Ламинарный поток: Влияние геометрии хирургических светильников

Для предотвращения попадания инфекции в рану пациента во время хирургического вмешательства в операционных устанавливаются специальные системы приточной вентиляции, находящуюся под потолочным пространством. Одной из главных причин искажения потока воздуха, выходящего из системы вентиляции, признаны потолочные хирургические светильники. Изготовители операционных светильников работают над этой проблемой, разрабатывая более обтекаемые конструкции ламп. Можно узнать влияние геометрии светильников на поток воздуха, создаваемого ламинаром.

Ламинарный поток над оперируемой областью образуется при подаче воздуха в операционную через специальное устройство — медицинский ламинарный стерилизатор воздуха. Очищенный поток воздуха от ламинара защищает рану пациента от попадания бактерий. Хирургические светильники монтируются между ламинаром и операционным столом, за фальшь потолком, имеют различные конструкции, поэтому важно знать какое влияние они оказывают на поток воздуха, не создают ли турбулентных завихрений.

Для определения фактора влияния используются два так называемых индекса "ламинарного потока" – LAF(англ. «LaminarAirFlow») ЛПВ: индекс по Леенеманну и индекс по Оостландеру . Эти индексы определяют степень воздействия предметов внутри ламинара на воздушный поток.

Индекс по Леенеманну зависит от площади операционного светильника, светоотдачи и объема выделения теплоты. Индекс по Оостландеру получается из индекса по Леенеманну. Этот индекс учитывает геометрию светильника и его аэродинамические характеристики. Метод вычисления коэффициента формы светильника до сих пор еще не определен, поэтому на практике коэффициент берется равным 1.

Рисунок 1. Камера для определения индекса ламинарного потока

Различные формы операционных светильников

В данной работе исследовались три формы операционных светильников: светильник классической формы; полуоткрытый светильник, а также открытый светильник. Фотографии светильников представлены ниже (см. рис 2). Купол подвешивался к потолку при помощи тонкой стальной нити.

Рисунок 2. Формы операционных светильников

Вычисление индекса ЛПВ

Формула для расчета индекса по Леенеманну:

LL=P*AG*E^2

где LL - индекс по Леенеманну; P - мощность лампы, Вт; AG - площадь поверхности светильника, см2 ; E - освещенность, кЛк.

Таким образом, не принимая в расчет световые и тепловые величины, получаем следующее тождественное равенство:

LL~L0~AG

где LL - индекс по Леенеманну; L0 - индекс по Оостландеру; AG - площадь поверхности светильника, см2 .

Известен также метод определения влияния светильника на воздушный поток при помощи оценки распространения дыма в операционной. Для этого подсчитывают количество загрязняющих частиц, попавших в ходе опыта на хирургический стол.

Рисунок. 3. Распространение загрязняющих веществ в задымленной операционной при включении вентиляции (временной интервал между кадрами 3,3 с)

Ниже представлены фотографии 2 эксперимента с использованием непрерывного источника дыма, находящегося на полу. Полученные фотографии позволяют четко определить структуру потока. Для определения объема чистого участка в помещении данные с фотографии были усреднены. Результат изображены на рисунке 5.

Рисунок 4. Распространение загрязняющих веществ при непрерывном задымлении

Рисунок 5. Усредненная концентрация дыма, от непрерывного источника, расположенного на полу, для различных светильников

Таким образом, на ламинарный поток в операционных оказывают следующие влияние:

• форма светильника;
• объем выработки теплоты;
• фокусное расстояние;
• площадь поверхности светильника;
• светоотдача.

Данные полученные в результате расчетов позволяют определить влияние определенной модели светильника на ламинарный поток в операционной.