Luchtstromingen in de operatiekamer

Luchtstromingen

in de operatiekamer modelleren en meten

Afstudeerverslag Ir. S.A.M van den Heijkant S0373037 Faculteit Bouwkunde Installatietechnologie Technische Universiteit Eindhoven Begeleidingscommissie: Prof. dr. ir. J.L.M. Hensen (TU/e) Dr. ir. M.G.L.C. Loomans (TU/e) Ing. W. Zoon (TU/e, Deerns) Datum: 6 februari 2007

Luchtstromingen in operatiekamers meten en modelleren

Silvia van den Heijkant 2

Samenvatting Om tijdens het ontwerp van een operatiekamer inzicht te krijgen in de luchtstromingen die optreden in de ruimte, wordt tegenwoordig steeds meer gebruik gemaakt van Computational Fluid Dynamics (CFD) simulaties. Er worden echter op dit moment nog weinig metingen verricht die tot doel hebben het verifiëren van deze CFD berekeningen. Hierdoor bestaat het risico dat de gevraagde luchtkwaliteitseisen niet worden gehaald en blijven leermomenten onbenut. De doelstelling van dit onderzoek is dan ook: Het valideren van CFD berekeningen van operatiekamers ten behoeve van kwaliteitsbewaking, van de CFD simulaties enerzijds en de luchtkwaliteit in operatiekamer anderzijds. De validatie wordt uitgevoerd aan de hand van de VDI 2167. In deze norm wordt de inrichting van de operatiekamer beschreven en een methode om de protectieklasse van een operatiekamer te bepalen. De protectieklasse geeft aan hoe schoon het operatiegebied blijft wanneer op bepaalde posities in de ruimte deeltjes worden losgelaten. In Nederland is voor zover bekend nog geen ervaring opgedaan met deze norm, wat leidt tot de volgende subdoelen: Ervaring opdoen met het toepassen van de VDI 2167

Toetsen van de bruikbaarheid van de VDI 2167 ten behoeve van het vergelijken van meet- en

simulatieresultaten. Tijdens het onderzoek zijn de volgende stappen gevolgd: Vaststellen uitgangspunten De uitgangspunten zijn zoveel mogelijk gebaseerd op de VDI 2167. Overige uitgangspunten zijn gebaseerd op voorschriften uit de Bouwmaatstaven voor operatieafdelingen (College bouw ziekenhuisvoorzieningen, 2004). CFD modellering 1 Deze eerste simulaties hebben tot doel een beeld te krijgen van de luchtstromingen in de ruimte. Op basis van deze simulatie resultaten worden de posities van de luchtsnelheid- en temperatuurmeters bepaald. Metingen De metingen zijn verricht in een proefkamer, gebruik makend van een 1T en 3T plenum. Er zijn drie soorten metingen verricht:

1. het vastleggen van de randvoorwaarden 2. deeltjesmetingen (alleen bij het 1T plenum) 3. luchtsnelheid- en temperatuurmetingen

Voor de deeltjesmetingen was geen deeltjesgenerator beschikbaar, zoals voorgeschreven in de VDI 2167. De deeltjes zijn losgelaten uit rookstaafjes, waarna in het operatiegebied en bij 1 afvoerrooster is bepaald hoeveel deeltjes daar terecht komen. Op basis van deze gegevens kan geen protectieklasse worden bepaald. Wel is gekeken naar de verhouding deeltjes op de verschillende posities. CFD modellering 2 Op basis van de gemeten randvoorwaarden zijn de eerste CFD modellen bijgesteld Het betreft aanpassingen met betrekking tot de inblaassnelheden, afzuigdebieten en afgegeven vermogens van dummy’s en verlichting. Het doel hiervan is de uitgangspunten voor de simulaties in overeenstemming te brengen met de metingen, zodat hierdoor geen verschillen in de resultaten ontstaan. Er is een model gemaakt voor het 1T plenum en één voor het 3T plenum. Voor beide modellen zijn op de meetposities de luchtsnelheid c.q. luchttemperatuur bepaald. Daarnaast zijn in beide modellen deeltjes losgelaten conform de metingen. Vergelijking en analyse van de resultaten De deeltjestellingen, oppervlakte temperaturen luchtsnelheden en luchttemperaturen van de metingen en simulaties zijn met elkaar vergeleken. Geconcludeerd kan worden dat de VDI 2167 een goede basis biedt voor het opstellen van een validatie methodiek. Tijdens het doorlopen van alle stappen is een aantal aandachtspunten naar voor gekomen, die als input kunnen dienen voor het verder ontwikkelen van een standaard op dit gebied. Het betreft onder andere: de eigenschappen van de deeltjes, het model waarmee deeltjes gemodelleerd worden en het aggregatieniveau van de berekende protectieklassen.



Inhoudsopgave

SAMENVATTING 2

1. INLEIDING 6

2. AANPAK 9

2.1. Stappen 9

2.2. Metingen 10 2.2.1. Opstelling 10 2.2.2. Deeltjesmetingen 11

2.3. Simulaties 14 2.3.1. Gebruikte Fluent modellen 15

3. METINGEN 16

3.1. Meetresultaten 1T plenum 16 3.1.1. Vastleggen randvoorwaarden 16 3.1.2. Deeltjes metingen 18 3.1.3. Luchtsnelheden en temperaturen 20

3.2. Meetresultaten 3T plenum 24 3.2.1. Vastleggen randvoorwaarden 24 3.2.2. Luchtsnelheden en temperaturen 26

3.3. Conclusies 28 3.3.1. Ervaring met VDI 2167 28 3.3.2. Resultaten metingen 29

4. SIMULATIES 30

4.1. Randvoorwaarden 30

4.2. Simulatieresultaten 30 4.2.1. 1T plenum 30 4.2.2. 3T plenum 32

4.3. Conclusies 34

5. VERGELIJKING MODELLEN MET METINGEN 35

5.1. Deeltjes 35

5.2. Oppervlakte temperaturen 36

5.3. Luchtsnelheden en -temperaturen 36

5.4. Conclusies 37

6. CONCLUSIES EN AANBEVELINGEN 38

6.1. Metingen 38



6.2. Simulaties 38

6.3. Validatie 39

7. LITERATUUR 40

BIJLAGE A: MEETOPSTELLING 41

BIJLAGE B: BOUWKUNDIGE TEKENING PROEFKAMER INTERFLOW 42

BIJLAGE C: GEBRUIKTE MEETAPPARATUUR 43

BIJLAGE D: MEETRESULTATEN AFVOERDEBIETEN 1T PLENUM 44

BIJLAGE E: MEETRESULTATEN INBLAASSNELHEDEN 1T PLENUM 45

BIJLAGE F: INFRAROODFOTO’S 1T PLENUM 46

BIJLAGE G: MEETRESULTATEN DEELTJESTELLERS 1T PLENUM 50

BIJLAGE H: EERSTE SIMULATIES 1T PLENUM 56

BIJLAGE I: MEETOPSTELLING 1T PLENUM 60

BIJLAGE J: MEETRESULTATEN LUCHTSNELHEDEN 1T PLENUM 65

BIJLAGE K: MEETRESULTATEN LUCHTTEMPERATUREN 1T PLENUM 66

BIJLAGE L INFRAROODFOTO’S 3T PLENUM 67

BIJLAGE M: EERSTE SIMULATIES 3T PLENUM 71

BIJLAGE N: MEETOPSTELLING 3T PLENUM 75

BIJLAGE O: MEETRESULTATEN LUCHTSNELHEDEN 3T PLENUM 78

BIJLAGE P: MEETRESULTATEN LUCHTTEMPERATUREN 3T PLENUM 79

BIJLAGE Q: SIMULATIERESULTATEN LUCHTSNELHEDEN 1T PLENUM 80

BIJLAGE R: SIMULATIERESULTATEN LUCHTTEMPERATUREN 1T PLENUM 83

BIJLAGE S: SIMULATIERESULTATEN LUCHTSNELHEDEN 3T PLENUM 85

BIJLAGE T: SIMULATIERESULTATEN LUCHTTEMPERATUREN 3T PLENUM 87



BIJLAGE U: SIMULATIERESULTATEN 1T PLENUM MET WARMTEAFGIFTE OPERATIETAFEL 89

BIJLAGE V: SIMULATIERESULTATEN 1T PLENUM MET DEELTJESAFGIFTE BIJ HOOFD DUMMY 90

Validatie CFD modellen van luchtstromingen in operatiekamers


1. Inleiding Om tijdens het ontwerp van een operatiekamer inzicht te krijgen in de luchtstromingen die optreden in de ruimte wordt tegenwoordig steeds meer gebruik gemaakt van Computational Fluid Dynamics (CFD) simulaties. De resultaten bieden het ontwerpteam handvaten voor zowel de bouwkundige invulling van de ruimte als het ontwerp van de installaties. Ze geven een indicatie of de, vaak strenge, luchtkwaliteitseisen worden gehaald. Er worden echter op dit moment nog weinig metingen verricht die tot doel hebben het verifiëren van deze CFD berekeningen. Hierdoor bestaat het risico dat de gevraagde luchtkwaliteitseisen niet worden gehaald en blijven leermomenten onbenut. Dit onderzoek richt zich op het uitvoeren van metingen, met als doel het verifiëren van de CFD simulaties. Ofwel, het doel van dit onderzoek is: Het valideren van CFD berekeningen van operatiekamers ten behoeve van kwaliteitsbewaking, van de CFD simulaties enerzijds en de luchtkwaliteit in de operatiekamer anderzijds. Na formulering van bovenstaande doelstelling ontstond al snel de volgende vraag: Wat voor metingen zijn benodigd om een vergelijking te kunnen maken tussen modellen en metingen?

Getracht is een norm te vinden waarin dit is vastgelegd. In Nederland zijn de eisen die aan een operatiekamer worden gesteld vastgelegd in Bouwmaatstaven voor operatieafdelingen (College bouw ziekenhuisvoorzieningen, 2004). Deze bouwmaatstaven zijn opgesteld door het College bouw ziekenhuisvoorzieningen. Ze bevatten zorginhoudelijke uitgangspunten, basiskwaliteitseisen, voorbeelden van ‘good practice’en financiële uitgangspunten. De basiskwaliteitseisen hebben betrekking op toegankelijkheid, situering en omvang van ruimten waar patiënten toegang toe hebben. De belangrijkste basiskwaliteitseis met betrekking tot de luchtstromingen in de ruimte zijn: • De operatiekamer is uitgerust met een laminair-downflowsysteem met een groot inblaasplenum (8 tot 9 m2).

In bedrijfsomstandigheden met ingeschakelde operatielampen en de aanwezigheid van het operatieteam worden de luchttoevoer en het inblaasprofiel zo gekozen, dat de lucht geen contaminatiebronnen passeert alvorens in het operatiegebied of over de instrumententafel te stromen;

• De luchtsnelheid bedraagt 24 tot 30 (cm/s); • De temperatuur van de ingeblazen lucht is 1 tot 2 (°C) lager dan de omgevingslucht. Het principe van laminaire downflow wordt weergegeven in onderstaande figuur.

Figuur 1. Laminaire downflow (College bouw ziekenhuisvoorzieningen, 2004)

In bovenstaande figuur is te zien dat de lucht uit het plenum via een laminaire stroom op de operatietafel terecht komt. Hierbij vindt zo min mogelijk inmenging plaats met lucht uit de operatiekamer, zodat alleen de schone lucht de operatietafel bereikt. De voorgeschreven inblaastemperatuur en -snelheid zijn erop gericht dit stromingspatroon te handhaven. In onderstaande figuren is te zien wat het effect is van afwijkende inblaascondities.



Figuur 2. Klein temperatuur verschil inblaaslucht-

ruimte en/of lage inblaassnelheid

(College bouw ziekenhuisvoorzieningen, 2004)

Figuur 3. Groot temperatuurverschil inblaaslucht-

ruimte en/of hoge inblaassnelheid

(College bouw ziekenhuisvoorzieningen, 2004)

Het stromingspatroon in de linkerfiguur treedt op wanneer de temperatuur van de inblaaslucht hoger is dan de ruimtetemperatuur. De verse lucht bereikt dan niet meer de operatietafel. Het stromingspatroon in de rechterfiguur treedt op bij een temperatuurverschil tussen inblaaslucht en ruimtelucht van meer dan 2 (°C). Er vindt dan zogenaamde ‘insnoering’ plaats. Aan de zijkanten wordt lucht uit de ruimte gemengd met inblaaslucht. De inblaaslucht kan zo vervuild worden voordat ze de operatietafel bereikt. Metingen in de operatiekamer beperken zich tot controle van de voorgeschreven (bovengenoemde) eisen aangevuld met een luchtbeheersplan. Hiermee geeft de inhoud van de bouwmaatstaven geen antwoord op de vraag wat voor metingen benodigd zijn om een vergelijking te kunnen maken tussen metingen en modellen.

In Europees verband worden normen vastgesteld door de European Committee for Standardization (CEN) (Nicolaas, 2006). De CEN heeft in januari 2005 besloten een nieuwe werkgroep in te stellen: WG13 ‘Ventilation in Hospitals”, met als doel te komen tot een Europese norm op dit gebied. Deelnemers aan de WG13 zijn: Zwitserland, Oostenrijk, Italië, Duitsland, Nederland, Finland, Frankrijk en Noorwegen. Tijdens de oprichtingsvergadering in maart 2005 bleek dat vier landen over een bestaande richtlijn of norm beschikken. Dit zijn; Duitsland DIN-Entwurf 1946-4 en VDI 2167 Zwitserland SWKI 99-3 Oostenrijk Entwurf Önorm H6020:2005-09-01 Nederland Bouwmaatstaven De DIN-Entwurf 1946-4 (DIN 1946-4, 2005) komt in belangrijke mate overeen met de Oostenrijkse en Nederlandse norm. Ze schrijven ontwerprichtlijnen voor als plenumgrootte en inblaassnelheid. De VDI 2167 (VDI 2167, 2004) is gebaseerd op de Zwitserse SWKI 99-33. De norm schrijft niet alleen ontwerprichtlijnen voor, maar geeft ook een methode om de prestatie van de operatiekamer te bepalen (de protectieklasse). De norm die op dit moment het best antwoord geeft op beide vragen voor dit onderzoek is de VDI 2167. De VDI 2167 beschrijft een standaard opstelling in de operatiekamer. Ook staat in deze norm een berekeningsmethode voor de protectie klasse. Dit getal drukt de ‘prestatie’ van de operatiekamer uit in een getal tussen 0 en 5. Alle aspecten met betrekking tot de luchtstromingen in de ruimte worden vertaald naar dit ene getal. Met behulp van de protectie klasse kan het resultaat van de meting worden vergeleken met de simulatie. In de VDI 2167 wordt ook het comfort van het operatieteam meegenomen. In een aantal comfort meetpunten (ter hoogte van de hoofden van het operatieteam) worden de luchtsnelheid, turbulentie intensiteit, luchttemperatuur, geluidsdruk niveau en relatieve vochtigheid gemeten. Voor het bepalen van de mate van comfort wordt verwezen naar de VDI 2083 (VDI 2083, 1996). Het aspect comfort wordt in dit onderzoek niet meegenomen.



