4.3.1 อิทธิพลของอัตราการเปลี่ยนอากาศ

ในการทำให้ห้องสะอาดมีระดับความสะอาดและระดับความปราศจากเชื้อตามที่กำหนด จำเป็นต้องมีปริมาณอากาศจ่ายที่แน่นอน รวมถึงอัตราการเปลี่ยนอากาศและเวลาทำความสะอาดตัวเองที่กำหนดด้วย อัตราการเปลี่ยนอากาศเป็นดัชนีที่ห้องผ่าตัดสะอาดและห้องสนับสนุนสะอาด—ยกเว้นห้องผ่าตัดคลาส Ⅰ และห้องสนับสนุนสะอาดคลาส Ⅰ—ต้องเป็นไปตาม เพื่อรับประกันความสะอาดตามที่ต้องการและไม่ให้เวลาทำความสะอาดตัวเองเกินกว่าที่กำหนด สามดัชนีทางเทคนิคนี้มีความสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน อย่างไรก็ตาม ในการปฏิบัติงานวิศวกรรมจริง เพื่อให้ได้ระดับความสะอาดที่สูงขึ้น (เป็นไปตามข้อกำหนด) มักจะเพิ่มปริมาณอากาศจ่าย ซึ่งทำให้การลงทุนเริ่มต้นเพิ่มขึ้นโดยไม่รู้ตัว และเพิ่มค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานรายวัน ดังนั้น ข้อกำหนดนี้จึงกำหนดขีดจำกัดบนและล่างของอัตราการเปลี่ยนอากาศ ปริมาณอากาศจ่ายทั้งหมด (กล่าวคือ อัตราการเปลี่ยนอากาศ) มีความสัมพันธ์กับปริมาตรห้อง ภาระรวมภายในห้อง จำนวนผู้เข้าร่วมการผ่าตัดในห้อง การเกิดฝุ่นจากเสื้อผ้า เป็นต้น อัตราการเปลี่ยนอากาศในข้อกำหนดได้พิจารณาช่วงการเปลี่ยนแปลงที่แน่นอนของเงื่อนไขเหล่านี้แล้ว โดยทั่วไปจะเป็นไปตามข้อกำหนดได้ เว้นแต่เงื่อนไขจะเปลี่ยนแปลงมากเกินไป

อัตราการเปลี่ยนอากาศเป็นดัชนีที่สำคัญที่สุดที่กำหนดระดับความสะอาดในห้องสะอาดแบบไหลปั่นป่วน ซึ่งรวมถึงห้องผ่าตัดสะอาดคลาส Ⅱ, Ⅲ และ Ⅳ และห้องสนับสนุนสะอาดทุกคลาส

ภายในช่วงการปฏิบัติจริง ความสะอาดจะดีขึ้นเมื่ออัตราการเปลี่ยนอากาศเพิ่มขึ้น รูปที่ 4.4 แสดงความสัมพันธ์ระหว่างอัตราการเปลี่ยนอากาศกับความเข้มข้นฝุ่นภายในห้อง เป็นเส้นตรงบนกระดาษล็อก-ล็อก (สมมติว่าอนุภาคกระจายตัวสม่ำเสมอในห้อง) และเป็นเส้นประ (ในความเป็นจริง อนุภาคกระจายตัวไม่สม่ำเสมอในห้อง)

รูปที่ 4.4 การเปรียบเทียบความเข้มข้นที่คำนวณได้จากแบบจำลองการกระจายตัวสองแบบกับความเข้มข้นที่วัดได้

ในรูปที่ 4.4 เส้นตรง A เป็นผลลัพธ์การคำนวณสภาพนิ่งตามทฤษฎีการกระจายตัวสม่ำเสมอ เส้นประ B เป็นผลลัพธ์การวัดสภาพนิ่ง เส้นประ C เป็นผลลัพธ์การคำนวณสภาพนิ่งตามทฤษฎีการกระจายตัวไม่สม่ำเสมอ เส้นประ D เป็นผลลัพธ์การคำนวณสภาพนิ่งตามการกระจายตัวไม่สม่ำเสมอสำหรับอัตราการเปลี่ยนอากาศที่เกิน 100 ครั้ง/ชั่วโมง

