Resistenza delle vie aeree. Resistenza polmonare. Flusso d'aria. Flusso laminare. Flusso turbolento. Flusso d'aria laminare Calcoli e fatti

Quando un fluido scorre attraverso un canale chiuso, come un tubo o tra due piastre piane, possono verificarsi due tipi di flusso a seconda della velocità e della viscosità del fluido: flusso laminare o flusso turbolento. Il flusso laminare tende a verificarsi a velocità inferiori, al di sotto della soglia alla quale diventa turbolento. Il flusso turbolento è un regime di flusso meno ordinato caratterizzato da vortici o piccoli pacchetti di particelle liquide che provocano una miscelazione laterale. In termini non scientifici, il flusso laminare lo è liscio, mentre il flusso turbolento lo è maleducato .

Relazione con il numero di Reynolds

Il tipo di flusso che si verifica in un fluido in un canale è importante nei problemi di fluidodinamica ed è quindi influenzato dal trasferimento di calore e massa nei sistemi fluidi. Il numero di Reynolds adimensionale è un parametro importante nelle equazioni che descrivono se le condizioni di flusso completamente sviluppate risultano in un flusso laminare o turbolento. Il numero di Reynolds è il rapporto tra la forza inerziale e la forza di taglio di un fluido: quanto velocemente il fluido si muove rispetto a quanto è viscoso, indipendentemente dalla scala del sistema fluido. Il flusso laminare di solito si verifica quando il fluido si muove lentamente o il fluido è molto viscoso. Aumentando il numero di Reynolds, ad esempio aumentando la portata di un fluido, il flusso passerà dal flusso laminare a quello turbolento entro un certo intervallo di numeri di Reynolds dell'intervallo di transizione laminare-turbolento a seconda dei piccoli livelli di disturbo nel fluido o imperfezioni nel sistema di flusso. Se il numero di Reynolds è molto piccolo, molto inferiore a 1, il fluido mostrerà un flusso di Stokes, o strisciante, in cui la forza viscosa del fluido è dominata da forze inerziali.

Il calcolo specifico del numero di Reynolds e il valore in cui si verifica il flusso laminare dipenderanno dalla geometria del sistema di flusso e dalla struttura del flusso. Un esempio generale di flusso attraverso un tubo, dove il numero di Reynolds è dato da

R e = ρ u D H μ = u D H ν = Q D H ν A , (\displaystyle \mathrm (Re) =(\frac (\rho uD_(\text(H)))(\mu ))=(\frac ( uD_(\text(H)))(\nu ))=(\frac (QD_(\text(H)))(\nu A)),) D H rappresenta il diametro idraulico della tubazione (m); Q rappresenta la portata volumetrica (m3/s); Questa è l'area della sezione trasversale del tubo (m2); Uè la velocità media del fluido (unità SI: m/s); μ rappresenta la viscosità dinamica del liquido (Pa s = N s/m 2 = kg/(m s)); ν è la viscosità cinematica del liquido, ν = µ/r (m2/s); ρ rappresenta la densità del liquido (kg/m3).

Per tali sistemi, il flusso laminare si verifica quando il numero di Reynolds è inferiore a un valore critico di circa 2040, sebbene l'intervallo di transizione sia tipicamente compreso tra 1.800 e 2.100.

Per i sistemi idraulici che si verificano su superfici esterne, come i flussi attorno a oggetti sospesi in un fluido, è possibile utilizzare altre definizioni per i numeri di Reynolds per prevedere il tipo di flusso attorno all'oggetto. Il numero di Reynolds delle particelle Re p verrà utilizzato, ad esempio, per le particelle sospese in un fluido fluido. Come nel caso del flusso nei tubi, il flusso laminare si verifica tipicamente a numeri di Reynolds più bassi, mentre il flusso turbolento e i fenomeni correlati, come i vortici, si verificano a numeri di Reynolds più alti.

Esempi

Un'applicazione comune del flusso laminare è il flusso regolare di un fluido viscoso attraverso un tubo. In questo caso, la velocità del flusso cambia da zero sulle pareti del massimo lungo il centro della sezione trasversale della nave. Il profilo di flusso del flusso laminare in un tubo può essere calcolato dividendo il flusso in sottili elementi cilindrici e applicando loro una forza viscosa.

Un altro esempio potrebbe essere il flusso d'aria sopra l'ala di un aereo. Lo strato limite è un sottilissimo foglio d'aria che giace sulla superficie dell'ala (e su tutte le altre superfici dell'aereo). Poiché l'aria ha viscosità, questo strato d'aria tende ad aderire all'ala. Mentre l'ala si muove in avanti nell'aria, lo strato limite scorre prima dolcemente sulla forma aerodinamica del profilo alare. Qui il flusso è laminare e lo strato limite è uno strato laminare. Prandtl applicò il concetto di strato limite laminare alle superfici aerodinamiche nel 1904.

barriere al flusso laminare

Il flusso d'aria laminare viene utilizzato per separare i volumi d'aria o impedire l'ingresso di contaminanti presenti nell'aria in un'area. Le cappe a flusso laminare vengono utilizzate per eliminare la contaminazione da processi sensibili nella scienza, nell'elettronica e nella medicina. Le barriere d'aria sono spesso utilizzate in ambienti commerciali per consentire all'aria riscaldata o raffreddata di fluire attraverso le porte. Un reattore a flusso laminare (LFR) è un reattore che utilizza il flusso laminare per studiare reazioni chimiche e meccanismi di processo.

Per ridurre l'inquinamento nelle camere bianche di alta classe, vengono utilizzati speciali sistemi di ventilazione in cui il flusso d'aria si muove dall'alto verso il basso senza turbolenze, cioè laminare. Con un flusso d'aria laminare, le particelle di sporco provenienti da persone e apparecchiature non vengono disperse nell'ambiente, ma vengono raccolte in un flusso vicino al pavimento.


Schema del flusso d'aria per "Camera bianca turbolenta"	Schema del flusso d'aria per "camera bianca a flusso laminare"

Costruzioni

In generale, le camere bianche includono i seguenti elementi di base:

strutture murarie di recinzione (telai, pannelli murali ciechi e vetrati, porte, finestre);

soffitti a pannelli e cassette sigillati con lampade raster integrate;

pavimenti antistatici;

Rivestimento per pavimenti Clean-Zone Clean-Zone è fornito in rotoli standard, da installare professionalmente come rivestimento del pavimento da parete a parete, creando una trappola permanente e inevitabile per lo sporco.

sistema di preparazione dell'aria (unità di ventilazione di alimentazione, scarico e ricircolo, dispositivi di aspirazione dell'aria, distributori d'aria con filtri finali, dispositivi di controllo dell'aria, apparecchiature di sensori ed elementi di automazione, ecc.);

sistema di controllo per sistemi di ingegneria di camere bianche;

camere di equilibrio;

finestre di trasferimento;

Discussioni sulle camere bianche

moduli filtro e ventilatore per creare zone pulite all'interno di camere bianche.

Industria elettronicaè uno dei maggiori consumatori di camere bianche al mondo. I requisiti per il livello di pulizia in questo settore sono i più severi. La tendenza alla crescita costante di questi requisiti ha portato ad approcci qualitativamente nuovi alla creazione di ambienti puliti. L’essenza di questi approcci è creare tecnologie isolanti, ad es. nella separazione fisica di un certo volume di aria pulita dall'ambiente. Questa separazione, solitamente sigillata ermeticamente, eliminava l'influenza di una delle fonti di inquinamento più intense: l'uomo. L’utilizzo di tecnologie isolanti comporta l’introduzione diffusa di automazione e robotizzazione. L'uso di camere bianche nella microelettronica ha le sue caratteristiche: vengono in primo piano i requisiti per la pulizia dell'ambiente aereo per le particelle di aerosol. Anche il sistema di messa a terra delle camere bianche presenta requisiti sempre maggiori, soprattutto in termini di garanzia dell’assenza di elettricità statica. La microelettronica richiede la creazione di camere bianche delle più alte classi di pulizia con l'installazione di pavimenti sopraelevati forati per migliorare le linee di flusso dell'aria, ad es. aumentare l’unidirezionalità del flusso.

Gli impianti di produzione puliti devono garantire le condizioni per la massima pulizia della produzione; garantire l'isolamento del volume interno; ingresso alle camere bianche attraverso un apposito vestibolo (gateway).

La pressione in una stanza pulita dovrebbe essere maggiore della pressione atmosferica, il che aiuta a spingere fuori la polvere. Nella camera di equilibrio, gli indumenti del personale vengono soffiati per rimuovere le particelle di polvere.

