TRANSFERT DE CHALEUR ET DE MASSE DANS UNE SALLE D OPÉRATIONS CONDITIONNÉE. COMPARAISON ENTRE DEUX MODES DE SOUFFLAGE

Transcription

1 Manuscrit auteur, publié dans "JITH 7, Albi : France (7)" èmes Journées Internationales de Thermique TRANSFERT DE CHALEUR ET DE MASSE DANS UNE SALLE D OPÉRATIONS CONDITIONNÉE. COMPARAISON ENTRE DEUX MODES DE SOUFFLAGE Najla EL GHARBI Ahmed BENZAOUI Université des Sciences et de la Technologie Houari Boumediene Faculté de Physique, Laboratoire de Thermodynamique et des Systèmes Energétiques BP El Alia Bab Ezzouar 6 Alger Algérie najla4@yahoo.fr abenzaoui@mail.com hal-675, version - 9 Aug 7 Résumé : Tous les espaces habités nécessitent des études particulières pour les besoins en air conditionné, la maîtrise de la température, de l humidité, de la pression et de la propreté de l atmosphère. Ce qui permettrait une vie agréable pour les êtres vivants dans ces espaces ainsi qu une bonne tenue pour le matériel électronique et autres qui y seraient déposés. La conservation des aliments (fruits, légumes, viandes, poulets, poissons, ), nécessite aussi un espace où l atmosphère est bien contrôlée et une température basse en général. Mais les salles blanches et les salles d'opérations nécessitent des études spécifiques car la température, l'humidité, la pression et le niveau de contamination, sont dans des limites bien précises fixées par les normes, car le moindre déséquilibre peut engendrer des problèmes de santé. Notre objectif est de prévoir des conditions optimales (distribution de la température, de l'humidité et le mode d'écoulement d'air), pour la salle d'opérations ciblée. Ainsi dans ce travail, deux modes de diffusion de l'air ont été étudiés: diffusion verticale (à partir du plafond) et horizontale (à partir d un mur). Une comparaison de la distribution d'air, de l'humidité, et de la température, est faite en fonction du mode de soufflage. Mots clés : transfert de chaleur, transfert de masse, simulation numérique, conditionnement d air, soufflage, salle d opérations.. INTRODUCTION L'hôpital est le lieu où l'on trouve simultanément le personnel soignant et les malades qui peuvent être vulnérables en raison de l existence potentielle de micro-organismes pathogènes qui sont susceptibles d'aggraver leurs états de santé. Pour cela, la qualité de l'air en milieu hospitalier doit répondre à des critères précis et rigoureux, particulièrement dans les locaux à risque de pollution spécifique telles que les salles d'opérations ou les salles blanches. Nous présentons ici, une étude faite dans une salle chirurgicale de neurochirurgie à l aide de la simulation numérique en trois dimensions qui offre l'avantage de pouvoir maîtriser les risques en amont. Elle permet d évaluer le comportement aéraulique des salles d opérations et cela en visualisant le flux d air, de température, d humidité et les zones de mauvaise distribution d air, tout en intégrant les données réelles de la salle d opérations, étudiée, en fonction des caractéristiques géométriques, mécaniques et thermiques. On se propose d étudier l influence du mode de soufflage sur la température et l humidité, cela en comparant deux possibilités de soufflage (soufflage latéral ou vertical) de l'air conditionné, pour pouvoir suggérer un mode de soufflage adéquat et optimisé tout en étant conforme aux normes en vigueur. Albi, France du 8 au Août 7

2 èmes Journées Internationales de Thermique. SIMULATION COMPARATIVE Pour nous permettre d'optimiser le confort recherché pour le malade et les autres occupants dans une salle d opérations et pour les deux modes de soufflage étudiés, nous faisons les visualisations suivantes : de la distribution de la température qui doit circuler dans toute la salle avec une valeur de C []. de la distribution de l'humidité qui doit être ans toute la salle égale en moyenne à 5 % []. Les plans verticaux suivants ont été choisis: plan amont: avant la table d opérations, plan médian: au milieu de la table d opérations, plan aval: après la table d opérations. hal-675, version - 9 Aug 7 (a) (b) Figure Présentation des plans d étude (vue de face) (a) soufflage latéral (b) soufflage vertical. LES CONDITIONS UTILISÉES Le modèle de turbulence RNG k-ε ayant été choisi [,, 4, 5]. Les mêmes conditions sont prises pour les deux modes de soufflage. L approximation de la loi des gaz incompressibles a été utilisée au ème ordre pour la discrétisation des termes de diffusion. Concernant la pression, on a employé "PRESTO!"(PREssure STaggering Option) et pour le couplage entre pression et vitesse, nous avons utilisé "SIMPLEC" (SIMPLE Consistant). Le critère de convergence a été pris égal à -6 pour l'énergie et -4 à -5 pour les autres termes. 4. RESULTATS ET DISCUSSIONS La température Pour les deux modes de soufflage étudiés (soufflage latéral et soufflage vertical) et sur les trois plans choisis dans la zone opératoire, nous avons pu avoir les données des températures grâce à la visualisation des courbes d iso-température (figures ). Pour les mêmes conditions physiques de soufflage, nous avons remarqué que pour les deux modes de soufflage, la Albi, France du 8 au Août 7

