Atemwegswiderstand. Lungenwiderstand. Luftstrom. Laminare Strömung. Turbulente Strömung. Berechnungen und Fakten zur laminaren Luftströmung

Wenn eine Flüssigkeit durch einen geschlossenen Kanal, beispielsweise ein Rohr oder zwischen zwei flachen Platten, fließt, kann je nach Geschwindigkeit und Viskosität der Flüssigkeit eine von zwei Strömungsarten auftreten: laminare Strömung oder turbulente Strömung. Laminare Strömung tritt tendenziell bei niedrigeren Geschwindigkeiten auf, unterhalb der Schwelle, ab der sie turbulent wird. Turbulente Strömung ist ein weniger geordnetes Strömungssystem, das durch Wirbel oder kleine Pakete flüssiger Partikel gekennzeichnet ist, die zu einer seitlichen Vermischung führen. In nichtwissenschaftlichen Begriffen handelt es sich um eine laminare Strömung glatt, während turbulente Strömung ist unhöflich .

Zusammenhang mit der Reynolds-Zahl

Die Art der Strömung, die in einem Fluid in einem Kanal auftritt, ist bei Problemen der Fluiddynamik wichtig und wird dann durch die Wärme- und Stoffübertragung in Fluidsystemen beeinflusst. Die dimensionslose Reynolds-Zahl ist ein wichtiger Parameter in Gleichungen, die beschreiben, ob voll entwickelte Strömungsbedingungen zu einer laminaren oder turbulenten Strömung führen. Die Reynolds-Zahl ist das Verhältnis der Trägheitskraft zur Scherkraft einer Flüssigkeit: wie schnell sich die Flüssigkeit im Verhältnis zu ihrer Viskosität bewegt, unabhängig von der Größe des Flüssigkeitssystems. Eine laminare Strömung tritt normalerweise auf, wenn sich die Flüssigkeit langsam bewegt oder sehr viskos ist. Durch Erhöhen der Reynolds-Zahl, beispielsweise durch Erhöhen der Strömungsgeschwindigkeit eines Fluids, geht die Strömung innerhalb eines bestimmten Bereichs der Reynolds-Zahlen des laminar-turbulenten Übergangsbereichs von laminarer zu turbulenter Strömung über, abhängig von geringen Störungen im Fluid oder Unvollkommenheiten im Strömungssystem. Wenn die Reynolds-Zahl sehr klein ist, viel kleiner als 1, dann weist die Flüssigkeit eine Stokes- oder Kriechströmung auf, bei der die viskose Kraft der Flüssigkeit von Trägheitskräften dominiert wird.

Die konkrete Berechnung der Reynolds-Zahl und des Wertes, bei dem eine laminare Strömung auftritt, hängt von der Geometrie des Strömungssystems und der Strömungsstruktur ab. Ein allgemeines Beispiel für die Strömung durch ein Rohr, wobei die Reynolds-Zahl gegeben ist durch

Bei solchen Systemen tritt laminare Strömung auf, wenn die Reynolds-Zahl unter einem kritischen Wert von etwa 2040 liegt, obwohl der Übergangsbereich typischerweise zwischen 1.800 und 2.100 liegt.

Für hydraulische Systeme, die auf Außenflächen auftreten, wie etwa Strömungen um in einer Flüssigkeit schwebende Objekte, können andere Definitionen für Reynolds-Zahlen verwendet werden, um die Art der Strömung um das Objekt herum vorherzusagen. Die Partikel-Reynolds-Zahl Re p wird beispielsweise für Partikel verwendet, die in einer flüssigen Flüssigkeit suspendiert sind. Wie bei Strömungen in Rohren tritt laminare Strömung typischerweise bei niedrigeren Reynolds-Zahlen auf, während turbulente Strömungen und damit verbundene Phänomene wie Wirbel bei höheren Reynolds-Zahlen auftreten.

Beispiele

Eine häufige Anwendung der laminaren Strömung ist der gleichmäßige Fluss einer viskosen Flüssigkeit durch ein Rohr oder Rohr. In diesem Fall ändert sich die Strömungsgeschwindigkeit von Null an den Wänden zum Maximum entlang der Mitte des Gefäßquerschnitts. Das Strömungsprofil einer laminaren Strömung in einem Rohr kann berechnet werden, indem die Strömung in dünne zylindrische Elemente aufgeteilt und auf diese eine viskose Kraft ausgeübt wird.

Ein anderes Beispiel wäre die Luftströmung über dem Flügel eines Flugzeugs. Die Grenzschicht ist eine sehr dünne Luftschicht, die auf der Oberfläche des Flügels (und allen anderen Oberflächen des Flugzeugs) liegt. Aufgrund der Viskosität der Luft neigt diese Luftschicht dazu, am Flügel festzukleben. Während sich der Flügel vorwärts durch die Luft bewegt, fließt die Grenzschicht zunächst sanft über die stromlinienförmige Form des Tragflächenprofils. Hier ist die Strömung laminar und die Grenzschicht ist eine laminare Schicht. Prandtl wandte 1904 das Konzept der laminaren Grenzschicht auf aerodynamische Oberflächen an.

Laminare Strömungsbarrieren

Der laminare Luftstrom wird verwendet, um Luftmengen zu trennen oder zu verhindern, dass Luftschadstoffe in einen Bereich gelangen. Laminar-Flow-Hauben werden zur Beseitigung von Kontaminationen aus sensiblen Prozessen in Wissenschaft, Elektronik und Medizin eingesetzt. Luftschleier werden häufig in gewerblichen Umgebungen eingesetzt, um erwärmte oder gekühlte Luft durch Türen strömen zu lassen. Ein Laminar-Flow-Reaktor (LFR) ist ein Reaktor, der Laminarströmung zur Untersuchung chemischer Reaktionen und Prozessmechanismen nutzt.

Um die Schadstoffbelastung in hochwertigen Reinräumen zu reduzieren, werden spezielle Lüftungssysteme eingesetzt, bei denen sich der Luftstrom turbulenzfrei von oben nach unten bewegt, d. h. laminar. Bei einer laminaren Luftströmung werden Schmutzpartikel von Personen und Geräten nicht im Raum verteilt, sondern in einer Strömung in Bodennähe gesammelt.

Konstruktionen

Im Allgemeinen umfassen Reinräume die folgenden Grundelemente:

umschließende Wandkonstruktionen (Rahmen, Jalousien und verglaste Wandpaneele, Türen, Fenster);

versiegelte Paneel- und Kassettendecken mit eingebauten Rasterlampen;

antistatische Böden;

Clean-Zone-Bodenbelag Clean-Zone wird in Standardrollen geliefert und kann professionell als Wand-zu-Wand-Bodenbelag verlegt werden, der eine dauerhafte und unvermeidbare Schmutzfalle bildet.

Luftaufbereitungssystem (Zuluft-, Abluft- und Umluftgeräte, Luftansauggeräte, Luftverteiler mit Endfiltern, Luftsteuergeräte, Sensorik und Automatisierungselemente usw.);

Steuerungssystem für technische Systeme von Reinräumen;

Luftschleusen;

Transferfenster;

Filter- und Lüftermodule zur Schaffung sauberer Zonen innerhalb von Reinräumen.

Elektronik-Industrie ist einer der größten Reinraumverbraucher der Welt. Die Anforderungen an den Sauberkeitsgrad sind in dieser Branche am höchsten. Der Trend des stetigen Wachstums dieser Anforderungen hat zu qualitativ neuen Ansätzen zur Schaffung sauberer Umgebungen geführt. Der Kern dieser Ansätze besteht darin, isolierende Technologien zu schaffen, d.h. in der physikalischen Trennung einer bestimmten Menge sauberer Luft von der Umgebung. Diese normalerweise hermetisch abgedichtete Trennung eliminierte den Einfluss einer der stärksten Verschmutzungsquellen – des Menschen. Der Einsatz von Isoliertechnologien bringt die flächendeckende Einführung von Automatisierung und Robotisierung mit sich. Der Einsatz von Reinräumen in der Mikroelektronik hat seine Eigenheiten: Im Vordergrund stehen die Anforderungen an die Reinheit der Luftumgebung für Aerosolpartikel. Auch an das Erdungssystem im Reinraum werden erhöhte Anforderungen gestellt, insbesondere im Hinblick auf die Gewährleistung der Abwesenheit statischer Elektrizität. Die Mikroelektronik erfordert die Schaffung von Reinräumen höchster Reinheitsklassen mit dem Einbau von perforierten Doppelböden zur Verbesserung der Luftströmungsleitungen, d.h. Erhöhung der Unidirektionalität des Flusses.

Saubere Produktionsanlagen müssen Bedingungen für maximale Sauberkeit der Produktion bieten; Gewährleistung der Isolierung des Innenvolumens; Zugang zu Reinräumen durch einen speziellen Vorraum (Tor).

Der Druck in einem Reinraum sollte höher als der Atmosphärendruck sein, um den Staub aus dem Raum herauszudrücken. In der Schleuse wird die Kleidung des Personals ausgeblasen, um Staubpartikel zu entfernen.

In Reinräumen entstehen laminare Luftströmungen, turbulente Strömungen, die durch rotierende und bewegliche Geräteteile entstehen, sind nicht akzeptabel. Es ist darauf zu achten, dass keine erhitzten Gegenstände vorhanden sind, die zur Bildung von Konvektionsströmen beitragen.

