臺灣博碩士論文加值系統

負壓隔離病房(Negative pressure isolation ward)收容之病患，其疾病具有高度的傳染力，例如：肺結核(Tuberculosis, TB)、嚴重急性呼吸道症候群(Severe Acute Respiratory Syndrome, SARS)等，為避免這些病患在治療期間將病情傳染給其他同處於醫院內之人員，因此在隔離病房空調設計上均有特殊之規範，包括：送排氣口位置、送排氣風量差異、每小時換氣次數以及病房內外之壓力差值等。
本研究擬以計算流體動力學(Computational fluid dynamics, CFD)軟體FLUENT 17.2，配合國內某醫學中心實際負壓隔離病房之尺寸，模擬病人病床區不同送排氣風之配置型態以及不同送排風角度之室內流場，分析空間內的氣流分布、污染物傳輸路徑、流線、壓力狀態等，驗證並找出目前規範與實務運轉上的潛在問題，並提出最佳化的空調送排氣口配置型態，提供未來建立或改善負壓隔離病房送排氣口之實務上參考。
根據CFD模擬結果(1)短流流場90°模組之人體污染物去除效果較平行流場好。(2)短流流場以45°出風室內汙染物濃度為90°出風之35倍。(3)去污效率較差的平行模組病房汙染物，是去污效率較佳的短流90°模組病房空間的5068倍。(4)90°出風模場雖可有效將汙染物去除，但會對患者帶來不舒適感。(5)同流場下改變出風口角度，對汙染物的去除效率有不同的差異。由綜合比較與分析得知，建置良好效能之負壓隔離病房首要應先確保空調之設計能形成良好之室內氣流型態。

Negative pressure isolation wards accommodating patients affected highly contagious disease, comprising tuberculosis, SARS, In order to prevent patients from transmitting the disease to other people in the hospital during the treatment, there are special specifications in the air conditioning design of the isolation ward. Include: Delivery position, Difference in air volume, ACH and the pressure difference between the inside and outside of the ward.
In this study, use computational fluid dynamics software FLUENT17.2 to build a model according to the size of Taiwan's current actual negative pressure isolation wards, Simulating the configuration of different exhaust air types in the hospital bed area and the indoor flow field of different air supply and exhaust angles.
Analyze airflow distribution, pollutant transport path, streamline, and pressure state in the space, verify and identify potential problems in current norms and practices, The optimized air conditioning air supply and exhaust port configuration type is proposed, which provides a practical reference for establishing or improving the air supply and exhaust port of the negative pressure isolation ward in the future.
According to CFD simulation results (1) The removal effect of human pollutants in the short-flow flow field is better than that in the parallel flow field. (2) The short-flow flow field 45° indoor pollutant concentration is 35 times of 90°. (3) Parallel flow field pollutants with poor decontamination efficiency are 5,068 times of the short-flow 90° with better decontamination efficiency. (4) Although the 90° flow field can effectively remove contaminants, it will bring discomfort to patients. (5) Changing the outlet angle under the same flow field, there are different differences in the removal efficiency of pollutants.
By a comprehensive comparison and analysis that, to establish a negative pressure isolation wards good performance of the primary should ensure that the air conditioning can be formed in a well-designed interior airflow patterns.

