Residence Time Distribution Analysis of Patient-Emitted Air in a Mock Hospital Isolation Room: A CFD Study
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि जबकि एयर चेंजेज पर ऑवर (ACH) अकेले वायु प्रवाह टोपोलॉजी के कारण प्रदूषक निष्कासन दक्षता की भविष्यवाणी नहीं कर सकता है, सीएफडी (CFD) के माध्यम से रेजिडेंस टाइम डिस्ट्रीब्यूशन (RTD) विश्लेषण यह प्रकट करता है कि एक प्रत्यक्ष रोगी-से-निकास पथ बनाने के लिए निकास प्लेसमेंट को अनुकूलित करना, रोगी द्वारा उत्सर्जित हवा से स्वास्थ्य देखभाल कर्मियों के संपर्क को कम करने में बढ़ी हुई वेंटिलेशन दरों की तुलना में काफी बेहतर प्रदर्शन करता है।
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एक अस्पताल के आइसोलेशन रूम की शांत गूँज में, हवा लगातार चलती रहती है, जिसमें एक मरीज द्वारा छोड़े गए अदृश्य कण बह रहे होते हैं। दशकों से, इंजीनियर इस बात का निर्णय लेने के लिए कि क्या वह हवा प्रभावी ढंग से साफ हो रही है, एक ही संख्या पर भरोसा करते आए हैं: प्रति घंटा वायु परिवर्तन (एयर चेंजेस पर ऑवर)। यह मीट्रिक इस बात को गिनता है कि साठ मिनटों में कमरे की कुल वायु मात्रा को कितनी बार ताजी हवा से बदला जाता है। इसके पीछे की धारणा सरल और सुखद है: यदि आप पर्याप्त ताजी हवा अंदर पंप करते हैं, तो पुरानी, दूषित हवा समान रूप से गायब हो जाएगी, जैसे कि कमरा कॉफी का एक विशाल, पूरी तरह से मिला हुआ कप हो। इस आदर्श दृष्टिकोण में, एयर वेंट्स का स्थान और हवा जिस पथ का अनुसरण करती है, उससे कोई फर्क नहीं पड़ता; केवल उस स्थान से गुजरने वाली हवा की मात्रा मायने रखती है।
हालाँकि, वास्तविक कमरे कॉफी के कप नहीं होते। वे बिस्तरों, लोगों और फर्नीचर से भरे होते हैं जो प्रवाह को बाधित करते हैं। हवा वेंट से सीधे निकलकर बिना किसी कोने को छुए सीधे एग्जॉस्ट तक जा सकती है जहाँ एक नर्स खड़ी हो सकती है, या यह घूमते हुए पॉकेट्स में फंस सकती है जो लंबे समय तक वहीं टिकी रहती है। इसका अर्थ यह है कि वायु परिवर्तनों की समान संख्या भी कमरे के भीतर के लोगों के लिए सुरक्षा के बहुत अलग स्तरों का परिणाम दे सकती है। हवा बिल्कुल कैसे चलती है, वह कहाँ फंस जाती है, और वह कितनी जल्दी उस चीज़ को बहा ले जाती है जो मरीज सांस छोड़ता है, इसे समझना संक्रामक रोगों से स्वास्थ्य कर्मियों की रक्षा करने के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण है।
साउथ फ्लोरिडा विश्वविद्यालय और यूनिवर्सिटी ऑफ कैलिफोर्निया सैन डिएगो के शोधकर्ताओं ने केवल वायु परिवर्तनों की गिनती से आगे देखने का निर्णय लिया। उन्होंने एक नकली अस्पताल आइसोलेशन रूम में मरीज के मुँह से निकलने वाली हवा की यात्रा को मैप करने के लिए शक्तिशाली कंप्यूटर सिमुलेशन का उपयोग किया। केवल यह गिनने के बजाय कि कितनी हवा चली, उन्होंने एक मरीज से छोड़ी गई अदृश्य ट्रेसर गैस के पल्स (धड़कन/झोंके) को ट्रैक किया, और यह देखा कि उसे एग्जॉस्ट वेंट तक पहुँचने में कितना समय लगा और कमरे को पूरी तरह से साफ होने में कितना समय लगा। उन्होंने दो बहुत अलग कमरे के लेआउट का परीक्षण किया: एक जहाँ एग्जस्ट वेंट को सीधे मरीज के ऊपर रखा गया था ताकि हवा के निकलने के लिए एक सीधा मार्ग बन सके, और दूसरा जहाँ वेंट कमरे के दूसरी ओर था, जिससे हवा को पूरे स्थान में यात्रा करने के लिए मजबूर होना पड़ा। उन्होंने इन सिमुलेशन को दो सामान्य वेंटिलेशन दरों पर चलाया: छह वायु परिवर्तन प्रति घंटा और बारह।