Typischerweise werden ein Gitterboden und eine Gitterdecke verwendet.

Reinräume enthalten ein Minimum an Ausstattung

Da die Herstellung von Reinräumen sehr kostenintensiv ist, werden lokale Entstaubungszonen eingesetzt.

Eine der effektivsten Möglichkeiten zur Kostensenkung bei der Erstellung von Reinraumkomplexen ist Zonierung des Reinraums in örtliche Bereiche, die sich sowohl in der Luftreinheitsklasse als auch im Funktionszweck (nur Produktschutz oder Schutz sowohl des Produkts als auch der Umwelt) voneinander unterscheiden können.

So können in einem Reinraum mit niedriger Reinheitsklasse über kritischen Bereichen des technologischen Prozesses Reinzonen mit einer höheren Reinheitsklasse als der Raum, in dem sie sich befinden, entstehen.

Der Hauptzweck sauberer Zonen:

Aufrechterhaltung spezifizierter Luftparameter im lokalen Arbeitsbereich;

Schutz des Produkts vor Umwelteinflüssen.

Gemäß der Definition in GOST R ISO 14644-1-2000 ist eine saubere Zone Ein definierter Raum, in dem die Konzentration luftgetragener Partikel kontrolliert, konstruiert und betrieben wird, um das Eindringen, Freisetzen und Zurückhalten von Partikeln innerhalb des Bereichs zu minimieren und die Steuerung anderer Parameter wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Druck nach Bedarf zu ermöglichen.

Saubere Zonen können baulich aufgebaut werden entweder als Teil des gesamten Reinraumlüftungssystems oder als eigenständige Produkte.

Die erste Methode ist anwendbar, wenn die Lage der Reinraumzonen in der Entwurfsphase der Schaffung eines Reinraums festgelegt wird und sich während der gesamten Betriebsdauer nicht ändern kann, sowie wenn eine Zuluftzufuhr erforderlich ist Arbeitsraum der Reinzone.

Die zweite Methode beinhaltet die Möglichkeit, den Standort sauberer Zonen zu ändern, was größere Möglichkeiten für die Änderung des technologischen Prozesses und die Modernisierung der Ausrüstung bietet. In diesem Fall können Reinzonen, die als eigenständige Produkte konzipiert sind, entweder an die Energiestrukturen des Reinraums angeschlossen werden oder mobile autonome Produkte sein, die innerhalb des Reinraums bewegt werden können.

Am häufigsten werden saubere Produktionsbedingungen mit minimalem Personalaufwand und halbautomatischen Maschinen eingesetzt. Häufig kommen lokale Installationen zum Einsatz. Seit kurzem werden auch Cluster-Installationen eingesetzt.

Technische Eigenschaften:

1 Enddruck in einer sauberen, leeren und entgasten Kammer, Pa 1,33x10-3

2 Druckwiederherstellungszeit 1,33 x 10-3 Pa, min. 30

3 Abmessungen der Arbeitskammer, mm Durchmesser Höhe 900 1000

4 Anzahl Plasmabeschleuniger mit Metallkathoden (SPU-M) mit Plasmaflusstrennung, Stk

5 Anzahl gepulster Plasmabeschleuniger mit Graphitkathoden (IPU-S) mit Plasmaflusstrennung, Stk

6 Anzahl erweiterter Ionenquellen zur Reinigung und Unterstützung (RIF-Typ), Stck

7 Erhitzen von Substraten, 0 ° C 250

8 Technologische Ausstattung: Einzelplanetenset, Stk. Doppelplaneten, Stk. 1 1

9 Prozessgas-Injektionssystem

10 Prozesskontroll- und Managementsystem

11 Hochvakuumpumpen: zwei parallel arbeitende Diffusionspumpen NVDM-400 mit einer Leistung von jeweils 7000 l/s

12 Vorvakuumpumpe: AVR-150 Vorvakuumeinheit mit einer Kapazität von 150 l/s

13 Maximale elektrische Leistungsaufnahme einer Vakuumanlage, kW, nicht mehr als 50

14 Von einer Vakuumanlage eingenommene Fläche, m2 25

Beschreibung:

Operationssäle sind eines der kritischsten Glieder in der Struktur eines Krankenhausgebäudes im Hinblick auf die Bedeutung des chirurgischen Prozesses und bieten die besonderen mikroklimatischen Bedingungen, die für seine erfolgreiche Durchführung und Fertigstellung erforderlich sind. Quelle der Freisetzung von Bakterienpartikeln ist hier vor allem medizinisches Personal, das bei Bewegung im Raum Partikel erzeugen und Mikroorganismen freisetzen kann.

Operationssäle im Krankenhaus
Luftstromkontrolle

In den letzten Jahrzehnten kam es in unserem Land und im Ausland zu einer Zunahme eitrig-entzündlicher Erkrankungen, die durch Infektionen verursacht werden und nach der Definition der Weltgesundheitsorganisation (WHO) gemeinhin als nosokomiale Infektionen (HAI) bezeichnet werden. Eine Analyse der durch nosokomiale Infektionen verursachten Erkrankungen zeigt, dass ihre Häufigkeit und Dauer direkt vom Zustand der Luftumgebung in Krankenhausräumen abhängt. Um die erforderlichen Mikroklimaparameter in Operationssälen (und industriellen Reinräumen) sicherzustellen, werden unidirektionale Luftverteiler eingesetzt. Die Ergebnisse der Überwachung der Luftumgebung und der Analyse der Bewegung von Luftströmen zeigten, dass der Betrieb solcher Verteiler die erforderlichen Mikroklimaparameter liefert, jedoch häufig die bakteriologische Reinheit der Luft verschlechtert. Um den kritischen Bereich zu schützen, ist es notwendig, dass der Luftstrom, der das Gerät verlässt, gerade bleibt und die Form seiner Grenzen nicht verliert, d

Operationssäle sind eines der kritischsten Glieder in der Struktur eines Krankenhausgebäudes im Hinblick auf die Bedeutung des chirurgischen Prozesses und bieten die besonderen mikroklimatischen Bedingungen, die für seine erfolgreiche Durchführung und Fertigstellung erforderlich sind. Quelle der Freisetzung von Bakterienpartikeln ist hier vor allem medizinisches Personal, das bei Bewegung im Raum Partikel erzeugen und Mikroorganismen freisetzen kann. Die Intensität der in die Raumluft gelangenden Partikel hängt vom Mobilitätsgrad der Personen, der Temperatur und der Luftgeschwindigkeit im Raum ab. Nosokomiale Infektionen bewegen sich in der Regel mit Luftströmungen im Operationssaal und es besteht immer die Gefahr, dass sie in die ungeschützte Wundhöhle des operierten Patienten eindringen. Aus Beobachtungen geht hervor, dass ein falsch organisierter Betrieb von Lüftungsanlagen zu einer intensiven Anhäufung von Infektionen führt, die über die zulässigen Werte hinausgehen.

Seit mehreren Jahrzehnten entwickeln Spezialisten aus verschiedenen Ländern Systemlösungen zur Gewährleistung der Luftverhältnisse in Operationssälen. Der dem Raum zugeführte Luftstrom muss nicht nur verschiedene Schadstoffe (Wärme, Feuchtigkeit, Gerüche, Schadstoffe) aufnehmen und die erforderlichen Mikroklimaparameter aufrechterhalten, sondern auch den Schutz streng festgelegter Bereiche vor dem Eindringen von Infektionen, also dem Notwendigen, gewährleisten Sauberkeit der Raumluft. Der Bereich, in dem invasive Eingriffe (Eindringen in den menschlichen Körper) durchgeführt werden, kann als Operationszone oder „kritisch“ bezeichnet werden. Die Norm definiert einen solchen Bereich als „Betriebshygieneschutzzone“ und meint damit den Raum, in dem sich der Operationstisch, Hilfstische für Instrumente und Materialien, Geräte sowie medizinisches Personal in steriler Kleidung befinden. Es gibt das Konzept eines „technologischen Kerns“, der sich auf den Bereich bezieht, in dem Produktionsprozesse unter sterilen Bedingungen durchgeführt werden, der sinngemäß mit dem operativen Bereich korreliert werden kann.

Um das Eindringen bakterieller Verunreinigungen in die kritischsten Bereiche zu verhindern, werden häufig Screening-Methoden eingesetzt, bei denen ein Verdrängungsluftstrom zum Einsatz kommt. Es wurden verschiedene Designs von Luftverteilern mit laminarer Luftströmung entwickelt, und der Begriff „laminar“ wurde später in „unidirektionale“ Strömung geändert. Derzeit finden sich für Luftverteilungsgeräte in Reinräumen unterschiedliche Bezeichnungen wie „laminar“, „laminare Decke“, „Betriebsdecke“, „Reinluftbetriebssystem“ usw., die jedoch nichts an deren Wesen ändern. Der Luftverteiler wird in die Deckenkonstruktion oberhalb der Schutzzone des Raumes eingebaut und kann je nach Luftströmung unterschiedlich groß sein. Die empfohlene optimale Fläche einer solchen Decke sollte mindestens 9 m2 betragen, um den Operationsbereich vollständig mit Tischen, Geräten und Personal abzudecken. Der verdrängende Luftstrom mit niedriger Geschwindigkeit verläuft wie ein Vorhang von oben nach unten und schneidet sowohl den aseptischen Bereich der chirurgischen Eingriffszone als auch die Zone der Übertragung von sterilem Material von der Umgebung ab. Die Luft wird gleichzeitig aus der unteren und oberen Zone des Raumes entfernt. In die Deckenkonstruktion sind HEPA-Filter (Klasse H) eingebaut, durch die die Zuluft strömt. Filter fangen lebende Partikel ein, desinfizieren sie jedoch nicht.