In Nederland is, voor zover bekend, op dit moment nog geen ervaring opgedaan met de VDI 2167. Het gebruik van de VDI 2167 om de geformuleerde doelstelling te bereiken leidt tot de volgende subdoelstellingen: Ervaring opdoen met het toepassen van de VDI 2167 Toetsen van de bruikbaarheid van de VDI 2167 ten behoeve van het vergelijken van meet- en

simulatieresultaten.

In het volgende hoofdstuk wordt de aanpak van het onderzoek besproken. De VDI 2167 wordt hierbij als leidraad gebruikt. Vervolgens worden de meetresultaten besproken Daarna komen de simulatieresultaten aan bod. Vervolgens wordt een vergelijking gemaakt tussen simulaties en metingen. Als laatste volgen conclusies en aanbevelingen.



2. Aanpak In dit hoofdstuk wordt de aanpak van het onderzoek beschreven. Eerst wordt puntsgewijs aangegeven welke stappen genomen worden om de doelstellingen te bereiken. Vervolgens wordt nader ingegaan op de metingen die zijn uitgevoerd en de simulaties die zijn gemaakt.

2.1. Stappen Onderstaand wordt puntsgewijs de aanpak van het onderzoek beschreven. Een uitgebreidere beschrijving van de uitgevoerde activiteiten en resultaten komt in de volgende hoofdstukken. Vaststellen uitgangspunten

De uitgangspunten zijn zoveel mogelijk gebaseerd op de VDI 2167. In deze norm zijn de volgende zaken opgenomen: de positie en geometrie van personen, operatietafel en operatielampen en de warmteproductie van personen. Dit vormt de basis voor de inrichting van de ruimte. Overige uitgangspunten (waaronder inblaassnelheden en –temperaturen) zijn gebaseerd op voorschriften uit de Bouwmaatstaven voor operatieafdelingen. CFD modellering 1 Op basis van de uitgangspunten uit de VDI 2167 worden eerste simulaties uitgevoerd. Deze hebben tot doel een beeld te krijgen van de luchtstromingen in de ruimte. Op basis van deze simulatie resultaten worden de posities van de luchtsnelheid- en temperatuurmeters bepaald. Metingen

De metingen worden verricht in een proefkamer. Er kunnen drie soorten metingen worden onderscheiden met ieder een eigen doel: • Randvoorwaarden

Oppervlaktetemperaturen, inblaassnelheden, afzuigdebieten en elektrische vermogens worden gemeten. Deze dienen later als input voor de CFD modellen.

• Deeltjesmetingen Conform de VDI 2167 worden deeltjes in de ruimte losgelaten. Vervolgens wordt op drie punten op de tafel gemeten hoeveel deeltjes hier terecht komen. Op basis van deze meetgegevens wordt de vergelijking tussen metingen in simulaties gemaakt..

• Luchtsnelheid- en temperatuurmetingen Met behulp van luchtsnelheid- en temperatuurmetingen wordt de luchtstroming in de ruimte in beeld gebracht. Deze extra informatie kan worden gebruikt om eventuele verschillen tussen modellen en metingen te verklaren.

CFD modellering 2 In deze stap worden uitgebreidere simulaties uitgevoerd. De gemeten randvoorwaarden, tezamen met de uitgangspunten uit de VDI 2167, worden vertaald in een CFD model. De situaties zoals gemeten worden zo nauwkeurig mogelijk in het model nagebootst. Ook het transport van deeltjes in de proefkamer wordt gesimuleerd. De resultaten van deze simulaties dienen als input voor de vergelijking tussen metingen en simulaties. Vergelijking en analyse van de resultaten In deze stap worden de resultaten van de simulaties en de metingen met elkaar vergeleken. Aan de hand van de deeltjesmetingen wordt vastgesteld in hoeverre beide resultaten overeenkomen. De oorzaken van eventuele verschillen worden verklaard met behulp van de luchtsnelheid- en temperatuurmetingen. Bepaald wordt hoe deze verschillen kunnen worden weggenomen. Conclusies en aanbevelingen

Als laatste stap worden op basis van de bevindingen uit het onderzoek conclusies getrokken en aanbevelingen gedaan.



2.2. Metingen De VDI 2167 heeft als leidraad gediend voor de meetopstelling. Aan de hand van deze norm wordt hier de meetopstelling besproken.

2.2.1. Opstelling

Wanneer aan een ruimte metingen worden verricht conform de VDI 2167, dient hierin een voorgeschreven opstelling te staan. Deze representeert het operatieteam met bijbehorende apparatuur en ziet er als volgt uit.

Figuur 4. Opstelling conform VDI 2167

In de ruimte staan 6 dummy’s opgesteld. Vier staan naast de operatietafel (2 per zijde) en representeren het operatieteam. Een dummy aan het hoofdeinde stelt de (zittende) anesthesist voor. Achter de anesthesist staat de dummy die het anesthesie apparaat voorstelt. Voor al deze dummy’s wordt aangegeven wat de afmetingen en posities zijn en hoeveel warmte ze produceren. Boven de operatietafel hangen twee lampen. Deze dienen volgens de norm hun maximale vermogen te produceren. In de ruimte staan 6 deeltjesverspreiders welke zijn aangesloten op één deeltjesgenerator. De deeltjesgenerator wordt niet weergegeven. Vier van de deeltjesverspreiders bevinden zich op de hoekpunten en 2 tussen het operatieteam. Deze opstelling wordt gebruikt voor het testen van de protectie tegen vervuiling van binnenuit. In een tweede opstelling worden de deeltjesverspreiders die nu tussen de dummy’s staan naar de buitenzijde geplaatst (in lijn met de overige deeltjesverspreiders). Deze opstelling wordt gebruikt voor het bepalen van de protectie tegen externe vervuiling. In dit onderzoek wordt alleen gebruik gemaakt van de meetopstelling, zoals weergegeven in bovenstaande figuur. Op de operatietafel bevinden zich drie meetpunten, hier wordt het aantal



deeltjes geteld. Boven deze meetpunten (ter hoogte van de hoofden van het operatieteam) bevinden zich 3 comfort meetpunten. Om het comfort van het operatieteam te kunnen bepalen dienen de luchtsnelheid, turbulentie intensiteit, luchttemperatuur, geluidsdruk niveau en relatieve vochtigheid gemeten te worden. Voor het bepalen van de mate van comfort wordt verwezen naar de VDI 2083 (VDI 2083, 1996). Het aspect comfort wordt in dit onderzoek beperkt meegenomen. De VDI 2167 heeft gediend als leidraad voor de inrichting van de proefkamer. Om praktische redenen is op sommige punten van deze norm afgeweken. De belangrijkste afwijkingen zijn: • Er is gebruik gemaakt van 1 (grotere) OK lamp in plaats van 2; • De dummy’s hebben een diameter van 46 cm in plaats van 40 (cm). Exacte posities en afmetingen conform de VDI 2167 zijn opgenomen in Bijlage A: Meetopstelling. Deze inrichting van de proefkamer blijft gedurende alle metingen ongewijzigd. In Bijlage B: Bouwkundige tekening proefkamer Interflow zijn de bouwkundige gegevens van ruimte waarin de metingen zijn uitgevoerd opgenomen. De ruimte bevindt zich in het gebouw van Interflow te Wieringerwerf. De ruimte is uitgevoerd als operatiekamer en wordt gebruikt voor meet- en demonstratiedoeleinden. De kamer is ingebouwd in een hal, zodat luchttoe- en afvoerkanalen goed bereikbaar zijn voor eventuele aanpassingen. In de rechter figuur is een gedeelte van de kamer te zien met daarin de meetopstelling conform de VDI 2167.

Figuur 5. Proefkamer Interflow

2.2.2. Deeltjesmetingen

Theorie Wanneer de deeltjesmetingen worden uitgevoerd conform de VDI 2167 kan hieruit de zogenaamde protectieklasse van de ruimte worden beschreven. Deze berekening staat ook in de norm. De formule hiervoor is als volgt:

)/log( refxx CCSG −= (1)

Met: Cx = Deeltjes concentratie in meetpunt X (P/ft3) Cref = Referentie deeltjes concentratie (P/ft3) De waarde van de protectie klasse varieert in theorie tussen 5 (uitstekend) tot 0 (buitengewoon slecht). Een waarde nul betekent dat Cx=Cref. Een waarde 5 betekent dat Cx=1*10-5*Cref. De referentie deeltjes concentratie kan worden berekend met de volgende formule:

603,35 ∗∗∗∗= refrefrefref vACQ (2)

Met: Qref = Referentie bronsterkte = 6,3 * 109 (P/min) Cref = Referentie deeltjesconcentratie (P/ft3) Aref = Oppervlak inblaasplenum (m2) vref = Inblaassnelheid (m/s)



De referentie bronsterkte is voor alle situaties gelijk. Deze waarde is een product van de referentie deeltjesconcentratie, het oppervlak van het inblaasplenum en de inblaassnelheid. De VDI 2167 gaat uit van een laminaire downflow. De referentie bronsterkte is het totaal voor de gehele ruimte. Deze hoeveelheid dient gelijkmatig over de 6 deeltjesverspreiders te worden verdeeld. Het inbrengen van de deeltjes dient isotherm en met een lage snelheid te gebeuren. Het uitvoeren van een deeltjesmeting gaat als volgt: In ieder meetpunt op de operatietafel wordt, tenminste tien keer, gedurende één minuut het aantal deeltjes geteld. Per meetpunt wordt uit alle metingen een gemiddelde waarde berekend. De protectie klasse van de ruimte wordt bepaald door de laagste van de drie meetpunten.

Praktijk Voor het uitvoeren van de metingen was geen deeltjesgenerator beschikbaar. Hierdoor wijken de uitgevoerde deeltjesmetingen op onderstaande punten af van de norm. Deeltjesverspreiding De deeltjes zijn de ruimte ingebracht via een rookstaafje. Onbekend hierbij is hoeveel deeltjes worden losgelaten. Op drie van de zes VDI 2167 posities zijn deeltjes losgelaten, twee maal tussen de dummy’s en eenmaal op een hoekpunt. Vanwege de beperkte tijd is het aantal punten waarop deeltjes worden verspreid terug gebracht van zes naar drie. Er is voor gekozen in ieder geval de punten tussen de dummy’s mee te nemen, omdat de kans dat deze de operatietafel vervuilen het grootst is. Daarnaast is nog 1 hoekpunt meegenomen. Deeltjestelling Het aantal deeltjes is geteld bij de drie meetpunten op de operatietafel, conform de VDI 2167. Als extra controle meetpunt is hieraan een meetpunt bij een afvoerrooster toegevoegd. Vergelijking metingen en simulaties Doordat de bronsterkte onbekend is en afwijkend van de voorgeschreven hoeveelheid kan geen protectieklasse van de ruimte worden berekend. Het resultaat van de deeltjesmetingen (en simulaties) is de verhouding van het aantal deeltjes dat bij de verschillende meetpunten wordt geteld. Deze verhoudingen kunnen worden vergeleken. In onderstaande figuur wordt weergegeven waar tijdens de metingen de deeltjes zijn losgelaten en waar de deeltjestellers zich bevinden. Het aantal beschikbare deeltjes tellers was drie stuks. Het aantal meetpunten bedroeg vier: 3 op de tafel en 1 bij het afvoerrooster. Iedere meting is derhalve tweemaal uitgevoerd, waarbij één van de meetpunten op tafel wordt verplaatst. De meetpunten die niet worden verplaatst dienen als controle meetpunt. Figuur 6. Posities deeltjesverspreiders en deeltjestellers

Meetpunten deeltjesmeting 1

Meetpunten deeltjes meting 2

Positie deeltjesverspreider I

Positie deeltjesverspreider II

Positie deeltjesverspreider III

Deeltjes meting in

midden onderste

afzuigrooster



Eén meetcyclus bestaat uit verschillende handelingen en metingen. Een meetcyclus ziet er als volgt uit: • Deeltjesmeters bevestigen op meetpunten deeltjesmeting 1

• Achtergrond meting A Duur: 10 minuten • Loslaten deeltjes uit rookstaafje

• Deeltjes meting 1 Duur: 10 minuten • Achtergrond meting B Duur: 10 minuten • Verplaatsen meetpunt conform meetpunten deeltjesmeting 2

• Achtergrond meting C Duur: 10 minuten • Loslaten deeltjes uit rookstaafje

• Deeltjes meting 2 Duur: 10 minuten • Achtergrond meting D Duur: 10 minuten Deze cyclus wordt driemaal uitgevoerd, waarbij iedere keer op een ander punt de deeltjes worden losgelaten. De drie posities van de deeltjesverspreider worden in bovenstaande figuur weergegeven. Welke afmetingen de deeltjes dienen te hebben wordt niet in de norm beschreven. Om deze te bepalen is gebruik gemaakt van het Handboek ziekenhuisventilatie (Ham, 2002). De ventilatie van een operatiekamer is er op gericht dat de patiënt, instrumenten en eventuele implantaten vrij blijven van micro-organismen. Micro-organismen kunnen zich in de lucht niet zelfstandig voortbewegen. Zij zouden zeer snel uitdrogen en afsterven. Micro-organismen hebben altijd voeding, vocht en warmte nodig. Voeding kunnen ze betrekken van een stofdeeltje waarop ze meeliften. Vocht kunnen ze betrekken van het gasvormige water in de lucht, dat het stofdeeltje bevochtigt. Een micro-organisme heeft een stofdeeltje nodig van minimaal zijn eigen grootte om op mee te kunnen liften. In onderstaande figuur wordt de deeltjesgrootte weergegeven van bacteriën en virussen.

Figuur 7. Deeltjessamenstelling en valeigenschappen



In de figuur is te zien dat virussen een grootte hebben van 0,005 à 0,05 (mm). Bacteriën hebben een grootte van 0,5 à 30 (mm). Een virus heeft druppels vocht nodig om in de lucht in leven te blijven. Zolang de relatieve vochtigheid onder de 100% blijft en er geen druppels vocht in de lucht worden gebracht hebben virussen een bijzonder kleine overlevingskans in de lucht. In het kader van post-operatieve infectie preventie worden daarom deeltjes beschouwd waarop een bacterie kan meeliften. Tijdens dit onderzoek zijn deeltjes van 0,5 (mm) beschouwd. Hierop kunnen de kleinste bacteriën meeliften. Hoe kleiner het deeltje hoe kleiner de zwaartekracht en des te beter volgt deze de luchtstroom. Uit onderzoek blijkt (Loomans 2002) dat in een cleanroom omgeving, met een ventilatievoud van 40 (1/h), deeltjes kleiner dan 10 (µm) zich als gas gedragen. In een kantooromgeving, met luchtsnelheden tot circa 0,2 (m/s), geldt dit voor deeltjes kleiner dan 5 (µm). In dit onderzoek wordt de proefkamer met een ventilatievoud van circa 74 (1/h) en 29 (1/h) geventileerd in respectievelijk de situatie met 1T en 3T plenum. De inblaassnelheden variëren tussen de 0,24 en 0,39 (m/s). Hiermee lijkt de situatie het meest op een cleanroom en kunnen deeltjes van 0,5 µm als gas worden beschouwd. In de kamer waar de metingen worden uitgevoerd is een High Efficiency Particle Air (HEPA) filter aanwezig in het toevoerkanaal. Hiermee wordt voorkomen dat deeltjes die in de ruimte zijn losgelaten via de recirculatie lucht weer terug in de ruimte komen. Een andere mogelijkheid is gebruik van een tracergas. Hierbij volgt het gas ook de luchtstromingen. Hiervoor is niet gekozen, omdat een gedeelte van de lucht gerecirculeerd wordt. Dit zou betekenen dat afgezogen gassen via het plenum weer de ruimte in worden gebracht.

