ทฤษฎีโซนกระแสหลัก — ฐานทฤษฎีสำหรับการจัดวางช่องจ่ายลมแบบรวมกลุ่ม
1.3.1 การปกป้องพื้นที่สำคัญและการชำระล้างในพื้นที่เฉพาะ
มาตรฐานแห่งชาติของจีน มาตรฐานการก่อสร้างแผนกผ่าตัดสะอาดในโรงพยาบาล มีผลบังคับใช้ตั้งแต่วันที่ 1 ตุลาคม 2000 มาตรฐานนี้แบ่งห้องสะอาดออกเป็น 4 ระดับ โดยในนั้น ห้องผ่าตัดสะอาดจะถูกจัดระดับตามความเข้มข้นของแบคทีเรียและความสะอาดของอากาศในพื้นที่โต๊ะผ่าตัดและพื้นที่โดยรอบ ซึ่งเป็นครั้งแรกที่มีการทำเช่นนี้ในระดับสากล มาตรา 29 ของมาตรฐานกำหนดว่า: “ห้องผ่าตัดสะอาดระดับ Ⅰ, Ⅱ และ Ⅲ จะต้องใช้รูปแบบการจ่ายอากาศแบบรวมศูนย์ในพื้นที่เฉพาะ; พื้นที่ของช่องจ่ายอากาศที่จัดเรียงแบบรวมศูนย์ กล่าวคือ ขนาดของเขตผ่าตัด จะต้องสอดคล้องกับระดับของห้องผ่าตัด—ไม่น้อยกว่า $6.2\mathrm{m}^2$ สำหรับระดับ Ⅰ (ซึ่งส่วนที่อุทิศให้กับบริเวณศีรษะจะต้องไม่น้อยกว่า $1.4\mathrm{m}^2$), ไม่น้อยกว่า $4.6\mathrm{m}^2$ สำหรับระดับ Ⅱ, และไม่น้อยกว่า $3.6\mathrm{m}^2$ สำหรับระดับ Ⅲ”
ข้อกำหนดดังกล่าวแตกต่างอย่างสิ้นเชิงจากแนวปฏิบัติห้องสะอาดอุตสาหกรรมที่ได้รับความนิยมอย่างแพร่หลาย (เช่น ในญี่ปุ่น): รูปแบบการไหลเวียนอากาศแบบทิศทางเดียวทั่วทั้งห้องหรือแบบปั่นป่วน
แนวคิดนำทางเบื้องหลังข้อกำหนดนี้คือการประยุกต์ใช้ทฤษฎีเขตกระแสหลักเพื่อปกป้องพื้นที่สำคัญ เพื่อให้บรรลุเป้าหมายทั้งในการปรับปรุงประสิทธิภาพความสะอาดและประหยัดต้นทุนมากขึ้น
การปกป้องตำแหน่งสำคัญและการชำระล้างในพื้นที่เฉพาะได้รับการยืมแนวคิดมาจากแนวปฏิบัติของเยอรมนี สิ่งที่เยอรมนีส่งเสริมในห้องผ่าตัดโรงพยาบาลไม่ใช่การชำระล้างทั่วทั้งห้องด้วยการจ่ายอากาศสม่ำเสมอ; แต่จะเน้นที่การรักษาความเข้มข้นของแบคทีเรียลอยในอากาศในพื้นที่สำคัญ (โต๊ะผ่าตัดและโต๊ะเครื่องมือแพทย์) ให้อยู่ในช่วงที่กำหนด และการจัดสภาพแวดล้อมพื้นหลังที่มีคุณภาพให้กับพื้นที่ทำงาน
เส้นทางเทคนิคของห้องผ่าตัดสะอาดในโรงพยาบาลเยอรมนีนี้ไม่สามารถแยกออกจากแนวคิดสองประการคือ ระดับมลพิษ $U_\mathrm{s}$ และระดับมลพิษสัมพัทธ์ $E_\mathrm{x}$ ที่เสนอในปี 1977 โดยศาสตราจารย์ Esdorn จากมหาวิทยาลัยเทคนิคเบอร์ลิน [1] (สำหรับคำนิยาม ดูเอกสารอ้างอิง [2])
มาตรฐานเยอรมนี DIN1946 ส่วนที่ 4 “การระบายอากาศและปรับอากาศในโรงพยาบาล” ได้นำแนวคิดข้างต้นมาใช้และกำหนดว่า $U_\mathrm{s}=1$ ได้รับอนุญาตสำหรับห้องผ่าตัดปลอดเชื้อทั่วไป และ $U_\mathrm{s}=2/3$ สำหรับห้องผ่าตัดปลอดเชื้อระดับสูง
การนำแนวคิดระดับมลพิษมาใช้ได้กระตุ้นการพัฒนาสิ่งที่เยอรมนีเรียกว่าห้องผ่าตัดปลอดเชื้อ—ห้องผ่าตัดสะอาด—ไปตามรูปแบบที่แตกต่างจากแนวปฏิบัติทั่วไปของห้องสะอาดอุตสาหกรรมในเวลานั้น ข้อได้เปรียบหลักของแนวทางนี้คือ:
(1) การใช้ความเข้มข้นของแบคทีเรียเป็นพื้นฐานในการตัดสินใจสอดคล้องกับความคุ้นเคยของบุคลากรทางการแพทย์
(2) ให้เงื่อนไขพื้นฐานสำหรับการปฏิบัติตามข้อกำหนดปลอดเชื้อทั่วไป—อัตราการเปลี่ยนอากาศของอากาศสะอาดที่ $20\mathrm{h}^{-1}$—โดยพิจารณาว่าปริมาณการเปลี่ยนอากาศดังกล่าวจะตอบสนองข้อกำหนดด้านสุขอนามัยของห้องผ่าตัดปลอดเชื้อทั่วไป; กล่าวอีกนัยหนึ่ง ห้องผ่าตัดสะอาดจะต้องได้รับการจ่ายอากาศสะอาด และปริมาณการเปลี่ยนอากาศจะต้องอย่างน้อยเทียบเท่ากับ $20\mathrm{h}^{-1}$
