Na etapie projektowania układu klimatyzacji – wentylacji sali operacyjnej występuje szereg specyfi cznych uwarunkowań, które nie występują w układach klimatyzacji innych pomieszczeń. Punktem wyjścia podczas projektowania instalacji klimatyzacji – wentylacji jest układ funkcjonalny pomieszczeń oraz ich wyposażenie technologiczne. Kluczowym wyzwaniem dla inżynierów jest jakość powietrza wewnętrznego sal operacyjnych. Aspekt zachowania higieny jest już istotny na etapie projektowania i wentylacji i klimatyzacji. Artykuł rozpoczyna cykl publikacji na ten temat.

Czystość powietrza, filtracja powietrza

Podstawową metodą poprawy jakości powietrza w pomieszczeniu jest doprowadzenie czystego powietrza, w celu rozcieńczenia i wyprowadzenia zanieczyszczeń z pomieszczenia. Chcąc doprowadzić czyste powietrze do pomieszczenia, konieczne jest wyposażenie systemu klimatyzacji – wentylacji w odpowiednie filtry, których zadaniem jest usuwanie z powietrza nawiewanego zanieczyszczeń m. in. pyłów i mikroorganizmów.

Stosowane w instalacji klimatyzacji – wentylacji filtry powietrza odznaczają się skutecznością filtracji zależną od ich cech konstrukcyjno – materiałowych, a dla ułatwienia doboru filtrów do konkretnych zastosowań wprowadzono ich podział na klasy. Filtry stopniuje się wg skuteczności filtracji, jaką mogą one zapewnić. W oznaczeniu filtrów litera oznacza przyporządkowanie do grupy, natomiast im wyższa liczba, tym wyższą oznacza skuteczność filtracji.

Rys. 4. Wpływ ilości doprowadzanego czystego powietrza na stężenie zanieczyszczeń powietrza w wentylowanym pomieszczeniu (kolor pomarańczowy – stan wyjściowy, kolor
żółty – stan po zmniejszeniu ilości dostarczanego powietrza o 50%) [9]

W instalacjach wentylacyjnych w zależności od potrzeb stosuje się minimum jeden filtr lub stosuje się zestaw filtrów. W praktyce dla uzyskania końcowej, wymaganej czystości powietrza, konieczne jest zastosowanie fi ltracji stopniowanej (kaskadowej), zapewniającej kaskadowe zatrzymywanie zanieczyszczeń. Są to tzw. stopnie filtracji.

W instalacjach klimatyzacji – wentylacji sal operacyjnych w części nawiewnej stosuje się filtrację trzystopniową [5]:

•  I stopień filtracji – filtracja zgrubna, inaczej wstępna: filtr zgrubny min. G4, instalowany na wlocie do instalacji; 
  Zadaniem filtrów wstępnych jest ochrona całej instalacji, w szczególności zaś ochrona delikatnych powierzchni wymienników ciepła oraz elementów napędowych wraz z wentylatorem przed grubszymi zanieczyszczeniami. Ponadto stosowanie filtrów wstępnych wydłuża okres użytkowania filtrów zastosowanych w kolejnych stopniach filtracji. W przypadkach zastosowania nagrzewnic elektrycznych w centralach wentylacyjnych, zamiast filtrów wstępnych z wkładem włókninowym instaluje się niekiedy filtry z wkładem metalowym [2].
•  II stopień filtracji – filtracja dokładna, filtr dokładny, min. F6, instalowany przed nawilżaczem powietrza; 
  Zadaniem filtrów dokładnych, z uwagi na ich większą od fi ltrów wstępnych skuteczność filtracji, jest zatrzymywanie zanieczyszczeń, które przedostały się przez I stopień filtracji. Zatrzymują one znaczną ilość zanieczyszczeń pyłowych i mikrobiologicznych, dzięki czemu zabezpieczają przewody wentylacyjne, tłumiki hałasu i filtry końcowe przed szybkim zanieczyszczeniem.
•  III stopień filtracji z filtr absolutny, HEPA, np. H14 lub ULPA.
  Filtry absolutne przeznaczone dla sal operacyjnych zaleca się umieszczać bezpośrednio w nawiewnikach. W przypadkach zainstalowania filtrów absolutnych w przewodach wentylacyjnych poza wentylowanymi pomieszczeniami istnieje bezwzględna konieczność czyszczenia i dezynfekcji przewodów i elementów instalacji, znajdujących się za tymi filtrami. Do skażenia przewodów i elementów znajdujących się za filtrami absolutnymi może dojść np. podczas zatrzymania pracy instalacji, co jest następstwem cofania się powietrza wewnętrznego [3].

Do filtrów absolutnych zalicza się: filtry HEPA – High Efficiency Particulate Air Filter (H10 – H14), i filtry ULPA – Ultra Low Penetration Air Filter (U15 – U17). Zaleca się stosowanie filtrów absolutnych o klasie nie niższej od H14.

