Eksperimentell studie på en ny luftstrømfordelingsmetode for menneskelig nærmiljø i operasjonsstue

Abstract

Denne masteroppgaven undersøker effekten av luftstrømfordelingsmetode på det menneskelige nærmiljøet i operasjonssalene. Det overordnede målet for den nye metoden er å redusere antall pasienter som får infeksjon etter operasjon. Oppgaven er delt inn i to deloppgaver, og begge har sitt eget sett med eksperimenter. I deloppgave 1 studeres en ny luftstrømfordelingsmetode, den ringformede strålen. I deloppgave 2 er innflytelsen fra pasientens varmeutslipp på luftstrømfordelingsmetoden, studert.

En prototype ble bygget for den eksperimentelle delen av denne oppgaven, som består av en ringformet stråle med kirurgiske lys i midten. Den ringformede strålen har en gjennomsnittlig ytre diameter, Do = 48,5 cm, og en spalteåpning på ca. 5 mm. Plasseringen av sammenslåingspunkt ble funnet omtrent 2.1Do nedstrøms, som er i samsvar med litteraturstudiet. Koaksialstrålen ble undersøkt for sammenligning, og ble funnet å fusjonere lengre nedstrøms enn den ringformede strålen. Ytterligere eksperimenter på den nye luftstrømfordelingsmetoden kan derfor utføres med en kombinasjon av den ringformede og koaksiale strålen, hvor interne stråler plasseres ved siden av kirurgiske lys. For å forlenge lengden til sammenslåingspunktet.

Det kirurgiske området ble valgt som et kvadrat på 0,2·0,2 m² over mageområdet. Konveksjonsvarmen ble beregnet som 2,4 W, når mageområdet ble forenklet som en flat plate. Et forsøk på å beskrive den termiske varmestrålen i det menneskelige nærmiljøet, med punktildemetoden, ble utført og mislykket. Termisk varmestråle over mageområdet nådde ikke en fullt utviklet tilstand for den målte høyden på 37 cm, og punktkildemetoden kan bare brukes til å beskrive en fullt utviklet varmestråle. Videre arbeid på termiske stråler i det menneskelige nærmiljøet bør fokusere på den utviklende stråle.

Eksperimenter ble utført for den nye luftstrømfordelingsmetoden i det menneskelige nærmiljøet, for en termisk dukke i liggende stilling. Resultatene viser at de termiske strålene hadde større innvirkning på horisontalstrømmen enn strømmen vippet 45 ° over horisontal. En tiltet posisjon for den ringformede strålen er derfor foretrukket.

Denne studien har flere begrensninger. Hastighetsmålerne forstyrrer både luftstrømfordelingen og kan ikke måle retning og lave hastigheter. 0,15 m/s og 0,05 m/s er de nedre grensene. En del informasjon er derfor tapt i forsøkene, for eksempel plassering av tilbakestrømming og luftstrømgrensen.

This master thesis investigates the effect of room airflow distribution on the human-centric environment in operating rooms. The overall goal for the new method is reduce the number of patients acquiring surgical-site infection. The assignment is divided into two subobjectives and both has its own set of experiments. In subobjective 1, a new airflow distribution method, the annular jet, is studied. In subjective 2 is the influence from the patients heat emission, on the airflow distribution method, studied.

A prototype was built for the experimental part of this thesis, which consists of an annular jet with surgical lights in the centre. The annular jet has an average outer diameter, Do = 48.5 cm and an annular slit is opening of approximately 5 mm. The location of reattachment was found at approximately 2.1Do downstream, which is in agreement with the literature review. The coaxial jet was investigated for comparison and, was found to merge further downstream. Further experiments on the new airflow distribution method could therefore be conducted with a combination of the annular and coaxial jet, where internal jets are placed adjacent to the surgical lights. In order to extend the length to the reattachment point.

The surgical area was chosen as a square of 0.2·0.2m² on the stomach. The heat emission was calculated as 2.4 W, when simplifying the stomach area to a flat plate. An attempt to describe the thermal plume in the human-centric environment, with the point heat source method, was conducted and unsuccessful. The thermal plume above the stomach area did not reach a fully developed state for the measured height of 37 cm and, the point heat source method can only be used to describe a fully developed plume. Further work on the thermal plume in the human centric environment should focus on the developing plume region.

Experiments was conducted for the new airflow distribution method in the human-centric environment, for a thermal manikin in supine position. The results show that the thermal plumes had a larger impact on the horizontal flow, than the flow tilted 45° above horizontal. A tilted position for the annular jet is therefore preferred.

This study has multiple limitations. The velocity measurement devices both disturb the airflow distribution and is unable to measure direction and low velocities. 0.15 m/s and 0.05 m/s are the lower limits. Some information is therefore lost in the experiments, such as location of backflow and the jet boundary.