2.3. Simulaties Bij het berekenen van luchtstromingen kunnen veel (complexe) fenomenen een rol spelen, zoals warmtebronnen, turbulente luchtstromen en bevochtiging. Het handmatig oplossen van de Navier Stokes vergelijkingen is onmogelijk, omdat het niet-lineaire partiële differentiaal vergelijkingen betreft die bovendien gekoppeld kunnen zijn. Daarom wordt vaak gebruik gemaakt van Computational Fluid Dynamics (CFD) techniek. Onderstaand wordt de berekeningsmethodiek op hoofdlijnen toegelicht. Voor de luchtstromingen gelden de wetten van behoud van massa, energie en impuls. De vergelijking die deze wetten representeert is voor de verschillende fenomenen gelijk en wordt hieronder weergegeven (Fluent Inc. 2005). De variabele f representeert hierbij de te berekenen grootheid, zoals luchtsnelheid of temperatuur.

φρφ)(t∂

∂ )( udiv ρφ )( φφ graddiv Γ− φS= (3)

Instabiele Convectieve Diffusie Bron / opslag Term term term term Met: t = tijd (s) r = dichtheid (kg/m3) u = snelheidsvector (m/s) f = afhankelijke variabele

φΓ = overdrachtcoëfficiënt (kg/ms)

Sf = bronterm Tijdens het modelleren wordt in de ruimte een raster aangebracht, waarmee de ruimte wordt opgedeeld in vele kleine volumes. Vervolgens wordt bovenstaande vergelijking voor iedere te berekenen grootheid en ieder volume opgelost. Gegevens over het startveld kunnen worden ingegeven, waarna iteratief een oplossing wordt berekend. Na afloop kunnen bijvoorbeeld temperaturen, luchtsnelheden en drukken in de ruimte worden weergegeven. Voor dit onderzoek wordt gebruik gemaakt van de programma’s Gambit (versie 2.2.30) en Fluent (versie 6.2.16). In Gambit wordt de geometrie van de ruimte gemaakt. Hierin wordt vervolgens een grid aangebracht van het type Tet/Hybrid. Dit betekent dat het grid voornamelijk is opgebouwd uit tetraëders, met af en toe een 6-hoekig, piramide of wigvormig element. Geometrie en grid worden geïmporteerd in Fluent, waarna berekeningen aan de luchtstromingen plaatsvinden.



2.3.1. Gebruikte Fluent modellen

Binnen Fluent kan een aantal modellen worden gekozen dat, tijdens het oplossen van de vergelijkingen, wordt gebruikt. Onderstaand wordt besproken welke modellen zijn gebruikt en waarom. Hierbij wordt gebruik gemaakt de engelse termen uit Fluent. De informatie is gebaseerd op de Fluent handleiding (Fluent Inc. 2005). Solver De keuze van de solver bepaalt op welke wijze de vergelijkingen worden opgelost. Er kan worden gekozen uit de Segregated en de Coupled solver. Bij de Segregated solver worden de vergelijkingen voor energie, deeltjes transport etc. achtereenvolgens opgelost. Bij de Coupled solver gebeurt dit simultaan (gekoppeld). De Coupled solver wordt voornamelijk gebruikt voor compressibele stromingen met hoge snelheden. Voor de operatiekamer voldoet de Segragated solver. Energy Door het activeren van dit model wordt energie overdracht meegenomen. Energiestromen hebben een belangrijke invloed op de luchtstromingen in de operatiekamer. Door temperatuurverschillen in de lucht ontstaan verschillen in luchtdichtheid. Onder invloed van de zwaartekracht resulteren deze luchtdrukverschillen in luchtbewegingen, zogenaamde Boussinesqe stromingen. Viscous Hier is een aantal verschillende modellen beschikbaar. Gekozen is voor het standaard k-e model. Dit is het meest eenvoudige, complete model. Het is robuust en voldoende nauwkeurig voor een groot aantal toepassingen. Hoewel alternatieve modellen mogelijk op onderdelen betere resultaten geven, zijn deze hier buiten beschouwing gelaten. Radiation Om stralingsuitwisseling tussen de verschillende vlakken mee te nemen, wordt een stralingsmodel gebruikt. Voor straling door lucht zijn het Discreet Ordinates (DO) model en het Discreet Transfer Radiation Model (DTRM) geschikt. In het DTRM worden de stralen berekend die voor energie overdracht zorgen.Bij een groot aantal oppervlakken neemt dit veel rekentijd in beslag. In het DO model worden transport vergelijkingen opgesteld voor de stralingsintensiteit in verschillende richtingen. Voor dit onderzoek is het DO model gebruikt. Discrete phase Hiermee worden deeltjesbaanvergelijkingen opgelost. De deeltjes worden gezien als bolletjes, waarvan de diameter opgegeven kan worden. Het volumepercentage van de deeltjes mag niet groter zijn dan zo’n 10 á 12%, omdat er van wordt uitgegaan dat de deeltjes de luchtstroming niet beïnvloeden. Er kan worden opgegeven hoeveel deeltjes op welke posities worden losgelaten. Ook kan per wand worden aangegeven of de deeltjes hierop blijven kleven, worden gereflecteerd of worden doorgelaten. Na simulatie zijn de deeltjesbanen te zien, evenals een overzicht van vlakken waardoor de deeltjes zijn verdwenen. Onderzocht wordt of dit model geschikt is om het deeltjestransport mee te modelleren. Species model Dit model lost de contaminatievergelijkingen op. Stoffen met diverse chemische samenstellingen kunnen worden gemodelleerd. Ook kunnen eventuele reacties tussen verschillende stoffen worden gemodelleerd. De stoffen gedragen zich als gassen. Onderzocht wordt of dit model geschikt is om het deeltjestransport mee te modelleren.



3. Metingen De metingen zijn uitgevoerd in de proefkamer van Interflow in Wieringerwerf. De metingen hebben vier dagen in beslag genomen, van 24 juli tot en met 27 juli 2006. De verschillende metingen kunnen worden onderverdeeld in de volgende drie categorieën: 1. Vastleggen randvoorwaarden; 2. Deeltjes metingen; 3. Luchtsnelheid en –temperatuur metingen. Ad 1 De randvoorwaarden van de gemeten situaties zijn vastgelegd, zodat deze als invoer kunnen dienen voor de simulatiemodellen. Op deze wijze hebben modellen en praktijk dezelfde uitgangspunten. Randvoorwaarden die zijn gemeten zijn: posities, afmetingen, vermogens, afvoerdebieten, inblaassnelheden en oppervlakte temperaturen. Ad 2 Er worden deeltjes in de ruimte losgelaten en vervolgens wordt de deeltjesconcentratie op een aantal punten gemeten. De posities waar de deeltjes worden losgelaten en worden gemeten is voorgeschreven in de VDI 2167. De gemeten relatieve deeltjesconcentraties worden vergeleken met die uit de simulaties. Ad 3 Op verschillende posities in de ruimte wordt de luchtsnelheid en –temperatuur gemeten. Deze metingen geven informatie over het gedrag van de lucht in de ruimte. Wanneer de resultaten van deeltjesconcentraties van de metingen en modellen niet (geheel) overeen komen kan deze informatie aanknopingspunten bieden voor een verklaring. Er zijn metingen uitgevoerd waarbij een gedeelte van het plenum is afgesloten, waardoor een 1 temperatuur (1T) plenum wordt verkregen. Voor het 1T plenum zijn alle bovengenoemde metingen uitgevoerd. Ook zijn er metingen uitgevoerd waarbij het complete 3T plenum actief is. Voor deze laatste situatie zijn de randvoorwaarden vastgelegd en de luchtsnelheden en –temperaturen gemeten. Vanwege tijdgebrek zijn er geen deeltjes metingen uitgevoerd aan het 3T plenum.

3.1. Meetresultaten 1T plenum Dit hoofdstuk bevat alle metingen die verricht zijn aan het 1T plenum. Eerst worden de metingen van de randvoorwaarden gepresenteerd, vervolgens de deeltjes metingen en tenslotte de luchtsnelheden en –temperaturen. De gegevens van alle gebruikte meetinstrumenten zijn te vinden in Bijlage C: Gebruikte meetapparatuur.

3.1.1. Vastleggen randvoorwaarden

Posities, afmetingen en vermogens De proefkamer is 6 bij 6 meter en heeft een hoogte van 3 meter. De proefkamer is voorzien van een 3T plenum, welke zorgt voor de luchttoevoer. Bij de metingen aan een 1T plenum is een gedeelte van de toevoer dichtgezet. Luchtafvoer vindt plaats in de vier hoeken van de kamer op 3 verschillende hoogten. De retourlucht wordt gedeeltelijk gerecirculeerd. In de toevoer is een HEPA filter opgenomen, waarmee voorkomen wordt dat (afgezogen) deeltjes in de ruimte komen. Specificaties betreffende de toevoer en afzuigcondities komen in de volgende paragrafen aan de orde. In Bijlage A: Meetopstelling worden de posities en afmetingen van de opstelling in de operatiekamer weergegeven. Ook zijn hier de vermogens die de diverse dummy’’s en verlichting afgeven opgenomen. Het betreft het gemeten elektrische vermogen dat het apparaat ingaat. In Bijlage B: Bouwkundige tekening proefkamer Interflow kunnen de bouwkundige randvoorwaarden van de ruimte worden afgelezen.



Afvoerdebieten Met behulp van een balometer zijn de luchtdebieten bij alle afvoeren gemeten. De afvoerpunten bevinden zich in de hoeken van de ruimte. Per hoek wordt op drie verschillende hoogten afgezogen. In onderstaande figuur wordt de positie van de 12 afvoerroosters weergegeven. Figuur 8. Positie afzuigroosters

De afvoerdebieten zijn driemaal gemeten. In Bijlage D: Meetresultaten afvoerdebieten zijn de resultaten van deze metingen opgenomen. Voor een individueel rooster varieert de afwijking van het gemeten debiet van 0 tot maximaal 7,3 %. De afwijking wordt per rooster weergegeven in de bijlage. In onderstaande tabel worden het gemiddelde afvoerdebiet per rooster opgegeven.

Tabel 1. Luchtdebiet per afzuigrooster 1T plenum

In de tabel is te zien dat ongeveer 43 % van de lucht hoog wordt afgezogen en respectievelijk 26 % laag en 31 % in het midden. In de hoeken B, C en D wordt ongeveer 21 % van het totaal afgezogen. In hoek A wordt 37 % afgezogen. Het totale debiet bedraagt gemiddeld 2.521 (m3/h). Inblaassnelheden Direct onder het plenum zijn de luchtsnelheden gemeten. Het plenum is door middel van een raster opgedeeld in vakjes. Per vakje is in het midden de luchtsnelheid gemeten. De meting is driemaal uitgevoerd. In Bijlage E: Meetresultaten inblaassnelheden 1T plenum zijn de resultaten van deze metingen te vinden. Figuur 9. Inblaassnelheden 1T plenum

Positie A (m3/h) B (m3/h) C (m3/h) D (m3/h) TOTAAL

Laag 262 130 130 131 653

Midden 290 164 162 172 788

Hoog 365 227 229 250 1.071

TOTAAL 917 521 521 553 2.512

X

Y

A

B C

D

MIDDEN 2990

496

656

1242

200

HOOG

LAAG

0,04 0,04

0,07 0,07

0,06 0,06

0,08 0,07

0,36 0,01

0,39 0,03

0,29 0,04

0,32 0,01

0,34 0,0

0,30 0,06

0,31 0,02

0,25 0,06

Gemiddelde luchtsnelheid (m/s) Maximale afwijking (m/s)



De gemiddelde inblaassnelheid in het midden gedeelte bedraagt 0,32 (m/s) en in het gedeelte boven het hoofdeinde 0,06 (m/s). Opgemerkt moet worden dat inblaassnelheden boven het hoofdeinde zo laag zijn dat ze buiten de meetnauwkeurigheid van de meetapparatuur vallen. Deze waarden zijn hiermee niet betrouwbaar. Per inblaasvlak is de luchtsnelheid vermenigvuldigd met het oppervlak. Door optelling van alle inblaasvlakken kan de totale inblaashoeveelheid worden berekend, deze bedraagt: 3.135 (m3/h). De totale hoeveelheid gemeten afvoerlucht bedraagt 2.512 (m3/h). Dit betekent dat circa 20% van de toevoer niet bij de afvoerroosters wordt gemeten. Conform de meetnauwkeurigheden van de gebruikte apparatuur in Bijlage C: Gebruikte meetapparatuur, heeft de luchtsnelheidsmeter een onnauwkeurigheid van ±2% en de balometer van ±3% van de maximale schaal 2.376 (m3/h). Wanneer de inblaassnelheid met 2% wordt verlaagd levert dit een minimaal toevoer debiet van 3.072 (m3/h). De balometer heeft per meting een onnauwkeurigheid van 3% van 2.376 (m3/h), ofwel 71 (m3/h). Bij een totaal van 12 metingen levert dit 852 (m3/h). Dit betekent dat in totaal maximaal 2.512 + 852 = 3.364 (m3/h) afgevoerd wordt. Het verschil tussen gemeten toe- en afvoerdebiet kan verklaard worden vanuit de onnauwkeurigheden van de gebruikte meetapparatuur. Oppervlakte temperaturen Met behulp van een infrarood camera zijn de oppervlakte temperaturen in beeld gebracht. De foto’s zijn genomen op 27-07-2006 om 6:20. In Bijlage F: Infraroodfoto’s 1T plenum zijn foto’s opgenomen van de wanden, vloer, plafond en de opstelling. De schaal van alle foto’s is identiek en loopt van 20 tot en met 32 (°C). Op de foto’s is te zien dat de vloer een gelijkmatige temperatuur heeft van ca. 22 (°C), het plafond (met uitzondering van het actieve deel van het plenum) heeft een temperatuur van ca. 24,5 (°C). De temperatuur over de wanden varieert van 22 (°C) op vloerniveau tot 26,5 op plafond niveau. De dummy’s zijn aan de onderzijde iets koeler dan aan de bovenkant. De ‘voeten’ van de dummy’s zijn 23 (°C) en het hoofd is 26,5 (°C). De lamp heeft een temperatuur van 31 (°C).

3.1.2. Deeltjes metingen

In Bijlage G: Meetresultaten deeltjestellers 1T plenum zijn de meetresultaten te vinden. Met behulp van de achtergrond metingen kan de ‘basislast’ aan deeltjes worden bepaald. Deze blijkt voor de verschillende meetpunten de volgende waarde te hebben.

