Klimatyzacja i wentylacja w szpitalach – propozycja pierwszej normy europejskiej

Zakres stosowania normy

Propozycja normy europejskiej zawiera zalecenia dotyczące projektowania, budowy, klasyfikacji oraz działania systemów wentylacji i klimatyzacji obsługującej takie obszary lub pomieszczenia, jak: budynki szpitalne, szpitale „jednego dnia”, gabinety lekarskie z salami zabiegowymi, ambulatoria, gabinety chirurgiczne/zakłady opieki zdrowotnej dla pacjentów ambulatoryjnych, centra dializy, zakłady opieki dla rekonwalescentów, ośrodki rehabilitacyjne, sanatoria, domy opieki dla osób starszych i przewlekle chorych, sterylizatornie [6]. Podane w propozycji normy wymagania dotyczące projektowania wentylacji i klimatyzacji to jedynie wymagania minimalne. W konkretnym przypadku możliwe jest  zastosowanie ostrzejszych wymagań, uzgodnionych z klientem, specjalistą ds. higieny szpitalnej lub konsultantem ds. wentylacji i klimatyzacji.

Cel stosowania klimatyzacji i wentylacji

Konieczność zastosowania systemów wentylacji i klimatyzacji w obiektach służby zdrowia wynika z następujących przesłanek [6]:

• zapewnienie wymaganej dla szpitali higieny (czystości) powietrza wewnętrznego przyczyniającej się do zmniejszenia stężenia drobnoustrojów oraz ilości cząstek w powietrzu,
• zapewnienie komfortu cieplno-wilgotnościowego personelowi oraz pacjentom (łącznie z kontrolą zysków ciepła),
• obniżenie zawartości w powietrzu szkodliwych, toksycznych gazów oraz drażniących zapachów,
• kompensowanie niekorzystnych warunków zewnętrznych (np. bardzo zanieczyszczone powietrze zewnętrzne, wysoka wilgotność, duży hałas na zewnątrz budynku, silny wiatr),
• kompensowanie niekorzystnych warunków wewnętrznych (np. zamknięte na stałe okna, pomieszczenia wewnętrzne lub głębokie, stosowanie substancji radioaktywnych).

Klasyfikacja pomieszczeń i koncepcja klimatyzacji lub wentylacji

Pomieszczenia wykorzystywane do celów medycznych zostały podzielone na klasy pomieszczeń w oparciu o wymagany niski poziom drobnoustrojów. Jednocześnie zostały dla nich określone wymagania dotyczące systemu klimatyzacji i wentylacji (tab. 1).

Jest to nowa klasyfikacja, inna od znanych nam dotychczas, zarówno zamieszczonych w krajowych "Wytycznych” [7], jak i w zagranicznych wymaganiach, np. powszechnie stosowanych w Europie wytycznych szwajcarskich zamieszczonych w dokumencie SKI Guideline Band 35 z 1987 r. [1]. Nowa jest nie tylko nomenklatura, lecz także podział na więcej klas (licząc wraz z podklasami) czystości powietrza, niż stosuje się obecnie, oraz przypisanie do poszczególnych klas sposobu wykonania systemu klimatyzacji lub wentylacji.

Pomieszczenia i obszary zakwalifikowane do klasy H1, H2 i H3 muszą być zawsze wyposażone w system wentylacji mechanicznej. Pomieszczenia i obszary klasy H4 mogą być wyposażone jedynie w system wentylacji mechanicznej, jeżeli zastosowano się do zamieszczonych w normie wymagań dotyczących higieny (punkt 5.1 normy), wymagane jest wyrównanie bilansu strumieni powietrza lub jeśli nie jest możliwe zastosowanie wentylacji naturalnej.