(3) สถาปนาแนวคิดว่าพื้นที่ทำงานคือพื้นที่สำคัญ และเสนอแนวทางการส่งมอบปริมาณการเปลี่ยนอากาศ $20\mathrm{h}^{-1}$ ในลักษณะรวมศูนย์เหนือพื้นที่ทำงาน เพื่อให้ความเข้มข้นของแบคทีเรียที่เกิดขึ้นในเขตผ่าตัดมีเพียงครึ่งหนึ่งของความเข้มข้นเฉลี่ยภายในห้อง กล่าวคือ ระดับมลพิษลดลงเป็น 0.5 นี่คือความแตกต่างที่ชัดเจนระหว่างตัวกรองที่จัดเรียงแบบรวมศูนย์กับการจัดเรียงตัวกรองแบบกระจายตามแบบปกติ
(4) ไม่ได้หยุดอยู่เพียงแนวคิด แต่รวมแนวคิดเข้ากับอุปกรณ์สำหรับการนำไปใช้จริง พัฒนาหน่วยเพดานจ่ายอากาศสำหรับห้องผ่าตัด และถ่ายทอดผลงานการพัฒนานี้ให้กับบริษัท Weiss; นี่ยังเป็นรูปแบบพื้นฐานของหน่วยเพดานจ่ายอากาศสำหรับห้องผ่าตัดสะอาดที่เราเห็นในปัจจุบันในห้องผ่าตัดสะอาดยุโรปหลายแห่ง (รวมถึงผลิตภัณฑ์ของ Trox Technik และ Nickel จากเยอรมนี และ Luwa จากสวิตเซอร์แลนด์)
อย่างไรก็ตาม ข้อบกพร่องที่แนวคิดระดับมลพิษแสดงออกมาคือ:
(1) ไม่มีการกำหนดมาตรฐานสัมบูรณ์ของความเข้มข้นของแบคทีเรียสำหรับห้องผ่าตัดสะอาด และประเด็นนี้ก็ไม่ได้สะท้อนอยู่ใน DIN1946 ส่วนที่ 4 เช่นกัน แม้ว่าปริมาณอากาศพื้นฐาน $2,400\mathrm{m}^3/\mathrm{h}$ จะได้รับการหาค่ามาจากการวัดและวิธีการอื่นๆ แต่ก็ไม่ได้ระบุมาตรฐานความเข้มข้นของแบคทีเรียที่สามารถบรรลุได้ด้วยปริมาณอากาศนี้ และไม่ได้กำหนดเงื่อนไขที่เกี่ยวข้อง (เช่น ขนาดพื้นที่และจำนวนบุคลากร) ด้วยเหตุนี้ การเปรียบเทียบระหว่างค่าสัมพัทธ์ดังกล่าวจึงมีความสำคัญเชิงปฏิบัติน้อยและมีข้อจำกัดในการนำไปใช้งาน และการกำหนดค่า $2,400\mathrm{m}^3/\mathrm{h}$ (หรืออัตราการเปลี่ยนอากาศ $20\mathrm{h}^{-1}$) จึงดูเหมือนเป็นการตัดสินใจโดยพลการ
(2) แนวคิดระดับมลพิษของ Esdorn โดยแก่นแท้แล้วคือแนวทางที่แสวงหาปริมาณอากาศขั้นต่ำ; แผนของเขาใช้ได้เฉพาะกับห้องผ่าตัดปลอดเชื้อทั่วไป ซึ่งเห็นได้ชัดว่ามีข้อจำกัดอย่างมาก และปริมาณอากาศจ่ายในมาตรฐานของประเทศยุโรปอื่นๆ เช่น สหราชอาณาจักรและสวิตเซอร์แลนด์ มีค่ามากกว่ามาตรฐานของเยอรมนีอย่างมาก ประเด็นนี้ยังได้รับการกล่าวถึงโดยศาสตราจารย์ Schmidt ผู้ซึ่งเคยทำงานที่บริษัท Weiss; เขาเชื่อว่าแนวคิดปริมาณอากาศขั้นต่ำข้างต้นไม่ถูกต้อง เนื่องจากเงินลงทุนเพิ่มเติมมีขนาดเล็กมากเมื่อเทียบกับประโยชน์ที่เกิดขึ้นจากการหลีกเลี่ยงการติดเชื้อ การรับประกันความสำเร็จของการผ่าตัด รวมถึงการลดความสูญเสียจากการดำเนินคดีทางกฎหมายที่อาจเกิดขึ้น เขาเสนอว่าปริมาณอากาศสำหรับห้องผ่าตัดปลอดเชื้อระดับสูงจะต้องมากกว่า $7500\mathrm{m}^3/\mathrm{h}$ (3) ทั้งผลลัพธ์ของ $U_\mathrm{s}=0.5$ ที่ได้จากศาสตราจารย์ Esdorn และผลลัพธ์เกี่ยวกับพื้นที่จ่ายอากาศและพื้นที่เขตป้องกันที่ศาสตราจารย์ Schmidt สรุปจากผลการวัดจำนวนมาก (ดูตารางที่ 1 ของเอกสารอ้างอิง [2]) ล้วนไม่ถึงระดับที่ทฤษฎีคาดการณ์ อีกทั้งยังไม่มีการนำเสนอวิธีการคำนวณทางทฤษฎีที่ใช้งานได้ขั้นพื้นฐาน ซึ่งส่งผลให้ความสามารถในการปฏิบัติงานจริงลดลงด้วย อันที่จริง แนวคิดหลายประการที่สะท้อนอยู่ในแนวคิดระดับมลพิษและมาตรฐาน DIN 1946 ตอนที่ 4 ไม่ใช่สิ่งที่เราไม่คุ้นเคยเลย