Midden op tafel (# / m3)

Voeteinde tafel (# / m3)

Hoofdeinde tafel (# / m3)

Afvoerrooster (# / m3)

353 883 177 883

Tabel 2. Achtergrondniveau’s deeltjes

Onder het hoofdeinde van de tafel wordt de zijde verstaan waar de anesthesist zich bevindt. Om een beeld te krijgen van waar de deeltjes heen gaan, zijn onderstaande figuren gemaakt. Het aantal deeltjes dat, na gebruik van het rookstaafje, bij een bepaalde deeltjesteller terecht komt is opgeteld. De tijdsduur waarover is gesommeerd bedraagt 20 minuten. Het ventilatievoud bedraagt 29 (1/h), de lucht in de kamer wordt dus circa iedere 2 minuten ververst. Van dit totaal is de basislast voor die positie afgetrokken. In onderstaande figuren is de procentuele bijdrage van de verschillende deeltjestellers te zien. Voor ieder positie waarop deeltjes zijn losgelaten (tweemaal tussen de dummy’s en eenmaal op de hoek) is een soortgelijke figuur gemaakt. Naast de figuur wordt weergegeven waar de deeltjesverspreider zich bevindt en waar de meetpunten.



Meting deeltjesverspreider tussen

dummy's (I)

0

20

40

60

80

100

Hoofdeinde Midden op

tafel

Voeteinde Afvoerrooster

% d

ee

ltje

s 0

,5 m

ico

rme

ter

Figuur 10. Verhouding deeltjestellers bij positie deeltjesverspreider I

In de vorige figuur is te zien waar de deeltjes terecht komen, wanneer ze tussen de dummy’s (aan de zijde waar de operatielamp staat) worden losgelaten. Ruim 60% van de gemeten deeltjes gaat richting het afvoerrooster. Er komt echter ook nog een redelijke hoeveelheid (ruim 30%) bij het voeteinde terecht. Hoofdeind en het midden van de tafel blijven relatief schoon. Geconcludeerd kan worden dat door de interne vervuiling de operatietafel niet schoon blijft. Vanaf de grond worden de deeltjes mee omhoog genomen en komen zo op de tafel terecht, met name bij het voeteneinde.

Meting deeltjesverspreider in hoek (II)

0

20

40

60

80

100

Hoofdeinde Midden op tafel Voeteinde Afvoerrooster

% d

eelt

jes 0

,5 m

ico

rmete

r

Figuur 11. Verhouding deeltjestellers bij positie deeltjesverspreider II Wanneer de deeltjes op een hoek worden losgelaten, gaan bijna alle deeltjes naar het afvoerrooster. De zogenaamde externe vervuiling (vanuit de omgeving) leidt nauwelijks tot vervuiling op de operatietafel voor deze deeltjesverspreider.

Deeltjesverpreider Meetpunt





dummy's (III)

0

20

40

60

80

100


tafel


% d

ee

ltje

s 0

,5 m

ico

rme

ter

Figuur 12. Verhouding deeltjestellers bij positie deeltjesverspreider III Bovenstaande figuur geeft de resultaten weer wanneer de deeltjes tussen de dummy’s (tegenover de operatielamp) worden losgelaten. In dit geval komt ongeveer 45% van de gemeten deeltjes bij het voeteneinde terecht, ten opzichte van 39% bij het afvoerrooster, 12% midden op de tafel en 5% bij het hoofdeind. De verhouding tussen aantal deeltjes bij hoofdeinde, midden van de tafel en voeteinde is nagenoeg hetzelfde als bij situatie I. Bij het afvoerrooster worden in situatie III in relatief minder deeltjes geteld, dit is naar verwachting omdat de verspreider verder van het rooster staat. Geconcludeerd kan worden dat van de meetpunten op de operatietafel het voeteinde het meest vervuild wordt, gevolgd door het midden van de tafel. Het hoofdeind blijft in alle gevallen het schoonst. Wanneer de deeltjes op de hoek worden losgelaten raakt de operatietafel nauwelijks vervuild en gaan de deeltjes direct richting afvoerrooster.

3.1.3. Luchtsnelheden en temperaturen

Op diverse punten in de ruimte zijn de luchtsnelheden en –temperaturen gemeten, met als doel inzicht te krijgen in de luchtstroming in de ruimte. Om met de beschikbare meetapparatuur voldoende punten te kunnen meten is de meting tweemaal uitgevoerd (meting 1A en 1B), bij gelijkblijvende condities. Voor de tweede meting is een aantal meetpunten verplaatst. De meetpunten die niet worden verplaatst dienen als controle ten opzichte van de eerste meting. De metingen zijn gedurende 40 minuten uitgevoerd. De eerste 10 minuten van de meting worden buiten beschouwing gelaten, deze tijd wordt gezien als stabilisatie tijd. De meetresultaten geven dus een periode weer van 30 minuten. De luchttemperaturen worden iedere 2 minuten gelogd. De luchtsnelheden worden iedere seconde gelogd Om de posities van de luchtsnelheid- en temperatuurmeters te bepalen zijn vooraf CFD simulaties uitgevoerd van de te onderzoeken situaties. Deze geven inzicht in de luchtstromingen in de proefkamer. Omdat deze simulaties vóór de metingen zijn uitgevoerd zijn aannames gedaan ten aanzien van bepaalde randvoorwaarden. In Bijlage H: Eerste simulaties 1T plenum zijn deze randvoorwaarden en de resultaten van de simulaties opgenomen. Op basis van deze resultaten zijn de volgende posities van de luchtsnelheid- en temperatuurmeters bepaald: • Diverse punten tussen plenum en tafel om in beeld te krijgen op welke wijze de lucht uit het plenum de

tafel bereikt; • Op de rand van de tafel bij hoofden voeteneind om te kijken met welke snelheid de lucht van de tafel

valt; • Op verschillende hoogten rondom de operatietafel om de wervel die in de periferie ontstaat te

onderzoeken. In Bijlage I: Meetopstelling 1T plenum worden de posities weergegeven van de meetapparatuur bij meting 1A en meting 1B, aan de hand van twee doorsneden van de ruimte. In Bijlage J: Meetresultaten luchtsnelheden 1T plenum en Bijlage K: Meetresultaten luchttemperaturen 1T plenum worden de resultaten van de metingen weergegeven. Voor ieder meetpunt worden de gemiddelde waarde, de standaarddeviatie en (in het geval van de




luchtsnelheidsmeters) de turbulentie intensiteit weergegeven. De standaarddeviatie wordt gebruikt om de spreiding van een verdeling aan te geven. De standaarddeviatie wordt in dezelfde waarde uitgedrukt als het gemiddelde. De turbulentie intensiteit drukt uit in welke mate de momentane luchtsnelheid fluctueert. Het is de verhouding tussen de standaarddeviatie van de luchtsnelheid en de gemiddelde luchtsnelheid.

%100∗=v

Tuσ

Tu Turbulentie intensiteit (%) σ standaard deviatie luchtsnelheid (m/s) v gemiddelde meetwaarde luchtsnelheid (m/s) Uit de resultaten blijkt dat de meetpunten die qua positie onveranderd blijven, tweemaal dezelfde resultaten geven. Voor het 1T plenum zijn dit de punten: T3, T4, T6, T7 en V2. Luchtsnelheidsmeters V3 en V6 worden omgewisseld. Voor het 3T plenum blijven de punten T3, T4, T6, V2, V3 en V6 onveranderd. Dit betekent een goede reproduceerbaarheid van de meting. Voor ieder meetpunt wordt het gemiddelde weergegeven in de figuur op de volgende pagina.



Figuur 13. Gemiddelde luchtsnelheden en temperaturen 1T plenum

DOORSNEDE A-A

0,25

Y

Z

21,3

A A

B

B

X

Y

DOORSNEDE B-B

X

Z

0,05 0,41

0,40 0,19

0,32 0,06

0,18 0,07

21,3

24,1 23,3 20,9 22,4 24,8

21,5 21,8

25,6

21,8

22,3

23,3

20,9 24,4

23,6 23,0

24,0



Uit de vorige figuren en de meetdata uit de bijlagen kan een aantal conclusies getrokken worden. Ten aanzien van de luchtsnelheid geldt: De snelheid waarmee de lucht op de operatietafel valt bedraagt aan het voeteneind 0,4 (m/s) en aan het hoofdeind 0,19 (m/s). Vervolgens valt de lucht met een snelheid van 0,41 (m/s) van het voeteind van de tafel en met 0,32 (m/s) van het hoofdeind. De laagste turbulentie intensiteit wordt gemeten bij de meetpunten op de operatietafel. Wanneer de lucht de tafel bereikt is de stroming nog maar weinig turbulent. In de omgeving van de operatietafel varieert de luchtsnelheid van 0,05 (m/s) tot 0,25 (m/s). Ook de turbulentiegraad varieert hier. Ten aanzien van de luchttemperaturen geldt: Het meetpunt onder het plenum geeft een temperatuur van 21,3 (°C). Op een hoogte van 0,9 meter boven de operatietafel varieert de temperatuur van 20,9 (°C) midden boven de tafel tot circa 23 (°C) aan de rand. Dit is het gebied waar de hoofden van het operatieteam zich bevinden. De gemeten temperatuur van 20,9 (°C) is 0,4 (°C) lager dan de inblaastemperatuur, terwijl de ingeblazen lucht in de ruimte wordt opgewarmd. De meetnauwkeurigheid van de luchttemperatuur meters bedraagt ± 0,3 (°C) waarmee dit verschil kan worden verklaard. Temperaturen bij hoofden voeteneinde van de patiënt bedragen respectievelijk 21,8 en 21,5 (°C). In de rest van de ruimte is een temperatuur verdeling te zien van circa 22 (°C) op vloerniveau tot 25,5 (°C) bij het plafond. Op basis van deze temperaturen kan een globale warmtebalans worden opgesteld. Hierbij wordt uitgegaan van een gemiddelde luchttemperatuur in de proefkamer van 24 (°C) en een temperatuur van 30 (°C) in de hal waar de proefkamer in staat. De ingeblazen luchthoeveelheid van 3.135 (m3/h) met een temperatuur van 21,3 (°C) levert 2.822 (W) koude. Door de dummy’s, operatie lamp en tl verlichting wordt circa 1.340 (W) geproduceerd. Daarnaast komt door de wanden (U = 1,5 W/m2K) circa 1.300 (W) warmte de ruimte binnen. De totale warmte productie bedraagt daarmee 2.640 (W). De warmtebalans van de ruimte klopt dus globaal. Door het geringe aantal meetpunten kan het stromingspatroon niet worden bepaald. Om hier toch enig inzicht in te krijgen zijn filmpjes gemaakt, waarbij op diverse punten rook is losgelaten. In onderstaande figuren worden de stromingspatronen uit deze filmpjes geschetst. Onderstaande figuur toont een XX doorsnede door het midden van de ruimte. De rook is losgelaten op de volgende punten: • Midden onder het 1T plenum • Aan de linkerzijde van het 1T plenum • Onder de operatielamp • Boven de linker dummy

Figuur 14. Schets stromingspatronen 1T plenum in XX doorsnede

In bovenstaande figuur is te zien dat wanneer de lucht uit het plenum geen obstakels tegenkomt, deze naar beneden en op de operatietafel valt. Wanneer de lucht tegen de operatielamp aanbotst wordt deze afgebogen en bereikt alsnog de operatietafel. Lucht die onder de operatielamp wordt losgelaten wordt langs de onderzijde van de lamp geleid. Bij de rand van de lamp komt de lucht los en valt op de operatietafel. Lucht die op het hoofd van



de dummy wordt losgelaten valt langs de dummy op de operatietafel. De dummy produceert blijkbaar onvoldoende warmte om een opwaartse luchtstroom te bewerkstelligen, anders gezegd: de downflow snelheid is voldoende hoog om een opwaartse luchtstroom tegen te gaan. In de volgende figuur wordt een YY doorsnede van de ruimte weergegeven. De rook wordt op de volgende punten losgelaten: • Boven het anesthesie apparaat • Aan het hoofdeinde van de tafel • Aan het voeteinde van de tafel

Figuur 15. Schets stromingspatronen 1T plenum in YY doorsnede

De lucht die boven het anesthesie apparaat wordt losgelaten stijgt op naar het plafond. Dit apparaat staat buiten het 1T plenum en produceert drie keer zoveel warmte als de dummy’s, waardoor een opwaartse luchtstroom ontstaat. De lucht die op de randen van de tafel wordt losgelaten valt onder een hoek van circa 45° van de tafel.

3.2. Meetresultaten 3T plenum Er zijn metingen uitgevoerd, waarbij het complete 3T plenum geactiveerd was. Voor deze situatie zijn de randvoorwaarden en de luchtsnelheden en –temperaturen gemeten. De resultaten hiervan worden in deze paragraaf gepresenteerd. De werkwijze is identiek aan de metingen van het 1T plenum, deze zal hier niet nogmaals worden besproken.

3.2.1. Vastleggen randvoorwaarden

Posities, afmetingen en vermogens De posities, afmetingen en vermogens zijn identiek aan die van het 1T plenum. Afvoerdebieten Voor aanvang van de luchtsnelheid en –temperatuur metingen is met behulp van een balometer bij alle afzuigingen het debiet gemeten. De resultaten van deze metingen worden weergegeven in de volgende tabel.



Tabel 3. Luchtdebiet per afzuigrooster 3T plenum

In de tabel is te zien dat circa 42% van de lucht hoog wordt afgezogen, 31% in het midden en 27% laag. De verdeling over de verschillende hoeken van de kamer is als volgt: in hoek A 30% en in de overige hoeken circa 23%. De verdeling tussen hoog, midden, laag en de verschillende hoeken is nagenoeg gelijk aan die van het 1T plenum. De totale hoeveelheid lucht die wordt afgezogen bedraagt 7.847 m3/h. Inblaassnelheden In het midden van ieder vlakje van het plenum is de inblaassnelheid gemeten. De meting is uitgevoerd op 27-07-2006 van 14:05 tot 14:20. In onderstaande figuur worden de inblaassnelheden weergegeven. Figuur 16. Inblaassnelheden (m/s) 3T plenum

De inblaassnelheid varieert tussen de 0,23 m/s en de 0,35 m/s. De gemiddelde inblaassnelheid in het 1T gedeelte bedraagt 0,27 m/s, in het 2T gedeelte 0,28 m/s en in het 3T gedeelte 0,31 m/s. De totale inblaashoeveelheid is berekend door voor ieder inblaasvlakje de luchtsnelheid te vermenigvuldigen met het oppervlak en vervolgens alle vlakken te sommeren. Dit levert een totaal toevoerdebiet van 8.294 m3/h. Het totale afvoerdebiet bedraagt


Laag 750 458 438 436 2.082

Midden 705 590 555 580 2.430

Hoog 915 790 795 835 3.335

TOTAAL 2.370 1.838 1.788 1.851 7.847

X

Y

A

B C

D

2990

496

656

1242

200

HOOG

MIDDEN

LAAG

0,32 0,32

0,31 0,30

0,30 0,29

0,27 0,25

0,32 0,27

0,24 0,23 0,34 0,30

0,35 0,28

0,29 0,26

0,26 0,27

0,27

0,30

0,30

0,25

0,26

0,25

0,26

0,26



7.847 m3/h. Dit is circa 5% minder dan de toevoer. Evenals bij de situatie met het 1T plenum, kan dit verschil worden verklaard aan de hand van de onnauwkeurigheden van de gebruikte meetapparatuur. Oppervlakte temperaturen De oppervlakte temperaturen zijn met een infrarood camera in beeld gebracht. De foto’s zijn genomen op 27-07-2006 om 17:00. Alle wanden, vloer, plafond en de opstelling zijn gefotografeerd. De foto’s zijn opgenomen in Bijlage L Infraroodfoto’s 3T plenum De schaal van alle foto’s is gelijk en loopt van 22 tot 40 (°C). De temperatuur van de wanden bedraagt aan de onderzijde circa 25 (°C) en aan de bovenzijde 29 (°C). De temperatuur van de vloer ligt tussen de 23 (°C) en 28 (°C). De temperatuur van het plafond (buiten het plenum) bedraagt circa 28 (°C). Over de dummy’s is een temperatuur verschil te zien van 25 (°C) bij de voet tot 38 (°C) bij het hoofd. De temperatuur van de operatielamp bedraagt ongeveer 39 (°C). Ten opzichte van de oppervlakte temperaturen bij het 1T plenum is voor alle oppervlakken een stijging te zien. Enerzijds komt dit door de hogere inblaastemperatuur van het plenum. Een andere factor is dat de 3T foto’s later op de dag zijn gemaakt. Hierdoor is de temperatuur van de hal waarin de proefkamer staat is opgelopen. Ook de inrichting (dummy’s en operatielamp) heeft de gehele dag staan opwarmen.