3 èmes Journées Internationales de Thermique. A l amont Au médian de la table hal-675, version - 9 Aug A l aval Y(m] Figure Les iso-températures Albi, France du 8 au Août 7

4 èmes Journées Internationales de Thermique température de la salle croît en se rapprochant du malade (source de chaleur) puis décroît en s'en éloignant (figures..a et..b). Nous remarquons que la température moyenne pour le premier mode de soufflage est supérieure à celle pour le deuxième, cela pour les positions étudiées. Aussi, les poches d air sont présentes pour le soufflage latéral et elles sont absentes pour le soufflage vertical. La différence la plus importante entre les deux modes de soufflages est que la température est bien répartie dans toute la salle pour le deuxième mode par rapport au premier. L humidité En étudiant l évolution de l humidité de la même manière que pour la température, nous trouvons pour les deux modes de soufflage (soufflage latéral et soufflage vertical) et sur les trois plans étudiés, que la variation de l humidité suit le même cheminement que celle de la température. En effet, on constate la présence des poches d'air sur les deux plans verticaux, amont et médian, et leur absence sur le plan aval, pour un soufflage latéral seulement. L'humidité, tout comme la température, augmente en se rapprochant du malade (source d'humidité), (figures..a et..b). Aussi, on remarque que les iso-humidités sont mieux réparties dans la salle pour un soufflage vertical comparé au cas du soufflage latéral. hal-675, version - 9 Aug 7.5. A l amont Au médian de la table Albi, France du 8 au Août 7 4

5 èmes Journées Internationales de Thermique. A l aval hal-675, version - 9 Aug 7 CONCLUSION Figure Les iso-humidités Nous venons de voir comment sont réparties les lignes d égales températures et celles d égales humidités. A travers les différentes observations, nous remarquons un lien entre les variations de températures et d humidité qu'on peut expliquer en disant que les particules ayant la même température, ont aussi la même humidité. Ces deux grandeurs sont reliées directement par les lois psychrométriques, donc l étude de l une des distributions permet la diduction de celle de l autre. On remarque la présence des poches d air pour un soufflage latéral et qui sont les mêmes pour les températures et l humidité, leur présence favorise la germination des contaminants. Ces poches seraient dues au non renouvellement de l'air dans ces endroits Nous remarquons aussi un excès de chaleur et d humidité en se rapprochant de la zone opérationnelle due aux métabolismes présents et à l évaporation de la sueur sur le corps du malade et sur ceux de l équipe chirurgicale. Donc, en comparant les deux configurations entre elles, nous concluons que le soufflage de l air dans la salle d opérations de façon verticale par le plafond, fournit une bonne distribution de la température et de l humidité dans la salle ainsi qu'une bonne ambiance pour le malade et pour l'équipe chirurgicale. C'est le soufflage le mieux adapté pour une salle d'opérations. Références [] P.Iselt, U.Arndt, J.L.Cauchepin, Manuel de l'humidification de l'air, PYC édition livres page 79. [] Q. Chen, Comparison of different k-ε models for indoor air flow computations. Numerical heat transfer, Part B, 8: pp 5-69, 995. [] T.T.Chow, S.Ward, J.P.Liu and F.C.K.Chan, Air flow in hospital operating theatre: Hong Kong experience, Proceeding of Healthy Building, Volume, Finland.. [4] T.T.Chow, X.Y.Yang, Performance of ventilation system in a non-standard operating room, Building and Environment 8, pp4-4,. [5] O.Rouaud, Études numériques et expérimentales de dispositifs de protection contre la contamination aéroportée dans les industries alimentaires, Université de Nantes, Thèse de Doctorat. Albi, France du 8 au Août 7 5