รูปที่ 4.5 แสดงเส้นโค้งความสัมพันธ์ระหว่างอัตราการเปลี่ยนอากาศกับระดับความสะอาดในห้องสะอาดแบบไหลปั่นป่วน ภายใต้สภาพนิ่ง (ไม่มีการผ่าตัด) และสภาพพลวัติ (มีการผ่าตัด) ที่เผยแพร่ในต่างประเทศ ดังที่เห็นได้จากรูป ยิ่งอัตราการเปลี่ยนอากาศมาก ระดับความสะอาดก็ยิ่งสูง

อัตราการเปลี่ยนอากาศสามารถหาได้จากสูตร โดยอ้างอิงจากระดับความสะอาดอากาศที่ต้องการ จำนวนคนในห้อง พื้นที่ห้อง การเกิดฝุ่นอื่นๆ ภายในห้อง และอัตราส่วนอากาศใหม่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งภายใต้สภาพพลวัติ ต้องทำการคำนวณตามเงื่อนไขเฉพาะ

เนื่องจากต้องการให้ได้ระดับความสะอาดภายใต้สภาพนิ่ง ควรกำหนดอัตราการเปลี่ยนอากาศขั้นต่ำอย่างไร ดังที่เห็นได้จากเส้น C ในรูปที่ 4-4 ที่อัตราการเปลี่ยนอากาศ 20 ครั้ง/ชั่วโมง ความเข้มข้นฝุ่นภายในห้องคือ 40 อนุภาค/ลิตร กล่าวคือ ถึงคลาส 10 000; แม้จะมีอัตราการเปลี่ยนอากาศต่ำกว่า 10 ครั้ง/ชั่วโมง ก็ยังสามารถ รูปที่ 4.5 ความสัมพันธ์ระหว่างอัตราการเปลี่ยนอากาศกับระดับความสะอาดในห้องสะอาดแบบไหลปั่นป่วน ไปถึงคลาส 100 000 ได้

รูปที่ 4.4 และ 4.5 มีความสอดคล้องกันโดยพื้นฐาน จากเส้นโค้งสภาพนิ่ง สามารถเห็นได้ว่าที่อัตราการเปลี่ยนอากาศ 20 ครั้ง ความสะอาดจะแย่กว่าคลาส 1 000 เพียงเล็กน้อย

ดังนั้นจึงเห็นได้ว่าภายใต้สภาพนิ่ง อัตราการเปลี่ยนอากาศที่ต้องการเพื่อให้ได้ระดับต่างๆ อาจแตกต่างกันมาก และค่าสัมบูรณ์อาจค่อนข้างต่ำ ยิ่งไปกว่านั้น อัตราการเปลี่ยนอากาศที่นำมาใช้จริงมักจะถูกเพิ่มขึ้นมากกว่าค่าที่กำหนดในข้อกำหนด ดังนั้น ในฐานะมาตรฐาน ควรกำหนดค่าที่สมเหตุสมผลและเน้นความปลอดภัยเล็กน้อยสำหรับพารามิเตอร์ที่สำคัญที่สุดที่รับประกันความสะอาด—อัตราการเปลี่ยนอากาศ—เพื่อให้การปฏิบัติตามจะเป็นไปตามข้อกำหนดโดยพื้นฐาน

[เอกสารอ้างอิง] เนื่องจากแนวทางทางเทคนิคในการจัดทำ ข้อกำหนด มีการเปลี่ยนแปลงอย่างมาก—ประการแรก ได้นำรูปแบบเทคนิคขั้นสูงระดับนานาชาติมาใช้ ประการที่สอง ได้อ้างอิงผลงานวิจัยในประเทศจำนวนมาก ซึ่งทั้งหมดได้รับการพิสูจน์ว่าประสบความสำเร็จผ่านการประยุกต์ใช้ในงานวิศวกรรมมานานหลายปี—ปริมาณอากาศจ่ายหรืออัตราการเปลี่ยนอากาศจึงแตกต่างจากในอดีต อย่างไรก็ตาม ผลลัพธ์สุดท้ายใกล้เคียงกับประเทศที่พัฒนาแล้ว เช่น สหราชอาณาจักร สหรัฐอเมริกา และเยอรมนีมาก ในขณะที่แตกต่างจากข้อกำหนดจีนอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องบ้าง ดังแสดงในตารางที่ 4.3