परिणामों ने खुलासा किया कि "अधिक हवा हमेशा बेहतर होती है" का सरल नियम पूरी तरह से कमरे के लेआउट पर निर्भर करता है। जब वेंटिलेशन दर कम थी, यानी छह वायु परिवर्तन प्रति घंटा, तो दोनों कमरे के डिजाइन समान व्यवहार करते थे। हवा इतनी धीमी गति से चल रही थी कि वेंट के स्थान में अंतर बहुत कम मायने रखता था; ट्रेसर गैस को कमरे से बाहर निकलने में दोनों मामलों में लगभग समान समय लगा। लेकिन जब शोधकर्ताओं ने वेंटिलेशन दर को दोगुना करके बारह वायु परिवर्तन प्रति घंटा कर दिया, तो दोनों डिजाइन नाटकीय रूप से अलग हो गए। सीधे मार्ग वाले कमरे में, मरीज से निकलने वाली हवा सीधे एग्जॉस्ट की ओर बढ़ी, जिससे कमरा बहुत तेजी से साफ हो गया। दूर स्थित वेंट वाले कमरे में, हवा बड़े, धीरे-धीरे घूमने वाले भंवरों में फंस गई, जिससे उसे बाहर निकलने में काफी अधिक समय लगा।
इस अंतर का कमरे के भीतर खड़े एक स्वास्थ्य कर्मी के संपर्क (एक्सपोज़र) पर गहरा प्रभाव पड़ा। सीधे मार्ग वाले डिजाइन में, हवा को दोगुना करने से कर्मचारी का मरीज की हवा के प्रति दीर्घकालिक संपर्क पिचहत्तर प्रतिशत कम हो गया। दूर स्थित वेंट वाले डिजाइन में, वायु परिवर्तनों में उसी वृद्धि ने संपर्क को केवल उनतालीस प्रतिशत कम किया। अधिक आश्चर्यजनक रूप से, दूर स्थित वेंट वाले कमरे में, वायु परिवर्तनों को बढ़ाने से एक संक्षिप्त अवधि के लिए अल्पकालिक संपर्क और खराब हो गया। तेज़ वायु प्रवाह ने दूषित हवा को एक पुनर्चक्रण लूप (recirculating loop) में धकेल दिया जिसने हवा को अंततः बाहर निकलने से पहले कर्मचारी के सिर के पास अधिक समय तक बनाए रखा। अध्ययन ने दिखाया कि यदि हवा को कमरे के कोनों में खो जाने के बजाय एक स्पष्ट पथ के माध्यम से निर्देशित नहीं किया जाता है, तो केवल कमरे में अधिक हवा पंप करना सुरक्षा की गारंटी नहीं देता है।
शोधकर्ताओं ने पाया कि दूषित हवा के पहले दस प्रतिशत हिस्से को एग्जॉस्ट तक पहुँचने में लगने वाला समय सुरक्षा का एक प्रमुख संकेतक था। उच्च वेंटिलेशन पर सीधे मार्ग वाले कमरे में, यह सफलता लगभग तुरंत ही मिली। दूसरे कमरे में, इसमें कई मिनटों की देरी हुई, जिससे दूषित हवा फैल गई और वहीं टिकी रही। इन विशिष्ट समयों को मापकर और कमरे में हवा द्वारा बिताए गए कुल समय को ट्रैक करके, टीम यह अनुमान लगा सकी कि एक कार्यकर्ता को कितना एक्सपोजर झेलना पड़ेगा। उन्होंने निष्कर्ष निकाला कि अस्पताल डिजाइनरों को केवल वायु परिवर्तनों की गिनती पर निर्भर रहना बंद कर देना चाहिए। इसके बजाय, उन्हें इन समय-आधारित मापों का उपयोग करना चाहिए ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि हवा न केवल चल रही है, बल्कि इस तरह चल रही है कि वह प्रदूषकों को लोगों से जितनी जल्दी हो सके दूर ले जाए। अध्ययन सुझाव देता है कि एक अच्छी तरह से रखा गया वेंट जो हवा के बाहर निकलने के लिए एक सीधा राजमार्ग बनाता है, उस उच्च मात्रा वाली हवा से कहीं अधिक प्रभावी है जो कमरे के कोनों में खो जाती है।
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