W tab. 2  zamieszczono rozszerzoną charakterystykę klas czystości powietrza wraz z przykładowymi pomieszczeniami. Przez chronioną strefę operacyjną (zwaną także obszarem chronionym) rozumie się strefę stanowiska operacyjnego lub zabiegowego i miejsce pracy zespołu operacyjnego w jałowej odzieży medycznej, obszar przeznaczony na pokrycia sterylne (prześcieradła i chusty chirurgiczne) oraz stół na sterylne narzędzia i materiały. Wielkość obszaru chronionego zależeć będzie od rodzaju przeprowadzanej operacji. Na podstawie zdobytej w praktyce wiedzy stwierdzono w [2], że powierzchnia obszaru chronionego powinna wynosić 3×3 m. Uzyskuje się ją, stosując strop laminarny o wymiarach 3,2×3,2 m.

Parametry powietrza

W propozycji normy bardzo szczegółowo przedstawiano wymagania dotyczące parametrów powietrza w różnych pomieszczeniach szpitalnych (tab. 3 i tab. 4).

Wartości zawartości wilgoci w powietrzu zamieszczone w tabeli 3 są minimalnymi wartościami zalecanymi w okresie grzewczym i maksymalnymi wartościami w okresie chłodzenia powietrza. W przypadku wysokiej zawartości wilgotności w powietrzu zewnętrznym podane maksymalne wartości zawartości wilgoci mogą zostać przekroczone przez kilka dni w ciągu roku. Jeżeli wymagane jest zapewnienie stałego zakresu zawartości wilgoci, może być to osiągnięte przez odpowiednie rozwiązanie instalacji.

Filtracja powietrza

Oczyszczanie powietrza dopływającego do pomieszczeń o wysokich wymaganiach w zakresie zapewnienia czystości mikrobiologicznej i pyłowej, a także filtrowanie powietrza usuwanego na zewnątrz budynku (ze względu na znajdujące się w nim drobnoustroje, powszechnie obecne w powietrznym środowisku szpitalnym) to zagadnienia niezwykle istotne w obiektach służby zdrowia.

W celu zapewnienia wymaganych niskich stężeń zanieczyszczeń w powietrzu nawiewanym nie wystarczy tak jak w przypadku klimatyzacji i wentylacji w obiektach typowych, poprzestać na jednym lub dwóch stopniach filtracji, o niskich i średnich wartościach jej skuteczności. Dlatego też w propozycji normy europejskiej [6] zamieszczono wymagania dotyczące wielostopniowej filtracji z filtrem klasy HEPA jako filtrem końcowym umieszczonym w nawiewniku powietrza w salach zakwalifikowanych do najwyższych klas czystości pomieszczeń, czyli H1 i H2.

W instalacjach nawiewnych dostarczających powietrze do pomieszczeń klasy H1 i H2 zaleca się trzystopniową filtrację powietrza nawiewanego oraz jednostopniową filtrację powietrza wywiewanego. Natomiast w przypadku pomieszczeń zaliczanych do klas H3 oraz H4 wymagany jest dwustopniowy układ filtrów powietrza w części nawiewnej instalacji i jeden filtr powietrza w części wywiewnej.

Proponuje się zastosowanie następujących klas filtrów powietrza w nawiewnej części instalacji (nazewnictwo zgodne z normami PN-EN 779:2005 [4] oraz PN-EN 1822-1:2009 [3]):

• 1. stopień filtracji: filtr klasy F7,
• 2. stopień filtracji: filtr klasy F9,
• 3. stopień filtracji: filtr klasy H13 dla cząstek zawieszonych w powietrzu.

W przypadku 1. stopnia filtracji należy przewidzieć filtr klasy co najmniej F5, jednak jeśli jest to możliwe, powinien zostać zastosowany filtr klasy F7. Ze względów higienicznych zaleca się stosować filtr wyższej klasy niż podanej jako minimalna.

W instalacji wywiewnej usuwającej powietrze z pomieszczeń o klasie czystości od H1 do H3 może być dodatkowo niezbędne zainstalowanie filtra cząstek zawieszonych i/lub filtra adsorbującego substancje gazowe. Jeżeli z powodów technicznych (np. ochrona wymiennika do odzy- skiwania ciepła) wymagana jest filtracja powietrza usuwanego, zastosowany filtr musi być klasy co najmniej F5.