3.2.2. Luchtsnelheden en temperaturen

Voor het 3T plenum zijn op diverse posities de luchtsnelheden en temperaturen gemeten. De meting is tweemaal uitgevoerd (meting 3A en 3B), waarbij een gedeelte van de meetpunten wordt verplaatst. De meetpunten die niet verplaatst worden dienen als controle meting. Wederom is doormiddel van simulaties een eerste indruk gekregen van de luchtstromingen in de ruimte. De resultaten van deze simulaties en de randvoorwaarden zijn opgenomen in Bijlage M: Eerste simulaties 3T plenum. Dit geeft op hoofdlijnen een zelfde stromingspatroon te zien als bij het 1T plenum. Op basis hiervan worden de luchtsnelheid- en temperatuurmeters wederom tussen plenum en operatietafel, op de rand van de operatietafel en op diverse hoogten in de periferie geplaatst. De opstelling van de meetapparatuur bij meting 3A is gelijk aan die van meting 1B en opgenomen in Bijlage I: Meetopstelling 1T plenum. De opstelling van meting 3B wordt weergegeven in Bijlage N: Meetopstelling 3T plenum. De gemeten luchtsnelheden en temperaturen worden weergegeven in Bijlage O: Meetresultaten luchtsnelheden 3T plenum en Bijlage P: Meetresultaten luchttemperaturen 3T plenum. In de figuur op de volgende pagina worden de gemiddelde waarden weergegeven.



Figuur 17. Gemiddelde luchtsnelheden en temperaturen 3T plenum

DOORSNEDE A-A

0,40

Y

Z

22,0

A A

B

B

X

Y

DOORSNEDE B-B

X

Z

0,12 0,58

0,38 0,29

0,39 0,10

0,14 0,23

22,0

24,8 24,5 22,1 26,1

21,5 22,7

27

26,5

23,0

25,0

26,6

26,6

26,3 25,8

25,6

25,8



Op basis van de vorige figuur en de meetdata in de bijlagen kan een aantal conclusies getrokken worden. Ten aanzien van de luchtsnelheden geldt: Aan het voeteneinde komt de lucht met 0,38 (m/s) op de tafel en aan het hoofdeinde met 0,29 (m/s). De lucht valt vervolgens met 0,58 (m/s) van het voeteinde af en met 0,39 (m/s) van het hoofdeinde. De turbulentie intensiteit bij de meetpunten op de tafel is het laagst. De hoogste turbulentiegraden worden gemeten bij het anesthesie apparaat (ter hoogte van de tafel) en achter de operatielamp (ter hoogte van de tafel). In de omgeving van de operatietafel varieert de luchtsnelheid van 0,10 (m/s) tot 0,40 (m/s). Ten aanzien van de luchttemperaturen geldt: De inblaastemperaturen onder het plenum variëren van 22 (°C) in het midden van het plenum, tot 26,6 (°C) boven het operatieteam en 27 (°C) boven de anesthesist. Temperaturen bij hoofden voeteneinde van de patiënt bedragen respectievelijk 22,7 en 21,5 (°C). Deze schijnbare afkoeling van de inblaaslucht kan (wederom) worden verklaard door de onnauwkeurigheid van de temperatuurmeters. De ruimtetemperatuur varieert tussen 23,0 en 26,6 (°C). Ook voor deze situatie kan een globale warmtebalans worden opgesteld. De gemiddelde ruimtetemperatuur wordt hierbij op 26°C gesteld. Het inblaasplenum levert in totaal circa 2.330 W koude. Door de wanden komt 860 W warmte naar binnen. De interne warmteproductie van de apparaten bedraagt wederom 1.340 W. De totale warmte toevoer bedraagt daarmee 2.200 W. Globaal gezien klopt de warmtebalans hiermee.

3.3. Conclusies De conclusies ten aanzien van de metingen kunnen worden onderverdeeld in conclusies ten aanzien van de ervaringen die zijn opgedaan met de VDI 2167 en conclusies ten aanzien van de meetresultaten. Beide worden hieronder besproken.

3.3.1. Ervaring met VDI 2167

• De inrichting van de operatiekamer bestaat uit 5 personen, een anesthesie apparaat, een operatietafel en twee operatielampen. Dit blijkt, zowel qua aantal objecten in de ruimte als qua interne warmteproductie, erg weinig in vergelijking met een ‘echte’ operatie. Tijdens een discussie met ziekenhuis personeel (http://sts.bwk.tue.nl/Loomans/seminar310806.htm) kwam naar voren dat deze inrichting zelfs voor de meest eenvoudige ingreep te summier is. Er ontbreken in ieder geval en patiënt en instrumententafels . De ontbrekende patiënt produceert ook warmte, die de luchtstroom in het operatiegebied kan beïnvloeden. Voor complexere operaties staat meer apparatuur opgesteld en is het operatieteam uitgebreider. Om het effect van een patiënt te bekijken zijn simulaties gemaakt waarbij de operatietafel 80 Watt produceert. De resultaten van deze simulaties zijn opgenomen in Bijlage U: Simulatieresultaten 1T plenum met warmteafgifte operatietafel. Hieruit blijkt dat het aantal deeltjes dat op de diverse punten wordt gemeten gelijk blijft aan de simulaties zonder warmteafgifte van de tafel. De geproduceerde 80 Watt heeft blijkbaar onvoldoende effect op de luchtstroom om hier verandering in te brengen.

• Conform de norm worden de deeltjes 30 cm boven de grond losgelaten. Uit het Handboek ziekenhuisventilatie (Ham 2002) blijkt de mens de grootste verspreider van deeltjes te zijn in een operatiekamer. Om te voorkomen dat deze deeltjes (huidschilfers) in de ruimte terecht komen draagt het operatieteam speciale kleding. Hierbij blijken (enigszins afhankelijk van het soort kleding dat gedragen wordt) de meeste deeltjes vrij te komen bij de hals. Een realistischere positie om de deeltjes los te laten lijkt dan ook ter hoogte van de hals van het operatieteam.Over de positie van de deeltjesverspreider is contact gezocht met de heer A. Brunner, één van de opstellers van de VDI 2167. Bij de keuze voor de positie 30 cm boven de grond is aangenomen dat de deeltjes door thermische effecten opstijgen en in het operatiegebied terecht komen. Er is een simulatie gemaakt waarbij de deeltjes worden losgelaten vanaf het hoofd van één van de dummy’s. De resultaten van deze simulatie worden weergegeven in Bijlage V: Simulatieresultaten 1T plenum met deeltjesafgifte bij hoofd dummy. Dit geeft een heel ander beeld van de deeltjes die op de tafel terecht komen, dan wanneer de deeltjes op grondniveau worden losgelaten: hoofdeinde (41%), midden (30%), voeteinde (14%) en afvoerrooster (15%). Zoals te verwachten worden komen meer deeltjes in het operatiegebied terecht. Onderzocht dient te worden wat een realistische positie is om de deeltjes los te laten.

• Tijdens het uitvoeren van de metingen was geen deeltjes generator beschikbaar conform de VDI 2167. Het aantal deeltjes dat wordt verspreid moet volgens de norm gelijk zijn aan 6,3 * 109 (P/min). Deze deeltjes moeten via zes deeltjesverspreider in de ruimte worden gebracht. Tijdens de metingen is gebruik gemaakt van rookstaafjes, waarmee een onbekende hoeveelheid deeltjes in de ruimte is gebracht. Doordat het aantal geproduceerde deeltjes onbekend is kan geen protectieklasse worden berekend. Ook kunnen de diverse



metingen niet onderling worden vergeleken. Voor toekomstige metingen wordt daarom aanbevolen met een bekende hoeveelheid geproduceerde deeltjes te werken.

• In de VDI 2167 worden de deeltjes waarmee gewerkt wordt niet omschreven .De grootte en het gewicht van deze deeltjes hebben invloed op hoe de deeltjes zich door de ruimte verspreiden. Hoe groter en zwaarder de deeltjes, des te moeilijker ze van de grond op de tafel terecht zullen komen. Voor dit onderzoek is gewerkt met deeltjes ter grootte van 0,5 (µm), dit zijn relatief kleine deeltjes die de luchtstroming goed volgen. Aanbevolen wordt toekomstige experimenten uit te voeren met verschillende deeltjesgrootten, variërend van circa 0,5 (µm) tot 10 (µm), om zo het effect hiervan op de resultaten te onderzoeken.

3.3.2. Resultaten metingen

• Uit de resultaten van de deeltjesmetingen blijkt dat, wanneer de deeltjes worden losgelaten tussen de dummy’s, het voeteinde het meest vervuild wordt. Gevolgd door het midden van de tafel. Het hoofdeinde blijft het schoonst. Vervuiling van de tafel treedt op bij de interne vervuilingsbronnen (tussen de dummy’s). De externe vervuilingsbron (op de hoek) lijdt nauwelijks tot vervuiling van de tafel.

• De turbulentie intensiteit net boven de operatietafel aan het voeteinde is voor het 1T en 3T plenum gelijk. Aan het hoofdeinde verdubbelt deze bij het 1T plenum. Het hoofdeinde bevindt zich in deze situatie dicht bij de grens van het plenum waar blijkbaar een hogere turbulentie heerst. Hier vindt opmenging plaats tussen het plenum en de ruimte. In het geval van het 3T plenum ligt het hoofdeinde ruimschoots binnen het plenum en is de turbulentie intensiteit lager.

• De metingen zijn uitgevoerd in de zomerperiode tijdens een hittegolf. Om de inblaastemperatuur te verlagen is een extern koelaggregaat aangesloten op het systeem. Het koelvermogen dat hiermee beschikbaar was beperkte de keuze voor de inblaastemperatuur. Het ventilatiesysteem in de proefkamer is niet ontworpen op de extreme buitencondities die tijdens de metingen optraden. Bij toekomstig gebruik van de proefkamer dient hiermee rekening te worden gehouden.

• Met beperkt budget is getracht de inrichting van de operatiekamer zoveel mogelijk uit te voeren conform de VDI 2167. De proefkamer, operatietafel en diverse meetapparatuur is ter beschikking gesteld door Interflow. De operatielamp is in bruikleen gegeven door Stöpler Instrumenten en Apparaten. De dummy’s zijn zelf gemaakt op basis van de gegevens uit de VDI 2167. Voor deze metingen voldeed de inrichting.



4. Simulaties Het 1T en 3T plenum zijn gesimuleerd in Fluent. De modellen zijn zoveel mogelijk afgestemd op de situatie in de proefkamer gedurende de metingen. Om dit te bereiken zijn de gemeten randvoorwaarden in de modellen verwerkt. Op welke wijze dit is gebeurd wordt beschreven in de eerste paragraaf. In de volgende paragraaf worden de resultaten van de simulaties besproken. Ten slotte volgen de conclusies.

4.1. Randvoorwaarden Naar aanleiding van de meetresultaten is een aantal randvoorwaarden aangepast ten opzichte van de eerste simulaties. De randvoorwaarden van deze eerste simulaties zijn opgenomen in Bijlage H: Eerste simulaties 1T plenum en Bijlage M: Eerste simulaties 3T plenum. De aanpassingen betreffen: • Het plenum is opgedeeld in inblaasvlakken waarvan de inblaassnelheid is gemeten. • Per afzuigrooster is de gemeten afzuighoeveelheid gemodelleerd. • Op de infrarood foto’s is te zien dat er een temperatuur verschil ontstaat over de hoogte van de dummy’s,

doordat de opgewarmde lucht aan de bovenzijde blijft hangen. In het model is dit verwerkt door de dummy’s op te delen in 3 á 4 delen (afhankelijk van de hoogte van de dummy). Van boven naar beneden neemt de warmteafgifte af. Voor de vier dummy’s van het operatieteam is de warmteverdeling van boven naar beneden als volgt: 60 (W/m2), 48 (W/m2), 40 (W/m2), 32 (W/m2). Voor de anesthesist is de warmteverdeling: 72 (W/m2), 62 (W/m2), 52 (W/m2). Voor het anesthesie apparaat geld een warmteverdeling van: 175 (W/m2), 130 (W/m2), 100 (W/m2). Voor alle dummy’s geldt dat de totale warmteafgifte gelijk blijft.

• De warmteafgifte van de TL verlichting in het plafond is verhoogd van 315 (W) naar 375 (W) totaal. In de proefkamer zijn 8 lichtbakken aanwezig met ieder 4 lampen van 18 (W). Dankzij een afdekplaat komt niet alle warmte de ruimte in. Aangenomen wordt dat 65% van het vermogen in de ruimte terecht komt.

• Het elektrische vermogen van de operatielamp is gemeten en bedraagt 165 (W). De warmteafgifte van deze lamp wordt gemodelleerd met 165 Watt in plaats van de eerdere 250 (W).

Bovenstaande aanpassingen zijn gezamenlijk doorgevoerd, het effect van iedere wijziging afzonderlijk is niet onderzocht.

4.2. Simulatieresultaten

4.2.1. 1T plenum

Voor het 1T plenum zijn deeltjes metingen uitgevoerd. Tijdens het simuleren is getracht deze metingen na te bootsen. In eerste instantie is hiervoor gebruik gemaakt het ‘Discrete phase’ model. Hiermee kunnen posities worden opgegeven waar deeltjes, met een bepaalde diameter, worden losgelaten. Voor de verschillende wanden in de ruimte kan worden opgegeven wat er gebeurt als het deeltje hierop terecht komt. Bijvoorbeeld: reflectie, opname of uitlaat. Als resultaat kan de baan van een deeltje door de ruimte worden bekeken en waar het uiteindelijk terecht komt. Tijdens het simuleren bleek al snel dat het berekenen van de deeltjesbanen veel rekentijd kost. Uit eerder onderzoek is gebleken dat het simuleren van 1*106 deeltjes zo’n 414 uur rekentijd kost. Conform de VDI dienen 6,3*109 deeltjes per minuut te worden losgelaten. Gekozen is daarom voor een andere aanpak om het deeltjestransport te modelleren. Met behulp van ‘Species’ kunnen gasvormige mengsels in de ruimte worden losgelaten, waarna op een bepaald punt de concentratie van dit gas kan worden bepaald. Aangezien de gebruikte deeltjes (met een grootte van 0,5 µm) zich vrijwel als een gas gedragen, benadert dit de metingen. Het gas is losgelaten op dezelfde posities als tijdens de metingen, waarna de deeltjesconcentraties zijn bepaald op de posities van de deeltjestellers. Er is gesimuleerd met een mengsel van N2 en O2 met een massaverhouding van 50%. De verhouding van deeltjesconcentratie N2 op de diverse punten wordt, in de volgende figuren, op dezelfde wijze weergegeven als bij de metingen.