Nelle camere bianche si creano flussi d'aria laminari e i flussi turbolenti creati dalle parti rotanti e mobili delle apparecchiature sono inaccettabili. È necessario assicurarsi che non vi siano oggetti riscaldati che contribuiscono alla formazione di correnti convettive.

Tipicamente, vengono utilizzati un pavimento a traliccio e un soffitto a traliccio.

Le camere bianche contengono un minimo di attrezzature

Poiché la produzione di camere bianche è molto costosa, vengono utilizzate zone locali di rimozione della polvere.

Uno dei modi efficaci per ridurre i costi durante la creazione di complessi di camere bianche è zonizzazione della camera bianca in aree locali, che possono differire tra loro sia per la classe di pulizia dell'aria che per lo scopo funzionale (solo protezione del prodotto, oppure protezione sia del prodotto che dell'ambiente).

Pertanto, all'interno di una camera bianca con classe di pulizia bassa, al di sopra delle aree critiche del processo tecnologico possono essere create zone pulite con classe di pulizia superiore a quella della stanza in cui si trovano.

Lo scopo principale delle zone pulite:

mantenimento dei parametri dell'aria specificati nell'area di lavoro locale;

protezione del prodotto dagli influssi ambientali.

Secondo la definizione fornita nella norma GOST R ISO 14644-1-2000, una zona pulita è uno spazio definito in cui la concentrazione di particelle sospese nell'aria è controllata, costruita e gestita per ridurre al minimo l'ingresso, il rilascio e la ritenzione di particelle all'interno dell'area e consentendo il controllo di altri parametri come temperatura, umidità e pressione, se necessario.

Le zone pulite possono essere costruite strutturalmente sia come parte del sistema complessivo di ventilazione per camere bianche, sia come prodotti indipendenti.

Il primo metodo è applicabile quando l'ubicazione delle zone pulite viene stabilita nella fase di progettazione della creazione di una camera bianca e non è soggetta a modifiche per l'intero periodo di funzionamento, nonché quando è necessario fornire aria di alimentazione alla spazio di lavoro della zona pulita.

Il secondo metodo prevede la possibilità di modificare l'ubicazione delle zone pulite, il che offre maggiori opportunità di modificare il processo tecnologico e aggiornare le attrezzature. In questo caso, le zone pulite, progettate come prodotti indipendenti, possono essere collegate alle strutture elettriche della camera bianca, oppure essere prodotti mobili autonomi che possono essere spostati all'interno della camera bianca.

Molto spesso, le condizioni di produzione pulite vengono utilizzate con un personale minimo, utilizzando macchine semiautomatiche. Vengono spesso utilizzate installazioni locali. Recentemente hanno iniziato ad essere utilizzate installazioni cluster.

Specifiche:

1 Pressione finale in camera pulita, vuota e degasata, Pa 1,33x10-3

2 Tempo di recupero pressione 1,33x10-3 Pa, min 30

3 Dimensioni della camera di lavoro, mm Diametro Altezza 900 1000

4 Numero di acceleratori di plasma con catodi metallici (SPU-M) con separazione del flusso di plasma, pz

5 Numero di acceleratori di plasma pulsato con catodi di grafite (IPU-S) con separazione del flusso di plasma, pz

6 Numero sorgenti ioniche estese per pulizia e assistenza (tipo RIF), pz

7 Riscaldamento dei substrati, 0С 250

8 Dotazioni tecnologiche: Set planetario singolo, pz. Planetario doppio, pz

9 Sistema di iniezione del gas di processo

10 Sistema di controllo e gestione dei processi

11 Pompaggio ad alto vuoto: due pompe a diffusione NVDM-400 funzionanti in parallelo con una capacità di 7000 l/s ciascuna

12 Pompaggio di prevuoto: unità di prevuoto AVR-150 con una capacità di 150 l/s

13 Potenza elettrica massima consumata da un impianto a vuoto, kW, non più di 50

14 Superficie occupata da un impianto di aspirazione, m2 25

Descrizione:

Sale operatorie dell'ospedale
Controllo del flusso d'aria

Negli ultimi decenni, nel nostro Paese e all'estero, si è assistito ad un aumento delle malattie purulento-infiammatorie causate da infezioni che, secondo la definizione dell'Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS), vengono comunemente chiamate infezioni nosocomiali (ICA). Dall'analisi delle malattie causate da infezioni nosocomiali emerge che la loro frequenza e durata dipendono direttamente dallo stato dell'aria ambiente nei locali ospedalieri. Per garantire i parametri microclimatici richiesti nelle sale operatorie (e nelle camere bianche industriali), vengono utilizzati distributori d'aria a flusso unidirezionale. I risultati del monitoraggio dell'ambiente aereo e dell'analisi del movimento dei flussi d'aria hanno mostrato che il funzionamento di tali distributori fornisce i parametri microclimatici richiesti, ma spesso peggiora la purezza batteriologica dell'aria. Per proteggere l'area critica, è necessario che il flusso d'aria in uscita dal dispositivo mantenga la rettilineità e non perda la forma dei suoi confini, ovvero il flusso non si espanda o si contragga sull'area protetta dove si trova l'intervento chirurgico.

Le sale operatorie rappresentano uno degli anelli più critici nella struttura di un edificio ospedaliero in termini di importanza del processo chirurgico, oltre a fornire le condizioni microclimatiche speciali necessarie per la sua corretta attuazione e completamento. Qui la fonte del rilascio di particelle batteriche è principalmente il personale medico, che è in grado di generare particelle e rilasciare microrganismi quando si muove nella stanza. L'intensità delle particelle che entrano nell'aria interna dipende dal grado di mobilità delle persone, dalla temperatura e dalla velocità dell'aria nella stanza. Le infezioni nosocomiali tendono a spostarsi nella sala operatoria con correnti d'aria e c'è sempre il rischio che penetrino nella cavità della ferita non protetta del paziente operato. Dalle osservazioni è ovvio che il funzionamento impropriamente organizzato dei sistemi di ventilazione porta ad un intenso accumulo di infezioni a livelli che superano i livelli consentiti.

Per diversi decenni, specialisti di diversi paesi hanno sviluppato soluzioni di sistema per garantire le condizioni dell'aria nelle sale operatorie. Il flusso d'aria fornito all'ambiente non deve solo assimilare varie sostanze nocive (calore, umidità, odori, sostanze nocive) e mantenere i parametri microclimatici richiesti, ma anche garantire la protezione delle aree rigorosamente stabilite dalle infezioni che vi entrano, ovvero la necessaria pulizia dell'aria interna. L'area in cui vengono effettuati interventi invasivi (penetrazione nel corpo umano) può essere definita zona operativa o “critica”. La norma definisce tale area come “zona operativa di protezione sanitaria” e con essa intende lo spazio in cui si trovano il tavolo operatorio, i tavoli ausiliari per strumenti e materiali, le attrezzature, nonché il personale medico in indumenti sterili. Esiste il concetto di “nucleo tecnologico”, che si riferisce all'area in cui i processi produttivi si svolgono in condizioni sterili, che in questo senso può essere correlato all'area operativa.

Per prevenire la penetrazione di contaminanti batterici nelle aree più critiche, sono diventati ampiamente utilizzati metodi di screening attraverso l’utilizzo di flussi d’aria di spostamento. Sono stati creati vari modelli di distributori d'aria a flusso d'aria laminare e il termine "laminare" è stato successivamente modificato in flusso "unidirezionale". Attualmente è possibile trovare una varietà di nomi per i dispositivi di distribuzione dell'aria nelle camere bianche, come "laminare", "soffitto laminare", "soffitto operativo", "sistema operativo dell'aria pulita", ecc., che non ne cambia l'essenza. Il distributore d'aria è integrato nella struttura del soffitto sopra la zona di protezione del locale e può avere dimensioni diverse a seconda della portata d'aria. L'area ottimale consigliata di tale soffitto dovrebbe essere di almeno 9 m2 per coprire completamente l'area operativa con tavoli, attrezzature e personale. Il flusso d'aria dislocante a bassa velocità procede dall'alto verso il basso, come una tenda, isolando sia il campo asettico della zona di intervento chirurgico che la zona di trasferimento del materiale sterile dall'ambiente. L'aria viene rimossa contemporaneamente dalle zone inferiore e superiore della stanza. I filtri HEPA (secondo la classe H) sono integrati nella struttura del soffitto, attraverso la quale passa l'aria di mandata. I filtri intrappolano ma non disinfettano le particelle viventi.