Wymagania krajowe dotyczące instalowania filtrów powietrza w centrali klimatyzacyjnej w celu ochrony urządzeń uzdatniających powietrze przed zanieczyszczeniem są zamieszczone w rozporządzeniu o warunkach technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich otoczenie (Dział IV, Rozdział VI, § 154, ust. 6) [5]. Stwierdza się w nim: „Urządzenia wentylacji mechanicznej i klimatyzacji powinny być zabezpieczone przed zanieczyszczeniami znajdującymi się w powietrzu zewnętrznym, a w szczególnych przypadkach w powietrzu obiegowym (recyrkulacyjnym), za pomocą filtrów: 1) nagrzewnice, chłodnice i urządzenia do odzyskiwania ciepła – co najmniej klasy G4, 2) nawilżacze – co najmniej klasy F6, określonych w Polskiej Normie dotyczącej klasyfikacji filtrów powietrza”.

A zatem, porównując wymagania krajowe i wymagania przedstawione w propozycji normy [6], należy zwrócić uwagę na nieco ostrzejsze wymagania normy dotyczące doboru filtra chroniącego wymienniki do odzyskiwania ciepła (co najmniej filtr klasy F5, a nie klasy G4).

Zgodnie z propozycją normy w przypadku zastosowania filtrów wykonanych z materiału o właściwościach antybakteryjnych ich skuteczność musi być udowodniona. Podczas zabiegów operacyjnych żadne szkodliwe substancje nie mogą być wydzielane z materiałów filtracyjnych i uwalniane do systemu klimatyzacji.

Filtr 1. stopnia filtracji powinien być zainstalowany wewnątrz centrali klimatyzacyjnej (lub wentylacyjnej), w pobliżu wlotu powietrza zewnętrznego. Już na etapie projektowania systemu klimatyzacji/wentylacji należy zwrócić uwagę, aby temperatura powietrza przepływającego przez filtr wstępny nie była niższa od temperatury punktu rosy, szczególnie w przypadku przerw w pracy systemu.

Wilgotność względna powietrza w pobliżu filtra wyższa od 90% może spowodować problemy, nawet jeśli występuje przez krótki czas. Jeżeli, ze względu na lokalizację obiektu (np. obszary o często występującej mgle, obszary o częstych i długotrwałych okresach występowania opadów atmosferycznych lub montaż filtra za nawilżaczem powietrza) lub długotrwałe występowanie powietrza o wysokiej wartości wilgotności względnej albo dopływu wilgoci wraz z powietrzem zewnętrznym na filtr powietrza, lub tłumik hałasu, prawdopodobny jest napływ na filtr powietrza o bardzo wysokiej wartości wilgotności względnej, należy przewidzieć odpowiednie rozwiązania techniczne w celu przeciwdziałania rozwojowi drobnoustrojów w zawilgoconym materiale filtracyjnym lub tłumiącym. Jednym z rozwiązań może być zastosowanie ogrzewania wstępnego powietrza, tak aby uzyskać przyrost temperatury powietrza o około 3 stopnie Kelvina.

Filtr 2. stopnia powinien być ostatnim urządzeniem znajdującym się w centrali klimatyzacyjnej (lub wentylacyjnej), czyli powinien zostać zainstalowany po stronie tłocznej za ostatnim urządzeniem w centrali w strumieniu powietrza nawiewanego.

Chłodnice powietrza, które poza chłodzeniem realizują także proces osuszania powietrza (tzw. pracujące na mokro), oraz nawilżacze powietrza powinny być tak zamontowane, aby nie dopuścić do dopływu wilgoci do filtra. Jeżeli chłodnica powietrza pracująca na mokro lub wentylator z napędem pasowym klinowym są zainstalowane poza centralą, tuż za nimi niezbędny jest filtr klasy F9.