แนวทางตามระดับมลพิษนี้ ซึ่งประเทศเยอรมนีเสนอขึ้นในปี 1977 มีหลักการว่าห้องผ่าตัดสะอาดไม่จำเป็นต้องทำการชำระล้างทั้งห้อง เพียงลดความเข้มข้นแบคทีเรียเฉพาะพื้นที่และปกป้องเขตพื้นที่สำคัญได้อย่างมีประสิทธิภาพก็เพียงพอ โดยจะรวมอากาศสะอาดที่สอดคล้องกับอัตราการแลกเปลี่ยนอากาศ $20,\mathrm{h}^{-1}$ แล้วส่งออกมาเหนือโต๊ะผ่าตัด แก่นแท้ของแนวทางนี้ก็คือการผสานแนวคิด “การชำระล้างเฉพาะพื้นที่” และ “เขตกระแสอากาศหลัก” เข้าด้วยกัน
เอกสาร มาตรการทางเทคนิคด้านความสะอาดอากาศ^[3] ของประเทศจีน ซึ่งผ่านการเห็นชอบจากการประชุมประเมินและตรวจพิจารณาระดับชาติเมื่อเดือนกรกฎาคม 1977 และตีพิมพ์อย่างเป็นทางการในปี 1979 เป็นเอกสารฉบับแรกที่เสนอแนวคิด “การชำระล้างทั้งพื้นที่” และ “การชำระล้างเฉพาะพื้นที่”:
“เมื่อใดก็ตามที่การชำระล้างอากาศและมาตรการบำบัดครบวงจรอื่นๆ ทำให้พื้นที่ทำงานทั้งหมดภายในห้องกลายเป็นสภาพแวดล้อมอากาศสะอาด การปฏิบัตินี้เรียกว่าการชำระล้างทั้งพื้นที่” “เมื่อใดก็ตามที่เพียงทำให้พื้นที่ทำงานเฉพาะส่วนของห้อง—ซึ่งเป็นพื้นที่เฉพาะเจาะจง—กลายเป็นสภาพแวดล้อมอากาศสะอาด การปฏิบัตินี้เรียกว่าการชำระล้างเฉพาะพื้นที่” “ในกรณีที่เป็นไปตามข้อกำหนดของกระบวนการ ควรเลือกใช้การชำระล้างเฉพาะพื้นที่ให้มากที่สุดเท่าที่จะทำได้”
แน่นอนว่าการชำระล้างเฉพาะพื้นที่ในลักษณะนี้ยังส่งผลให้เกิดการชำระล้างแก่พื้นที่ทั้งหมดด้วย
1.3.2 แนวคิดเขตกระแสอากาศหลักและการคำนวณความเข้มข้นภายใต้การแพร่กระจายไม่สม่ำเสมอ
เขตกระแสอากาศหลักเป็นแนวคิดที่ประเทศจีนเสนอเป็นครั้งแรกในปี 1978^[4]: ในห้องสะอาดแบบการไหลปั่นป่วน บริเวณภายในช่วงระยะหนึ่งด้านล่างช่องจ่ายอากาศคือเขตกระแสอากาศหลัก ซึ่งมีระดับความสะอาดสูงที่สุด ส่วนบริเวณใกล้ช่องระบายอากาศกลับจะเป็นเขตช่องระบายอากาศกลับที่มีขนาดเล็กมาก ระดับความสะอาดของเขตนี้อาจสูงกว่าหรือต่ำกว่าความเข้มข้นเฉลี่ยของห้อง ขึ้นอยู่กับว่าสัมประสิทธิ์การแพร่กระจายไม่สม่ำเสมอ $\Psi$ มีค่ามากกว่าหรือน้อยกว่า 1 แต่จะเท่ากับความเข้มข้นเฉลี่ยของห้องภายใต้การแพร่กระจายสม่ำเสมอทางทฤษฎี ($\Psi_{\mathrm{c}}=1$); นอกจากนี้ บริเวณอื่นๆ ที่อยู่สองข้างของช่องจ่ายอากาศจะเป็นเขตการไหลปั่นป่วนที่มีกระแสวนอากาศ โดยทั่วไปเรียกย่อว่าเขตวนกระแส (ซึ่งไม่ได้หมายความว่าทั้งเขตประกอบด้วยวนอากาศทั้งหมด) และระดับความสะอาดของพื้นที่เหล่านี้จะต่ำกว่าเขตกระแสอากาศหลักที่อยู่ตรงกลางอย่างเห็นได้ชัด การแพร่กระจายไม่สม่ำเสมอของทั้งสามเขตแสดงไว้ในรูปที่ 1
รูปที่ 1 การแพร่กระจายไม่สม่ำเสมอของสามเขต
ตามแนวคิดเขตกระแสอากาศหลัก สำหรับพื้นที่สะอาดที่ติดตั้งแผ่นกรอง HEPA ที่ปลายทางระบบ เนื่องจากความเข้มข้นของอากาศจ่ายมีค่าต่ำมาก เราจึงได้ความเข้มข้นเฉลี่ยของห้องภายใต้การแพร่กระจายไม่สม่ำเสมอดังนี้
$$\overline{N}{\mathrm{v}} = N{\mathrm{s}} + \Psi,\frac{60G \times 10^{-3}}{n} \approx \Psi\overline{N}$$
ความเข้มข้นในเขตกระแสอากาศหลัก $N_{\mathrm{a}} = \Psi_{\mathrm{a}}\overline{N}$
ความเข้มข้นในเขตวนกระแส $N_{\mathrm{b}} = \Psi_{\mathrm{b}}\overline{N}$
ความเข้มข้นในเขตช่องระบายอากาศกลับ $N_{\mathrm{c}} = \Psi_{\mathrm{c}}\overline{N}$.