Derzeit wird weltweit den Fragen der Luftdesinfektion in Krankenhäusern und anderen Einrichtungen, in denen es Quellen bakterieller Kontamination gibt, große Aufmerksamkeit geschenkt. In den Dokumenten wurde gefordert, dass die Luft im Operationssaal mit einer Partikelinaktivierungseffizienz von mindestens 95 % desinfiziert werden muss, ebenso die Luftkanäle und die Ausrüstung des Klimasystems. Vom OP-Personal freigesetzte Bakterienpartikel gelangen kontinuierlich in die Raumluft und reichern sich dort an. Um sicherzustellen, dass die Partikelkonzentration in der Raumluft die maximal zulässigen Werte nicht erreicht, ist eine Luftkontrolle erforderlich. Eine solche Überwachung muss nach der Installation von Klimatisierungssystemen, der Wartung oder Reparatur, also im Betriebsmodus eines Reinraums, durchgeführt werden.

Der Einsatz von unidirektionalen Luftverteilern mit eingebauten Decken-Ultrafeinfiltern in Operationssälen ist bei Designern weit verbreitet. Luftströme großer Volumina strömen mit geringer Geschwindigkeit durch den Raum und trennen den geschützten Bereich von der Umgebung. Vielen Fachleuten ist jedoch nicht bewusst, dass diese Lösungen nicht ausreichen, um bei chirurgischen Eingriffen ein ausreichendes Maß an Luftdesinfektion aufrechtzuerhalten.

Tatsache ist, dass es eine ganze Reihe von Ausführungen von Luftverteilungsgeräten gibt, von denen jede ihren eigenen Anwendungsbereich hat. Operationssaal-Reinräume werden innerhalb der Klasse „sauber“ je nach Zweck in Klassen nach dem Grad der Reinheit eingeteilt. Zum Beispiel allgemeinchirurgische Operationssäle, herzchirurgische oder orthopädische Operationssäle usw. Jeder Einzelfall hat seine eigenen Anforderungen an die Gewährleistung der Sauberkeit.

Die ersten Beispiele für den Einsatz von Luftverteilern für Reinräume tauchten Mitte der 1950er Jahre auf. Seitdem ist es Tradition, die Luft in reinen Produktionsräumen über eine perforierte Decke zu verteilen, wenn geringe Konzentrationen an Partikeln oder Mikroorganismen erforderlich sind. Der Luftstrom bewegt sich mit gleichmäßiger Geschwindigkeit, üblicherweise 0,3–0,5 m/s, in einer Richtung durch das gesamte Raumvolumen. Die Luftzufuhr erfolgt über eine Reihe hocheffizienter Luftfilter an der Decke des Reinraums. Die Luftzufuhr erfolgt nach dem Prinzip eines Luftkolbens, der sich nach unten durch den gesamten Raum bewegt und dabei Verunreinigungen entfernt. Die Luftabfuhr erfolgt durch den Boden. Diese Art der Luftbewegung trägt zur Entfernung von Aerosolverunreinigungen bei, deren Quellen Personal und Prozesse sind. Diese Lüftungsanordnung zielt darauf ab, saubere Luft im Raum zu gewährleisten, erfordert jedoch große Luftströme und ist daher unwirtschaftlich. Bei Reinräumen der Klasse 1000 bzw. ISO-Klasse 6 (ISO-Klassifizierung) kann die Luftwechselrate zwischen 70 und 160 Mal pro Stunde liegen.

In der Folge erschienen rationellere modulare Geräte mit deutlich kleineren Abmessungen und geringeren Kosten, die es ermöglichten, je nach Verwendungszweck ein Luftversorgungsgerät entsprechend der Größe des Schutzbereichs und den erforderlichen Luftwechselraten des Raumes auszuwählen Zimmer.

Analyse der Funktionsweise laminarer Luftverteiler

Laminar-Flow-Geräte werden in reinen Produktionsräumen eingesetzt und dienen der Verteilung großer Luftmengen und sorgen für speziell gestaltete Decken, Bodenabzugshauben und Raumdruckregulierung. Unter diesen Bedingungen gewährleistet der Betrieb von Laminarströmungsverteilern garantiert die erforderliche unidirektionale Strömung mit parallelen Strömungslinien. Eine hohe Luftwechselrate trägt dazu bei, im Zuluftstrom nahezu isotherme Bedingungen aufrechtzuerhalten. Decken, die für die Luftverteilung mit großem Luftaustausch ausgelegt sind, sorgen aufgrund ihrer großen Fläche für eine niedrige anfängliche Luftströmungsgeschwindigkeit. Der Betrieb von Absaugvorrichtungen auf Bodenhöhe und die Steuerung des Luftdrucks im Raum minimieren die Größe der Rezirkulationsströmungszonen und das Prinzip „ein Durchgang und ein Ausgang“ lässt sich leicht umsetzen. Schwebstoffe werden gegen den Boden gedrückt und entfernt, so dass die Gefahr einer Rezirkulation gering ist.

Wenn solche Luftverteiler jedoch in einem Operationssaal eingesetzt werden, ändert sich die Situation erheblich. Um ein akzeptables Maß an bakteriologischer Reinheit der Luft in Operationssälen aufrechtzuerhalten, betragen die berechneten Luftaustauschwerte normalerweise durchschnittlich 25 Mal pro Stunde oder sogar weniger, das heißt, sie sind nicht mit den Werten für Industrieräume vergleichbar. Um einen stabilen Luftstrom zwischen dem Operationssaal und den angrenzenden Räumen aufrechtzuerhalten, wird darin normalerweise ein Überdruck aufrechterhalten. Die Luftabfuhr erfolgt über Absaugvorrichtungen, die symmetrisch in den Wänden der unteren Raumzone installiert sind. Zur Verteilung kleinerer Luftmengen werden in der Regel kleinflächige Laminar-Flow-Geräte eingesetzt, die statt nur über dem kritischen Raumbereich in Form einer Insel in der Raummitte installiert werden Nutzung der gesamten Decke.

Beobachtungen zeigen, dass solche laminaren Geräte nicht immer eine unidirektionale Strömung bieten. Da fast immer ein Unterschied zwischen der Temperatur im Zufuhrstrom und der Umgebungslufttemperatur (5-7 °C) besteht, sinkt die kühlere Luft, die das Zufuhrgerät verlässt, viel schneller ab als bei einer isothermen unidirektionalen Strömung. Dies kommt häufig bei Deckendiffusoren vor, die in öffentlichen Gebäuden verwendet werden. Es besteht die falsche Vorstellung, dass Laminarböden unabhängig vom Standort oder der Art der Anwendung einen stabilen, unidirektionalen Luftstrom bieten. Tatsächlich nimmt unter realen Bedingungen die Geschwindigkeit der vertikalen laminaren Strömung bei niedriger Temperatur zu, wenn sie sich dem Boden nähert. Je größer das Volumen der Zuluft und je niedriger ihre Temperatur im Verhältnis zur Raumluft ist, desto größer ist die Beschleunigung ihrer Strömung. Die Tabelle zeigt, dass der Einsatz eines laminaren Systems mit einer Fläche von 3 m 2 bei einem Temperaturunterschied von 9 °C bereits in einer Entfernung von 1,8 m vom Beginn der Bahn zu einer Verdreifachung der Luftgeschwindigkeit führt. Die Luftgeschwindigkeit am Austritt des Versorgungsgerätes beträgt 0,15 m/s, auf Höhe des Operationstisches erreicht sie 0,46 m/s. Dieser Wert überschreitet den akzeptablen Wert. Viele Studien belegen seit langem, dass es bei zu hohen Zuflussraten unmöglich ist, die „Unidirektionalität“ aufrechtzuerhalten. Die insbesondere von Salvati (1982) und Lewis (Lewis, 1993) durchgeführte Analyse der Luftkontrolle in Operationssälen zeigte, dass der Einsatz von Laminar-Flow-Geräten mit hohen Luftgeschwindigkeiten in manchen Fällen zu einer Erhöhung des Niveaus führt Luftverschmutzung im Bereich des chirurgischen Schnittes mit nachfolgender Infektionsgefahr.