目錄
明志科技大學碩士學位論文指導教授推薦書 i
明志科技大學碩士學位論文口試委員審定書 ii
誌謝 iii
摘要 iv
Abstract v
目錄 vii
圖目錄 x
表目錄 xv
第一章 緒論 1
1-1 研究動機與目的 1
1-1-1 研究動機 1
1-1-2 研究目的 2
1-2 研究方法及探討要點 3
1-2-1 不同送、回風口位置型態之流場模擬 3
1-2-2 不同送風角度之流場模擬 4
1-3 研究過程架構 4
第二章 文獻回顧 6
2-1 室內空氣品質 6
2-1-1 室內病原體及微生物來源 7
2-1-2 室內生物氣膠對人體健康之影響 9
2-1-3 醫療院所室內空氣傳播病原菌分布與來源 10
2-2 負壓隔離病房設計基本觀念介紹 12
2-2-1 負壓隔離病房定義 13
2-2-2 負壓隔離病房空調系統設計理念 17
2-3 計算流體動力學在空間流場上之模擬與應用 20
2-3-1 計算流體動力學之發展概況 20
2-3-2 CFD的數值模擬 24
2-3-3 Fluent軟體在CFD上的應用 30
第三章 研究內容設計與說明 36
3-1 研究內容與試驗項目 36
3-2 FLUENT試驗項目之規劃 37
3-3 負壓隔離病房尺寸及空間模型 39
3-4 CFD模擬負壓隔離病房作業 40
3-4-1 DesignModeler建模 41
3-4-2 Meshing網格處理 44
3-4-3 CFD模擬室內流場Fluent數值模擬 47
3-5 CFD流場空間後處理各點監測 65
第四章 CFD-FLUENT模擬結果 67
4-1 迭代次數討論 67
4-2 不同送、回風口位置型態之流場模擬、比較與分析 68
4-2-1 空調流場採平行流場配置模擬結果 68
4-2-2 空調流場採短流流場配置模擬結果 74
4-2-3 不同送、回風口位置型態流場模擬之比較與分析 81
4-3 不同送風角度之流場模擬、比較與分析 83
4-3-1 不同送風角度之比較與分析 88
4-4 四種模組風口配置之比較分析 90
第五章 結論與建議 92
5-1 結論 92
5-2 建議 93
參考文獻 94