W przypadku pomieszczeń klasy H1 filtr 3. stopnia powinien być zainstalowany po stronie tłocznej w przewodzie nawiewnym, bardzo blisko wlotu powietrza do pomieszczenia (w odległości mniejszej niż 500 mm). Zainstalowanie go w dalszej odległości lub montaż wewnątrz centrali klimatyzacyjnej jest dopuszczalne jedynie w specjalnych sytuacjach (niezbędna jest opinia specjalisty ds. higieny szpitalnej). W zasadzie jedynie filtr powietrza testowany zgodnie z metodyką podaną w normie EN 1822 (norma polska: PN-EN 1822-1:2009 [3]) może być stosowany jako filtr cząstek zawieszonych w powietrzu. Jego materiał filtracyjny musi być hydrofobowy. Nie wolno instalować za filtrem 3. stopnia ani przewodów elastycznych, ani takich urządzeń jak tłumik hałasu czy przepustnice (lub podobnych elementów wyposażenia instalacji). W propozycji normy zdecydowanie stwierdzono, że w szczególności nie jest dozwolone stosowanie elektrostatycznych filtrów powietrza.

Zalecenia dotyczące stropu laminarnego

W propozycji normy zamieszczono następujące informacje o parametrach pracy i wykonaniu nawiewnych stropów laminarnych:

• podczas zabiegów operacyjnych przez strop nawiewny musi dopływać powietrze o temperaturze niższej niż temperatura powietrza w pomieszczeniu,
• zainstalowanie chłodnicy powietrza w przestrzeni stropu laminarnego jest możliwe jedynie wtedy, gdy nigdy nie wystąpi kondensacja pary wodnej,
• obudowa stropu powinna być wykonana z materiałów zapewniających bezpieczeństwo ze względu na wysokie wymagania dotyczące higieny, odpornych na środki dezynfekujące, w sposób zapewniający wymaganą szczelność,
• rozdzielacz strug powietrza (ang. laminizer) powinien być wykonany w sposób umożliwiający jego łatwe zdemontowanie,
• maksymalna różnica pomiędzy temperaturą powietrza w pomieszczeniu a temperaturą powietrza nawiewanego nie powinna przekraczać 3 K,
•  jako filtr końcowy powinien być zastosowany filtr cząstek zawieszonych klasy co najmniej H13, zgodnie z klasyfikacją zamieszczoną w normie EN 1822 [3],
• maksymalna prędkość powietrza nawiewanego powinna wynosić 0,45 m/s (pomiar prędkości w odległości 0,3 m poniżej stropu laminarnego), średnia prędkość – co najmniej 0,25 m/s, minimalna wartość prędkości uzyskana w pojedynczych pomiarach – 0,23 m/s,
• wartość intensywności turbulencji powietrza powinna być niższa od 20% (co odpowiada niskoturbulentnemu wypływowi nawiewanego powietrza ze stropu laminarnego),
• należy zminimalizować możliwość powstania zakłóceń przepływu strumienia laminarnego (niskoturbulentnego), np. przez zastosowanie lamp operacyjnych o obudowie zapewniającej dobre warunki przepływu powietrza, mosty anestezyjne o zmniejszonych wymiarach,
• w celu uniknięcia indukcji powietrza z otoczenia zaleca się wyposażyć strop laminarny w boczne osłony, zawieszone na brzegach wokół stropu,
• powinny zostać przewidziane łatwo dostępne z pomieszczenia króćce przyłączeniowe umożliwiające przeprowadzenie testu filtra wysokoskutecznego z wykorzystaniem aerozolu (np. DEHS, czyli aerozolu oleju syntetycznego – estru bis (2-ethyloheksylu) kwasu sebacynowego), zgodnie z wymaganiami przedstawionymi w normie EN 1822-1 [3].

Testy mikrobiologiczne powietrza

W celu określenia stężenia drobnoustrojów w powietrzu w warunkach normalnego wykorzystania sal operacyjnych powinno się przeprowadzać krótkotrwałe testy mikrobiologiczne z wykorzystaniem płytek sedymentacyjnych Petriego. Ta metoda jest najprostszą drogą do sprawdzenia, czy system klimatyzacji, a także zespół operacyjny pracują zgodnie z zaleceniami określonymi ze względu na wymagane warunki higieniczne [6]. Testy przeprowadza się w trakcie pięciu następujących po sobie zabiegów operacyjnych, z których każdy trwa ≥45 minut (licząc czas od otwarcia rany operacyjnej do jej zaszycia) w przypadku sal operacyjnych klasy H1a oraz H1b i trwających ≥10 minut w przypadku sal o klasie H1c.