ตารางที่ 4.3　การเปรียบเทียบอัตราการเปลี่ยนอากาศของห้องสะอาดในมาตรฐานต่างๆ

คลาส ชื่อห้องผ่าตัด ระดับความสะอาดของพื้นที่ผ่าตัด มาตรฐานการก่อสร้างและข้อกำหนดทางเทคนิคสถาปัตยกรรมสำหรับแผนกผ่าตัดสะอาดในโรงพยาบาล ข้อกำหนดทางเทคนิคสถาปัตยกรรมสำหรับแผนกผ่าตัดสะอาดของโรงพยาบาลทหาร ข้อกำหนดการออกแบบห้องสะอาด
Ⅰ ห้องผ่าตัดสะอาดพิเศษ 100 0.25～0.3m/s 0.3～0.35m/s 0.2～0.5m/s
Ⅱ ห้องผ่าตัดสะอาดมาตรฐาน 1 000 30～36h⁻¹ ≥55h⁻¹ 50～60h⁻¹
Ⅲ ห้องผ่าตัดสะอาดทั่วไป 10 000 18～22h⁻¹ ≥30h⁻¹ 20～25h⁻¹
Ⅲ ห้องผ่าตัดสะอาดทั่วไป 100 000 ≥20h⁻¹ 15h⁻¹
Ⅳ ห้องผ่าตัดกึ่งสะอาด 300 000 12～15h⁻¹

หมายเหตุ: ห้องสะอาดคลาส 100 แสดงในรูปของความเร็วอากาศหน้าตัด ในขณะที่ห้องสะอาดคลาสอื่นๆ แสดงในรูปของอัตราการเปลี่ยนอากาศ

4.3.2 ค่าอัตราการเปลี่ยนอากาศ

สำหรับอัตราการเปลี่ยนถ่ายอากาศ มาตรฐานในอดีตทั้งหมดกำหนดเฉพาะค่าขีดจำกัดล่าง เช่น 25 ครั้ง/ชม. สำหรับคลาส 10,000 และ 15 ครั้ง/ชม. สำหรับคลาส 100,000 ฯลฯ ในงานวิศวกรรมจริง เพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนด ค่าเหล่านี้ถูกเพิ่มขึ้นหลายเท่า ส่งผลให้เกิดการสิ้นเปลืองอย่างมาก ที่จริงแล้ว แม้อัตราการเปลี่ยนถ่ายอากาศเช่น 25 และ 15 ก็ถูกมุ่งหมายไว้สำหรับสภาวะพลวัต ในขณะที่ปัจจุบันการทดสอบทั้งหมดทำในสภาวะว่างเปล่าหรือสภาวะสถิต ผลจึงทำให้ระดับความสะอาดดีขึ้นหนึ่งถึงสองระดับ กล่าวอีกนัยหนึ่ง ค่าเช่น 25 และ 15 ก็เพียงพอแล้ว เมื่อพิจารณาถึงอัตราการเปลี่ยนถ่ายอากาศเพื่อชำระล้างตนเอง (รายละเอียดจะกล่าวต่อไป) ข้อกำหนด ได้เพิ่มค่าสำหรับห้องผ่าตัดเล็กน้อย ในขณะที่ลดค่าสำหรับห้องสนับสนุนสะอาดลงเล็กน้อยโดยพิจารณาจากสภาวะสถิตของห้องเหล่านั้น และกำหนดขีดจำกัดบนไว้ที่ประมาณ 1.2 เท่า