โดยที่: $\Psi$——สัมประสิทธิ์การแพร่กระจายไม่สม่ำเสมอ, $\Psi = \left(\dfrac{1}{\varphi} - \dfrac{\beta}{\varphi} + \dfrac{\beta}{1+\varphi}\right)\left(\varphi + \dfrac{V_{\mathrm{b}}}{V}\right)$;
$\Psi_{\mathrm{a}}$——สัมประสิทธิ์การแพร่กระจายไม่สม่ำเสมอของเขตกระแสอากาศหลัก, $\Psi_{\mathrm{a}} = 1 - \dfrac{\beta}{1+\varphi}$;
$\Psi_{\mathrm{b}}$——สัมประสิทธิ์การแพร่กระจายไม่สม่ำเสมอของเขตวนกระแส, $\Psi_{\mathrm{b}} = \dfrac{1+\varphi-\beta}{\varphi}$;
$\Psi_{\mathrm{c}}$——สัมประสิทธิ์การแพร่กระจายไม่สม่ำเสมอของเขตช่องระบายอากาศกลับ, $\Psi_{\mathrm{c}} = 1$;
$n$——อัตราการแลกเปลี่ยนอากาศ;
$\overline{N}$——ความเข้มข้นเฉลี่ยของห้องภายใต้การแพร่กระจายสม่ำเสมอ, $N = N_{\mathrm{s}} + \dfrac{60G \times 10^{-3}}{n}$;
$N_{\mathrm{s}}$——ความเข้มข้นของอากาศจ่าย;
$G$——อัตราการเกิดอนุภาคต่อหน่วยปริมาตร;
$\beta$——อัตราส่วนของอัตราการเกิดอนุภาคในเขตกระแสอากาศหลักต่ออัตราการเกิดอนุภาคในทั้งห้อง;
$\varphi$——สัมประสิทธิ์การลากพาอากาศของเขตกระแสอากาศหลัก;
$\dfrac{V_{\mathrm{b}}}{V}$——อัตราส่วนของปริมาตรเขตวนกระแสต่อปริมาตรทั้งห้อง.
I.3.3 ระดับมลพิษในเขตกระแสอากาศหลัก
ค่า $\Psi_{\mathrm{c}}=1$ บ่งชี้ว่าความเข้มข้นในเขตช่องระบายอากาศกลับเท่ากับความเข้มข้นเฉลี่ยทั้งหมดภายใต้การแพร่กระจายสม่ำเสมอ ผลการวิจัยทางทฤษฎีในอดีตได้ชี้ให้เห็นแล้วว่าควรจัดวางเขตทำงานไว้ใต้เขตกระแสอากาศหลัก เพื่อประเมินระดับความเหนือกว่าของการจัดวางช่องจ่ายอากาศไว้ตรงกลางและจัดวางเขตทำงานไว้ใต้เขตกระแสอากาศหลัก เมื่อเปรียบเทียบกับการจัดวางช่องจ่ายอากาศแบบกระจายทั่วไปตามปกติ จึงมีข้อพิจารณาดังต่อไปนี้
(1) ระดับความเหนือกว่านี้แสดงด้วยอัตราส่วนของความเข้มข้นในเขตกระแสอากาศหลักต่อความเข้มข้นเฉลี่ยของห้อง กล่าวคือ $\Psi_{\mathrm{a}}/\Psi$ เนื่องจากความเข้มข้นเฉลี่ยของห้องได้รวมความเข้มข้นของเขตกระแสอากาศหลักไว้แล้ว จึงอาจไม่สามารถแสดงความเหนือกว่าของเขตกระแสอากาศหลักได้ในอัตราส่วนนี้ ในขณะเดียวกัน เมื่อใช้รูปแบบเขตกระแสอากาศหลักที่จัดวางช่องจ่ายอากาศไว้ตรงกลาง ความเห็นเกี่ยวกับค่าความเข้มข้นเฉลี่ยของห้องมักมีความแตกต่างกัน เนื่องจากจำนวนจุดวัดที่ควรติดตั้งในเขตกระแสอากาศหลักมีความเกี่ยวข้องกับสัมประสิทธิ์ถ่วงน้ำหนักของแต่ละจุด และยากต่อการกำหนดค่าที่แน่นอน ดังนั้นความสามารถในการปฏิบัติงานจริงจึงไม่สูงนัก (2) ระดับนี้แสดงด้วยอัตราส่วนของความเข้มข้นในเขตกระแสหลักต่อความเข้มข้นที่ช่องลมกลับ หรือต่อค่าความเข้มข้นเฉลี่ยในห้องภายใต้การแพร่กระจายสม่ำเสมอ กล่าวคือ $\Psi_{\mathrm{a}}/\Psi_{\mathrm{c}}$ นั่นคือ แสดงด้วย $\Psi_{\mathrm{a}}$ แม้ว่าจะปฏิบัติได้จริง กล่าวคือ สามารถวัดความเข้มข้นในบริเวณช่องลมกลับ (ซึ่งเทียบเท่าความเข้มข้นของลมกลับ) ได้ แต่เนื่องจากไม่สามารถวางจุดทำงานในบริเวณช่องลมกลับได้ อัตราส่วนดังกล่าวจึงไม่ใช่ประเด็นที่ให้ความสำคัญที่สุด แนวคิดระดับมลพิษแบบเยอรมนีที่กล่าวถึงก่อนหน้านี้ก็เป็นอัตราส่วนลักษณะนี้ โดยไม่สามารถตอบคำถามที่น่าเป็นห่วงหลังจากจัดช่องจ่ายลมไว้ตรงกลางได้ว่า เขตรอบนอกที่ไม่มีช่องจ่ายลมจะเป็นอย่างไร นอกจากนี้ แม้ว่าจะวัดความเข้มข้นที่ช่องลมกลับได้ แต่เห็นได้ชัดว่าความเข้มข้นของช่องลมกลับในตำแหน่งต่าง ๆ แตกต่างกันมาก จึงจำเป็นต้องวัดทุกช่องเพื่อไม่ให้เกิดความคลาดเคลื่อนมากเกินไป
(3) ระดับนี้แสดงด้วยอัตราส่วนของความเข้มข้นในเขตกระแสหลักต่อความเข้มข้นในเขตกระแสวน กล่าวคือ ความเข้มข้นในเขตรอบนอก หรือ $\Psi_{\mathrm{a}}/\Psi_{\mathrm{b}}$ ซึ่งสามารถอธิบายปัญหาได้ชัดเจนกว่า ดังที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ เขตกระแสวนหมายถึงเขตการไหลปั่นป่วนที่มีกระแสวนอยู่ทั้งสองข้างของเขตกระแสหลัก ความเข้มข้นของเขตนี้แสดงถึงความเข้มข้นของพื้นที่หลักอื่น ๆ ในห้อง นอกเหนือจากเขตกระแสหลักและช่องลมกลับ กล่าวคือ ความเข้มข้นของพื้นที่โดยรอบเขตกระแสหลัก ดังนั้น $\Psi_{\mathrm{a}}/\Psi_{\mathrm{b}}$ จึงสามารถสะท้อนผลต่างความเข้มข้นระหว่างเขตทำงานและเขตไม่ทำงานได้ ในขณะเดียวกัน สามารถวัดความเข้มข้นของทั้งสองเขตแยกกันได้โดยจัดจุดเก็บตัวอย่างตามเขต
สรุปแล้ว ระดับมลพิษของเขตกระแสหลักสัมพัทธ์กับเขตรอบนอกเรียกว่า ระดับมลพิษเขตกระแสหลัก แสดงด้วย $\Psi_{\mathrm{a}}/\Psi_{\mathrm{b}}$ ซึ่งแตกต่างอย่างชัดเจนจากระดับมลพิษแบบเยอรมนี กล่าวคือ $\Psi_{\mathrm{a}}/\Psi_{\mathrm{c}}$
I.3.4 การคำนวณการจัดระดับ
(1) ผังห้องผ่าตัด ผังภายในห้องผ่าตัดสามารถแบ่งออกเป็นหลายเขตตามหน้าที่ โดยอาศัยการแบ่งเขตในมาตรฐานทหารที่เกี่ยวข้อง[5] ดังแสดงในรูปที่ 2 ในรูปที่ 2 เขต “1” พิจารณาจากความยาวเตียงผ่าตัด 1.8 ม. ซึ่งสามารถขยายที่ปลายทั้งสองข้างเป็น 2.1 ม. สำหรับผู้ป่วยที่สูงมาก ระยะห่างระหว่างเขตโดยทั่วไปคือ 0.6 ม.
รูปที่ 2 การแบ่งเขตการทำงาน (การไหลแบบปั่นป่วนและการไหลทางเดียวในแนวตั้ง)
(2) จำนวนบุคลากรผ่าตัด จำนวนบุคลากรผ่าตัดสัมพันธ์กับรูปแบบการจัดอัตรากำลังบุคลากรในห้องผ่าตัด ในระหว่างการผ่าตัด บุคลากรทางการแพทย์จะรวมตัวกันหนาแน่นรอบเตียงผ่าตัด ศัลยแพทย์จะอยู่ใกล้ชิดเตียงผ่าตัด ได้แก่ ศัลยแพทย์หลัก ผู้ช่วยคนที่หนึ่ง ผู้ช่วยคนที่สอง และหัวหน้าพยาบาล (หรือพยาบาลส่งเครื่องมือ) โดยมีวิสัญญีแพทย์อยู่บริเวณศีรษะผู้ป่วย ในขณะเดียวกัน ยิ่งอุปกรณ์การแพทย์ทันสมัยเท่าใด ก็ยิ่งต้องการบุคลากรน้อยลง เนื่องจากโดยหลักการแล้วอุปกรณ์หนึ่งเครื่องต้องการหนึ่งคนดูแล เมื่ออุปกรณ์ทันสมัยและทำงานได้หลายหน้าที่ จำนวนเครื่องจะลดลง และบุคลากรสนับสนุนก็ลดลงตาม บุคลากรสนับสนุนโดยทั่วไปมีจำนวน 8～12 คน หลังจากใช้อุปกรณ์ทันสมัยแล้ว โดยทั่วไปไม่เกิน 10 คน ผังการจัดวางอุปกรณ์ผ่าตัดแสดงในรูปที่ 3～6[6]