Attualmente, in tutto il mondo viene prestata molta attenzione ai problemi della disinfezione dell'aria negli ospedali e in altre istituzioni in cui sono presenti fonti di contaminazione batterica. I documenti esprimevano i requisiti relativi alla necessità di disinfettare l'aria della sala operatoria con un'efficienza di inattivazione delle particelle di almeno il 95%, nonché i condotti dell'aria e le apparecchiature del sistema di climatizzazione. Le particelle batteriche rilasciate dal personale chirurgico entrano continuamente nell'aria della stanza e vi si accumulano. Per garantire che la concentrazione di particelle nell'aria interna non raggiunga i livelli massimi consentiti, è necessario il controllo dell'aria. Tale monitoraggio deve essere effettuato dopo l'installazione dei sistemi di climatizzazione, manutenzione o riparazione, ovvero nella modalità operativa di una camera bianca.

L'uso di distributori d'aria a flusso unidirezionale con filtri ultrafini integrati a soffitto nelle sale operatorie è diventato comune tra i progettisti. Flussi d'aria di grandi volumi scendono nell'ambiente a bassa velocità, isolando l'area protetta dall'ambiente. Tuttavia, molti professionisti non sono consapevoli del fatto che queste soluzioni non sono sufficienti a mantenere livelli adeguati di disinfezione dell’aria durante le procedure chirurgiche.

Il fatto è che esistono molti progetti di dispositivi di distribuzione dell'aria, ognuno dei quali ha la propria area di applicazione. Le camere bianche delle sale operatorie all'interno della loro classe “pulita” sono divise in classi in base al grado di pulizia, a seconda del loro scopo. Ad esempio, sale operatorie di chirurgia generale, sale operatorie di cardiochirurgia o ortopediche, ecc. Ogni caso specifico ha i propri requisiti per garantire la pulizia.

I primi esempi di utilizzo di distributori d'aria per camere bianche apparvero a metà degli anni '50. Da allora è diventata una tradizione distribuire l'aria negli ambienti di produzione puliti attraverso un soffitto forato quando sono richieste basse concentrazioni di particelle o microrganismi. Il flusso d'aria si muove attraverso l'intero volume della stanza in una direzione ad una velocità uniforme, solitamente 0,3–0,5 m/s. L'aria viene fornita attraverso una serie di filtri dell'aria ad alta efficienza situati sul soffitto della camera bianca. L'alimentazione dell'aria è organizzata secondo il principio di un pistone pneumatico che si muove verso il basso attraverso l'intera stanza, rimuovendo gli agenti contaminanti. La rimozione dell'aria avviene attraverso il pavimento. Questo tipo di movimento dell'aria contribuisce alla rimozione dei contaminanti aerosol, le cui fonti sono il personale e i processi. Questa disposizione di ventilazione ha lo scopo di garantire aria pulita nella stanza, ma richiede grandi flussi d'aria ed è quindi antieconomica. Per le camere bianche della classe 1000 o ISO classe 6 (classificazione ISO), il tasso di ricambio dell'aria può variare da 70 a 160 volte all'ora.

Successivamente sono comparsi dispositivi modulari più razionali, con dimensioni notevolmente ridotte e costi contenuti, che hanno permesso di selezionare un dispositivo di alimentazione dell'aria in base alle dimensioni dell'area protetta e ai tassi di ricambio d'aria richiesti della stanza, a seconda dello scopo dell'ambiente. camera.

Analisi del funzionamento dei distributori d'aria laminari

Le unità a flusso laminare vengono utilizzate in ambienti di produzione puliti e servono a distribuire grandi volumi d'aria, prevedendo soffitti appositamente progettati, cappe a pavimento e regolazione della pressione ambientale. In queste condizioni, il funzionamento dei distributori di flusso laminare è garantito per fornire il flusso unidirezionale richiesto con linee di flusso parallele. Un elevato tasso di ricambio d'aria aiuta a mantenere condizioni prossime all'isoterma nel flusso d'aria di mandata. I controsoffitti progettati per la distribuzione dell'aria con ampi ricambi d'aria, grazie alla loro ampia superficie, forniscono una bassa velocità iniziale del flusso d'aria. Il funzionamento dei dispositivi di scarico posizionati a livello del pavimento e il controllo della pressione dell'aria nella stanza riducono al minimo le dimensioni delle zone di flusso di ricircolo e il principio "un passaggio e un'uscita" è facilmente implementabile. Le particelle sospese vengono premute contro il pavimento e rimosse, quindi il rischio che vengano rimesse in circolo è minima.

Tuttavia, quando tali distributori d'aria operano in una sala operatoria, la situazione cambia in modo significativo. Per mantenere livelli accettabili di purezza batteriologica dell'aria nelle sale operatorie, i valori di ricambio d'aria calcolati di solito sono in media 25 volte all'ora o anche meno, cioè non sono paragonabili ai valori dei locali industriali. Per mantenere un flusso d'aria stabile tra la sala operatoria e le stanze adiacenti, al suo interno viene solitamente mantenuta una pressione eccessiva. L'evacuazione dell'aria avviene tramite dispositivi di scarico installati simmetricamente sulle pareti della zona inferiore della stanza. Per distribuire volumi d'aria più piccoli, di norma vengono utilizzati dispositivi a flusso laminare di piccola area, che vengono installati solo sopra l'area critica della stanza sotto forma di un'isola al centro della stanza, invece di utilizzando l'intero soffitto.

Le osservazioni mostrano che tali dispositivi laminari non sempre forniranno un flusso unidirezionale. Poiché c'è quasi sempre una differenza tra la temperatura nel flusso di alimentazione e la temperatura dell'aria ambiente (5-7 °C), l'aria più fredda in uscita dal dispositivo di alimentazione scende molto più velocemente di un flusso unidirezionale isotermico. Questo è un evento comune per i diffusori a soffitto utilizzati negli edifici pubblici. Si ritiene erroneamente che i pavimenti laminari forniscano un flusso d'aria stabile e unidirezionale indipendentemente dalla posizione o dal metodo di applicazione. Infatti, in condizioni reali, la velocità del flusso laminare verticale a bassa temperatura aumenta man mano che si avvicina al pavimento. Quanto maggiore è il volume dell'aria immessa e quanto più bassa è la sua temperatura rispetto all'aria ambiente, tanto maggiore è l'accelerazione del suo flusso. Dalla tabella si evince che l'utilizzo di un sistema laminare di superficie 3 m 2 con una differenza di temperatura di 9 ° C dà un aumento di tre volte della velocità dell'aria già ad una distanza di 1,8 m dall'inizio del percorso. La velocità dell'aria all'uscita dell'alimentatore è di 0,15 m/s, mentre a livello del tavolo operatorio raggiunge 0,46 m/s. Questo valore supera il livello accettabile. È da tempo dimostrato da molti studi che con portate eccessive di afflusso è impossibile mantenere la sua “unidirezionalità”. L’analisi del controllo dell’aria nelle sale operatorie, effettuata, in particolare, da Salvati (1982) e Lewis (Lewis, 1993), ha evidenziato che in alcuni casi l’utilizzo di unità a flusso laminare con elevate velocità dell’aria porta ad un aumento del livello di contaminazione dell'aria nella zona dell'incisione chirurgica con conseguente rischio di infezione.

Dipendenza della velocità del flusso d'aria dall'area
pannello lamellare e temperatura dell'aria di mandata

	Consumo d'aria, m 3 / (h. m 2)	Pressione, Pa	Velocità dell'aria ad una distanza di 2 m dal pannello, m/s
	Consumo d'aria, m 3 / (h. m 2)	Pressione, Pa	3 °СT	6 °СT	8 °СT	11 °СT	NC
Pannello singolo	183	2	0,10	0,13	0,15	0,18	<20
	366	8	0,18	0,20	0,23	0,28	<20
	549	18	0,25	0,31	0,36	0,41	21
	732	32	0,33	0,41	0,48	0,53	25
1,5-3,0 m2	183	2	0,10	0,15	0,15	0,18	<20
	366	8	0,18	0,23	0,25	0,31	22
	549	18	0,25	0,33	0,41	0,46	26
	732	32	0,36	0,46	0,53	-	30
Più di 3 m2	183	2	0,13	0,15	0,18	0,20	21
	366	8	0,20	0,25	0,31	0,33	25
	549	18	0,31	0,38	0,46	0,51	29
	732	32	0,41	0,51	-	-	33

T - differenza tra la temperatura di mandata e l'aria ambiente

Quando il flusso si sposta, nel punto iniziale le linee del flusso d'aria saranno parallele, poi i confini del flusso cambieranno, restringendosi verso il pavimento, e non sarà più in grado di proteggere l'area determinata dalle dimensioni del flusso laminare unità. A velocità dell'aria di 0,46 m/s, il flusso catturerà l'aria a basso movimento dalla stanza. Poiché le particelle batteriche vengono costantemente rilasciate nella stanza, le particelle infette si mescoleranno nel flusso d'aria proveniente dall'unità di alimentazione, poiché le fonti della loro liberazione sono costantemente attive nella stanza. Ciò è facilitato dal ricircolo dell'aria derivante dall'aria pressurizzata nella stanza. Per mantenere la pulizia delle sale operatorie, secondo le norme, è necessario garantire uno squilibrio dell'aria dovuto all'eccesso del 10% dell'afflusso rispetto allo scarico. L'aria in eccesso si sposta nelle stanze adiacenti meno pulite. Nelle condizioni moderne, nelle sale operatorie vengono spesso utilizzate porte scorrevoli ermetiche; l'aria in eccesso non può circolare in tutta la stanza e viene ripresa nell'unità di alimentazione mediante ventilatori incorporati per un'ulteriore pulizia dei filtri e dell'alimentazione secondaria alla stanza; . L'aria circolante raccoglie tutte le particelle contaminate presenti nell'aria della stanza e, avvicinandosi al flusso di alimentazione, può inquinarla. A causa della violazione dei confini del flusso, l'aria proveniente dallo spazio circostante viene mescolata al suo interno e le particelle patogene penetrano nella zona sterile, che è considerata protetta.