Wenn sich die Strömung bewegt, verlaufen die Luftströmungslinien am Anfangspunkt parallel, dann ändern sich die Grenzen der Strömung, verengen sich zum Boden hin und sie kann den durch die Abmessungen der laminaren Strömung bestimmten Bereich nicht mehr schützen Einheit. Bei Luftgeschwindigkeiten von 0,46 m/s erfasst die Strömung gering bewegte Luft aus dem Raum. Da im Raum ständig Bakterienpartikel freigesetzt werden, werden infizierte Partikel in den Luftstrom aus der Versorgungseinheit eingemischt, da die Quellen ihrer Freisetzung ständig im Raum aktiv sind. Dies wird durch die Luftrezirkulation durch die im Raum befindliche Druckluft erleichtert. Um die Sauberkeit von Operationssälen zu gewährleisten, ist es laut Norm erforderlich, ein Luftungleichgewicht aufgrund des Überschusses der Zuströmung gegenüber der Abluft um 10 % sicherzustellen. Überschüssige Luft gelangt in angrenzende, weniger saubere Räume. Unter modernen Bedingungen werden in Operationssälen häufig hermetische Schiebetüren verwendet. Überschüssige Luft zirkuliert nirgendwo im Raum und wird über eingebaute Ventilatoren zur weiteren Reinigung in Filtern und zur Sekundärversorgung des Raums zurückgeführt . Die Umluft sammelt alle kontaminierten Partikel aus der Raumluft und kann, wenn sie sich in der Nähe des Zuluftstroms bewegen, diesen verunreinigen. Durch die Verletzung der Strömungsgrenzen vermischt sich Luft aus dem umgebenden Raum und pathogene Partikel dringen in die als geschützt geltende Sterilzone ein.

Hohe Mobilität fördert die intensive Ablösung abgestorbener Hautpartikel aus ungeschützten Hautbereichen des medizinischen Personals und deren Eindringen direkt in den Operationsschnitt. Andererseits ist zu beachten, dass die Entwicklung von Infektionskrankheiten in der postoperativen Phase durch den Unterkühlungszustand des Patienten verursacht wird, der sich bei Einwirkung kalter Luftströme mit erhöhter Mobilität verstärkt.

Daher kann ein Luftverteiler mit laminarer Strömung, der üblicherweise in einer Reinraumumgebung verwendet wird und dort wirksam ist, den Betrieb in einem herkömmlichen Operationssaal beeinträchtigen.

Dieses Gespräch gilt für Laminar-Flow-Geräte, die eine durchschnittliche Fläche von etwa 3 m 2 haben – optimal zum Schutz des Operationsbereichs. Gemäß den amerikanischen Anforderungen sollte die Luftströmungsgeschwindigkeit am Austritt laminarer Paneele 0,15 m/s nicht überschreiten, d. In unserem Fall sind das 466 l/s (1677,6 m 3/h) oder etwa 17 mal/h. Gemäß dem Standardwert des Luftaustauschs in Operationssälen sollte dieser 20-mal pro Stunde, 25-mal pro Stunde und 17-mal pro Stunde die Anforderungen vollständig erfüllen. Es stellt sich heraus, dass der Wert von 20 Mal pro Stunde einem Raum mit einem Volumen von 64 m 3 entspricht.

Nach heutigen Maßstäben sollte die Fläche eines Standard-Operationssaals (allgemeine Chirurgie) mindestens 36 m2 betragen. Und die Anforderungen an Operationssäle für komplexere Operationen (kardiologische, orthopädische usw.) sind viel höher, und oft kann das Volumen eines solchen Operationssaals 135–150 m 3 überschreiten. Das Luftverteilungssystem erfordert in diesen Fällen eine deutlich größere Fläche und Luftkapazität.

Bei der Organisation der Luftströmung in größeren Operationssälen stellt sich das Problem, die Laminarität der Strömung von der Austrittsebene bis zur Höhe des Operationstisches aufrechtzuerhalten. In mehreren Operationssälen wurden Studien zum Luftströmungsverhalten durchgeführt. In verschiedenen Räumen, die flächenmäßig in zwei Gruppen unterteilt waren: 1,5–3 m 2 und mehr als 3 m 3, wurden Laminar-Flow-Paneele installiert, außerdem wurden experimentelle Klimageräte installiert, die es ermöglichten, die Temperatur der Zuluft zu verändern. Es wurden wiederholte Messungen der Strömungsgeschwindigkeit der einströmenden Luft bei verschiedenen Strömungsgeschwindigkeiten und Temperaturänderungen durchgeführt, deren Ergebnisse in der Tabelle aufgeführt sind.

Kriterien für Zimmersauberkeit

Richtige Entscheidungen hinsichtlich der Organisation der Luftverteilung in Operationssälen: Die Wahl der rationellen Größe der Zuluftpaneele, die Sicherstellung der Standarddurchflussmenge und -temperatur der Zuluft garantieren keine absolute Desinfektion der Raumluft. Das Problem der Luftdesinfektion in Operationssälen wurde vor mehr als 30 Jahren akut thematisiert, als verschiedene antiepidemiologische Maßnahmen vorgeschlagen wurden. Und nun ist das Ziel der Anforderungen moderner Regulierungsdokumente für die Gestaltung und den Betrieb von Krankenhäusern die Luftdesinfektion, wobei HVAC-Systeme als wichtigste Möglichkeit zur Verhinderung der Ausbreitung und Anhäufung von Infektionen dargestellt werden.

Beispielsweise sieht die Norm die Desinfektion als Hauptziel ihrer Anforderungen an und stellt fest: „Ein ordnungsgemäß konzipiertes HVAC-System minimiert die Übertragung von Viren, Bakterien, Pilzsporen und anderen biologischen Schadstoffen über die Luft.“ HVAC-Systeme spielen bei der Kontrolle eine wichtige Rolle Infektionen und andere schädliche Faktoren. Die Anforderung an Klimaanlagen für Operationssäle wird hervorgehoben: „Das Luftversorgungssystem muss so ausgelegt sein, dass die Einschleppung von Bakterien in sterile Bereiche zusammen mit der Luft minimiert wird und gleichzeitig ein Höchstmaß an Sauberkeit im Rest des Operationssaals gewährleistet bleibt.“

Allerdings enthalten die Regulierungsdokumente keine direkten Anforderungen zur Bestimmung und Überwachung der Wirksamkeit der Desinfektion für verschiedene Lüftungsmethoden, und Designer müssen häufig Suchaktivitäten durchführen, was viel Zeit in Anspruch nimmt und von der Hauptarbeit ablenkt.

In unserem Land gibt es eine ganze Reihe unterschiedlicher Regulierungsliteratur zur Gestaltung von HVAC-Systemen für Krankenhausgebäude und überall werden Anforderungen an die Luftdesinfektion geäußert, die aus vielen objektiven Gründen für Planer praktisch nur schwer umzusetzen sind. Dies erfordert nicht nur Kenntnisse über moderne Desinfektionsgeräte und deren korrekte Verwendung, sondern vor allem eine weitere rechtzeitige epidemiologische Überwachung der Raumluftumgebung, die einen Eindruck von der Betriebsqualität von HVAC-Systemen vermittelt, aber leider auch wird nicht immer durchgeführt. Wird die Sauberkeit sauberer Industrieräume anhand des Vorhandenseins von Partikeln (z. B. Staubpartikeln) beurteilt, so sind lebende Bakterien oder koloniebildende Partikel der Indikator für die Luftreinheit in Reinräumen medizinischer Gebäude, deren zulässige Werte angegeben sind In. Um diese Werte aufrechtzuerhalten, sollte die Luftumgebung regelmäßig auf mikrobiologische Indikatoren überwacht werden, für die es notwendig ist, diese zählen zu können. Die Methodik zum Sammeln und Zählen von Mikroorganismen zur Beurteilung der Luftreinheit wurde bisher in keinem der Regulierungsdokumente vorgestellt. Es ist wichtig, dass die Zählung der mikrobiellen Partikel im Operationssaal, also während der Operation, durchgeführt wird. Dafür müssen jedoch die Planung und Installation des Luftverteilungssystems vorbereitet sein. Der Desinfektionsgrad bzw. die Effizienz des Systems kann nicht vor der Inbetriebnahme im Operationssaal ermittelt werden; dies kann nur unter den Bedingungen mindestens mehrerer Betriebsprozesse erfolgen. Dies stellt die Ingenieure vor große Schwierigkeiten, da die Forschung zwar notwendig ist, aber im Widerspruch zur Epidemiebekämpfungsdisziplin des Krankenhauses steht.

Luftschleier

Um die erforderlichen Luftverhältnisse im Operationssaal sicherzustellen, ist es wichtig, die gemeinsame Arbeit der Luftzu- und -abfuhr richtig zu organisieren. Durch die rationelle Positionierung von Zu- und Abluftgeräten im Operationssaal kann die Art des Luftstroms verbessert werden.

In Operationssälen ist es nicht möglich, sowohl die gesamte Deckenfläche zur Luftverteilung als auch die Bodenfläche zur Luftabfuhr zu nutzen. Bodenhauben sind unhygienisch, da sie schnell verschmutzen und schwer zu reinigen sind. Sperrige, komplexe und teure Systeme haben in kleinen Operationssälen nie ihren Einsatz gefunden. Aus diesen Gründen ist die „Insel“-Anordnung laminarer Paneele über dem kritischen Bereich mit der Installation von Abluftöffnungen im unteren Teil der Wände am sinnvollsten. Dadurch ist es möglich, Luftströmungen ähnlich einem industriellen Reinraum kostengünstiger und weniger aufwändig zu simulieren. Eine bewährte Methode ist der Einsatz von Luftschleieranlagen, die nach dem Prinzip einer Schutzbarriere arbeiten. Der Luftschleier lässt sich gut mit dem Zuluftstrom in Form einer schmalen „Lufthülle“ mit höherer Geschwindigkeit kombinieren, die speziell um den Deckenumfang herum angeordnet ist. Der Luftschleier sorgt für eine kontinuierliche Absaugung und verhindert den Eintritt kontaminierter Umgebungsluft in die laminare Strömung.