Figuur 18. Simulatieresultaten situatie I plenum 1T

Figuur 19. Simulatieresultaten situatie II plenum 1T

Figuur 20. Simulatieresultaten situatie III plenum 1T

Uit bovenstaande figuren blijkt dat er nauwelijks deeltjes terecht komen op het midden van de tafel en bij het voeteinde. Wanneer de deeltjesverspreider tussen de dummy’s staat komen er wel deeltjes op het hoofdeinde terecht. Dit is vooral het geval wanneer de deeltjesverspreider aan de overzijde van de operatielamp tussen de dummy’s staat. Wanneer de deeltjes in de hoek worden losgelaten gaan ze direct naar het afvoerrooster en komen niet op de operatietafel terecht.




Simulatie deeltjesverspreider tussen

dummy's (III) 1T plenum

0

20

40

60

80

100

Hoofdeinde Midden Voeteinde Afvoer

% n

2


dummy's (I) 1T plenum

0

20

40

60

80

100


% n

2

Simulatie deeltjesverspreider in hoek (II)

1T plenum

0

20

40

60

80

100


% n

2



In onderstaande figuren is een doorsnede van de ruimte gemaakt in de XX richting, ter plaatse van de deeltjesverspreiders tussen de dummy’s. De figuren geven de deeltjesconcentratie (massafractie N2) in de ruimte weer. In de linkerfiguur is te zien dat wanneer de deeltjes onder de operatielamp worden losgelaten, ze richting de zijkant van de ruimte worden afgevoerd. Dit komt overeen met de bovenste figuur op de vorige pagina, waarin te zien is dat er vrijwel geen deeltjes op de operatietafel terecht komen. In de rechter figuur is te zien dat wanneer de deeltjes tussen de dummy’s worden losgelaten aan de overzijde van de operatielamp, een gedeelte zich richting operatietafel begeeft. Dit komt overeen met de derde figuur op de vorige pagina, waarin te zien is dat er deeltjes op het hoofdeinde van de tafel terecht komen. Figuur 21. Deeltjesconcentratie bij inlaat 1

Figuur 22. Deeltjesconcentratie bij inlaat 3

In Bijlage Q: Simulatieresultaten luchtsnelheden 1T plenum en Bijlage R: Simulatieresultaten luchttemperaturen 1T plenum zijn de simulatieresultaten van het 1T plenum opgenomen. Voor zowel de luchtsnelheden als de luchttemperaturen zijn twee doorsneden van de ruimte opgenomen. Ook is voor ieder punt in de proefkamer waar een meting is verricht, deze waarde opgenomen voor de simulatie.

4.2.2. 3T plenum

Voor het 3T plenum zijn de randvoorwaarden en luchttemperaturen en -snelheden gemeten. Er zijn geen deeltjesmetingen uitgevoerd in deze situatie. In Bijlage S: Simulatieresultaten luchtsnelheden 3T plenum en Bijlage T: Simulatieresultaten luchttemperaturen 3T plenum zijn de resultaten van de simulaties opgenomen. Hoewel geen deeltjesmetingen voor het 3T plenum zijn uitgevoerd, zijn er wel simulaties gemaakt waarbij deeltjes zijn losgelaten op drie punten, zoals bij het 1T plenum. Dit om een vergelijking te kunnen maken tussen de simulatie resultaten van het 1T plenum en van het 3T plenum. In beide gevallen zijn evenveel deeltjes losgelaten en op dezelfde punten. In onderstaande figuren worden de resultaten gepresenteerd. Per punt waarop deeltjes worden losgelaten is een figuur gemaakt met daarin het massapercentage N2 dat op de drie meetpunten op de operatietafel terecht komt. De schalen van de drie figuren zijn gelijk, om vergelijk mogelijk te maken.



Figuur 23. Vergelijking simulatie 1T en 3T plenum in situatie I

Figuur 24. Vergelijking simulatie 1T en 3T plenum in situatie II

Figuur 25. Vergelijking simulatie 1T en 3T plenum in situatie III

In bovenstaande figuren is te zien dat er meer deeltjes op de operatietafel gemeten worden bij het 1T plenum dan bij het 3T plenum. Bij het 1T plenum is het hoofdeinde het meest vervuild en bij het 3T plenum het voeteinde. Conform de VDI 2167 moeten hieraan ook nog de resultaten van de overige drie deeltjesverspreiders in de

Simulaties deeltjesverspreider tussen

dummy's (I)

0,0E+00

5,0E-06

1,0E-05

1,5E-05

Hoofdeinde Midden Voeteinde

% n

2 1T plenum

3T plenum

Simulaties deeltjesverspreider in hoek (II)

0,0E+00

5,0E-06

1,0E-05

1,5E-05


% n

2 1T plenum

3T plenum

Simulaties deeltjesverspreider tussen

dummy's (III)

0,0E+00

5,0E-06

1,0E-05

1,5E-05


% n

2 1T plenum

3T plenum



hoeken worden toegevoegd. Op basis van het totale aantal deeltjes per meetpunt kan dan de protectieklasse worden bepaald.

4.3. Conclusies Ten aanzien van het simuleren kan de volgende conclusie worden getrokken: • Voor het modelleren van grote hoeveelheden deeltjes is het Discrete Phase model niet geschikt, vanwege de

benodigde rekentijd. Het simuleren van 1*106 deeltjes kost circa 414 uur rekentijd. Conform de VDI 2167 dienen 6,3*109 deeltjes per minuut losgelaten te worden. Voor gasvormige deeltjes kan beter gebruik gemaakt worden van het Species model.

• Voor de simulaties is gebruik gemaakt van een grid met in totaal 34.215 cellen voor de gehele proefkamer. Voor het 1T plenum zijn ook simulaties uitgevoerd met een grid van in totaal 136.646 cellen. Deze grid verfijning bleek geen effect te hebben op de resultaten van het aantal deeltjes dat op de drie meetpunten terecht komt.. Geconcludeerd kan worden dat het ‘grove’ grid van 34.215 cellen betrouwbare resultaten levert.




dummy's (I)

0

20

40

60

80

100


tafel


% d

eelt

jes 0

,5 m

ico

rme

ter

Meting deeltjesverspreider in hoek

(II)

0

20

40

60

80

100


tafel


% d

eelt

jes

0,5

mic

orm

ete

r


dummy's (III)

0

20

40

60

80

100


tafel


% d

eelt

jes 0

,5 m

ico

rmete

r


dummy's (I)

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0


% n

2

Simulatie deeltjesverspreider in hoek (II)

0,00

20,00

40,00

60,00

80,00

100,00


% n

2


dummy's (III)

0

20

40

60

80

100


% n

2

5. Vergelijking modellen met metingen In dit hoofdstuk wordt een vergelijking gemaakt tussen de resultaten van de metingen en die van de simulaties. Op de volgende punten wordt vergeleken: • Verhouding van deeltjes op de diverse meetposities; • Oppervlakte temperaturen; • Luchtsnelheden en temperaturen. Aan het eind van dit hoofdstuk worden conclusies getrokken op basis van de vergelijkingen.

5.1. Deeltjes In de vorige hoofdstukken zijn figuren gepresenteerd met daarin de procentuele hoeveelheid deeltjes die bij een bepaald meetpunt is gemeten. Voor iedere positie waarop deeltjes los worden gelaten (3 posities in totaal) is zo’n figuur gemaakt. Onderstaand zijn de figuren van de simulatie en meting naast elkaar gezet. Zo kan worden vergeleken of de verhoudingen overeenkomen. Figuur 26. Vergelijking resultaten deeltjes I

Figuur 27. Vergelijking resultaten deeltjes II

Figuur 28. Vergelijking resultaten deeltjes III



Uit bovenstaande figuren blijkt dat wanneer de deeltjes in de hoek worden losgelaten, de resultaten van meting en simulatie nagenoeg overeenkomen. In dit geval gaan bijna alle deeltjes naar het afvoerrooster en komen er nauwelijks deeltjes op de operatietafel terecht. Wanneer de deeltjes tussen de dummy’s worden losgelaten ontstaan er verschillen tussen meting en simulatie. De operatietafel blijft bij de simulatie schoner dan bij de meting. Met name op het voeteinde en midden van de tafel komen bij de simulatie vrijwel geen deeltjes terecht, terwijl dit bij de meting wel het geval is. Het hoofdeinde raakt tijdens de simulatie meer vervuild dan gemeten.

5.2. Oppervlakte temperaturen Op basis van de infrarood foto’s van de metingen en de figuren met temperatuur contouren van de simulaties kunnen de oppervlakte temperaturen worden vergeleken. De temperatuur van de vloer is gelijk voor simulatie en meting. De wandtemperaturen zijn tijdens de metingen circa 2 °C hoger dan tijdens de simulaties. De temperaturen van het plafond en de operatielamp zijn tijdens de meting circa 3 °C hoger dan tijdens de simulaties. De temperatuur van de dummy’s is voor beide gevallen vergelijkbaar. De wanden zijn gemodelleerd met een warmtegeleidingcoëfficiënt van 1,5 W/m2K en een temperatuur aan de buitenzijde van de wand van 293 K. Waarschijnlijk was de temperatuur aan de andere zijde van de wanden (in de hal) gedurende de metingen hoger. Deze temperatuur is niet gemeten. Dit zou verklaren waarom de wanden tijdens de metingen een paar Kelvin warmer zijn dan in de simulaties. De operatielamp wordt gedurende de simulatie warmer dan gemeten. Dit wordt waarschijnlijk veroorzaakt door de geometrie. In het model is de lamp gemodelleerd als schotel. In werkelijkheid bestaat deze uit vijf zeshoeken, waartussen lucht kan stromen. Hierdoor kan de operatielamp zijn warmte convectief beter kwijt dan in het model.

5.3. Luchtsnelheden en -temperaturen 1T plenum De stromingspatronen die in de doorsneden te zien zijn, komen overeen met de schetsen van de rookproeven. In het detail van de luchtstroming boven het anesthesie apparaat is te zien dat ook bij de simulatie hier de lucht opstijgt. Voor wat betreft de luchtsnelheden in de meetpunten geldt: • De luchtsnelheid aan het voeteneinde net boven de tafel, op de rand van de tafel en op de vloer zijn lager in

de simulatie dan gemeten. Het verschil bedraagt respectievelijk 0,3; 0,07 en 0,17 (m/s). • De luchtsnelheden aan het hoofdeinde net boven de tafel is bij de simulatie 0,09 (m/s) hoger dan gemeten. • De snelheid waarmee de lucht van de tafel valt bij het hoofdeinde is in beide gevallen vrijwel gelijk. • De luchtsnelheden aan beide zijkanten van de tafel buiten het operatiegebied zijn in beide gevallen vrijwel

gelijk. Voor de temperaturen zijn in de bijlage twee doorsneden van de ruimte opgenomen met daarin de temperatuurverdeling. In de bijlage zijn tevens de temperaturen van de meetpunten bepaald voor de simulatie. Wanneer de verschillende waarden van meting en simulatie met elkaar worden vergeleken vallen de volgende zaken op: • De temperaturen direct onder het plenum en net boven de operatietafel zijn in beide gevallen vrijwel gelijk. • De temperatuur op ooghoogte midden onder het plenum is bij de simulatie 0,8 (°C) hoger dan gemeten. • De temperaturen bij het voeteinde en hoofdeinde op de operatietafel zijn in beide gevallen vrijwel gelijk. De overige ruimte temperaturen zijn lager bij de simulatie dan bij de metingen, het verschil is ongeveer 1,5 á 2 (°C). 3T plenum Voor wat betreft de luchtsnelheden in de meetpunten geldt: • De luchtsnelheden net boven de tafel zijn bij de simulatie hoger dan gemeten. Respectievelijk 0,06 (m/s) bij

het voeteinde en 0,16 (m/s) bij het hoofdeinde. • De snelheid waarmee de lucht bij het voeteinde van de operatietafel valt is bij de simulatie 0,12 (m/s) groter

dan bij de meting. Voor wat betreft de luchttemperaturen geldt: • Onder het plenum zijn de temperaturen in beide gevallen vrijwel gelijk. • De luchttemperatuur ter hoogte van de hoofden van het operatieteam zijn bij het hoofden voeteinde tijdens

de metingen hoger dan bij de simulaties. Het verschil bedraagt respectievelijk 0,7 (°C) en 1,5 (°C).



• De temperatuur net boven de tafel bij het hoofdeinde is voor beide gevallen gelijk. Aan het voeteinde is deze temperatuur bij de simulaties 0,7 (°C) hoger.

5.4. Conclusies • Op basis van de deeltjesmetingen en –simulaties kan worden geconcludeerd dat het hoofdeinde bij de

simulaties meer vervuilt dan gemeten. Het midden van de tafel en het voeteinde blijven bij de simulaties juist schoner dan tijdens de metingen. De oorzaak van deze verschillen is op basis van de beschikbare gegevens niet vast te stellen.

• Wanneer de metingen worden uitgevoerd conform de VDI 2167 zijn alleen gegevens bekend over de hoeveelheid deeltjes bij de drie meetpunten op de operatietafel. Data waarmee eventuele verschillen kunnen worden verklaard ontbreken. Tijdens de metingen zijn op bepaalde posities in de ruimte de luchtsnelheden en –temperaturen gemeten. Gebleken is echter dat dit onvoldoende informatie biedt om de verschillen in deeltjestellingen te kunnen verklaren. Onderzocht dient te worden of het mogelijk is een meetplan op te stellen waarmee wel voldoende extra informatie kan worden verzameld. Een goede manier om een beeld te krijgen van de luchtstromingen in de ruimte is het uitvoeren van rookproeven, hoewel dit op bezwaren kan stuiten met betrekking tot vervuiling van de ruimte en het ventilatiesysteem. Een interessant vlak om metingen in te verrichten is in de XX-richting ter plaatse van de deeltjesverspreiders tussen de dummy’s, zoals 32Figuur 21 en Figuur 22. Dit geeft een beeld van hoe de deeltjes vanuit de verspreider op de tafel terecht komen.

• Conform de VDI 2167 wordt de protectieklasse van de ruimte bepaald door de laagst berekende protectieklasse. Het meetpunt op de operatietafel waar de meeste deeltjes terecht komen bepaalt hiermee de protectieklasse. Op deze manier kan het zo zijn dat de protectieklasse van metingen en simulaties overeenkomen, terwijl de verdeling van de deeltjes over de meetpunten verschilt. Beter zou zijn, ten behoeve van een validatie, de drie berekende protectieklassen met elkaar te vergelijken.

• De VDI 2167 is bedoeld om een ruimte te classificeren en niet om een vergelijking uit te voeren tussen meetresultaten en simulaties. Hierdoor is in de norm niet bepaald binnen welke grenzen de resultaten voldoende overeenkomen. Wanneer de norm hiervoor wordt gebruikt zullen richtlijnen hieromtrent moeten worden opgesteld.