L'elevata mobilità favorisce il distacco intensivo delle particelle di pelle morta dalle aree non protette della pelle del personale medico e il loro ingresso direttamente nell'incisione chirurgica. D'altra parte, va notato che lo sviluppo di malattie infettive nel periodo postoperatorio è causato dallo stato ipotermico del paziente, che si intensifica con l'esposizione a flussi di aria fredda di maggiore mobilità.

Pertanto, un diffusore d’aria a flusso laminare, tradizionalmente utilizzato ed efficace in un ambiente di camera bianca, può essere dannoso per le operazioni in una sala operatoria convenzionale.

Questo discorso è valido per i dispositivi a flusso laminare, che hanno una superficie media di circa 3 m 2, ottimale per proteggere l'area operativa. Secondo i requisiti americani, la velocità del flusso d'aria all'uscita dei pannelli lamellari non deve superare 0,15 m/s, ovvero 14 l/s di aria devono fluire nella stanza da 1 piede 2 (0,09 m 2) di superficie del pannello. Nel nostro caso, sarà di 466 l / s (1677,6 m 3 / h) o circa 17 volte / h. Secondo il valore standard del ricambio d'aria nelle sale operatorie, dovrebbe essere 20 volte all'ora, 25 volte all'ora, quindi 17 volte all'ora soddisfa pienamente i requisiti. Risulta che il valore di 20 volte all'ora corrisponde a una stanza con un volume di 64 m 3.

Secondo gli standard odierni, l'area di una sala operatoria standard (chirurgia generale) dovrebbe essere di almeno 36 m2. E i requisiti per le sale operatorie per operazioni più complesse (cardiologiche, ortopediche, ecc.) sono molto più elevati e spesso il volume di tale sala operatoria può superare i 135-150 m 3 . Il sistema di distribuzione dell'aria per questi casi richiederà un'area e una capacità d'aria significativamente più grandi.

Nel caso di organizzazione del flusso d'aria in sale operatorie più grandi, si pone il problema di mantenere la laminarità del flusso dal piano di uscita al livello del tavolo operatorio. Sono stati condotti studi sul comportamento del flusso d'aria in diverse sale operatorie. Sono stati installati pannelli a flusso laminare in diverse stanze, divise per area in due gruppi: 1,5–3 m 2 e più di 3 m 3, e sono state installate unità sperimentali di condizionamento dell'aria che hanno permesso di modificare la temperatura dell'aria di mandata. Sono state effettuate misurazioni ripetute della portata dell'aria in entrata a varie portate e variazioni di temperatura, i cui risultati possono essere visualizzati nella tabella.

Criteri per la pulizia delle camere

Decisioni corrette riguardanti l'organizzazione della distribuzione dell'aria nelle sale operatorie: scegliere la dimensione razionale dei pannelli di alimentazione, garantire la portata e la temperatura standard dell'aria di alimentazione - non garantiscono la disinfezione assoluta dell'aria nella stanza. La questione della disinfezione dell’aria nelle sale operatorie è stata sollevata acutamente più di 30 anni fa, quando furono proposte varie misure antiepidemiologiche. E ora l'obiettivo dei requisiti dei moderni documenti normativi per la progettazione e il funzionamento degli ospedali è la disinfezione dell'aria, dove i sistemi HVAC sono presentati come il modo principale per prevenire la diffusione e l'accumulo di infezioni.

Ad esempio, lo standard considera la disinfezione l’obiettivo principale dei suoi requisiti, sottolineando: “un sistema HVAC adeguatamente progettato riduce al minimo la trasmissione aerea di virus, batteri, spore fungine e altri contaminanti biologici”, e i sistemi HVAC svolgono un ruolo importante nel controllo infezioni e altri fattori dannosi. Si evidenzia il requisito per gli impianti di climatizzazione delle sale operatorie: “il sistema di alimentazione dell’aria deve essere progettato in modo da ridurre al minimo l’introduzione di batteri nelle aree sterili insieme all’aria, mantenendo anche il massimo livello di pulizia nel resto della sala operatoria”.

Tuttavia, i documenti normativi non contengono requisiti diretti per determinare e monitorare l'efficacia della disinfezione per vari metodi di ventilazione e i progettisti spesso devono impegnarsi in attività di ricerca, che richiedono molto tempo e distraggono dal lavoro principale.

Nel nostro paese esiste una letteratura normativa molto diversa sulla progettazione dei sistemi HVAC per gli edifici ospedalieri e ovunque vengono espressi requisiti per la disinfezione dell'aria che, per molte ragioni oggettive, sono praticamente difficili da implementare per i progettisti. Ciò richiede non solo la conoscenza delle moderne apparecchiature di disinfezione e il loro corretto utilizzo, ma, soprattutto, un ulteriore monitoraggio epidemiologico tempestivo dell'ambiente interno, che dà un'idea della qualità del funzionamento dei sistemi HVAC, ma, sfortunatamente, non sempre viene effettuata. Se la pulizia dei locali industriali puliti viene valutata dalla presenza di particelle (ad esempio particelle di polvere), l'indicatore della pulizia dell'aria nelle camere bianche degli edifici sanitari sono particelle batteriche vive o che formano colonie, i cui livelli consentiti sono indicati In. Per mantenere questi livelli, l'ambiente atmosferico dovrebbe essere regolarmente monitorato per gli indicatori microbiologici, per i quali è necessario poterli contare. La metodologia per la raccolta e il conteggio dei microrganismi per valutare la purezza dell'aria non è stata ancora presentata in nessuno dei documenti normativi. È importante che il conteggio delle particelle microbiche venga effettuato in sala operatoria, cioè durante l'intervento. Ma per questo è necessario che la progettazione e l'installazione del sistema di distribuzione dell'aria siano pronte. Il livello di disinfezione o l'efficienza del sistema non possono essere determinati prima che entri in funzione nella sala operatoria; ciò può essere fatto solo in condizioni di almeno diversi processi operativi. Ciò pone grandi difficoltà agli ingegneri, poiché la ricerca, sebbene necessaria, è contraria alla disciplina antiepidemica dell’ospedale.

Cortina d'aria

Per garantire le condizioni dell'aria richieste nella sala operatoria, è importante organizzare adeguatamente il lavoro congiunto di afflusso ed espulsione dell'aria. Posizionando razionalmente i dispositivi di alimentazione e scarico nella sala operatoria, è possibile migliorare la natura del flusso d'aria.

Nelle sale operatorie non è possibile utilizzare sia l'intera superficie del soffitto per la distribuzione dell'aria, sia il pavimento per l'espulsione dell'aria. Le cappe da pavimento sono poco igieniche perché si sporcano velocemente e sono difficili da pulire. Sistemi ingombranti, complessi e costosi non hanno mai trovato la loro applicazione nelle piccole sale operatorie. Per questi motivi la soluzione più razionale è la disposizione ad “isola” dei pannelli lamellari sopra la zona critica con l'installazione di aperture di scarico nella parte inferiore delle pareti. Ciò permette di simulare flussi d'aria simili ad una camera bianca industriale in modo più economico e meno ingombrante. Un metodo che si è dimostrato efficace è l'uso di barriere d'aria che funzionano secondo il principio di una barriera protettiva. La barriera d'aria si combina bene con il flusso d'aria di mandata sotto forma di uno stretto “guscio” d'aria ad alta velocità, appositamente organizzato attorno al perimetro del soffitto. La barriera d'aria funziona continuamente per lo scarico e impedisce l'ingresso di aria ambiente contaminata nel flusso laminare.