(3) พื้นที่จ่ายลม เนื่องจากการจ่ายลมมีความเข้มข้นอยู่ที่เขตทำงาน ขนาดของพื้นที่จ่ายลมจึงมีความสำคัญมาก หากพื้นที่จ่ายลมใหญ่เกินไป ปริมาณลมที่ต้องการจะมากเกินไป หรือความเร็วลมจะต่ำเกินไปภายใต้ปริมาณลมที่กำหนด และมีต้นทุนสูง หากเล็กเกินไป การปกป้องเขตทำงานจะได้รับผลกระทบ
ขณะนี้แบ่งพิจารณาออกเป็น 3 กรณี คือ มาตรฐานขั้นต่ำ ขั้นกลาง และขั้นสูงสุด
มาตรฐานขั้นต่ำคือการล้อมเขตทำงานที่มีเพียงเตียงผ่าตัดให้อยู่ภายในเขตกระแสหลัก มาตรฐานขั้นกลางรวมพื้นที่ 0.6 ม. โดยรอบเตียงผ่าตัด ส่วนมาตรฐานขั้นสูงสุดอาจรวมพื้นที่ 0.9 ม. เลยออกไปจากด้านข้างของเตียงผ่าตัด (ค่าจริงตามข้อกำหนดใน “มาตรฐาน” มีขนาดเล็กกว่านี้เล็กน้อย ดังนั้นผลการคำนวณจึงสามารถรับประกันได้น่าเชื่อถือมากขึ้น)
รูปที่ 3 ตัวอย่างผังการจัดวางอุปกรณ์ผ่าตัดหัวใจที่ 1
- เครื่องหัวใจและปอดเทียม 2. โต๊ะเครื่องมือ 3. ตู้ยา 4. เครื่องจี้ไฟฟ้า 5. เครื่องกระตุกหัวใจด้วยไฟฟ้า 6. เลื่อยไฟฟ้าตัดกระดูกอก 7. โต๊ะทำงาน 8. ชุดดูดของเหลวและจ่ายออกซิเจน 9. โต๊ะยาสลบ 10. เครื่องดมยาสลบ 11. เครื่องตรวจคลื่นไฟฟ้าหัวใจ 12. ตัวแลกเปลี่ยนความร้อน 13. อ่างและถัง
รูปที่ 4 ตัวอย่างผังการจัดวางอุปกรณ์ผ่าตัดหัวใจที่ 2
- เสาแขวนเพดานจ่ายก๊าซ 5 ชนิด 2. เครื่องไหลเวียนโลหิตนอกร่างกาย 3. ราวแขวนชุดให้สารน้ำ 4. เครื่องแสดงค่า 5. มอนิเตอร์ 6. โต๊ะเครื่องมือ 7. อ่างและถัง
รูปที่ 5 ตัวอย่างผังการจัดวางอุปกรณ์ผ่าตัดหัวใจที่ 3
- เครื่องดมยาสลบ 2. เครื่องตรวจคลื่นไฟฟ้าหัวใจ 3. โต๊ะยาสลบ 4. โต๊ะเครื่องมือ 5. ถาดเครื่องมือ 6. กล้องจุลทรรศน์ 7. อ่างและถัง 8. ขาตั้งให้สารน้ำ 9. สว่านไฟฟ้า 10. ชุดดูดของเหลวและจ่ายออกซิเจน
รูปที่ 6 ตัวอย่างผังการจัดวางอุปกรณ์ผ่าตัดข้อต่อที่ 4
- เครื่องดมยาสลบ 2. โต๊ะยาสลบ 3. โต๊ะเครื่องมือ 4. ถาดเครื่องมือ 5. เครื่องจี้ด้วยไฟฟ้า 6. สว่านลม 7. ราวแขวนก๊าซและชุดให้สารน้ำ 8. อ่างและถัง
ในที่นี้ จำเป็นต้องพิจารณาปรากฏการณ์การปะปนและการอ่อนกำลังที่ขอบเขตของกระแสลมเจ็ตที่อ่อนแอ (ดูรูปที่ 14-3 ในเอกสารอ้างอิง [7]); ขอบเขตอาจหดเข้าด้วยมุม 10.7° (บริเวณที่รวมมุม 10.7° นี้ยังคงเป็นส่วนหนึ่งของเขตกระแสหลัก) ตามประเภทของโคมไฟไร้เงา ความสูงสุทธิภายในห้องคือ 2.9～3 ม. โต๊ะผ่าตัดสูง 0.8 ม. ความสูงของแผลผ่าตัดบนร่างกายมนุษย์คือ 0.3 ม. และระนาบทำงานสูง 1.1 ม. ดังนั้น ระยะหดตัวในแต่ละด้านคือ [(2.9～3)−1.1]tan10.7°=0.34～0.36 ม.