Stosuje się typowe płytki sedymentacyjne o średnicy ≥80 mm, z pożywką agarową Caso (agar z tryptonem sojowym). Płytki ustawiane są na wysokości 1,2 metra w określonych w normie lokalizacjach, m.in. na stoliku narzędziowym lub na innych stołach oraz w innych miejscach opisanych w normie, np. na stanowisku pracy chirurgów. Następnie odsłania się je. Po zakończeniu testów zakryte płatki zawozi się do laboratorium, gdzie są inkubowane przez 48 godzin w temperaturze 36°C ±1. Wynik określenia ilości drobnoustrojów w powietrzu odnosi się do powierzchni 50 cm2 oraz czasu pobierania próbki 60 minut [6]. Zdefiniowano następujące dopuszczalne stężenie ilościowe drobnoustrojów w powietrzu w zależności od klasy czystości pomieszczenia [6]:

• dla pomieszczenia klasy H1a i H1b – średnia liczebność właściwa kolonii ≤1 jtk/(50 cm²×60 minut),
•  dla pomieszczenia klasy H1c – średnia liczebność właściwa kolonii ≤5 jtk/(50 cm²×60 minut),
  gdzie:
  jtk – jednostki tworzące kolonie (CFU – colony forming unit), termin równoważny z wcześniej stosowanym określeniem – liczebność komórek (kolonii) mikroorganizmów.

Przedstawione w propozycji normy europejskiej [6] dopuszczalne ilości drobnoustrojów w powietrzu są takie same jak w najnowszej propozycji normy niemieckiej DIN 1942-1:2008 [2]. W przypadku uzyskania wyniku mieszczącego się w zalecanych granicach uznaje się, że system klimatyzacji pracuje efektywnie i zachowane są wymagania higieniczne.

Jeśli ilość kolonii drobnoustrojów przekracza dopuszczalne wartości, wymagane jest przeprowadzenie analizy przyczyn uzyskania takich wyników. Działanie systemu klimatyzacji należy uznać za niesatysfakcjonujące, gdy przedstawione powyżej dopuszczalne ilości kolonii drobnoustrojów zostały przekroczone podczas każdej z pięciu operacji (przy założeniu, że liczba osób i ich aktywność fizyczna były takie same podczas każdej z operacji).

Efekt ochronny

Określenie efektu ochronnego dla pomieszczenia jest sposobem oceny pracy systemu klimatyzacji w salach operacyjnych. Autorzy omawianej propozycji normy [6] zdecydowali, że metodę oceny efektu ochronnego stosuje się tylko dla pomieszczeń klasy H1a.

Podczas oceny efektu ochronnego określa się ilościowe stężenie cząstek w obszarze chronionym. Do kontrolowanego obszaru doprowadza się pył (aerozol) testowy o znanym stężeniu, zwanym referencyjnym stężeniem cząstek, stałym podczas całego pomiaru, zawierającym cząstki o wielkości odpowiadającej cząstkom najbardziej przenikającym przez zastosowany w nawiewniku filtr powietrza.

Test przeprowadza się dwuetapowo:

• I etap – wykazanie, że obszar chroniony jest dostatecznie zabezpieczony przed wpływem otoczenia (ochrona przed zanieczyszczeniami pochodzącymi z otoczenia zewnętrznego),
• II etap – sprawdzenie możliwego efektu zanieczyszczenia powietrza cząstkami unoszącymi się z podłogi, czyli wykazanie, że obszar chroniony jest dostatecznie zabezpieczony przed wpływem zanieczyszczeń pochodzących z wnętrza tego obszaru.

Dla każdego z etapów testu zalecane jest inne rozstawienie wytwornic aerozolu. Dla sal operacyjnych klasy H1a otrzymane wyniki stopnia ochrony SG powinny wynosić przynajmniej 4,0 (bez lamp operacyjnych) lub 2,0 (z lampami operacyjnymi).