Per comprendere il funzionamento di una barriera d'aria è necessario immaginare una sala operatoria con una cappa di aspirazione disposta sui quattro lati della stanza. L'aria di mandata proveniente dall'“isola laminare” posta al centro del soffitto non farà altro che cadere, espandendosi verso i lati delle pareti man mano che scende. Questa soluzione riduce le zone di ricircolo, la dimensione delle aree stagnanti in cui si raccolgono i microrganismi patogeni, e impedisce anche la miscelazione del flusso laminare con l'aria ambiente, riduce la sua accelerazione e stabilizza la velocità, per cui il flusso verso il basso copre (si blocca) tutta l'area sterile. Ciò aiuta a rimuovere i contaminanti biologici dall'area protetta e a isolarla dall'ambiente.

Nella fig. La Figura 1 mostra un design standard di barriera d'aria con fessure attorno al perimetro della stanza. Quando si organizza lo scarico lungo il perimetro del flusso laminare, si allunga, si espande e riempie l'intera zona all'interno della cortina, in conseguenza della quale si impedisce l'effetto di “restringimento” e si stabilizza la velocità richiesta del flusso laminare.

Dalla fig. La Figura 3 mostra i valori della velocità effettiva (misurata) che si verifica con una barriera d'aria adeguatamente progettata, che dimostrano chiaramente l'interazione del flusso laminare con la barriera d'aria, e il flusso laminare si muove in modo uniforme. La barriera d'aria elimina la necessità di installare un ingombrante sistema di aspirazione lungo tutto il perimetro della stanza, invece di installare una tradizionale cappa nelle pareti, come è consuetudine nelle sale operatorie. La barriera d'aria protegge l'area direttamente attorno al personale chirurgico e al tavolo, impedendo alle particelle contaminate di ritornare nel flusso d'aria primaria.

Dopo aver progettato una porta a lama d'aria, sorge la domanda su quale livello di disinfezione può essere raggiunto durante il suo funzionamento. Una barriera d’aria mal progettata non sarà più efficace di un tradizionale sistema a flusso laminare. Un errore di progettazione potrebbe essere un'elevata velocità dell'aria, poiché una tale tenda “tirerà” il flusso laminare troppo rapidamente, cioè anche prima che raggiunga il piano operativo. Il comportamento del flusso potrebbe non essere controllato e potrebbe esserci il rischio che particelle contaminate penetrino nell'area operativa dal livello del pavimento. Allo stesso modo, una barriera d'aria con una bassa velocità di aspirazione non può bloccare efficacemente il flusso laminare e potrebbe essere attirata al suo interno. In questo caso, le condizioni dell'aria della stanza saranno le stesse di quando si utilizza solo un dispositivo di alimentazione d'aria laminare. Durante la progettazione, è importante determinare correttamente la gamma di velocità e selezionare il sistema appropriato. Ciò influisce direttamente sul calcolo delle caratteristiche di disinfezione.

Nonostante gli ovvi vantaggi delle porte a lama d’aria, queste non dovrebbero essere utilizzate alla cieca. Il flusso d'aria sterile creato dalle barriere d'aria durante l'intervento chirurgico non è sempre necessario. La necessità di garantire il livello di disinfezione dell'aria dovrebbe essere decisa insieme ai tecnologi, il cui ruolo in questo caso dovrebbe essere quello dei chirurghi coinvolti in operazioni specifiche.

Conclusione

Il flusso laminare verticale può comportarsi in modo imprevedibile a seconda delle condizioni operative. I pannelli a flusso laminare utilizzati in aree di produzione pulite generalmente non sono in grado di fornire il livello di disinfezione richiesto nelle sale operatorie. I sistemi a barriera d'aria aiutano a correggere lo schema di movimento dei flussi laminari verticali. Le barriere d'aria rappresentano la soluzione ottimale al problema del controllo batteriologico dell'aria ambiente nelle sale operatorie, soprattutto durante interventi chirurgici lunghi e pazienti con un sistema immunitario compromesso, per i quali le infezioni trasmesse per via aerea rappresentano un rischio particolare.

L'articolo è stato preparato da A. P. Borisoglebskaya utilizzando materiali della rivista ASHRAE.

A seconda del metodo di ventilazione, la stanza viene solitamente chiamata:

a) ambienti con ventilazione turbolenta o conflusso d'aria non unidirezionale;

b) ambienti con flusso d'aria laminare, o unidirezionale.

Nota. Il vocabolario professionale è dominato dai termini

"turbolento flusso d'aria", "flusso d'aria laminare".

Modalità di guida Sono aria

Ci sono due modalità di guida aria: laminare? e turbolento?. Laminare? La modalità è caratterizzata dal movimento ordinato delle particelle d'aria lungo traiettorie parallele. La miscelazione nel flusso avviene a seguito della compenetrazione delle molecole. In modalità turbolenta, il movimento delle particelle d'aria è caotico, la miscelazione è causata dalla compenetrazione di singoli volumi d'aria e quindi avviene molto più intensamente che in modalità laminare.

Con movimento laminare stazionario, la velocità del flusso d'aria in un punto è costante in grandezza e direzione; durante il moto turbolento, la sua grandezza e direzione sono variabili nel tempo.

La turbolenza è una conseguenza di disturbi esterni (portati nel flusso) o interni (generati nel flusso).?. Turbolenza i flussi di ventilazione sono solitamente di origine interna. La sua causa è la formazione di vortici quando il flusso scorre attorno alle irregolarità?pareti e oggetti.

Il criterio delle fondazioni? regime turbolento è il numero di Rhea?Nolds:

R e = uD / H

Dove E - velocità media dell'aria in al chiuso;

D - idraulicamente? diametro della stanza;

D= 4S/P

S - area della sezione trasversale locali;

R - perimetro della traversa sezioni della stanza;

v- cinematico?coefficiente di viscosità dell'aria.

Numero Rhea? Nolds, sopra il quale si nota il movimento turbolento del moncone?chiaramente, si chiama critico. Per premesse è pari a 1000-1500, per tubi lisci - 2300. V premesse il movimento dell'aria è solitamente turbolento; durante il filtraggio(nelle camere bianche)possibile come laminare?e turbolento? modalità.

Negli ultimi dieci anni, sia all’estero che nel nostro Paese, è aumentato il numero delle malattie infiammatorie purulente dovute ad infezioni che hanno acquisito il nome di “infezioni nosocomiali” (HAI), come definite dall’Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS). Sulla base dell'analisi delle malattie causate da infezioni nosocomiali, possiamo affermare che la loro durata e frequenza dipendono direttamente dallo stato dell'aria ambiente dei locali ospedalieri. Per garantire i parametri microclimatici richiesti nelle sale operatorie (e nelle camere bianche industriali), vengono utilizzati distributori d'aria a flusso unidirezionale. Come dimostrato dai risultati del monitoraggio ambientale e dell'analisi dei flussi d'aria, il funzionamento di tali distributori può fornire i parametri microclimatici richiesti, ma influisce negativamente sulla composizione batteriologica dell'aria. Per ottenere il grado di protezione richiesto della zona critica, è necessario che il flusso d'aria in uscita dal dispositivo non perda la forma dei suoi confini e mantenga la rettilineità del movimento, in altre parole, il flusso d'aria non deve restringersi o espandersi la zona selezionata per la protezione in cui si trova il tavolo operatorio.

Nella struttura di un edificio ospedaliero, le sale operatorie richiedono la massima responsabilità a causa dell'importanza del processo chirurgico e della fornitura delle condizioni microclimatiche necessarie affinché questo processo venga eseguito e completato con successo. La principale fonte di rilascio di varie particelle batteriche è lo stesso personale medico, che genera particelle e rilascia microrganismi mentre si muove nella stanza. L'intensità della comparsa di nuove particelle nello spazio aereo di una stanza dipende dalla temperatura, dal grado di mobilità delle persone e dalla velocità del movimento dell'aria. L'infezione nosocomiale, di regola, si muove nella sala operatoria con correnti d'aria e la probabilità della sua penetrazione nella cavità vulnerabile della ferita del paziente operato non diminuisce mai. Come hanno dimostrato le osservazioni, un'organizzazione impropria dei sistemi di ventilazione di solito porta a un accumulo di infezione nella stanza così rapido che il suo livello può superare la norma consentita.