(4) อัตราการสร้างแบคทีเรีย อัตราการสร้างแบคทีเรียไม่ได้คำนวณจากความหนาแน่นของบุคลากร แต่ต้องคำนวณโดยตรง ในปัจจุบันยังไม่มีข้อมูลโดยตรงเกี่ยวกับการสร้างแบคทีเรียของพื้นผิวภายในห้อง ดังนั้นสามารถใช้อัตราการสร้างฝุ่นของพื้นผิวเป็นข้อมูลอ้างอิงได้ กล่าวคือ สมมติว่าการสร้างแบคทีเรียของพื้นผิวที่แทนด้วยพื้น 8 ตร.ม. เทียบเท่ากับการสร้างแบคทีเรียของบุคคล 1 คนในสภาพพักผ่อน สามารถใช้ค่าการสร้างแบคทีเรียสูงสุดของบุคคลในสภาพพักผ่อนเป็น 300 แบคทีเรีย/(คน·นาที) เมื่อกำหนดให้มีบุคลากรทำการวัด 2 คน ดังนั้น
$$\text{อัตราการสร้างแบคทีเรียทั้งหมด}=\left(\frac{\text{พื้นที่ห้อง}}{8\text{ ม.}^2}+2\right)\times\frac{300}{\text{นาที}}\text{ แบคทีเรีย}$$
(5) ค่าสัมประสิทธิ์ กำหนดค่า $\varphi$ ตามอัตราส่วนการปกคลุมเต็มของหน้าจ่ายลมเป็น 0.4, 1.3, 0.26, 0.2 ตามลำดับ กำหนดค่า $\beta$ ตามอัตราส่วนการปกคลุมเต็มของหน้าจ่ายลมเป็น 0.7, 0.65, 0.8, 0.85 ตามลำดับ และกำหนดค่า $\dfrac{V_\text{b}}{V}$ ตามอัตราส่วนการปกคลุมเต็มของหน้าจ่ายลมเป็น 0.45, 0.65, 0.32, 0.24 ตามลำดับ
ผลการคำนวณแสดงในตารางที่ 1
หากอัตราส่วนการปกคลุมเต็มของช่องจ่ายลมมีขนาดใหญ่มาก โดยค่า $\beta$ ถึง 0.95 และมีการจัดวางช่องลมกลับเต็มพื้นที่ทั้งสองด้านตามมาตรฐาน ทำให้ $\varphi=0.05$ ดังนั้น $\varphi_\text{a}=0.095$ และสามารถคำนวณได้ว่า $\Psi_\text{a}/\Psi_\text{b}\approx0.048$ ดังนั้น $\Psi_\text{b}=1.98$ ซึ่งแสดงให้เห็นว่าความเข้มข้นในเขตบริเวณรอบนอกสูงกว่าความเข้มข้นในเขตกระแสหลักประมาณ 20 เท่า หากเขตกระแสหลักอยู่ในประเภทคลาส 100 แล้ว เขตบริเวณรอบนอกจะอยู่ในช่วงคลาส 1 000
I.3.5 บทสรุป
เนื่องจากบริเวณผ่าตัดเป็นตำแหน่งที่มีการสร้างฝุ่นกระจุกตัวในห้องผ่าตัด ตามทฤษฎีเขตกระแสหลัก หากวางบริเวณนี้ไว้ภายในเขตกระแสหลัก จะเป็นประโยชน์อย่างยิ่งต่อการปรับปรุงระดับความสะอาดของเขตกระแสหลักและทั้งห้อง ผลการคำนวณแสดงให้เห็นว่า หากเปลี่ยนช่องจ่ายลมที่กระจายตัวสม่ำเสมอในห้องสะอาดอุตสาหกรรม (ตามมาตรฐานอัตราการเปลี่ยนอากาศคลาส 1 000) เป็นการจัดวางแบบกระจุกตัว บริเวณผ่าตัดจะสามารถได้ผลลัพธ์ระดับคลาส 100 (ไม่เพียงแต่มีความสะอาดสูง แต่ยังมีรูปแบบการไหลของอากาศที่ดีอีกด้วย) ในขณะที่เขตบริเวณรอบนอกยังคงอยู่ที่คลาส 1 000 โดยการเปรียบเทียบ สามารถยกระดับคลาสของบริเวณสำคัญทั้งหมดได้หนึ่งระดับ[8] ควรทราบว่า เพื่อทำให้เวลาดำเนินการสั้นลง ได้มีการนำแนวคิดเรื่องอัตราการเปลี่ยนอากาศเพื่อชำระล้างตนเองมาใช้[9] อัตราการเปลี่ยนอากาศของห้องผ่าตัดคลาส 1 000, 10 000 และ 100 000 ที่กล่าวถึงข้างต้นสูงกว่าค่าทั่วไปเล็กน้อย ในขณะที่สำหรับห้องที่ไม่ใช่ห้องผ่าตัดจะมีค่าต่ำกว่าค่าทั่วไป
ตารางที่ 1 ผลการคำนวณที่เกี่ยวข้องกับเขตกระแสหลัก
| ขนาดห้องผ่าตัด | พื้นที่จ่ายลม/ม.² | บุคลากรทางการแพทย์ | อัตราการเปลี่ยนอากาศ/ชม.⁻¹ | ปริมาณลม/(ม.³/ชม.) | ความเร็วลมจ่าย/(ม./วินาที) | ค่าสัมประสิทธิ์ความไม่สม่ำเสมอของห้อง | ค่าสัมประสิทธิ์ความไม่สม่ำเสมอของเขตทำงาน | $N_a$/(หน่วย/ม.³) | $\overline{N}$/(หน่วย/ม.³) | $N_a$/(อนุภาค/ลิตร) | $\overline{N}$/(อนุภาค/ลิตร) | ระดับมลพิษเยอรมนี $\Psi_a/\Psi_c$ | ระดับมลพิษเขตกระแสหลัก $\Psi_a/\Psi_b$ |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ห้องผ่าตัดสะอาดทั่วไป (30.8 ม.², สูง 3 ม.) | 1.3×2.15=2.8 | การวัด ณ สภาพก่อสร้างแล้วเสร็จ (2 คน) บุคคล 10 คนในสภาพพักผ่อน | 20 | 1 848 | 0.18 | 1.08 | 0.48 | 28.0 | 63.1 | 13.9 | 31.3 | 0.76 | 0.57 |