Filtry absolutne instalacji klimatyzacji – wentylacji pomieszczeń czystych w obiektach służby zdrowia stanowią ostatnią barierę dla zanieczyszczeń mikrobiologicznych nawiewanych z instalacji. Filtry te umożliwiają ponadto oddzielanie pyłów, takich jak np. pyły radioaktywne, pyły respirabilne. Stosowanie filtrów absolutnych jest jednym z elementów zapewniających uzyskanie właściwej jakości, a dokładniej mówiąc czystości powietrza w pomieszczeniach czystych obiektów służby zdrowia [3].

Zastosowanie filtrów absolutnych w instalacjach klimatyzacji – wentylacji sal operacyjnych jest niezbędne z uwagi na fakt, że jedną z dróg przedostawania się zanieczyszczeń zewnętrznych do pomieszczeń jest powietrze wentylacyjne. Do tych pomieszczeń mogą być również wprowadzane zanieczyszczenia pochodzące bezpośrednio z samej instalacji wentylacyjnej. Należy jednak pamiętać, że sprawne i prawidłowo zainstalowane filtry absolutne zapobiegają wprowadzaniu do pomieszczenia zanieczyszczeń, w tym również zanieczyszczeń mikrobiologicznych. Dzięki tym filtrom możliwe jest zatrzymywanie zanieczyszczeń o bardzo małych wymiarach w tym m. in. mikroorganizmów. Bakterie i grzyby mikroskopijne mają średnice od 0,2 do 100 μm. Dla porównania pyłki kwiatowe i inne cząstki biologiczne osiągają od 10 μm do nawet kilkuset mikrometrów. 

Niestety, zatrzymywane w materiale filtracyjnym zanieczyszczenia sprzyjają rozwojowi mikroorganizmów. Zagrożenie takie jest tym większe, im większe jest zanieczyszczenie i zawilgocenie materiałów, z których wykonane są filtry [3]. Należy pamiętać, że wraz ze wzrostem czasu eksploatacji filtrów absolutnych maleje skuteczność ich filtracji. Powoduje to jednocześnie wzrost zanieczyszczeń mikrobiologicznych w dostarczanym do pomieszczeń czystych powietrzu. 

Należy także zwrócić uwagę na fakt, że nie istnieje gwarantowany okres, w którym skuteczność filtracji powietrza deklarowana przez producentów filtrów jest zachowana [20]. Zdarza się, że czystość powietrza w sali operacyjnej jest kojarzona wyłącznie z filtrami absolutnymi. Należy jednak mieć na uwadze, że filtry te są jedynie jednym z elementów umożliwiających osiąganie wymaganej czystości powietrza. 

Wpływ na czystość mikrobiologiczną powietrza w sali operacyjnej podczas pracy instalacji klimatyzacji – wentylacji mają następujące procesy [5]:

•  pobieranie z otoczenia powietrza zewnętrznego wraz z jego zanieczyszczeniami pyłowymi i mikrobiologicznymi,
•  emisja własna na skutek kolonizacji instalacji przez mikroorganizmy, na ogół środowiskowe,
•  oczyszczanie przepływającego przez instalację powietrza z zanieczyszczeń pyłowych i środowiskowych zanieczyszczeń mikrobiologicznych i doprowadzanie go do wentylowanych pomieszczeń,
•  usuwanie zanieczyszczeń powietrza powstałych na skutek emisji wewnętrznej w pomieszczeniach poprzez rozcieńczanie lub wypieranie zanieczyszczeń przez czyste powietrze dostarczane z instalacji.

W przypadku wentylacji pomieszczeń, w których występuje emisja drobnoustrojów chorobotwórczych wyższej grupy ryzyka, w celu uniemożliwienia ich uwolnienia do otoczenia, konieczne jest stosowanie filtrów absolutnych na wywiewach z tych pomieszczeń [3].

Skuteczność wentylacji i dynamika usuwania zanieczyszczeń

(...)

Zjawisko usuwania zanieczyszczeń powietrza z wentylowanego pomieszczenia cechuje się inercją zależną od ilości nawiewanego powietrza, sposobu rozdziału powietrza itd. Po włączeniu instalacji wentylacyjnej doprowadzającej czyste powietrze, w pomieszczeniu następuje rozciągnięte w czasie oczyszczanie powietrza z zanieczyszczeń. Czas niezbędny do obniżenia stężenia zanieczyszczeń do wymaganego poziomu wyznaczony na podstawie modelu teoretycznego jest z reguły krótszy od rzeczywistego. 

Niestety, bardzo duże zmiany emisji zanieczyszczeń powodują równie gwałtowne zmiany stężenia zanieczyszczeń. Dynamika usuwania zanieczyszczeń z obszaru chronionego w dużym stopniu zależy od zastosowanego systemu rozdziału powietrza. Najkrótszy, teoretyczny czas usuwania zanieczyszczeń z obszaru chronionego osiągają systemy wyporowe z laminarnym przepływem powietrza.

W następnej części zostanie przedstawiona ocena stanu instalacji wentylacji – klimatyzacji w sali operacyjnej oraz ocena czystości mikrobiologicznej powietrza.

mgr inż. Krzysztof KAISER
specjalista w zakresie eksploatacji
szpitalnych instalacji technologicznych,
w tym instalacji wentylacji i klimatyzacji