Zastosowanie w szpitalach instalacji klimatyzacji i wentylacji ma na celu utrzymanie właściwej jakości powietrza wewnętrznego. O jakości tego powietrza decydują nie tylko parametry fizyczne, ale również jego czystość. Z uwagi na przebywanie w szpitalach ludzi chorych, z obniżoną odpornością, istotną rolę w pojęciu „jakości powietrza” odgrywa jego czystość mikrobiologiczna.
O czystości mikrobiologicznej powietrza w wentylowanych pomieszczeniach decydują cztery podstawowe procesy zachodzące podczas pracy instalacji klimatyzacji i wentylacji, a mianowicie [8]:
- pobieranie z otoczenia powietrza zewnętrznego wraz z jego zanieczyszczeniami pyłowymi i mikrobiologicznymi,
- emisja własna na skutek kolonizacji instalacji przez mikroorganizmy, na ogół środowiskowe,
- oczyszczanie przepływającego przez instalację powietrza z zanieczyszczeń pyłowych i środowiskowych zanieczyszczeń mikrobiologicznych i doprowadzanie go do wentylowanych pomieszczeń,
- usuwanie zanieczyszczeń powietrza powstałych na skutek emisji wewnętrznej w pomieszczeniach poprzez rozcieńczanie lub wypieranie zanieczyszczeń przez czyste powietrze dostarczane z instalacji.
Redukcja poziomu zanieczyszczeń mikrobiologicznych w wymienionych procesach i ograniczanie emisji zanieczyszczeń powstających wewnątrz wentylowanych pomieszczeń wpływają na efekt, jakim jest obniżenie ryzyka występowania zakażeń przenoszonych drogą powietrzną. Elementami instalacji klimatyzacji i wentylacji koniecznymi do osiągania czystego powietrza są filtry. Ich zadaniem jest usuwanie z powietrza zanieczyszczeń: zarówno cząstek stałych, pyłów, jak i mikroorganizmów.
Powietrze to aerozol, który składa się z gazowej fazy ciągłej, jaką jest czyste powietrze, oraz fazy rozproszonej, którą najczęściej są ciała stałe lub ciecz w postaci kropel. Filtracja polega na oddzielaniu przez powierzchnię filtracyjną cząstek zawieszonych w strumieniu przepływającego powietrza. Odfiltrowywane zanieczyszczenia są zazwyczaj bardzo zróżnicowane pod względem kształtu i rozmiaru i z tego względu proces oczyszczania powietrza jest w wielu przypadkach procesem złożonym, np. materia ożywiona zachowuje się często jak cząstka stała, ale niekiedy również jak kropla.
Do zjawisk fizycznych najczęściej wykorzystywanych w procesach filtracji zalicza się: zjawisko dyfuzji, zjawisko bariery, zjawisko sita, bezwładności i zjawisko oddziaływań elektrostatycznych, a w procesie filtracji mogą brać udział m.in. siły: grawitacji, bezwładności, odśrodkowe i oddziaływania elektrostatycznego (rys. 1).
W wysokoskutecznej filtracji powietrza (z filtrami HEPA i ULPA) działają przede wszystkim dwa mechanizmy oddzielania zanieczyszczeń: dyfuzja i zaczepienie. Dla cząstek większych od 1 µm najistotniejszym mechanizmem wytrącania zanieczyszczeń jest mechanizm bezwładności. Mechanizm osadzania grawitacyjnego ma znaczenie głównie dla cząstek dużych.
Czynny mechanizm oddzielania przez pojedyncze włókno zależy od: średnicy włókna, średnicy cząstek, prędkości przepływu, rozkładu cząstek przed włóknem, a także od rodzaju cząstki i materiału włókien oraz stanu ich powierzchni. Skuteczność frakcyjna zatrzymywania zanieczyszczeń na powierzchni filtracyjnej zmienia się w zależności od mechanizmu oddzielania i od średnicy zanieczyszczeń (rys. 2).
Zastosowanie filtrów, które są zdolne do zatrzymania cząstek będących zanieczyszczeniem powietrza, wymaga przynajmniej ogólnej znajomości wymiarów tych cząstek. Najczęściej stosuje się metodę, w której o wielkości oddzielanych z powietrza zanieczyszczeń decyduje rodzaj stosowanej przegrody filtracyjnej. Zanieczyszczenia gazowe oddziela się chemicznymi lub fizycznymi metodami sorpcji, w których substancje szkodliwe wiążą się z sorbentami.
Zazwyczaj do adsorbowania szkodliwych oraz niepożądanych gazowych i parowych zanieczyszczeń powietrza używa się filtrów z węglem aktywowanym. Znajdują one zastosowanie w wentylacji pomieszczeń, w których np. przygotowuje się leki cytostatyczne.
W praktyce dla uzyskania końcowej wymaganej czystości powietrza zazwyczaj konieczne jest zastosowanie filtracji stopniowanej (kaskadowej), w skład której wchodzą:
- I stopień filtracji – filtracja wstępna (inaczej: zgrubna),
- II stopień filtracji – filtracja dokładna,
- III stopień filtracji – filtracja absolutna, nazywana niekiedy filtracją aerozoli koloidalnych lub filtracją wysokoskuteczną.
Instalacje klimatyzacji i wentylacji posiadają najczęściej od jednego do kilku stopni filtracji. Na potrzeby pomieszczeń czystych szpitali stosuje się filtrację trójstopniową, składającą się z filtrów o rosnącej skuteczności filtracji. Do filtrów absolutnych zalicza się: filtry HEPA – High Efficiency Particulate Air Filter (H10–H14) i filtry ULPA – Ultra Low Penetration Air Filter (U15–U17).
