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2020年4月,新冠肺炎 (covid-19) 已蔓延至全世界,雖台灣已是全球醫療防疫的優等生,截至4月底,本國累計確診僅約430例,且連續15天以上沒有本土確診個案。但秉持凡患未然的精神,成大在兩週內組織跨醫學、建築、工程的研發設計團隊,研發出模矩化的「移動式緊急部署檢疫醫院原型QurE」,為能夠迅速組裝的單人套房式負壓隔離病房。相較於方艙醫院的集中管理,負壓隔離病房可避免病人間交叉感染,不但安全性大幅提升,也可保障病患醫療隱私。

而負壓病房的重點為氣流控制,需考量污染物排放方式、醫師行為、動線規劃等等,進行詳細的整合設計,以避免病原體於室內擴散而造成感染風險。本研究室協助進行病房的氣流分析,模擬負壓病房氣流由「潔淨區 → 準備區 → 污染區」的效果,確認新風與排氣口的設置方案是否能有效排除污染物。

QurE 模擬設定

醫療空間的感染控制相當重要,在負壓隔離病房中更是關鍵議題。QurE的設計除了考量潔淨區與污染區分離、醫療廢棄物與污水與一般設備系統分離之外,負壓隔離病房皆為單人房,以避免病患間的交叉感染。

QurE除了符合我國衛生福利部以及美國冷凍空調協會ASHRAE對於負壓隔離病房的規範之外,室內氣流更藉由模擬分析設計,讓院內的醫療照護者可減少受到病患咳嗽等氣膠污染物的感染風險。

QurE的感染控制團隊包含室內空氣品質、空調設備以及感染科的專家,室內氣流模擬以CFD(Computational Fluid Dynamics)進行。團隊首先依據規範進行負壓隔離病房的進出風量設計,接著探討兩種導向式氣流與一種混合型氣流對於排出病患污染物的效率。

QurE的負壓隔離病房,運用了室內通風效率指標 SVE (Scale for Ventilation Efficiency)來進行污染物排除的分析。 其中SVE 6又稱為空氣餘命(residual life time of air),可視為氣狀污染物從室內某一點排出室外的無因次化(Normalization)時間。也就是說空間中的SVE越小,污染物排出戶外的時間越短。


SVE3:空氣齡 age of supply air新鮮空氣從送風口到達室內中P點所需之無因次化時間,數值越小代表該點空氣越新鮮
SVE6:空氣餘命 residual life time of air空氣由P點到達排風口的無因次化時間,SVE 3相對的指標,計算出SVE 3的值後便能倒推出SVE 6


SVE 6的概念 (Murakami, 1992)

SVE 6的分析結果顯示病患周邊的局部排風,相較於混合型排氣可更快速排除污染物。

導向式通風的SVE 6分析結果

QurE的負壓隔離病房 Ver. 2.0

團隊經多次討論後,除了確保負壓效果之外,持續改善室內氣流控制,以減少醫療從業人員的感染風險,最新的提案(2.0版)是增加出風口數量(面積)以降低風速,讓將室內氣流更接近層流(Linear Flow),而出風口數量與面積也增加,以加強病患頭部周邊的排污效果。