Da diversi decenni esperti stranieri cercano di sviluppare soluzioni sistemiche per garantire le condizioni dell'aria necessarie nelle sale operatorie. Il flusso d'aria che entra nella stanza deve non solo mantenere i parametri microclimatici, assimilare i fattori dannosi (calore, odore, umidità, sostanze nocive), ma anche mantenere la protezione delle aree selezionate dalla possibilità di infezione, e quindi garantire la necessaria pulizia di funzionamento aria della stanza. L'area in cui vengono eseguite le operazioni invasive (penetrazione nel corpo umano) è chiamata zona "critica" o operativa. La norma definisce tale zona come “zona operativa di protezione sanitaria”; con questo concetto si intende lo spazio in cui si trovano il tavolo operatorio, le attrezzature, i tavoli per gli strumenti e il personale medico. Esiste un “nucleo tecnologico”. Si riferisce all'area in cui i processi produttivi si svolgono in condizioni sterili; quest'area può essere significativamente correlata alla sala operatoria;

Al fine di prevenire la penetrazione della contaminazione batterica nelle aree più critiche, si sono diffusi metodi di screening basati sull’utilizzo dello spostamento del flusso d’aria. A questo scopo sono stati sviluppati distributori d'aria a flusso laminare di vari modelli. Successivamente, il flusso "laminare" divenne noto come flusso "unidirezionale". Oggi è possibile trovare una varietà di nomi per i dispositivi di distribuzione dell'aria per camere bianche, ad esempio "soffitto laminare", "laminare", "sistema operativo dell'aria pulita", "soffitto operativo" e altri, ma ciò non cambia la loro essenza. Il distributore d'aria è integrato nella struttura del soffitto sopra l'area protetta della stanza. Può essere di diverse dimensioni, dipende dal flusso d'aria. L'area ottimale di tale soffitto non deve essere inferiore a 9 m2, in modo che possa coprire completamente l'area con tavoli, personale e attrezzature. Il flusso d'aria dislocato in piccole porzioni scorre lentamente dall'alto verso il basso, separando così il campo asettico della zona di esposizione chirurgica, la zona di trasferimento del materiale sterile dalla zona ambientale. L'aria viene rimossa contemporaneamente dalle zone inferiore e superiore del locale protetto. I filtri HEPA (secondo la classe H) sono integrati nel soffitto e consentono il flusso d'aria attraverso di essi. I filtri intrappolano solo le particelle viventi senza disinfettarle.

Recentemente, a livello globale, è aumentata l'attenzione ai problemi della disinfezione dell'ambiente aereo dei locali ospedalieri e di altre istituzioni in cui sono presenti fonti di contaminanti batterici. I documenti stabiliscono i requisiti secondo cui è necessario disinfettare l'aria nelle sale operatorie con un'efficienza di disattivazione delle particelle pari o superiore al 95%. Anche le apparecchiature del sistema climatico e i condotti dell'aria sono soggetti a disinfezione. Batteri e particelle rilasciate dal personale chirurgico entrano continuamente nell'aria della stanza e vi si accumulano. Per evitare che la concentrazione di sostanze nocive nella stanza raggiunga il livello massimo consentito, è necessario monitorare costantemente l'ambiente dell'aria. Questo controllo è obbligatorio dopo l'installazione, la riparazione o la manutenzione del sistema di climatizzazione, ovvero mentre la camera bianca è in uso.

È già diventato un luogo comune per i progettisti utilizzare nelle sale operatorie distributori d'aria a flusso unidirezionale ultrafine con filtri a soffitto integrati.

Flussi d'aria con grandi volumi si muovono lentamente lungo la stanza, separando così l'area protetta dall'aria circostante. Tuttavia, molti specialisti non temono che queste soluzioni da sole non siano sufficienti a mantenere il livello richiesto di disinfezione dell’aria durante gli interventi chirurgici.

Sono state proposte numerose opzioni di progettazione per i dispositivi di distribuzione dell'aria, ognuna di esse ha la propria applicazione in un'area specifica. Le sale operatorie speciali all'interno della loro classe sono divise in sottoclassi a seconda della loro destinazione e del grado di pulizia. Ad esempio, cardiochirurgia, sale operatorie generali, ortopediche, ecc. Ogni classe ha i propri requisiti per garantire la pulizia.

I distributori d'aria per camere bianche furono utilizzati per la prima volta a metà degli anni '50 del secolo scorso. Da allora la distribuzione dell'aria nei locali industriali è diventata tradizionale nei casi in cui sia necessario garantire concentrazioni ridotte di microrganismi o particelle, tutto ciò avviene attraverso un soffitto forato. Il flusso d'aria si muove in una direzione attraverso l'intero volume della stanza, mentre la velocità rimane uniforme - circa 0,3 - 0,5 m/s. L'aria viene fornita attraverso un gruppo di filtri dell'aria ad alta efficienza posizionati sul soffitto della camera bianca. Il flusso d'aria viene fornito secondo il principio di un pistone ad aria, che si muove rapidamente attraverso l'intera stanza, rimuovendo sostanze nocive e contaminanti. L'aria viene rimossa attraverso il pavimento. Questo movimento dell'aria può rimuovere i contaminanti aerosol provenienti dai processi e dal personale. L'organizzazione di tale ventilazione ha lo scopo di garantire la necessaria pulizia dell'aria nella sala operatoria. Lo svantaggio è che richiede un grande flusso d'aria, il che non è economico. Per le camere bianche di classe ISO 6 (secondo la classificazione ISO) o classe 1000, è consentito un tasso di ricambio d'aria di 70-160 volte all'ora. Successivamente sono stati sostituiti da dispositivi di tipo modulare più efficienti, di dimensioni più ridotte e a basso costo, che consentono di scegliere un dispositivo di alimentazione dell'aria in base alle dimensioni della zona di protezione e ai tassi di ricambio d'aria richiesti nella stanza, a seconda della sua scopo.

Funzionamento dei diffusori d'aria lamellari

I dispositivi a flusso laminare sono progettati per l'uso in ambienti di produzione puliti per la distribuzione di grandi volumi d'aria. L'implementazione richiede soffitti appositamente progettati, regolazione della pressione ambientale e cappe a pavimento. Se queste condizioni sono soddisfatte, i distributori di flusso laminare creeranno sicuramente il flusso unidirezionale necessario con linee di flusso parallele. A causa dell'elevato tasso di ricambio dell'aria, nel flusso d'aria di mandata vengono mantenute condizioni quasi isotermiche. Progettati per la distribuzione dell'aria con ampi ricambi d'aria, i controsoffitti garantiscono basse portate iniziali grazie alla loro ampia superficie. Il controllo delle variazioni della pressione dell'aria nella stanza e il risultato del funzionamento dei dispositivi di scarico garantiscono la dimensione minima delle zone di ricircolo dell'aria qui funziona il principio "un passaggio e un'uscita"; Le particelle sospese cadono sul pavimento e vengono rimosse, rendendo il riciclaggio praticamente impossibile.

Tuttavia, in una sala operatoria, tali aerotermi funzionano in modo leggermente diverso. Per non superare i livelli consentiti di purezza batteriologica dell'aria nelle sale operatorie, secondo i calcoli, i valori di ricambio d'aria sono circa 25 volte all'ora, e talvolta anche meno. In altre parole, questi valori non sono paragonabili a quelli calcolati per i locali industriali. Per mantenere un flusso d'aria stabile tra la sala operatoria e le stanze adiacenti, nella sala operatoria viene mantenuta una pressione positiva. L'aria viene espulsa tramite dispositivi di scarico installati simmetricamente nelle pareti della zona inferiore. Per distribuire volumi d'aria più piccoli vengono utilizzati dispositivi a flusso laminare di superficie ridotta; vengono installati direttamente sopra l'area critica della stanza come un'isola al centro della stanza, anziché occupare l'intero soffitto.

Sulla base delle osservazioni, tali distributori d'aria laminari non saranno sempre in grado di fornire un flusso unidirezionale. Poiché è inevitabile una differenza di 5-7 °C tra la temperatura nel flusso d'aria di mandata e la temperatura dell'aria ambiente, l'aria più fredda in uscita dal dispositivo di mandata scenderà molto più velocemente di un flusso isotermico unidirezionale. Questo è un evento comune per i diffusori a soffitto installati negli spazi pubblici. L'opinione che i pavimenti lamellari forniscano in ogni caso un flusso d'aria unidirezionale e stabile, indipendentemente da dove e come vengono utilizzati, è errata. Infatti, in condizioni reali, la velocità di un flusso laminare verticale a bassa temperatura aumenta man mano che scende verso il pavimento.

Con un aumento del volume dell'aria di alimentazione e una diminuzione della sua temperatura rispetto all'aria ambiente, aumenta l'accelerazione del suo flusso. Come mostrato in tabella, grazie all'utilizzo di un sistema laminare con una superficie di 3 m 2 e una differenza di temperatura di 9 ° C, la velocità dell'aria ad una distanza di 1,8 m dall'uscita aumenta di tre volte. All'uscita dal dispositivo laminare, la velocità dell'aria è di 0,15 m/s e nell'area del tavolo operatorio - 0,46 m/s, che supera il livello consentito. Molti studi hanno da tempo dimostrato che con una maggiore velocità del flusso in entrata, la sua “unidirezionalità” non viene mantenuta.