Um die Funktionsweise eines Luftschleiers zu verstehen, muss man sich einen Operationssaal vorstellen, in dem an allen vier Seiten des Raumes eine Absaughaube angeordnet ist. Die Zuluft, die von der „laminaren Insel“ in der Mitte der Decke kommt, fällt nur nach unten und dehnt sich beim Absinken zu den Seiten der Wände hin aus. Diese Lösung verkleinert Rezirkulationszonen, also die Größe stagnierender Bereiche, in denen sich pathogene Mikroorganismen ansammeln, und verhindert außerdem die Vermischung der laminaren Strömung mit der Raumluft, verringert deren Beschleunigung und stabilisiert die Geschwindigkeit, wodurch die Abwärtsströmung abgedeckt (gesperrt) wird. den gesamten sterilen Bereich. Dies trägt dazu bei, biologische Schadstoffe aus dem Schutzgebiet zu entfernen und es von der Umwelt zu isolieren.

In Abb. Abbildung 1 zeigt ein Standard-Luftschleierdesign mit Schlitzen rund um den Raum. Bei der Anordnung der Abgase entlang des Umfangs der laminaren Strömung dehnt sie sich aus, dehnt sich aus und füllt die gesamte Zone innerhalb des Vorhangs aus, wodurch der „Verengungseffekt“ verhindert und die erforderliche Geschwindigkeit der laminaren Strömung stabilisiert wird.

Aus Abb. Abbildung 3 zeigt die Werte der tatsächlichen (gemessenen) Geschwindigkeit, die bei einem ordnungsgemäß ausgelegten Luftschleier auftritt. Sie zeigen deutlich die Wechselwirkung der laminaren Strömung mit dem Luftschleier und die laminare Strömung bewegt sich gleichmäßig. Durch den Luftschleier entfällt die Notwendigkeit, ein sperriges Absaugsystem rund um den Raum zu installieren, anstatt eine herkömmliche Haube in den Wänden zu installieren, wie es in Operationssälen üblich ist. Der Luftschleier schützt den Bereich direkt um das OP-Personal und den Tisch herum und verhindert, dass kontaminierte Partikel in den Primärluftstrom zurückkehren.

Nach der Auslegung eines Luftschleiers stellt sich die Frage, welcher Desinfektionsgrad während seines Betriebs erreicht werden kann. Ein schlecht konzipierter Luftschleier ist nicht effektiver als ein herkömmliches Laminar-Flow-System. Ein Konstruktionsfehler kann eine hohe Luftgeschwindigkeit sein, da ein solcher Vorhang die laminare Strömung zu schnell „zieht“, also noch bevor sie die Betriebsetage erreicht. Das Strömungsverhalten ist möglicherweise nicht kontrollierbar und es besteht die Gefahr, dass kontaminierte Partikel vom Boden in den Betriebsbereich gelangen. Ebenso kann ein Luftschleier mit geringer Sauggeschwindigkeit die laminare Strömung nicht wirksam blockieren und kann in diese hineingezogen werden. In diesem Fall ist die Raumklimatisierung die gleiche wie bei ausschließlicher Verwendung eines laminaren Luftversorgungsgeräts. Bei der Auslegung ist es wichtig, den Geschwindigkeitsbereich richtig zu bestimmen und das passende System auszuwählen. Dies wirkt sich direkt auf die Berechnung der Desinfektionseigenschaften aus.

Trotz der offensichtlichen Vorteile von Luftschleier sollten diese nicht blind eingesetzt werden. Der durch Luftschleier während der Operation erzeugte sterile Luftstrom ist nicht immer erforderlich. Die Notwendigkeit, den Grad der Luftdesinfektion sicherzustellen, sollte gemeinsam mit Technologen entschieden werden, deren Rolle in diesem Fall die an bestimmten Operationen beteiligten Chirurgen sein sollten.

Abschluss

Vertikale laminare Strömungen können sich je nach Betriebsbedingungen unvorhersehbar verhalten. Laminar-Flow-Panels, die in sauberen Produktionsbereichen eingesetzt werden, können in Operationssälen im Allgemeinen nicht den erforderlichen Desinfektionsgrad bieten. Luftschleiersysteme helfen dabei, das Bewegungsmuster vertikaler laminarer Strömungen zu korrigieren. Luftschleier sind die optimale Lösung für das Problem der bakteriologischen Kontrolle der Luftumgebung in Operationssälen, insbesondere bei langen chirurgischen Eingriffen und bei Patienten mit geschwächtem Immunsystem, für die durch die Luft übertragene Infektionen ein besonderes Risiko darstellen.

Der Artikel wurde von A. P. Borisoglebskaya unter Verwendung von Materialien aus der Zeitschrift ASHRAE erstellt.

Abhängig von der Belüftungsmethode wird der Raum üblicherweise wie folgt bezeichnet:

a) turbulent belüftete oder Räume mitnicht unidirektionaler Luftstrom;

b) Räume mit laminarer oder unidirektionaler Luftströmung.

Notiz. Der Fachwortschatz wird von den Begriffen dominiert

"turbulent Luftströmung“, „laminare Luftströmung“.

Fahrmodi Ich bin Luft

Es gibt zwei Fahrmodi Luft: laminar? und turbulent?. Laminar? Der Modus ist durch die geordnete Bewegung von Luftpartikeln entlang paralleler Flugbahnen gekennzeichnet. Die Vermischung in der Strömung erfolgt durch die gegenseitige Durchdringung von Molekülen. Im turbulenten Modus ist die Bewegung der Luftpartikel chaotisch, die Vermischung erfolgt durch die Durchdringung einzelner Luftvolumina und erfolgt daher deutlich intensiver als im laminaren Modus.

Bei stationärer laminarer Bewegung ist die Geschwindigkeit der Luftströmung an einem Punkt in Größe und Richtung konstant; Während einer turbulenten Bewegung sind Größe und Richtung zeitlich variabel.

Turbulenzen sind eine Folge äußerer (in die Strömung hineingetragener) oder innerer (in der Strömung erzeugter) Störungen?. Turbulenz Lüftungsströme sind in der Regel internen Ursprungs. Ursache ist die Wirbelbildung beim Umströmen von Unregelmäßigkeiten?Wände und Gegenstände.

Das Kriterium der Stiftungen? turbulentes Regime ist die Rhea-Zahl?Nolds:

R e = uD / H

Wo Und - durchschnittliche Luftgeschwindigkeit in drinnen;

D - hydraulisch? Raumdurchmesser;

D= 4S/P

S - Querschnittsfläche Firmengelände;

R - Umfang der Querrichtung Abschnitte des Raumes;

v- kinematisch?Luftviskositätskoeffizient.

Rhea-Nummer? Nolds, darüber die turbulente Bewegung des Widerlagers?wird eindeutig als kritisch bezeichnet. Für Firmengelände es ist gleich 1000-1500, für glatte Rohre - 2300. V Firmengelände Die Luftbewegung ist normalerweise turbulent. beim Filtern(in Reinräumen)möglichst laminar?, und turbulent? Modus.

Laminar-Flow-Geräte werden in reinen Produktionsräumen eingesetzt und dienen der Verteilung großer Luftmengen und sorgen für speziell gestaltete Decken, Bodenabzugshauben und Raumdruckregulierung. Unter diesen Bedingungen gewährleistet der Betrieb von Laminarströmungsverteilern garantiert die erforderliche unidirektionale Strömung mit parallelen Strömungslinien. Eine hohe Luftwechselrate trägt dazu bei, im Zuluftstrom nahezu isotherme Bedingungen aufrechtzuerhalten. Decken, die für die Luftverteilung mit großem Luftaustausch ausgelegt sind, sorgen aufgrund ihrer großen Fläche für eine niedrige anfängliche Luftströmungsgeschwindigkeit. Der Betrieb von Absaugvorrichtungen auf Bodenhöhe und die Steuerung des Luftdrucks im Raum minimieren die Größe der Rezirkulationsströmungszonen und das Prinzip „ein Durchgang und ein Ausgang“ lässt sich leicht umsetzen. Schwebstoffe werden gegen den Boden gedrückt und entfernt, so dass die Gefahr einer Rezirkulation gering ist.

In den letzten zehn Jahren ist sowohl im Ausland als auch in unserem Land die Zahl eitrig-entzündlicher Erkrankungen aufgrund von Infektionen, die nach der Definition der Weltgesundheitsorganisation (WHO) den Namen „nosokomiale Infektionen“ (HAI) erhalten haben, gestiegen. Basierend auf der Analyse von Krankheiten, die durch nosokomiale Infektionen verursacht werden, können wir sagen, dass ihre Dauer und Häufigkeit direkt vom Zustand der Luftumgebung des Krankenhausgeländes abhängen. Um die erforderlichen Mikroklimaparameter in Operationssälen (und industriellen Reinräumen) sicherzustellen, werden unidirektionale Luftverteiler eingesetzt. Wie die Ergebnisse der Umweltüberwachung und Analyse von Luftströmen zeigen, kann der Betrieb solcher Verteiler die erforderlichen Mikroklimaparameter bereitstellen, wirkt sich jedoch negativ auf die bakteriologische Zusammensetzung der Luft aus. Um den erforderlichen Schutzgrad der kritischen Zone zu erreichen, ist es notwendig, dass der Luftstrom, der das Gerät verlässt, die Form seiner Grenzen nicht verliert und die Geradlinigkeit der Bewegung beibehält, d. h. der Luftstrom darf sich nicht verengen oder ausdehnen die zum Schutz ausgewählte Zone, in der sich der Operationstisch befindet.