| ห้องผ่าตัดสะอาดทั่วไป (30.8 ม.², สูง 3 ม.) | 1.3×2.15=2.8 | การวัด ณ สภาพก่อสร้างแล้วเสร็จ (2 คน) บุคคล 10 คนในสภาพพักผ่อน | 20 | 1 848 | 0.18 | 1.08 | 0.48 | 46.7 | 105.2 | 32.6 | 73.9 | 0.76 | 0.57 |
| ห้องผ่าตัดสะอาดทั่วไป (18.9 ม.², สูง 3 ม.) | 1×1=1 | การวัด ณ สภาพก่อสร้างแล้วเสร็จ (2 คน) บุคคล 6 คนในสภาพพักผ่อน | 15 | 851 | 0.24 | 1.1 | 0.76 | 72.0 | 104.2 | 36.5 | 52.8 | 0.48 | 0.29 |
| ห้องผ่าตัดสะอาดทั่วไป (18.9 ม.², สูง 3 ม.) | 1×1=1 | การวัด ณ สภาพก่อสร้างแล้วเสร็จ (2 คน) บุคคล 6 คนในสภาพพักผ่อน | 15 | 851 | 0.24 | 1.1 | 0.76 | 96.5 | 139.7 | 54.7 | 79.2 | 0.48 | 0.29 |
| ห้องผ่าตัดสะอาด (30.8 ม.², สูง 3 ม.) | 1.8×3=5.4 | การวัด ณ สภาพก่อสร้างแล้วเสร็จ (2 คน) บุคคล 11 คนในสภาพพักผ่อน | 30 | 2 772 | 0.14 | 0.84 | 0.37 | 14.4 | 32.7 | 7.0 | 16.0 | 0.37 | 0.21 |
| ห้องผ่าตัดสะอาด (30.8 ม.², สูง 3 ม.) | 1.8×3=5.4 | การวัด ณ สภาพก่อสร้างแล้วเสร็จ (2 คน) บุคคล 11 คนในสภาพพักผ่อน | 30 | 2 772 | 0.14 | 0.84 | 0.37 | 26.4 | 60.0 | 14.9 | 33.8 | 0.37 | 0.21 |
| ห้องผ่าตัดสะอาดพิเศษ (37.8 ม.², สูง 3 ม.) | 2.4×3=7.2 | การวัด ณ สภาพก่อสร้างแล้วเสร็จ (2 คน) บุคคล 12 คนในสภาพพักผ่อน | 110 | 12 441 | 0.48 | 0.61 | 0.27 | 2.6 | 6.0 | 1.3 | 3.0 | 0.27 | 0.17 |
| ห้องผ่าตัดสะอาดพิเศษ (37.8 ม.², สูง 3 ม.) | 2.4×3=7.2 | การวัด ณ สภาพก่อสร้างแล้วเสร็จ (2 คน) บุคคล 12 คนในสภาพพักผ่อน | 110 | 12 441 | 0.48 | 0.61 | 0.27 | 4.6 | 10.6 | 3.4 | 7.8 | 0.27 | 0.17 |
หมายเหตุ: $N_a$——ความเข้มข้นแบคทีเรียเฉลี่ยในเขตทำงาน; $\overline{N}$——ความเข้มข้นแบคทีเรียเฉลี่ยในห้อง; $N_a$——ความเข้มข้นฝุ่นเฉลี่ยในเขตทำงาน; $\overline{N}$——ความเข้มข้นฝุ่นเฉลี่ยในห้อง
I.3.6 เอกสารอ้างอิง
[1] Esdorn H, Nouri Z. Vergleichsuntersuchungen über Luft füh rungssysteme mit Mischströmung in Operationsräumen. In Operationsraum HLH28(1977)Nr 4.
[2] Shen Jinming. มาตรฐานโรงพยาบาลเยอรมนีและการออกแบบห้องผ่าตัด HV&AC, 2000,30(2):33.
[3] คณะจัดทำมาตรการเทคนิคความสะอาดอากาศ. มาตรการเทคนิคความสะอาดอากาศ. ปักกิ่ง: สำนักพิมพ์สถาปัตยกรรมและการก่อสร้างจีน, 1979.
[4] Xu Zhonglin. วิธีการคำนวณการแพร่กระจายไม่สม่ำเสมอในห้องสะอาด. รายงานการประชุมสถาปนาคณะกรรมการวิชาชีพ HVAC ของสมาคมสถาปัตยกรรม. 1978. [5] YFB 001-1995 ข้อกำหนดเทคนิคทางสถาปัตยกรรมสำหรับแผนกห้องผ่าตัดสะอาดของโรงพยาบาลทหาร
[6] Mei Zili (บรรณาธิการ). การออกแบบระบบปรับอากาศสำหรับอาคารทางการแพทย์. ปักกิ่ง: สำนักพิมพ์สถาปัตยกรรมและการก่อสร้างจีน, 1991.
[7] Xu Zhonglin. หลักการเทคโนโลยีความสะอาดอากาศ. เซี่ยงไฮ้: สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยตงจี้, 1998.
[8] Xu Zhonglin, Zhang Yizhao, Zhang Yanguo, และคณะ. การศึกษากลไกและลักษณะของรูปแบบการกระจายกระแสอากาศรูปแบบใหม่ในพื้นที่สะอาด. HV&AC, 2000,30(3):1-7.
[9] Xu Zhonglin (บรรณาธิการ). การออกแบบห้องสะอาด. ปักกิ่ง: สำนักพิมพ์วิทยาแผ่นดินไหว, 1994.