	Consumo d'aria, m 3 / (h m 2)	Pressione, Pa	Velocità dell'aria ad una distanza di 2 m dal pannello, m/s
	Consumo d'aria, m 3 / (h m 2)	Pressione, Pa	3 °СT	6 °СT	8 °СT	11 °СT	NC
Pannello singolo	183	2	0,10	0,13	0,15	0,18	<20
	366	8	0,18	0,20	0,23	0,28	<20
	549	18	0,25	0,31	0,36	0,41	21
	732	32	0,33	0,41	0,48	0,53	25
1,5 – 3,0 m2	183	2	0,10	0,15	0,15	0,18	<20
	366	8	0,18	0,23	0,25	0,31	22
	549	18	0,25	0,33	0,41	0,46	26
	732	32	0,36	0,46	0,53	–	30
Più di 3 m2	183	2	0,13	0,15	0,18	0,20	21
	366	8	0,20	0,25	0,31	0,33	25
	549	18	0,31	0,38	0,46	0,51	29
	732	32	0,41	0,51	–	–	33

Un'analisi del controllo dell'aria nelle sale operatorie condotta da Lewis (1993) e Salvati (1982) ha rilevato che in alcuni casi l'uso di unità a flusso laminare con velocità dell'aria elevate aumenta il livello di contaminazione aerea nell'area dell'incisione chirurgica, che può portare alla sua infezione.

Nella tabella è mostrata la dipendenza della variazione della velocità del flusso d'aria dalla temperatura dell'aria di mandata e dalla dimensione dell'area del pannello laminare. Quando l'aria si sposta dal punto di partenza, le linee di flusso correranno parallele, poi i confini del flusso cambieranno, si verificherà un restringimento verso il pavimento e, quindi, non sarà più in grado di proteggere l'area determinata dalle dimensioni del l'unità di flusso laminare. Con una velocità di 0,46 m/s, il flusso d'aria catturerà l'aria bassa della stanza. E poiché i batteri entrano continuamente nella stanza, le particelle contaminate entreranno nel flusso d'aria in uscita dall'unità di alimentazione. Ciò è facilitato dal ricircolo dell'aria, che avviene a causa della pressione dell'aria nella stanza.

Per mantenere la pulizia delle sale operatorie, secondo le norme, è necessario garantire lo squilibrio dell'aria aumentando l'afflusso del 10% in più rispetto allo scarico. L'aria in eccesso entra nelle stanze adiacenti e non pulite. Nelle moderne sale operatorie vengono spesso utilizzate porte scorrevoli sigillate, quindi l'aria in eccesso non può fuoriuscire e circola in tutta la stanza, dopodiché viene ripresa nell'unità di alimentazione tramite ventilatori incorporati, quindi viene pulita nei filtri e reimmessa la stanza. Il flusso d'aria di circolazione raccoglie tutte le sostanze contaminate presenti nell'aria della stanza (se si avvicina al flusso di mandata può inquinarlo). Poiché i limiti del flusso vengono violati, è inevitabile che l'aria della stanza venga mescolata al suo interno e, di conseguenza, la penetrazione di particelle nocive nella zona sterile protetta.

L'aumento della mobilità dell'aria comporta un'intensa esfoliazione delle particelle di pelle morta dalle aree aperte della pelle del personale medico, dopo di che entrano nell'incisione chirurgica. D’altro canto, lo sviluppo di malattie infettive durante il periodo di riabilitazione dopo l’intervento chirurgico è una conseguenza dello stato ipotermico del paziente, che si aggrava con l’esposizione a correnti di aria fredda in movimento. Pertanto, un tradizionale diffusore d'aria a flusso laminare ben funzionante in una camera bianca può essere tanto vantaggioso quanto dannoso durante un'operazione eseguita in una sala operatoria convenzionale.

Questa caratteristica è tipica dei dispositivi a flusso laminare con una superficie media di circa 3 m2, ottimale per proteggere l'area operativa. Secondo i requisiti americani, la portata d'aria all'uscita di un dispositivo a flusso laminare non deve essere superiore a 0,15 m/s, ovvero da una superficie di 0,09 m2 nella stanza dovrebbero entrare 14 l/s d'aria. In questo caso scorreranno 466 l/s (1677,6 m 3 / h) ovvero circa 17 volte all'ora. Poiché, secondo il valore standard del ricambio d'aria nelle sale operatorie, dovrebbe essere 20 volte all'ora, secondo - 25 volte all'ora, quindi 17 volte all'ora corrisponde pienamente agli standard richiesti. Risulta che il valore di 20 volte all'ora è adatto per una stanza con un volume di 64 m 3.

Secondo gli standard attuali, l'area della chirurgia generale (sala operatoria standard) dovrebbe essere di almeno 36 m 2. Tuttavia, vengono imposti requisiti più elevati alle sale operatorie destinate a operazioni più complesse (ortopediche, cardiologiche, ecc.), spesso il volume di tali sale operatorie è di circa 135 - 150 m 3. In questi casi sarà necessario un sistema di distribuzione dell'aria con un'area e una portata d'aria maggiori.

Se il flusso d'aria è previsto per sale operatorie più grandi, ciò crea il problema di mantenere il flusso laminare dal livello di uscita al tavolo operatorio. Sono stati condotti studi sul flusso d'aria in diverse sale operatorie. In ognuno di essi sono stati installati pannelli lamellari, divisibili in due gruppi in base alla superficie occupata: 1,5 - 3 m 2 e superiori a 3 m 2, e sono stati realizzati impianti sperimentali di climatizzazione che consentono di modificare il valore di la temperatura dell'aria di mandata. Durante lo studio sono state effettuate misurazioni della velocità del flusso d'aria in entrata a varie portate d'aria e variazioni di temperatura; queste misurazioni possono essere visualizzate nella tabella.

Criteri per la pulizia delle sale operatorie

Per organizzare correttamente la circolazione e la distribuzione dell'aria nella stanza, è necessario selezionare una dimensione razionale dei pannelli di mandata, garantire la portata e la temperatura standard dell'aria di mandata. Tuttavia, questi fattori non garantiscono una disinfezione assoluta dell’aria. Da oltre 30 anni gli scienziati risolvono il problema della disinfezione delle sale operatorie e propongono varie misure antiepidemiologiche. Oggi, i requisiti dei moderni documenti normativi per il funzionamento e la progettazione dei locali ospedalieri affrontano l'obiettivo della disinfezione dell'aria, dove il modo principale per prevenire l'accumulo e la diffusione delle infezioni sono i sistemi HVAC.

Ad esempio, secondo lo standard, lo scopo principale dei suoi requisiti è la disinfezione e afferma che “un sistema HVAC adeguatamente progettato riduce al minimo la diffusione nell’aria di virus, spore fungine, batteri e altri contaminanti biologici”, un ruolo importante nel controllo di infezioni e altri fattori dannosi che il sistema HVAC gioca. Definisce i requisiti per i sistemi di climatizzazione interna, in base ai quali la progettazione del sistema di alimentazione dell'aria dovrebbe ridurre al minimo la penetrazione di batteri insieme all'aria nelle aree pulite e mantenere il massimo livello possibile di pulizia nel resto della sala operatoria.

Tuttavia, i documenti normativi non contengono requisiti diretti che riflettono la determinazione e il controllo dell'efficacia della disinfezione dei locali con vari metodi di ventilazione. Pertanto, durante la progettazione, devi impegnarti in ricerche che richiedono molto tempo e non ti consentono di svolgere il tuo lavoro principale.

È stata prodotta una grande quantità di letteratura normativa sulla progettazione dei sistemi HVAC per sale operatorie; essa descrive i requisiti per la disinfezione dell'aria che sono piuttosto difficili da soddisfare per il progettista per una serie di motivi. Per fare ciò, non è sufficiente conoscere le moderne attrezzature di disinfezione e le regole per lavorare con esse, è anche necessario mantenere un ulteriore monitoraggio epidemiologico tempestivo dell'aria interna, che crea un'impressione della qualità del funzionamento dei sistemi HVAC; Questo, sfortunatamente, non viene sempre osservato. Se la valutazione della pulizia dei locali industriali si basa sulla presenza di particelle (sostanze in sospensione), l'indicatore di pulizia nei locali ospedalieri puliti è rappresentato da particelle batteriche vive o che formano colonie, vengono indicati i loro livelli consentiti. Per non superare questi livelli, è necessario un monitoraggio regolare dell'aria interna per gli indicatori microbiologici; ciò richiede il conteggio dei microrganismi; La metodologia di raccolta e calcolo per valutare il livello di pulizia dell'aria non è stata riportata in alcun documento normativo. È molto importante che il conteggio dei microrganismi venga effettuato nell'area di lavoro durante l'operazione. Ma ciò richiede una progettazione e un'installazione già pronte di un sistema di distribuzione dell'aria. Il grado di disinfezione o l'efficacia del sistema non possono essere determinati prima dell'inizio del lavoro in sala operatoria; ciò viene stabilito solo durante almeno alcuni interventi. Qui sorgono una serie di difficoltà per gli ingegneri, perché la ricerca necessaria contraddice il rispetto della disciplina antiepidemica negli ambienti ospedalieri.