6. Conclusies en aanbevelingen Hoofddoel van dit onderzoek is: Het valideren van CFD berekeningen van operatiekamers ten behoeve van kwaliteitsbewaking van de

CFD simulaties enerzijds en de luchtkwaliteit in de operatiekamer anderzijds. Uit literatuuronderzoek is gebleken dat er geen norm bestaat die voorschrijft hoe zo’n validatie dient te worden uitgevoerd. Als leidraad is in dit onderzoek gebruik gemaakt van de VDI 2167 die tot doel heeft een operatiekamer te classificeren met behulp van de protectieklasse. Doordat tijdens de metingen geen deeltjesgenerator beschikbaar was, is gewerkt met een onbekend aantal deeltjes. Hierdoor is het niet mogelijk de protectieklasse van de metingen te bepalen. Een validatie door het vergelijken van de protectieklasse van de metingen met die van de simulaties kan niet worden uitgevoerd. Naast het uitvoeren van een validatie voor één specifieke situatie is een belangrijk ander aspect van dit onderzoek ervaring opdoen met de validatie methodiek. Geconcludeerd kan worden dat de VDI 2167 een goede basis biedt voor het opstellen van een validatie methodiek. Tijdens het doorlopen van alle stappen is een aantal conclusies en aanbevelingen naar voor gekomen, die als input kunnen dienen voor het verder ontwikkelen van een standaard op dit gebied. Onderstaand worden de belangrijkste conclusies met betrekking tot de methodiek voor het meten, simuleren en valideren besproken.

6.1. Metingen Inrichting operatiekamer De inrichting van de operatiekamer bestaat conform de VDI 2167 uit 5 personen, een anesthesie apparaat, een operatietafel en twee operatielampen. Dit blijkt erg weinig in vergelijking met een ‘echte’ operatie. Tijdens discussie met ziekenhuis personeel (http://sts.bwk.tue.nl/Loomans/seminar310806.htm) kwam naar voren dat deze inrichting zelfs voor de meest eenvoudige ingreep te summier is. Er ontbreken in ieder geval een patiënt en instrumententafels. Posities deeltjesverspreiders Conform de norm worden de deeltjes 30 cm boven de grond losgelaten. Uit het Handboek ziekenhuisventilatie (Ham 2002) blijkt de mens de grootste verspreider van deeltjes te zijn in een operatiekamer. Om te voorkomen dat deze deeltjes (huidschilfers) in de ruimte terecht komen draag het operatieteam speciale kleding. Hierbij blijken (enigszins afhankelijk van het soort kleding dat gedragen wordt) de meeste deeltjes vrij te komen bij de hals. Een realistischere positie om de deeltjes los te laten lijkt ter hoogte van de hals van het operatieteam. Over de positie van de deeltjesverspreider is contact gezocht met de heer A. Brunner, één van de opstellers van de VDI 2167. Bij de keuze voor de positie 30 cm boven de grond is aangenomen dat de deeltjes door thermische effecten opstijgen en in het operatiegebied terecht komen. Er is een simulatie gemaakt waarbij de deeltjes worden losgelaten vanaf het hoofd van één van de dummy’s. Dit geeft een heel ander beeld van de deeltjes die op de tafel terecht komen, dan wanneer de deeltjes op grondniveau worden losgelaten. Zoals te verwachten komen meer deeltjes in het operatiegebied terecht. Onderzocht dient te worden wat een realistische positie is om de deeltjes los te laten. Eigenschappen deeltjes In de VDI 2167 worden de deeltjes niet omschreven. De grootte en het gewicht van deze deeltjes hebben invloed op hoe de deeltjes zich door de ruimte verspreiden. Hoe groter en zwaarder de deeltjes, des te moeilijker ze van de grond op de tafel terecht zullen komen. Voor dit onderzoek is gewerkt met deeltjes ter grootte van 0,5 (µm), dit zijn relatief kleine deeltjes die de luchtstroming goed volgen. Aanbevolen wordt toekomstige experimenten uit te voeren met verschillende deeltjesgrootten, variërend van circa 0,5 (µm) tot 10 (µm), om zo het effect hiervan op de resultaten te onderzoeken.

6.2. Simulaties Modelleren deeltjes Voor het modelleren van grote hoeveelheden deeltjes blijkt het Discrete Phase model niet geschikt, vanwege de benodigde rekentijd. Voor gasvormige deeltjes kan beter gebruik gemaakt worden van het Species model.



6.3. Validatie Aggregatieniveau protectieklassen Conform de VDI 2167 wordt de protectieklasse van de ruimte bepaald door de laagste berekende protectieklasse. Het meetpunt op de operatietafel waar de meeste deeltjes terecht komen bepaald hiermee de protectieklasse. Op deze manier kan het zo zijn dat de protectieklasse van metingen en simulaties overeenkomen, terwijl de verdeling van de deeltjes over de meetpunten verschilt. Beter zou zijn, ten behoeve van een validatie, de drie berekende protectieklassen met elkaar te vergelijken. Beoordelingscriterium Wanneer een protectieklasse is bepaald voor meting en simulatie dient te worden vastgesteld of beide in voldoende mate overeenkomen. Hieromtrent bestaan geen richtlijnen. Wanneer de VDI 2167 voor dit doel wordt gebruikt, dienen deze te worden opgesteld. Aanvullende meetdata Voor de oorspronkelijke toepassing van de VDI 2167 is het voldoende de protectieklasse van een ruimte te kunnen bepalen. Wanneer de norm wordt gebruikt om simulaties en metingen met elkaar te vergelijken en men eventuele verschillen wil verklaren, is extra meetdata benodigd. Gebleken is dat de aanvullende meetgegevens uit dit onderzoek onvoldoende waren om de verschillen te kunnen verklaren. Een goede manier om een beeld te krijgen van de luchtstromingen in de ruimte is het uitvoeren van rookproeven, hoewel dit op bezwaren kan stuiten met betrekking tot vervuiling van de ruimte en het ventilatiesysteem. Een interessant vlak om metingen in te verrichten is in de XX-richting ter plaatse van de deeltjesverspreiders tussen de dummy’s. Dit geeft een beeld van hoe de deeltjes vanuit de verspreider op de tafel terecht komen.



7. Literatuur Nicolaas H.J.(2006) Europese ventilatienorm voor ziekenhuizen, VV+, nr.4 , pagina 264 - 267 Chen Q., Srebric J. (2001) How to verify, validate and report indoor environment modeling CFD analyses

ASHRAE rapport RP-1133, American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning engineers, Atlanta, GA

VDI 2167 (2004) Technische Gebäudeausrüstung von Krankenhäusern, Heizungs- und Raumlufttechnik, Verein

Deutscher Ingenieure, Düsseldorf VDI 2083 (1996) Reinraumtechnik Thermische Behaglichkeit, Verein Deutscher Ingenieure, Düsseldorf DIN 1946-4 (2005) Raumlufttechnik – Teil 4: Raumlufttechnische Anlagen in Krankerhäusern College bouw ziekenhuisvoorzieningen (2004), Operatieafdeling bouwmaatstaven voor nieuwbouw, College

bouw ziekenhuis voorzieningen rapportnummer 0.115, ISBN 90-8517-008-7 Werkgroep infectiepreventie (2004), Bouw- en inrichtingseisen operatiekamers, Ham P. J. (2002) Handboek ziekenhuisventilatie, TNO Preventie en gezondheid, Leiden Loomans M., Lemaire T. (2002) Particle concentration calculations using CFD – a comparison-, Proc. RoomVent 2002 Beheersplan Luchtbehandeling voor de Operatieafdeling (2005) Fluent Inc. (2005) Fluent 6.2 User’s guide, Fluent Inc., Lebanon Fluent Inc. (2004) Gambit 2.2 User’s guide, Fluent Inc, Lebanon http://sts.bwk.tue.nl/Loomans/seminar310806.htm

Bijlage A: Meetopstelling

Objectnr. Objectnaam Afmetingen (m) Positiemiddelpunt (x;y) Vermogen (W)

1 Dummy 1 H x D : 1,8 x 0,46

(0,5; -0,1) 100

2 Dummy 2 H x D: 1,8 x 0,46

(-0,5;-0,1) 100

3 Dummy 3 H x D: 1,8 x 0,46

(-0,5; 0,5) 95

4 Dummy 4 H x D: 1,8 x 0,46

(0,6; 0,5) 95

5 Dummy 5 H x D: 1,2 x 0,46

(0,4; 1,3) 95

6 Anesthesie apparaat

H x D: 1,5 x 0,46

(-0,4; 1,9) 296

7 Tafel L x B x H: 2,0 x 0,5 x 0,9

(0;0) 0

8 Operatielamp 1 H x D : 2,1 x 0,8

(-0,6; 0,2) onder een hoek van 40 ° met de x-as

165

Afmetingen en posities inrichting

In de volgende figuur wordt in een plattegrond de inrichting van de kamer weergegeven. Inrichting operatiekamer

7 1 2

3 4

5

6

8 X

Y

Bijlage B: Bouwkundige tekening proefkamer Interflow

Bijlage C: Gebruikte meetapparatuur

Apparaat Fabrikaat Type Meetbereik Meetnauwkeurigheid

Temperatuur opnemer Escort Escort junior EJ-HS-B-8

-20°C/+60°C ±0,3(°C)

Luchtsnelheidsmeter Dantec IFS-100 0 - 1 m/s ±2%

Infrarood camera Thermacam S65 HS -40°C +1500°C

±2(°C)

Debietmeter Balometer junior 0 – 660 l/s ±3% of full scale

Deeltjesteller Solair 3100+ 28,3 LPM 100% efficiency bij

deeltjes >0,45µm

Deeltjesteller Royco 243A 28,3 LPM 100% efficiency bij

deeltjes >0,45µm

Bijlage D: Meetresultaten afvoerdebieten 1T plenum

Meting afvoerdebieten 25-07-2006 14.05



Gemiddelde waarden afvoerdebieten


Laag 258 128 130 130 646

Midden 300 157 160 164 781

Hoog 357 230 234 255 1.076

TOTAAL 915 515 524 549 2.503


Laag 268 134 130 134 666

Midden 269 176 166 180 818

Hoog 368 230 230 250 1.078

TOTAAL 932 540 526 564 2.562


Laag 260 128 130 130 648

Midden 302 160 160 172 794

Hoog 370 220 222 244 1.056

TOTAAL 932 508 512 546 2.498

Positie A B C D

Gemiddeld (m3/h)

Max. afwijking (%)

Gemiddeld (m3/h)

Max. afwijking (%)

Gemiddeld (m3/h)

Max. afwijking (%)

Gemiddeld (m3/h)

Max. afwijking (%)

Laag 262 + 2,3 130 + 3,0 130 0 % 131 + 2,3

Midden 290 - 7,2 164 + 7,3 162 + 2,5 172 +/- 4,7

Hoog 365 - 2,2 227 - 3,1 229 - 3,1 250 - 2,4

X

Y

A

B C

D

2990

496

656

1242

200

HOOG

MIDDEN

LAAG

Bijlage E: Meetresultaten inblaassnelheden 1T plenum

Meting inblaassnelheden 25-07-2006 16.20



Opmerking: De luchtsnelheden in het anesthesie plenum zijn zo laag, dat ze buiten het meetbereik vallen.

0,05 0,00

0,10 0,01

0,37 0,42

0,26 0,32

0,34 0,24

0,32 0,19

0,08 0,10

0,09 0,12

0,36 0,38

0,28 0,33

0,34 0,33

0,32 0,28

0,00 0,10

0,00 0,11

0,36 0,38

0,33 0,32

0,34 0,33

0,29 0,29

Bijlage F: Infraroodfoto’s 1T plenum

Infrarood foto 1T plenum wand 01


Infrarood foto1T plenum wand 03


Infrarood foto 1T plenum vloer

Infrarood foto1T plenum plafond

Infrarood foto 1T plenum opstelling

Bijlage G: Meetresultaten deeltjestellers 1T plenum De deeltjes metingen zijn op de volgende dagen en tijdstippen uitgevoerd: Meting I: Start 27-07-2006 8:01 Stop 27-07-2006 9:33 Meting II Start 27-07-2006 9:49 Stop 27-07-2006 11:09 Meting III Start 27-07-2006 11:28 Stop 27-07-2006 12:46

DEELTJESVERSPREIDER TUSSEN DUMMY’S (I)

Deeltjesteller midden op tafel *

Deeltjesteller voeteneinde *

Deeltjesteller afvoerrooster *

16 120 1.112

3 99 609

4 34 327

8 14 177

3 26 95

2 26 74

4 9 41

20 33 46

18 34 36

Achtergrond meting A

19 44 33

4.241 234 24.526

4.128 44.289 47.062

6.209 30.876 62.774

2.081 19.239 39.431

1.695 10.659 22.219

635 4.469 12.778

478 3.108 8.121

213 1.793 5.217

229 1.361 3.721

Deeltjes meting 1

133 748 2.478

38 101 209

27 74 192

24 70 151

16 57 83

23 47 53

17 48 66

7 33 39

7 19 31

12 31 20

Achtergrond meting B

12 27 31

* Aantallen deeltjes van 0,5 micrometer / ft3 cumulatief gemeten gedurende 1 minuut

DEELTJESVERSPREIDER TUSSEN DUMMY’S (I)


Deeltjesteller hoofdeinde *


12 7 104

8 4 92

12 3 51

13 2 41

15 5 35

5 5 19

7 5 22

11 6 5

5 1 16

Achtergrond meting C

11 2 10

5.568 3 81.163

14.491 69 37.892

9.842 403 65.438

5.036 135 40.733

3.100 81 24.886

1.342 74 14.972

548 20 9.213

433 13 5.935

324 20 3.975

Deeltjes meting 2

153 22 2.538

45 14 277

56 11 244

46 6 141

16 13 113

12 7 84

26 8 98

11 6 61

21 1 62

17 6 48

Achtergrond meting D

13 6 64


DEELTJESVERSPREIDER IN HOEK (II)




23 131 441

44 167 418

20 110 364

21 60 250

19 92 171

18 37 109

25 34 81

8 22 50

8 27 44


7 24 20

40 89 369.022

168 546 9.923

225 1.115 2.194

154 675 1.809

66 370 1.029

33 217 524

28 150 337

19 126 222

15 66 155

Deeltjes meting 1

14 54 80

23 136 311

26 139 392

19 103 279

19 81 215

11 32 133

18 47 71

19 65 61

7 45 51

11 42 46


15 20 25


DEELTJESVERSPREIDER IN HOEK (II)




11 6 74

36 7 144

15 4 107

13 2 84

12 2 62

8 4 49

7 1 30

5 4 22

11 10 14


15 3 25

15 6 20.429

80 14 559

138 18 280

57 16 218

53 12 146

32 16 82

29 12 46

17 8 50

13 9 31

Deeltjes meting 2

13 8 20

21 8 149

45 3 205

20 12 154

17 11 108

14 2 41

14 4 33

21 2 26

6 9 29

13 6 18


14 7 17


DEELTJESVERSPREIDER TUSSEN DUMMY’S (III)




16 75 585

9 59 458

11 43 256

18 37 193

11 33 137

11 36 121

13 22 72

12 25 61

12 23 29


12 20 33

10 22 12

14 33 62

50 85 97

43 119 81

21 118 80

29 88 77

25 81 66

14 68 58

25 49 32

Deeltjes meting 1

30 73 29

29 33 40

11 53 64

19 50 101

11 43 72

16 52 52

22 21 41

14 36 35

20 38 22

18 40 19


12 31 17


DEELTJESVERSPREIDER TUSSEN DUMMY’S (III)