In der Struktur eines Krankenhausgebäudes erfordern Operationssäle aufgrund der Bedeutung des chirurgischen Prozesses und der Bereitstellung der notwendigen mikroklimatischen Bedingungen für die erfolgreiche Durchführung und den Abschluss dieses Prozesses die größte Verantwortung. Die Hauptquelle für die Freisetzung verschiedener Bakterienpartikel ist das medizinische Personal selbst, das bei seiner Bewegung im Raum Partikel erzeugt und Mikroorganismen freisetzt. Die Intensität des Auftretens neuer Partikel im Luftraum eines Raumes hängt von der Temperatur, dem Mobilitätsgrad des Menschen und der Geschwindigkeit der Luftbewegung ab. Die nosokomiale Infektion bewegt sich in der Regel mit Luftströmungen im Operationssaal und die Wahrscheinlichkeit, dass sie in die gefährdete Wundhöhle des operierten Patienten eindringt, nimmt nie ab. Wie Beobachtungen gezeigt haben, führt eine unsachgemäße Organisation von Lüftungsanlagen in der Regel zu einer so schnellen Ansammlung von Infektionen im Raum, dass deren Niveau die zulässige Norm überschreiten kann.

Seit mehreren Jahrzehnten versuchen ausländische Experten, Systemlösungen zu entwickeln, um die notwendigen Luftverhältnisse in Operationssälen sicherzustellen. Der in den Raum eintretende Luftstrom muss nicht nur die Parameter des Mikroklimas aufrechterhalten, schädliche Faktoren (Hitze, Geruch, Feuchtigkeit, Schadstoffe) aufnehmen, sondern auch ausgewählte Bereiche vor der Möglichkeit einer Infektion schützen und somit die erforderliche Betriebssauberkeit gewährleisten Raumluft . Der Bereich, in dem invasive Eingriffe (Eindringen in den menschlichen Körper) durchgeführt werden, wird als „kritische“ oder Operationszone bezeichnet. Die Norm definiert eine solche Zone als „Betriebs-Sanitärschutzzone“. Unter diesem Begriff versteht man den Raum, in dem sich der Operationstisch, die Ausrüstung, Tische für Instrumente und medizinisches Personal befinden. Es gibt so etwas wie einen „technologischen Kern“. Damit ist der Bereich gemeint, in dem Produktionsprozesse unter sterilen Bedingungen ablaufen; dieser Bereich kann sinnvoll mit dem Operationssaal in Verbindung gebracht werden.

Um das Eindringen bakterieller Kontaminationen in die kritischsten Bereiche zu verhindern, haben sich Screening-Methoden durchgesetzt, die auf der Verwendung von Luftstromverdrängung basieren. Zu diesem Zweck wurden Laminar-Air-Flow-Luftverteiler unterschiedlicher Bauart entwickelt. Später wurde „laminare“ Strömung als „unidirektionale“ Strömung bekannt. Heutzutage findet man eine Vielzahl von Namen für Luftverteilungsgeräte für Reinräume, zum Beispiel „Laminatdecke“, „Laminar“, „Reinluftbetriebssystem“, „Betriebsdecke“ und andere, aber das ändert nichts an ihrem Wesen. Der Luftverteiler wird oberhalb des geschützten Raumbereichs in die Deckenkonstruktion eingebaut. Es kann unterschiedlich groß sein, es hängt vom Luftstrom ab. Die optimale Fläche einer solchen Decke sollte nicht weniger als 9 m2 betragen, damit sie die Fläche vollständig mit Tischen, Personal und Geräten abdecken kann. Der verdrängende Luftstrom strömt in kleinen Portionen langsam von oben nach unten und trennt so den aseptischen Bereich von der chirurgischen Expositionszone, der Zone, in der steriles Material transferiert wird, von der Umgebungszone. Gleichzeitig wird die Luft aus der unteren und oberen Zone des Schutzraumes entfernt. In die Decke sind HEPA-Filter (Klasse H) eingebaut, die eine Durchströmung der Luft ermöglichen. Filter fangen nur lebende Partikel ein, ohne sie zu desinfizieren.

In jüngster Zeit hat auf globaler Ebene die Aufmerksamkeit auf die Frage der Desinfektion der Luftumgebung von Krankenhausgeländen und anderen Einrichtungen, in denen Quellen bakterieller Kontaminanten vorhanden sind, zugenommen. In den Dokumenten wird festgelegt, dass die Luft in Operationssälen mit einer Partikeldeaktivierungseffizienz von 95 % oder mehr desinfiziert werden muss. Auch Klimageräte und Luftkanäle unterliegen der Desinfektion. Vom OP-Personal freigesetzte Bakterien und Partikel gelangen kontinuierlich in die Raumluft und reichern sich dort an. Um zu verhindern, dass die Schadstoffkonzentration im Raum den maximal zulässigen Wert erreicht, ist eine ständige Überwachung der Luftumgebung erforderlich. Diese Kontrolle ist nach der Installation, Reparatur oder Wartung des Klimasystems, also während der Nutzung des Reinraums, zwingend erforderlich.

Für Designer ist es bereits üblich geworden, in Operationssälen ultrafeine unidirektionale Luftverteiler mit eingebauten Deckenfiltern zu verwenden.

Luftströme mit großen Volumina bewegen sich langsam durch den Raum und trennen so den geschützten Bereich von der Umgebungsluft. Viele Fachleute befürchten jedoch nicht, dass diese Lösungen allein nicht ausreichen, um das erforderliche Maß an Luftdesinfektion bei chirurgischen Eingriffen aufrechtzuerhalten.

Es wurden zahlreiche Gestaltungsmöglichkeiten für Luftverteilungsgeräte vorgeschlagen, von denen jede ihre eigene Anwendung in einem bestimmten Bereich hat. Spezielle Operationssäle innerhalb ihrer Klasse werden je nach Zweck und Sauberkeitsgrad in Unterklassen eingeteilt. Zum Beispiel Herzchirurgie, allgemeine, orthopädische Operationssäle usw. Jede Klasse hat ihre eigenen Anforderungen an die Gewährleistung der Sauberkeit.

Luftverteiler für Reinräume wurden erstmals Mitte der 50er Jahre des letzten Jahrhunderts eingesetzt. Seitdem ist die Verteilung der Luft in Industrieräumen zur Tradition geworden. Wenn es darum geht, die Konzentration von Mikroorganismen oder Partikeln zu reduzieren, erfolgt dies alles über eine perforierte Decke. Der Luftstrom bewegt sich in einer Richtung durch das gesamte Raumvolumen, wobei die Geschwindigkeit gleichmäßig bleibt – etwa 0,3 – 0,5 m/s. Die Luftzufuhr erfolgt über eine Gruppe hocheffizienter Luftfilter an der Decke des Reinraums. Der Luftstrom erfolgt nach dem Prinzip eines Luftkolbens, der sich schnell durch den gesamten Raum bewegt und dabei Schadstoffe und Verunreinigungen entfernt. Die Luft wird über den Boden abgeführt. Durch diese Luftbewegung können Aerosolverunreinigungen entfernt werden, die von Prozessen und Personal stammen. Die Organisation einer solchen Belüftung zielt darauf ab, die notwendige Sauberkeit der Luft im Operationssaal sicherzustellen. Der Nachteil besteht darin, dass ein großer Luftstrom erforderlich ist, was nicht wirtschaftlich ist. Für Reinräume der Klasse ISO 6 (gemäß ISO-Klassifizierung) bzw. Klasse 1000 ist eine Luftwechselrate von 70-160 Mal pro Stunde zulässig. Später wurden sie durch effizientere modulare Geräte mit geringerer Größe und geringeren Kosten ersetzt, die es Ihnen ermöglichen, ein Luftversorgungsgerät basierend auf der Größe der Schutzzone und den erforderlichen Luftwechselraten im Raum auszuwählen Zweck.

Betrieb von laminaren Luftauslässen

Laminar-Flow-Geräte sind für den Einsatz in reinen Produktionsräumen zur Verteilung großer Luftmengen konzipiert. Die Umsetzung erfordert speziell gestaltete Decken, Raumdruckregulierung und Bodenabzugshauben. Wenn diese Bedingungen erfüllt sind, erzeugen Laminarströmungsverteiler mit Sicherheit die notwendige unidirektionale Strömung mit parallelen Strömungslinien. Aufgrund der hohen Luftwechselrate herrschen im Zuluftstrom nahezu isotherme Verhältnisse. Decken sind für die Luftverteilung mit großflächigem Luftaustausch ausgelegt und bieten aufgrund ihrer großen Fläche geringe Ausgangsvolumenströme. Die Kontrolle der Luftdruckänderungen im Raum und das Ergebnis des Betriebs der Absaugvorrichtungen gewährleisten die Mindestgröße der Luftumwälzzonen. Hier gilt das Prinzip „Ein Durchgang und ein Ausgang“. Schwebstoffe fallen auf den Boden und werden entfernt, sodass eine Wiederverwertung nahezu unmöglich ist.