Przedstawiona metodyka oceny stopnia ochrony pomieszczenia przed zanieczyszczeniem jest identyczna jak metoda zamieszczona w propozycji normy niemieckiej DIN 1942-1:2008 [2]. Różnicę stanowi ograniczenie jej stosowania do sal operacyjnych o najwyższych wymaganiach dotyczących czystości powietrza.

Podsumowanie

• W propozycji normy europejskiej dotyczącej szpitali i innych obiektów służby zdrowia przedstawiona jest nowa klasyfikacja pomieszczeń ze względu na wymaganą czystość powietrza, zwana klasyfikacją powietrza w pomieszczeniach (w normie stosowana jest zamiennie nazwa – klasyfikacja pomieszczeń).
• Klasyfikacja pomieszczeń szpitalnych ze względu na czystość powietrza wynikającą z wymagań higienicznych jest odniesiona do rozwiązania klimatyzacji lub wentylacji, gwarantującego uzyskanie wymaganych stężeń drobnoustrojów i zanieczyszczeń stałych w powietrzu w danym pomieszczeniu, a nie do ilościowych wymagań dotyczących dopuszczalnej ilości drobnoustrojów (lub ilości cząstek stałych) w powietrzu.
• W propozycji normy podano szczegółowe zalecanie dotyczące parametrów powietrza w pomieszczeniach  różnym przeznaczeniu, począwszy od sal operacyjnych o najwyższych wymaganiach dotyczących czystości powietrza, skończywszy na szatniach dla osób odwiedzających pacjentów. Uwagę zwraca sposób określenia poziomu wilgoci w pomieszczeniach: zamiast powszechnie stosowanej w Polsce wilgotności względnej powietrza w tabelach znajdują się wartości wilgotności bezwzględnej powietrza (czyli zawartość wilgoci podawana w gramach wilgoci znajdujących się w 1 kg suchego powietrza).
• Metodą oceny pracy klimatyzacji w salach operacyjnych najwyższej klasy jest przeprowadzenie testu służącego do wyznaczenia efektu ochronnego i podania stopnia ochrony pomieszczenia. Dla sal operacyjnych klasy H1a otrzymane wyniki stopnia ochrony SG powinny wynosić przynajmniej 4,0 (bez lamp operacyjnych) lub 2,0 (z lampami operacyjnymi).
• Po pojawieniu się pierwszej propozycji normy europejskiej dotyczącej instalacji wentylacji i klimatyzacji w szpitalach, w dobie ujednolicania norm i prawa w krajach członkowskich Unii Europejskiej, problemem pojawiającym się w przypadku szpitali w Polsce stanie się fakt, że pomimo wyposażenia sal operacyjnych i innych pomieszczeń w system klimatyzacji lub wentylacji (w zależności od wymagań zdefiniowanych dla konkretnych pomieszczeń), najprawdopodobniej nie w każdym przypadku ich poziom będzie odpowiadał wymaganiom normatywnym UE.

Literatura

1. Brunner A., Current hospital guidelines in Switzerland and in Germany, http://www.bht.ch/de/pdf/referate/060511- Oslo_Hospital_BHT_eng2.pdf.
2. DIN 1946-4: 2008 Ventilation and air conditioning – Part 4: Ventilation in hospital.
3. PN-EN 1822-1:2009 Wysokoskuteczne filtry powietrza (EPA, HEPA, ULPA). Część 1: Klasyfikacja, badanie parametrów, znakowanie (ang.)
4. PN-EN 779:2005 Przeciwpyłowe filtry powietrza do wentylacji ogólnej. Określanie parametrów filtracyjnych.
5. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU nr 75, poz. 690).
6. Ventilation for hospitals, pr EN working draft, CEN/TC 156, lipiec 2009 r.
7. Wytyczne projektowania szpitali ogólnych. Instalacje sanitarne. Zeszyt 5: Wentylacja i Klimatyzacja, oprac. Biura Studiów i Projektów Służby Zdrowia, Warszawa 1984.