圖目錄
圖1- 1研究流程架構圖 5
圖2- 1病態建築症候群原因 7
圖2- 2負壓隔離區動線規劃示意圖 15
圖2- 3臥頂實牆有利於防止氣體洩漏、降低空調運轉成本 15
圖2- 4氣壓差異驅使氣體由高壓側流向低壓側 18
圖2- 5氣膠微粒尺寸與運動特性(隨機擴散、跟隨擴散、重力沉降) 18
圖2- 6兩種常見的整體換氣控制 19
圖2- 7局部排氣與整體換氣的配合控制 19
圖2- 8 HEPA濾網過濾效率與氣膠微粒尺寸關係 19
圖2- 9三種CFD計算方式的模擬呈現上的差異 22
圖2- 10 ANSYS WORKBENCH17.2介面 32
圖3- 1平行流場示意圖 36
圖3- 2短流流場示意圖 37
圖3- 3國內某知名醫學中心病房平面配置圖 39
圖3- 4國內某知名醫學中心病房立面配置圖 40
圖3- 5人體躺於病床模型之俯視圖 41
圖3- 6嘴巴(紅圈部分) 42
圖3- 7平行流場之模型圖 42
圖3- 8短流流場之模型圖 42
圖3- 9整體網格之參數設定(A) 45
圖3- 10整體網格之參數設定(B) 45
圖3- 11負壓隔離病房(短流流場)出風口空間網格俯視圖 46
圖3- 12負壓隔離病房(短流流場)排風口空間網格圖 46
圖3- 13人體嘴巴網格加密 46
圖3- 14 FLUENT操作介面 47
圖3- 15 GENERAL設置 48
圖3- 16 UNITS設定視窗 48
圖3- 17 MODELS設置K-EPSILON紊流模型、SPECIES物種模組 49
圖3- 18 VISCOUS設定選項 49
圖3- 19 SPECIES設定選項 50
圖3- 20 MATERIAL設置內容 50
圖3- 21新建材料視窗 51
圖3- 22 FLUENT DATABASE新增CO2 51
圖3- 23 CELL ZONECONDITIONS網格內容 52
圖3- 24環境因子設置 52
圖3- 25 BOUNDARY CONDITIONS設置內容 53
圖3- 26平行流場模組 54
圖3- 27短流流場30°模組 54
圖3- 28短流流場45°模組 55
圖3- 29短流流場90°模組 55
圖3- 30病房出風口條件設定 56
圖3- 31病房回風口條件設定 56
圖3- 32患者呼出汙染物條件設定 57
圖3- 33牆面條件設定 57
圖3- 34 SOLUTION METHODS設置內容 58
圖3- 35求解初始化 59
圖3- 36迭代計算求解 60
圖3- 37後處理介面 62
圖3- 38斷面/剖面 62
圖3- 39空間速流線 63
圖3- 40速度場 63
圖3- 41等值曲線圖 64
圖3- 42霧狀分布圖 64
圖3- 43平行流場各監測點位置圖1 65
圖3- 44平行流場各監測點位置圖2 65
圖3- 45短流流場各監測點位置圖1 66
圖3- 46短流流場各監測點位置圖2 66
圖4- 1平行流場整體空間速度流線場分佈圖 69
圖4- 2平行流場送風速度流線場分佈圖1 69
圖4- 3平行流場送風速度流線場分佈圖2 70
圖4- 4平行流場送風速度流線場分佈圖3 70
圖4- 5平行流場送風速度流線場分佈圖4 71
圖4- 6平行流場人體呼出二氧化碳速度流線場分佈圖1 71
圖4- 7平行流場人體呼出二氧化碳速度流線場分佈圖2 72
圖4- 8平行流場X-Y平面(Z=1.65M)壓力場分布 73
圖4- 9平行流場X-Y平面(Z=1.65M)二氧化碳質量分率分佈 74
圖4- 10短流流場90°整體空間速度流線場分佈圖 75
圖4- 11短流流場90°送風速度流線場分佈圖1 75
圖4- 12短流流場90°送風速度流線場分佈圖2 76
圖4- 13短流流場90°送風速度流線場分佈圖3 76
圖4- 14短流流場90°送風速度流線場分佈圖4 77
圖4- 15短流流場人體呼出二氧化碳速度流線場分佈圖1 77
圖4- 16短流流場人體呼出二氧化碳速度流線場分佈圖2 78
圖4- 17短流流場90° X-Y平面(Z=1.65M)壓力場分布 79
圖4- 18短流流場45° X-Y平面(Z=1.65M)壓力場分布 79
圖4- 19短流流場30° X-Y平面(Z=1.65M)壓力場分布 80
圖4- 20短流流場X-Y平面(Z=1.65M)二氧化碳質量分率分佈 81
圖4- 21平行流場各監測點二氧化碳質量分率數值圖 82
圖4- 22短流流場各監測點二氧化碳質量分率數值圖 83
圖4- 23平行、短流流場二氧化碳平均值比較 83
圖4- 24短流流場30°送風速度流線場分佈圖 84
圖4- 25短流流場45°送風速度流線場分佈圖 85
圖4- 26短流流場30°整體空間速度流線場分佈圖 85
圖4- 27短流流場45°整體空間速度流線場分佈圖 86
圖4- 28短流流場30°X-Y平面(Z=1.65M)二氧化碳質量分率分佈 87
圖4- 29短流流場45°X-Y平面(Z=1.65M)二氧化碳質量分率分佈 87
圖4- 30短流流場30°出風各監測點二氧化碳質量分率數值圖 89
圖4- 31短流流場45°出風各監測點二氧化碳質量分率數值圖 89
圖4- 32短流流場各角度出風監測點二氧化碳質量分率數值圖 89
圖4- 33短流流場三模組二氧化碳平均分率濃度 90
圖4- 34四種模組出風各監測點二氧化碳質量分率數值圖 91
圖4- 35四種模組之二氧化碳平均分率濃度 91


表目錄
表2- 1室內空氣品質標準 8
表2- 2醫療院所中可透過空氣傳播之病原菌 11
表2- 3各國對於負壓隔離病房壓差與每小時換氣次數要求 13
表2- 4負壓隔離區各空間氣壓設定與動線關係 16
表2- 5近代計算流體動力學的發展 20
表2- 6近代流體力學模擬應用於建築流場之發展 23
表2- 7不同Κ-Ε紊流模型在預測室內空氣氣流之評比 27
表3- 1實驗規劃之流程 38
表3- 2本研究負壓隔離病房之各單元尺寸 43

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