In einem Operationssaal funktionieren solche Lufterhitzer jedoch etwas anders. Um die zulässige bakteriologische Reinheit der Luft in Operationssälen nicht zu überschreiten, betragen die Luftwechselwerte Berechnungen zufolge etwa 25 Mal pro Stunde, manchmal sogar weniger. Mit anderen Worten: Diese Werte sind nicht mit denen vergleichbar, die für Industriegelände berechnet wurden. Um einen stabilen Luftstrom zwischen dem Operationssaal und angrenzenden Räumen aufrechtzuerhalten, wird im Operationssaal ein Überdruck aufrechterhalten. Die Luftabfuhr erfolgt über Absaugvorrichtungen, die symmetrisch in den Wänden der unteren Zone eingebaut sind. Um kleinere Luftmengen zu verteilen, werden Laminar-Flow-Geräte mit kleinerer Fläche eingesetzt, die als Insel in der Raummitte direkt über dem kritischen Raumbereich installiert werden, anstatt die gesamte Decke einzunehmen.

Basierend auf Beobachtungen werden solche laminaren Luftverteiler nicht immer in der Lage sein, eine unidirektionale Strömung bereitzustellen. Da ein Unterschied von 5-7 °C zwischen der Temperatur im Zuluftstrom und der Umgebungslufttemperatur unvermeidlich ist, sinkt die kühlere Luft, die das Zuluftgerät verlässt, viel schneller als bei einer unidirektionalen isothermen Strömung. Dies kommt häufig bei Deckendiffusoren vor, die in öffentlichen Räumen installiert werden. Die Meinung, Laminarböden sorgen in jedem Fall für einen unidirektionalen, stabilen Luftstrom, egal wo und wie sie eingesetzt werden, ist falsch. Tatsächlich nimmt unter realen Bedingungen die Geschwindigkeit einer vertikalen, laminaren Niedertemperaturströmung zu, wenn sie in Richtung Boden abfällt.

Mit zunehmender Zuluftmenge und sinkender Temperatur gegenüber der Raumluft nimmt die Beschleunigung ihrer Strömung zu. Wie in der Tabelle dargestellt, erhöht sich die Luftgeschwindigkeit in einem Abstand von 1,8 m vom Auslass durch den Einsatz eines laminaren Systems mit einer Fläche von 3 m 2 und einem Temperaturunterschied von 9 °C um das Dreifache. Am Ausgang des Laminargeräts beträgt die Luftgeschwindigkeit 0,15 m/s und im Bereich des Operationstisches 0,46 m/s, was den zulässigen Wert überschreitet. Viele Studien haben seit langem bewiesen, dass bei einer erhöhten Geschwindigkeit des Zuflusses dessen „Unidirektionalität“ nicht erhalten bleibt.

Eine Analyse der Luftkontrolle in Operationssälen von Lewis (1993) und Salvati (1982) ergab, dass in einigen Fällen der Einsatz von Laminar-Flow-Geräten mit hohen Luftgeschwindigkeiten den Grad der Luftverschmutzung im Bereich des chirurgischen Einschnitts erhöht, was zu einem Anstieg der Luftverschmutzung führt kann zu einer Infektion führen.

Die Abhängigkeit der Änderung der Luftströmungsgeschwindigkeit von der Zulufttemperatur und der Größe der Lamellenplattenfläche ist in der Tabelle dargestellt. Wenn sich die Luft vom Ausgangspunkt aus bewegt, verlaufen die Strömungslinien parallel, dann ändern sich die Grenzen der Strömung, es kommt zu einer Verengung zum Boden hin und sie kann daher den durch die Abmessungen bestimmten Bereich nicht mehr schützen die Laminar-Flow-Einheit. Mit einer Geschwindigkeit von 0,46 m/s erfasst der Luftstrom die gering bewegte Raumluft. Und da ständig Bakterien in den Raum gelangen, gelangen kontaminierte Partikel in den Luftstrom, der aus der Versorgungseinheit austritt. Dies wird durch die Luftrezirkulation erleichtert, die durch den Luftdruck im Raum entsteht.

Um die Sauberkeit von Operationssälen gemäß den Normen aufrechtzuerhalten, ist es erforderlich, ein Luftungleichgewicht sicherzustellen, indem der Zufluss um 10 % mehr als der Abluft erhöht wird. Überschüssige Luft gelangt in angrenzende, ungereinigte Räume. In modernen Operationssälen werden häufig abgedichtete Schiebetüren verwendet, damit überschüssige Luft nicht entweichen kann und im Raum zirkuliert. Anschließend wird sie über eingebaute Ventilatoren wieder in die Versorgungseinheit geleitet, anschließend in Filtern gereinigt und erneut zugeführt das Zimmer. Der Umluftstrom sammelt alle kontaminierten Stoffe aus der Raumluft (bewegt er sich in die Nähe des Zuluftstroms, kann er diesen verschmutzen). Da die Grenzen der Strömung verletzt werden, ist es unvermeidlich, dass Luft aus dem Raum hineingemischt wird und in der Folge schädliche Partikel in die geschützte Sterilzone eindringen.

Eine erhöhte Luftmobilität führt zu einer intensiven Ablösung abgestorbener Hautpartikel aus offenen Hautbereichen des medizinischen Personals, die anschließend in den chirurgischen Schnitt gelangen. Andererseits ist die Entwicklung von Infektionskrankheiten während der Rehabilitationsphase nach der Operation eine Folge des Unterkühlungszustands des Patienten, der sich verschlimmert, wenn er bewegten Kaltluftströmen ausgesetzt wird. Daher kann ein gut funktionierender herkömmlicher Luftverteiler mit laminarer Strömung in einem Reinraum bei einer Operation, die in einem herkömmlichen Operationssaal durchgeführt wird, ebenso vorteilhaft wie schädlich sein.

Diese Eigenschaft ist typisch für Laminar-Flow-Geräte mit einer durchschnittlichen Fläche von etwa 3 m2 – optimal zum Schutz des Operationsbereichs. Nach amerikanischen Vorgaben sollte der Luftdurchsatz am Austritt eines Laminar-Flow-Geräts nicht höher als 0,15 m/s sein, d. h. aus einer Fläche von 0,09 m2 sollen 14 l/s Luft in den Raum gelangen. In diesem Fall fließen 466 l/s (1677,6 m 3 /h) oder etwa 17 Mal pro Stunde. Da der Luftaustausch in Operationssälen laut Norm 20-mal pro Stunde betragen soll, nach - 25-mal pro Stunde, entspricht 17-mal pro Stunde voll und ganz den geforderten Standards. Es stellt sich heraus, dass der Wert von 20 Mal pro Stunde für einen Raum mit einem Volumen von 64 m 3 geeignet ist.

Nach aktuellen Standards sollte die Fläche der Allgemeinchirurgie (Standard-OP-Saal) mindestens 36 m² betragen. An Operationssäle, die für komplexere Operationen (orthopädische, kardiologische usw.) vorgesehen sind, werden jedoch höhere Anforderungen gestellt, oft beträgt das Volumen solcher Operationssäle etwa 135 - 150 m 3. In solchen Fällen ist ein Luftverteilungssystem mit größerer Fläche und Luftkapazität erforderlich.

Wenn für größere Operationssäle eine Luftströmung vorgesehen ist, entsteht das Problem, die laminare Strömung von der Auslassebene bis zum Operationstisch aufrechtzuerhalten. In mehreren Operationssälen wurden Luftströmungsstudien durchgeführt. In jedem von ihnen wurden laminare Paneele installiert, die je nach belegter Fläche in zwei Gruppen eingeteilt werden können: 1,5 - 3 m 2 und mehr als 3 m 2, und es wurden experimentelle Klimatisierungsanlagen gebaut, mit denen Sie den Wert ändern können die Zulufttemperatur. Während der Studie wurden Messungen der Geschwindigkeit des einströmenden Luftstroms bei verschiedenen Luftdurchsätzen und Temperaturänderungen durchgeführt; Diese Messungen sind in der Tabelle ersichtlich.

Kriterien für die Sauberkeit von Operationssälen

Um die Zirkulation und Verteilung der Luft im Raum richtig zu organisieren, ist es notwendig, eine sinnvolle Größe der Zuluftpaneele zu wählen und den Standarddurchsatz und die Temperatur der Zuluft sicherzustellen. Diese Faktoren garantieren jedoch keine absolute Luftdesinfektion. Seit mehr als 30 Jahren lösen Wissenschaftler das Problem der Desinfektion von Operationssälen und schlagen verschiedene antiepidemiologische Maßnahmen vor. Heutzutage stehen die Anforderungen moderner Regulierungsdokumente für den Betrieb und die Gestaltung von Krankenhausräumen vor dem Ziel der Luftdesinfektion, wobei HVAC-Systeme die wichtigste Möglichkeit zur Verhinderung der Anhäufung und Ausbreitung von Infektionen sind.