Metodo della barriera d'aria

Un lavoro congiunto adeguatamente organizzato di alimentazione e rimozione dell'aria garantisce le condizioni dell'aria richieste nella sala operatoria. Per migliorare la natura del flusso d'aria nella sala operatoria, è necessario garantire una posizione relativa razionale dei dispositivi di scarico e di alimentazione.

Riso. 1. Analisi del funzionamento della barriera d'aria

Non è possibile utilizzare l'intera area del soffitto per la distribuzione dell'aria e l'intero pavimento per l'aspirazione. Gli aspiratori a pavimento sono antigienici poiché si sporcano rapidamente e sono difficili da pulire. I sistemi complessi, ingombranti e costosi non sono ampiamente utilizzati nelle piccole sale operatorie. Pertanto, il più razionale è considerato il posizionamento “ad isola” dei pannelli lamellari sopra l'area protetta e l'installazione delle aperture di scarico nella parte inferiore della stanza. Ciò consente di organizzare i flussi d'aria in modo simile ai locali industriali puliti. Questo metodo è più economico e compatto. Le barriere d'aria vengono utilizzate con successo come barriera protettiva. La barriera d'aria è collegata al flusso d'aria di mandata, formando uno stretto “guscio” d'aria a velocità maggiore, creato appositamente lungo il perimetro del soffitto. Tale tenda funziona costantemente per lo scarico e impedisce all'aria ambiente inquinata di entrare nel flusso laminare.

Per comprendere meglio il funzionamento di una barriera d'aria si può immaginare una sala operatoria con una cappa installata su tutti e quattro i lati della stanza. Il flusso d'aria, proveniente dall'“isola laminare” posta al centro del soffitto, può solo scendere, mentre si espande verso i lati delle pareti man mano che si avvicina al pavimento. Questa soluzione ridurrà le zone di ricircolo e la dimensione delle aree di ristagno in cui si accumulano microrganismi dannosi, impedirà all'aria ambiente di mescolarsi con il flusso laminare, ne ridurrà l'accelerazione, stabilizzerà la velocità e bloccherà l'intera zona sterile con flusso verso il basso. Ciò aiuta a isolare l'area protetta dall'aria circostante e consente di rimuovere da essa i contaminanti biologici.

Riso. La Figura 2 mostra un design standard di barriera d'aria con fessure attorno al perimetro della stanza. Se si organizza uno scarico lungo il perimetro del flusso laminare, questo si allungherà, il flusso d'aria si espanderà e riempirà l'intera area sotto la tenda e, di conseguenza, l'effetto di “restringimento” sarà impedito e la velocità richiesta del flusso il flusso laminare sarà stabilizzato.

Riso. 2. Schema della barriera d'aria

Nella fig. La Figura 3 mostra i valori effettivi della velocità dell'aria per una barriera d'aria adeguatamente progettata. Mostrano chiaramente l'interazione della barriera d'aria con un flusso laminare che si muove uniformemente. Una barriera d'aria consente di evitare l'installazione di un ingombrante sistema di scarico lungo tutto il perimetro della stanza. Come è consuetudine nelle sale operatorie, invece, nelle pareti è installata una cappa tradizionale. La barriera d'aria serve a proteggere l'area circostante il personale chirurgico e il tavolo, evitando che le particelle contaminate ritornino nel flusso d'aria iniziale.

Riso. 3. Profilo di velocità effettivo nella sezione trasversale della barriera d'aria

Quale livello di disinfezione si può ottenere utilizzando una barriera d'aria? Se è mal progettato, non fornirà alcun effetto maggiore di un sistema laminare. È possibile commettere un errore ad alta velocità dell'aria, quindi una tale tenda può "tirare" il flusso d'aria più velocemente del necessario e non avrà il tempo di raggiungere il tavolo operatorio. Un comportamento incontrollato del flusso può minacciare la penetrazione di particelle contaminate nell'area protetta dal livello del pavimento. Inoltre, una tenda con una velocità di aspirazione insufficiente non sarà in grado di bloccare completamente il flusso d'aria e potrebbe esserne aspirata. In questo caso, la modalità aerea della sala operatoria sarà la stessa di quando si utilizza solo un dispositivo laminare. Durante la progettazione è necessario identificare correttamente il range di velocità e selezionare il sistema appropriato. Il calcolo delle caratteristiche di disinfezione dipende da questo.

Le barriere d'aria presentano una serie di ovvi vantaggi, ma non dovrebbero essere utilizzate ovunque, poiché non è sempre necessario creare un flusso sterile durante l'intervento chirurgico. La decisione sul livello di disinfezione dell'aria necessaria viene presa insieme ai chirurghi coinvolti in queste operazioni.

Conclusione

Il flusso laminare verticale non si comporta sempre in modo prevedibile, il che dipende dalle condizioni del suo utilizzo. I pannelli a flusso laminare, utilizzati nelle sale di produzione pulite, spesso non forniscono il livello di disinfezione richiesto nelle sale operatorie. L'installazione di sistemi di barriere d'aria aiuta a controllare gli schemi di movimento dei flussi d'aria laminari verticali. Le barriere d'aria aiutano a effettuare il controllo batteriologico dell'aria nelle sale operatorie, soprattutto durante gli interventi chirurgici a lungo termine e la presenza costante di pazienti con un sistema immunitario debole, per i quali le infezioni trasmesse per via aerea rappresentano un rischio enorme.

L'articolo è stato preparato da A. P. Borisoglebskaya utilizzando materiali della rivista ASHRAE.

Letteratura

SNiP 2.08.02–89*. Edifici e strutture pubbliche.
SanPiN 2.1.3.1375–03. Requisiti igienici per l'ubicazione, la progettazione, le attrezzature e il funzionamento di ospedali, maternità e altri ospedali medici.
Linee guida didattiche e metodologiche per l'organizzazione del ricambio d'aria nei reparti di reparto e nelle sale operatorie degli ospedali.
Linee guida didattiche e metodologiche sulle questioni igieniche nella progettazione e nel funzionamento degli ospedali e dei dipartimenti di malattie infettive.
Manuale per SNiP 2.08.02–89* per la progettazione di strutture sanitarie. GiproNIIZdrav del Ministero della Sanità dell'URSS. M., 1990.
GOST ISO 14644-1–2002. Camere bianche e ambienti controllati associati. Parte 1. Classificazione della purezza dell'aria.
GOST RISO 14644-4–2002. Camere bianche e ambienti controllati associati. Parte 4. Progettazione, costruzione e messa in servizio.
GOST RISO 14644-5–2005. Camere bianche e ambienti controllati associati. Parte 5. Funzionamento.
GOST 30494–96. Edifici residenziali e pubblici. Parametri del microclima interno.
GOST R 51251–99. Filtri per la purificazione dell'aria. Classificazione. Marcatura.
GOST R 52539–2006. Purezza dell'aria nelle istituzioni mediche. Requisiti generali.
GOST R IEC 61859–2001. Sale di radioterapia. Requisiti generali di sicurezza.
GOST 12.1.005–88. Sistema di standard.
GOST R 52249–2004. Regole per la produzione e il controllo di qualità dei medicinali.
GOST 12.1.005–88. Sistema di norme di sicurezza sul lavoro. Requisiti sanitari e igienici generali per l'aria nell'area di lavoro.
Lettera didattica e metodologica. Requisiti sanitari e igienici per le istituzioni mediche e dentistiche preventive.
MGSN 4.12-97. Istituti di cura e prevenzione.
MGSN 2.01-99. Norme per la protezione termica e l'alimentazione termica e idrica.
Istruzioni metodiche. MU4.2.1089-02. Metodi di controllo. Fattori biologici e microbiologici. Ministero della Sanità russo. 2002.
Istruzioni metodiche. MU 2.6.1.1892-04. Requisiti igienici per garantire la sicurezza dalle radiazioni durante la conduzione della diagnostica dei radionuclidi utilizzando radiofarmaci. Classificazione dei locali delle strutture sanitarie.