12 6 259

13 6 188

13 12 120

16 6 101

13 5 82

7 5 58

7 6 32

15 5 32

13 12 37


14 6 24

8 11 14

227 158 34

158 251 750

138 70 1.485

103 36 1.839

49 37 1.513

41 19 1.172

23 7 779

34 18 580

Deeltjes meting 2

29 8 337

12 4 99

9 5 77

19 4 60

10 5 42

4 6 31

10 6 17

11 13 24

11 5 15

10 4 18


3 3 88


Bijlage H: Eerste simulaties 1T plenum

Ingestelde waarde Eenheid

Plenum

Inblaassnelheid 1T 0,3 m/s

Inblaassnelheid 2T 0 m/s

Inblaassnelheid 3T 0 m/s

Inblaastemperatuur 1T 18,5 °C

Inblaastemperatuur 2T nvt °C

Inblaastemperatuur 3T nvt °C

Afzuiging

Afzuiging hoog 33 %

Afzuiging laag 67 %

Overige afzuigroosters 0 %

Verlichting

Warmteproductie ok lamp 250 W

Warmteproductie tl verlichting 315 W

Wanden

Reflectiefactor straling 0,9 -

Warmtegeleiding 1,5 W/m2K

Dikte 0,1 m

Randvoorwaarden eerste simulaties 1T plenum

Luchtsnelheden XX-doorsnede 1T plenum

Luchtsnelheden YY-doorsnede 1T plenum

Luchttemperaturen XX-doorsnede 1T plenum

Detail luchttemperaturen rond OK lampen XX-doorsnede 1T plenum

Luchttemperaturen YY-doorsnede 1T plenum

Bijlage I: Meetopstelling 1T plenum

POSITIES MEETAPPARATUUR METING 1A DOORSNEDE AA X (m) Y (m) Z (m)

T1 1,75 0 0,67 T2 0 2,0 0,67 T3 1,75 0 1,80 T4 0 0,80 1,80 T5 -1,70 0 0,67 T6 0 0 2,80 T7 0 -0,80 1,80 T8 0 2,0 1,80 T9 0 0 1,80 T10 0 -1,50 1,80 V1 0 1,0 0,67 V2 0 -1,50 0,10 V3 0 -0,80 1,0 V4 1,75 0 0,90 V5 -1,70 0 0,90 V6 0 0,80 1,0 Posities meetapparatuur

A A

B

B

X

Y

Z

DOORSNEDE A-A

T2

T4

V2

T7 T8 T10

Y

Z

T6

T9

V1

V3 V6

POSITIES MEETAPPARATUUR METING 1A DOORSNEDE BB X (m) Y (m) Z (m)

T1 1,75 0 0,67 T2 0 2,0 0,67 T3 1,75 0 1,80 T4 0 0,80 1,80 T5 -1,70 0 0,67 T6 0 0 2,80 T7 0 -0,80 1,80 T8 0 2,0 1,80 T9 0 0 1,80 T10 0 -1,50 1,80 V1 0 1,0 0,67 V2 0 -1,50 0,10 V3 0 -0,80 1,0 V4 1,75 0 0,90 V5 -1,70 0 0,90 V6 0 0,80 1,0 Posities meetapparatuur

A A

B

B

X

Y

DOORSNEDE B-B

T3

T5 T1

X

T6

T9

Z

V5 V4

POSITIES MEETAPPARATUUR METING 1B / 3A DOORSNEDE AA

Posities meetapparatuur

X (m) Y (m) Z (m)

T1 0 -0,90 0,90 T2 0 0,90 0,90 T3 1,75 0 1,80 T4 0 0,80 1,80 T5 0 -2,0 0,67 T6 0 0 2,80 T7 0 -0,80 1,80 T8 2,80 2,80 1,05 T9 0 -1,50 0 T10 0 -2,0 2,5 V1 0 1,05 0,90 V2 0 -1,50 0,10 V3 0 0,80 1,0 V4 0 -1,05 0,90 V5 0 -2,0 0,90 V6 0 -0,80 1,0

A A

B

B

X

Y

DOORSNEDE A-A

T1

T4 T7

T5

T10

Y

Z

T6

T9

V1

V6 V3 T2

V2

V4 V5

POSITIES MEETAPPARATUU METING 1B / 3A DOORSNEDE BB X (m) Y (m) Z (m)

T1 0 -0,90 0,90 T2 0 0,90 0,90 T3 1,75 0 1,80 T4 0 0,80 1,80 T5 0 -2,0 0,67 T6 0 0 2,80 T7 0 -0,80 1,80 T8 2,80 2,80 1,05 T9 0 -1,50 0 T10 0 -2,0 2,5 V1 0 1,05 0,90 V2 0 -1,50 0,10 V3 0 0,80 1,0 V4 0 -1,05 0,90 V5 0 -2,0 0,90 V6 0 -0,80 1,0 Posities meetapparatuur

A A

B

B

X

Y

DOORSNEDE B-B

T6

Z

T3

Y

T8

Bijlage J: Meetresultaten luchtsnelheden 1T plenum De metingen zijn op de volgende dagen en tijdstippen uitgevoerd: Meting 1A 25-07-2006 start 12:35 stop 13:05 Meting 1B 25-07-2006 start 15:07 stop 15:37

METING 1A

Gemiddelde luchtsnelheid (m/s) Standaarddeviatie Turbulentie intensiteit

V1 0,06 0,028 0,46

V2 0,25 0,075 0,30

V3 0,40 0,045 0,11

V4 0,07 0,035 0,54

V5 0,18 0,091 0,51

V6 0,18 0,050 0,28

METING 1B


V1 0,32 0,107 0,33

V2 0,25 0,070 0,28

V3 0,19 0,047 0,24

V4 0,41 0,148 0,36

V5 0,05 0,032 0,59

V6 0,40 0,051 0,13

Bijlage K: Meetresultaten luchttemperaturen 1T plenum De metingen zijn op de volgende dagen en tijdstippen uitgevoerd: Meting 1A 25-07-2006 start 12:35 stop 13:05 Meting 1B 25-07-2006 start 15:07 stop 15:37

METING 1A

Gemiddelde

temperatuur (°C) Standaarddeviatie

T1 23,6 0,09

T2 24,2 0,10

T3 24,2 0,10

T4 22,2 0,00

T5 23,0 0,12

T6 21,1 0,00

T7 23,1 0,14

T8 24,8 0,05

T9 20,9 0,00

T10 24,1 0,10

METING 1B

Gemiddelde

temperatuur (°C) Standaarddeviatie

T1 21,5 0,13

T2 21,8 0,09

T3 24,6 0,15

T4 22,4 0,00

T5 23,3 0,15

T6 21,4 0,00

T7 23,5 0,00

T8 24,0 0,00

T9 22,3 0,10

T10 25,6 0,00

Bijlage L Infraroodfoto’s 3T plenum Infrarood foto 3T plenum wand 01


Infrarood foto 3T plenum vloer

Infrarood foto 3T plenum plafond

Infrarood foto 3T opstelling

Bijlage M: Eerste simulaties 3T plenum

Ingestelde waarde Eenheid

Plenum





Inblaastemperatuur 2T 19 °C


Afzuiging

Afzuiging hoog 33 %

Afzuiging laag 67 %

Overige afzuigroosters 0 %

Verlichting

Warmteproductie ok lamp 250 W

Warmteproductie tl verlichting 315 W

Wanden

Reflectiefactor straling 0,9 -

Warmtegeleiding 1,5 W/m2K

Dikte 0,1 m

Randvoorwaarden eerste simulaties 3T plenum

Luchttemperaturen XX-doorsnede 3T plenum

Detail luchttemperaturen rond operatielampen XX-doorsnede 3T plenum

Luchttemperaturen YY-doorsnede 3T plenum

Bijlage N: Meetopstelling 3T plenum

POSITIES MEETAPPARATUUR METING 3B DOORSENDE AA

X (m) Y (m) Z (m)

T1 0 1,5 2,8 T2 0 2 0,67 T3 1,75 0 1,8 T4 0 0,8 1,8 T5 -1,7 0 0,67 T6 0 0 2,8 T7 0 1,5 1,8 T8 1,7 0 0,67 T9 0 0 1,8 T10 -1,75 0 2,8 V1 0 2,0 0,9 V2 0 -1,5 0,1 V3 0 0,8 1,0 V4 1,7 0 0,9 V5 -1,7 0 0,9 V6 0 -0,8 1,0

A A

B

B

X

Y

DOORSNEDE A-A

T1

T4 T7

Y

Z

T6

T9

V1

V6 V3

T2

V2

POSITIES MEETAPPARATUUR METING 3B DOORSNEDE BB X (m) Y (m) Z (m)

T1 0 1,5 2,8 T2 0 2 0,67 T3 1,75 0 1,8 T4 0 0,8 1,8 T5 -1,7 0 0,67 T6 0 0 2,8 T7 0 1,5 1,8 T8 1,7 0 0,67 T9 0 0 1,8 T10 -1,75 0 2,8 V1 0 2,0 0,9 V2 0 -1,5 0,1 V3 0 0,8 1,0 V4 1,7 0 0,9 V5 -1,7 0 0,9 V6 0 -0,8 1,0 Posities meetapparatuur

A A

B

B

X

Y

DOORSNEDE B-B

T6

Z

T3

Y

T8 T5

T10

V4 V5

Bijlage O: Meetresultaten luchtsnelheden 3T plenum De metingen zijn op de volgende tijden uitgevoerd: Meting 3A 27-7-2006 start 14:39 stop 15:09 Meting 3B 27-7-2006 start 16:01 stop 16:31

METING 3A


V1 0,39 0,105 0,27

V2 0,38 0,085 0,22

V3 0,27 0,036 0,13

V4 0,58 0,186 0,32

V5 0,12 0,049 0,41

V6 0,39 0,035 0,09

METING 3B


V1 0,10 0,032 0,32

V2 0,42 0,100 0,24

V3 0,31 0,038 0,12

V4 0,23 0,040 0,18

V5 0,14 0,063 0,45

V6 0,37 0,037 0,10

Bijlage P: Meetresultaten luchttemperaturen 3T plenum De metingen zijn op de volgende tijden uitgevoerd: Meting 3A 27-7-2006 start 14:39 stop 15:09 Meting 3B 27-7-2006 start 16:01 stop 16:31

METING 3A

Gemiddelde temperatuur (°C) Standaarddeviatie

T1 21,5 0,15

T2 22,7 0,05

T3 26,1 0,05

T4 25,8 0,05

T5 25,0 0,00

T6 21,9 0,10

T7 24,5 0,07

T8 25,6 0,00

T9 23,0 0,12

T10 25,8 0,00

METING 3B

Gemiddelde temperatuur (°C) Standaarddeviatie

T1 27,0 0,09

T2 26,5 0,46

T3 26,6 0,00

T4 26,3 0,00

T5 25,8 0,08

T6 22,2 0,00

T7 24,8 0,08

T8 26,3 0,00

T9 22,1 0,13

T10 26,6 0,00

Bijlage Q: Simulatieresultaten luchtsnelheden 1T plenum

METING 1A SIMULATIE 1A

Gemiddelde luchtsnelheid (m/s) Gemiddelde luchtsnelheid (m/s)

V1 0,06 0,16

V2 0,25 0,08

V3 0,40 0,10

V4 0,07 0,04

V5 0,18 0,12

V6 0,18 0,27 Meet- en simulatieresultaten 1T plenum luchtsnelheden 1A

METING 1B SIMULATIE 1B


V1 0,32 0,38

V2 0,25 0,08

V3 0,19 0,27

V4 0,41 0,34

V5 0,05 0,08

V6 0,40 0,10 Meet- en simulatieresultaten 1T plenum luchtsnelheden 1B

Detail luchtstroming boven anesthesie apparaat

Bijlage R: Simulatieresultaten luchttemperaturen 1T plenum


Gemiddelde

temperatuur (°C)

Gemiddelde

temperatuur (°C)

T1 23,6 21,8

T2 24,2 22,3

T3 24,2 21,9

T4 22,2 21,4

T5 23,0 21,9

T6 21,1 21,3

T7 23,1 21,3

T8 24,8 22,0

T9 20,9 21,7

T10 24,1 21,9

Meet- en simulatieresultaten 1T plenum luchttemperaturen 1A


Gemiddelde

temperatuur (°C)

Gemiddelde

temperatuur (°C)

T1 21,5 21,3

T2 21,8 21,4

T3 24,6 21,9

T4 22,4 21,4

T5 23,3 21,6

T6 21,4 21,3

T7 23,5 21,3

T8 24,0 22,0

T9 22,3 21,4

T10 25,6 22,0

Meet- en simulatieresultaten 1T plenum luchttemperaturen 1B

Temperatuurverdeling over XX-doorsnede 1T plenum

Temperatuurverdeling over YY-doorsnede 1T plenum

Bijlage S: Simulatieresultaten luchtsnelheden 3T plenum



V1 0,39 0,51

V2 0,38 0,31

V3 0,27 0,43

V4 0,58 0,57

V5 0,12 0,06

V6 0,39 0,45 Meet- en simulatieresultaten 3T plenum luchtsnelheden 3A



V1 0,10 0,08

V2 0,42 0,31

V3 0,31 0,43

V4 0,23 0,09

V5 0,14 0,08

V6 0,37 0,45

Meet- en simulatieresultaten 3T plenum luchtsnelheden 3B

Bijlage T: Simulatieresultaten luchttemperaturen 3T plenum


Gemiddelde

temperatuur (°C)

Gemiddelde

temperatuur (°C)

T1 21,5 22,2

T2 22,7 22,7

T3 26,1 26,5

T4 25,8 25,1

T5 25,0 24,7

T6 21,9 22,0

T7 24,5 23,0

T8 25,6 24,7

T9 23,0 22,7

T10 25,8 26,2

Meet- en simulatieresultaten 3T plenum luchttemperaturen 3A


Gemiddelde

temperatuur (°C)

Gemiddelde

temperatuur (°C)

T1 27,0 27,0

T2 26,5 25,6

T3 26,6 26,5

T4 26,3 25,1

T5 25,8 25,6

T6 22,2 22,0

T7 24,8 27,0

T8 26,3 25,2

T9 22,1 22,4

T10 26,6 26,4

Meet- en simulatieresultaten 3T plenum luchttemperaturen 3B

Temperaturen XX-doorsnede 3T plenum

Temperaturen YY-doorsnede 3T plenum

Simulatie met patient

deeltjesverspreider tussen dummy's (I)

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0


% n

2


deeltjesverspreider in hoek (II)

0,00

20,00

40,00

60,00

80,00

100,00


% n

2


deeltjesverspreider tussen dummy's (III)

0

20

40

60

80

100


% n

2

Bijlage U: Simulatieresultaten 1T plenum met warmteafgifte operatietafel

Simulatie deeltjesafgifte hoofd dummy 4

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0


% n

2

Bijlage V: Simulatieresultaten 1T plenum met deeltjesafgifte bij hoofd dummy

7 1 2

3 4

5

6

8 X

Y

Deeltjesafgifte bij hoofd dummy 4

Luchtstromingen in de operatiekamer

Documents

Transcript of Luchtstromingen in de operatiekamer