Laut der Norm ist der Hauptzweck ihrer Anforderungen beispielsweise die Desinfektion, und es heißt, dass „ein ordnungsgemäß konzipiertes HVAC-System die Ausbreitung von Viren, Pilzsporen, Bakterien und anderen biologischen Schadstoffen in der Luft minimiert“, was eine wichtige Rolle bei der Kontrolle spielt von Infektionen und anderen schädlichen Faktoren, die auf das HVAC-System zurückzuführen sind. Darin werden Anforderungen an Innenraumklimaanlagen definiert, die besagen, dass die Gestaltung des Luftversorgungssystems das Eindringen von Bakterien zusammen mit der Luft in saubere Bereiche minimieren und im übrigen Operationssaal ein Höchstmaß an Sauberkeit gewährleisten soll.

Regulierungsdokumente enthalten jedoch keine direkten Anforderungen, die die Bestimmung und Kontrolle der Wirksamkeit der Desinfektion von Räumlichkeiten mit verschiedenen Lüftungsmethoden widerspiegeln. Daher müssen Sie beim Entwerfen Recherchen durchführen, die viel Zeit in Anspruch nehmen und es Ihnen nicht ermöglichen, Ihre Hauptarbeit zu erledigen.

Zur Gestaltung von HVAC-Systemen für Operationssäle wurde eine große Menge an Regulierungsliteratur erstellt. Darin werden Anforderungen an die Luftdesinfektion beschrieben, die für den Planer aus verschiedenen Gründen nur schwer zu erfüllen sind. Dazu reicht es nicht aus, nur moderne Desinfektionsgeräte und die Regeln für den Umgang damit zu kennen, sondern es ist auch eine rechtzeitige epidemiologische Überwachung der Raumluft erforderlich, die einen Eindruck von der Funktionsqualität von HVAC-Systemen vermittelt. Dies wird leider nicht immer beachtet. Basiert die Beurteilung der Sauberkeit von Industrieräumen auf dem Vorhandensein von Partikeln (Schwebstoffen), so werden lebende bakterielle oder koloniebildende Partikel als Indikator für die Sauberkeit in sauberen Krankenhausräumen dargestellt, deren zulässige Werte sind in angegeben. Um diese Werte nicht zu überschreiten, ist eine regelmäßige Überwachung der Raumluft auf mikrobiologische Indikatoren erforderlich; Die Erhebungs- und Berechnungsmethode zur Beurteilung des Luftreinheitsgrads wurde in keinem Regulierungsdokument angegeben. Es ist sehr wichtig, dass die Zählung der Mikroorganismen im Arbeitsbereich während der Operation durchgeführt wird. Dies erfordert jedoch einen vorgefertigten Entwurf und die Installation eines Luftverteilungssystems. Der Desinfektionsgrad bzw. die Wirksamkeit des Systems kann nicht vor Arbeitsbeginn im Operationssaal festgestellt werden, sondern erst während mindestens mehrerer Operationen. Hier ergeben sich für Ingenieure eine Reihe von Schwierigkeiten, da die erforderliche Forschung im Widerspruch zur Einhaltung der Epidemie-Disziplin auf dem Krankenhausgelände steht.

Luftschleier-Methode

Eine ordnungsgemäß organisierte gemeinsame Arbeit der Luftzufuhr und -abfuhr sorgt für die erforderlichen Luftverhältnisse im Operationssaal. Um die Art der Luftströmung im Operationssaal zu verbessern, ist es notwendig, eine rationelle relative Position der Abluft- und Versorgungsgeräte sicherzustellen.

Reis. 1. Analyse des Luftschleierbetriebs

Es ist nicht möglich, gleichzeitig die gesamte Deckenfläche für die Luftverteilung und den gesamten Boden für die Abluft zu nutzen. Absauganlagen auf dem Boden sind unhygienisch, da sie schnell verschmutzen und schwer zu reinigen sind. Komplexe, sperrige und teure Systeme werden in kleinen Operationssälen nicht häufig eingesetzt. Daher wird die „Insel“-Platzierung laminarer Paneele über dem geschützten Bereich und die Installation von Abluftöffnungen im unteren Teil des Raumes als am sinnvollsten angesehen. Dadurch ist es möglich, Luftströme ähnlich wie in sauberen Industrieräumen zu organisieren. Diese Methode ist günstiger und kompakter. Luftschleier werden erfolgreich als Schutzbarriere eingesetzt. Der Luftschleier ist an den Zuluftstrom angeschlossen und bildet eine schmale „Lufthülle“ mit höherer Geschwindigkeit, die speziell entlang des Deckenumfangs entsteht. Ein solcher Vorhang sorgt ständig für Absaugung und verhindert, dass verunreinigte Umgebungsluft in die laminare Strömung gelangt.

Um die Funktionsweise eines Luftschleiers besser zu verstehen, können Sie sich einen Operationssaal vorstellen, in dem an allen vier Seiten des Raumes eine Abzugshaube angebracht ist. Der Luftstrom, der von der „laminaren Insel“ in der Mitte der Decke kommt, kann nur nach unten gehen, während er sich bei Annäherung an den Boden zu den Seiten der Wände hin ausdehnt. Diese Lösung reduziert die Rezirkulationszonen und die Größe der Stagnationsbereiche, in denen sich schädliche Mikroorganismen ansammeln, verhindert, dass sich die Raumluft mit der laminaren Strömung vermischt, verringert ihre Beschleunigung, stabilisiert die Geschwindigkeit und blockiert die gesamte sterile Zone mit Abwärtsströmung. Dies trägt dazu bei, den geschützten Bereich von der Umgebungsluft zu isolieren und biologische Schadstoffe daraus zu entfernen.

Reis. Abbildung 2 zeigt ein Standard-Luftschleierdesign mit Schlitzen rund um den Raum. Wenn Sie einen Auslass entlang des Umfangs der laminaren Strömung anordnen, dehnt er sich aus, der Luftstrom dehnt sich aus und füllt den gesamten Bereich unter dem Vorhang aus. Dadurch wird der „Verengungseffekt“ verhindert und die erforderliche Geschwindigkeit erreicht Die laminare Strömung wird stabilisiert.

Reis. 2. Luftschleierdiagramm

In Abb. Abbildung 3 zeigt die tatsächlichen Luftgeschwindigkeitswerte für einen ordnungsgemäß ausgelegten Luftschleier. Sie zeigen deutlich das Zusammenspiel des Luftschleiers mit einer laminaren Strömung, die sich gleichmäßig bewegt. Mit einem Luftschleier können Sie die Installation einer sperrigen Abgasanlage entlang des gesamten Raumumfangs vermeiden. Stattdessen wird, wie in Operationssälen üblich, eine herkömmliche Abzugshaube in die Wände eingebaut. Der Luftschleier dient dem Schutz des Bereichs um das OP-Personal und den Tisch herum und verhindert, dass kontaminierte Partikel in den ursprünglichen Luftstrom zurückkehren.

Reis. 3. Tatsächliches Geschwindigkeitsprofil im Luftschleierquerschnitt

Welcher Desinfektionsgrad kann mit einem Luftschleier erreicht werden? Wenn es schlecht konzipiert ist, wird es keine größere Wirkung erzielen als ein laminares System. Bei hoher Luftgeschwindigkeit können Sie einen Fehler machen, dann kann ein solcher Vorhang den Luftstrom schneller als nötig „anziehen“ und hat keine Zeit, den Operationstisch zu erreichen. Durch unkontrolliertes Strömungsverhalten kann das Eindringen kontaminierter Partikel vom Boden aus in den Schutzbereich drohen. Außerdem kann ein Vorhang mit unzureichender Sauggeschwindigkeit den Luftstrom nicht vollständig blockieren und kann in ihn hineingezogen werden. In diesem Fall ist der Luftmodus des Operationssaals derselbe wie bei Verwendung nur eines Laminargeräts. Bei der Auslegung muss der Geschwindigkeitsbereich richtig erkannt und das entsprechende System ausgewählt werden. Davon hängt die Berechnung der Desinfektionseigenschaften ab.

Luftschleier haben eine Reihe offensichtlicher Vorteile, sie sollten jedoch nicht überall eingesetzt werden, da es nicht immer notwendig ist, während der Operation einen sterilen Luftstrom zu erzeugen. Die Entscheidung über den Grad der erforderlichen Luftdesinfektion wird gemeinsam mit den an diesen Operationen beteiligten Chirurgen getroffen.

Abschluss

Die vertikale laminare Strömung verhält sich nicht immer vorhersehbar, was von den Einsatzbedingungen abhängt. Laminar-Flow-Panels, die in reinen Produktionsräumen eingesetzt werden, bieten in Operationssälen oft nicht den erforderlichen Desinfektionsgrad. Durch die Installation von Luftschleiersystemen können die Bewegungsmuster vertikaler laminarer Luftströme gesteuert werden. Luftschleier helfen bei der bakteriologischen Kontrolle der Luft in Operationssälen, insbesondere bei längeren chirurgischen Eingriffen und der ständigen Anwesenheit von Patienten mit schwachem Immunsystem, für die durch die Luft übertragene Infektionen ein großes Risiko darstellen.

Der Artikel wurde von A. P. Borisoglebskaya unter Verwendung von Materialien aus der Zeitschrift ASHRAE erstellt.

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