятиях по обеспечению чистоты воздуха» и «Нормах проектирования чистых помещений» — это значение составляло 0,25 м/с. При этом в первом документе были регламентированы две отметки высоты для размещения точек измерения: 0,8 м и 1,5 м, а полученные результаты подлежали усреднению; во втором документе измерения проводились на высоте 1 м. В действующем Своде норм, как и в «Нормах строительства и приемки чистых помещений», высота точек измерения установлена на отметке 0,8 м.

С учетом указанной особенности — локального централизованного расположения приточных отверстий — это значение было специально расширено до диапазона 0,25–0,3 м/с. Не рекомендуется принимать скорость ниже 0,25 м/с, чтобы не снижать помехозащищенность воздушного потока; чрезмерно высокая скорость также нежелательна, поскольку она приводит к слишком быстрому высыханию хирургического разреза. При проведении измерений используется среднее значение показателя.

В офтальмологической хирургии высокая скорость воздушного потока вызывает интенсивное испарение влаги с конъюнктивы и связанное с этим обезвоживание, поэтому на основе практического опыта для таких операций указанное значение снижают примерно на 1/3.

【Справка】 В китайском Своде норм указано, что в специальных чистых операционных класса I должен использоваться режим локального однонаправленного потока, при котором средняя скорость потока в поперечном сечении на высоте рабочей поверхности операционной зоны должна соответствовать диапазону 0,25–0,3 м/с (см. таблицу 4.1). Это значение считается нижним пределом скорости, который необходимо поддерживать во время операции, и оно критически важно для обеспечения качества локального однонаправленного потока. Разумеется, нет необходимости использовать большой расход воздуха для поддержания импульса, характерного для полного однонаправленного потока. Для обеспечения скорости 0,25–0,3 м/с на уровне рабочей поверхности скорость потока на выходе из приточной панели должна составлять 0,40–0,45 м/с, что сопоставимо с требованиями американского стандарта (см. таблицу 4.4). Соответствующий расход приточного воздуха составляет около 10 000 м³/ч, что близко к показателям британского стандарта.

Таблица 4.4 Сравнение расходов приточного воздуха в операционных по стандартам Китая и других стран

Класс операционной по китайской классификации Стандарт Китая для чистых операционных отделений Немецкий стандарт DIN1946/4 Руководство ASHRAE (США). Практическое применение Британский стандарт HTM2025 Японский стандарт HEAS-02
Ⅰ 0,25～0,30 м/с 0,15 м/с 0,45 м/с 0,2 м/с 0,35 м/с
Ⅱ 30～36 $ч^{-1}$
Ⅲ 20～24 $ч^{-1}$ 20～24 $ч^{-1}$ 25 $ч^{-1}$ (15 $ч^{-1}$ при полном притоке свежего воздуха) 22～33 $ч^{-1}$ 20 $ч^{-1}$

Примечание: Для чистых помещений класса I показатель выражается через скорость воздушного потока в поперечном сечении, для помещений остальных классов — через кратность воздухообмена.

Поскольку защищаемая зона операционной имеет относительно небольшую площадь, китайский Свод норм прямо предписывает использовать в чистых операционных локальную схему подачи воздуха и устанавливает соответствующий диапазон расходов приточного воздуха. Если взять для анализа операционную стандартного размера 6×6×3 м (см. таблицу 4.5), можно видеть, что скорость истечения воздуха на выходе из приточной панели различается в зависимости от вида хирургического разреза, требований к его заживлению, уровня защиты и требуемых характеристик приточного потока. Для специальных чистых операционных класса I требуется структура однонаправленного потока, работающая по принципу нагнетания и вытеснения.

В чистых операционных классов II и III из-за пониженной скорости на выходе поток не имеет достаточного импульса для поддержания однонаправленного движения, поэтому в них используется малотурбулентный вытесняющий воздушный поток, работающий по принципу заполнения. При этом скорость на выходе не рекомендуется принимать ниже 0,15 м/с, поэтому при проектировании малых операционных следует принимать верхний предел кратности воздухообмена: условно-чистые операционные класса IV проектируются по параметрам обычного турбулентного потока, принцип которого основан на разбавлении загрязнений. Поскольку площадь приточных отверстий в них слишком мала, скорость истечения воздуха должна составлять не менее 0,25 м/с, чтобы поддерживать достаточный импульс для подачи воздуха в нижнюю зону.

Таблица 4.5 Расход приточного воздуха и площадь подачи воздуха в операционной

Класс операционной Операционная класса Ⅰ Операционная класса Ⅱ Операционная класса Ⅲ Операционная класса Ⅳ
Расход приточного воздуха 0,25～0,30 м/с 30～36 $ч^{-1}$ 20～24 $ч^{-1}$ 12～15 $ч^{-1}$
Площадь подачи воздуха, м×м 2,4×2,6＝6,24 1,8×2,6＝4,68 1,4×2,6＝3,64 Не нормируется
Скорость истечения воздуха, м/с 0,40～0,45 0,23 0,2 ≥0,25
Расход приточного воздуха, м³/ч 9500～10 100 3875 2620

Примечание: Для чистых помещений класса Ⅰ показатель выражается через скорость воздушного потока в поперечном сечении, для помещений остальных классов — через кратность воздухообмена.

4.4.2 Равномерность скорости воздушного потока

В Стандарте показатели операционных класса Ⅰ выражаются через скорость воздушного потока, поскольку достичь класса чистоты 100 в операционной можно только при использовании схемы подачи воздуха с однонаправленным потоком. Для соответствия требованиям к однонаправленному потоку необходимо выполнить три базовых условия: ① на рабочей поверхности должна обеспечиваться заданная скорость воздушного потока; ② линии тока воздуха должны быть параллельны; ③ приточный поток должен быть достаточно равномерным, его неравномерность не должна превышать 0,25. Расчетная формула имеет вид:

$$\beta_v = \frac{\sqrt{\dfrac{\sum(v_i - \bar{v})}{n-1}}}{\bar{v}} \leqslant 0.25$$

где: $\beta_v$ — коэффициент неравномерности скорости воздушного потока; $v_i$ — измеренная скорость воздушного потока в точке; $\bar{v}$ — средняя скорость воздушного потока; $n$ — количество точек измерения.