สำหรับข้อกำหนดระดับความสะอาดเดียวกัน อาจมีอัตราการเปลี่ยนถ่ายอากาศที่แตกต่างกันได้ ตามการคำนวณทางทฤษฎีโดยอ้างอิงการวัดจริง ในสภาวะสถิต คลาส 100,000 อาจต่ำได้ถึงน้อยกว่า 10 ครั้ง และคลาส 10,000 อาจต่ำกว่า 15 ครั้ง แม้ว่ามาตรฐานนี้อ้างอิงจากสภาวะสถิตหรือสภาพที่ก่อสร้างแล้วเสร็จ (ว่างเปล่า) แต่ไม่สามารถพิจารณาอัตราการเปลี่ยนถ่ายอากาศเพียงในแง่ของระดับความสะอาดในสภาวะสถิตได้ เนื่องจากอัตราการเปลี่ยนถ่ายอากาศควรทำหน้าที่สองอย่าง: อย่างหนึ่งคือรับประกันระดับความสะอาด และอีกอย่างหนึ่งคือรับประกันเวลาชำระล้างตนเอง ซึ่งประการหลังมักถูกมองข้าม เวลาชำระล้างตนเองมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการกำหนดว่าจะต้องเปิดระบบล่วงหน้าเร็วเพียงใดในตอนเช้าเมื่อไม่มีพัดลมสำรอง อย่างไรก็ตาม หากเวลาชำระล้างตนเองนาน ก็จะต้องเลื่อนเวลาเปิดระบบให้เร็วขึ้นมาก ซึ่งเป็นการสิ้นเปลือง สำหรับห้องผ่าตัดยังมีอีกหน้าที่หนึ่ง: ใช้กำหนดว่าจะสามารถเริ่มการผ่าตัดครั้งที่สองได้เมื่อใดหลังจากการผ่าตัดครั้งแรกสิ้นสุดลง หากจำเป็นต้องใช้เวลาชำระล้างตนเองนานก่อนเริ่มการผ่าตัด แน่นอนว่าจะทำให้การผ่าตัดล่าช้าและลดประสิทธิภาพการหมุนเวียนการใช้ห้องผ่าตัด ดังนั้นเวลาชำระล้างตนเองยิ่งสั้นยิ่งดี แต่หากสั้นเกินไป อัตราการเปลี่ยนถ่ายอากาศก็จำเป็นต้องเพิ่มขึ้นอย่างมากอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ ซึ่งก็ไม่สมจริงเช่นกัน หลังจากการศึกษาสำรวจ ข้อกำหนดได้กำหนดว่า สำหรับห้องผ่าตัดคลาส Ⅰ ที่มีบริเวณเฉพาะที่เป็นคลาส 100 เนื่องจากใช้เป็นหลักสำหรับการผ่าตัดที่มีผลชี้ขาดต่อชีวิต ควรมีเวลาชำระล้างตนเองไม่เกิน 15 นาที; สำหรับคลาส 10,000 ไม่เกิน 25 นาที; สำหรับคลาส 100,000 ไม่เกิน 30 นาที; และสำหรับห้องผ่าตัดกึ่งสะอาดคลาส 300,000 ไม่เกิน 40 นาทีก็ยอมรับได้ จากมุมมองของการเปิดระบบตอนเช้า การเปิดล่วงหน้า 40 นาทีถือว่าไม่มากเกินไป หากเกิน 1 ชั่วโมง ก็จะ นานเกินไป

ตามหลักการข้างต้น สามารถคำนวณอัตราการเปลี่ยนถ่ายอากาศได้ตามที่ระบุไว้ในตารางของข้อกำหนด นี่คือ “อัตราการเปลี่ยนถ่ายอากาศเพื่อชำระล้างตนเอง” ซึ่งพิจารณาเวลาชำระล้างตนเอง และนี่ยังเป็นแนวทางที่นำไปใช้ในมาตรฐานทหารจีนสำหรับแผนกผ่าตัดสะอาดด้วย อย่างไรก็ตาม ในทางปฏิบัติมักมีการเติมค่าเผื่อความปลอดภัยซ้ำแล้วซ้ำอีก โดยในบางกรณีอัตราการเปลี่ยนถ่ายอากาศเพิ่มขึ้นหนึ่งเท่าถึงหลายเท่า ซึ่งถือเป็นการสิ้นเปลืองอย่างยิ่ง ดังนั้น “ข้อกำหนด” จึงกำหนดเป็นช่วง โดยรักษาช่วงห่างระหว่างขีดจำกัดบนและขีดจำกัดล่างให้อยู่ภายใน 1.2 เท่า

【อ้างอิง】 “ข้อกำหนด” กำหนดจำนวนผู้ครอบครองในการออกแบบของห้องผ่าตัดไว้ดังนี้: ขนาดใหญ่พิเศษ 12 คน ขนาดใหญ่ 10 คน ขนาดกลาง 8 คน และขนาดเล็ก 6 คน ในขณะเดียวกัน เพื่อยับยั้งการแสวงหาขนาดใหญ่ขึ้นโดยไม่จำเป็น จึงกำหนดขีดจำกัดบนและล่างของพื้นที่ใช้สอย และในกรณีที่ต้องขยายขนาดเพื่อความต้องการพิเศษ อนุญาตให้มีขนาดเกินขีดจำกัดบนได้ถึง 1.25 เท่า ซึ่งทำให้ใกล้เคียงกับมาตรฐานญี่ปุ่นและสูงกว่ามาตรฐานทหาร