Kontekst badania
W szpitalach tradycyjne systemy wentylacji ogólnoprzestrzennej (TVAD), takie jak wentylacja mieszająca (MV) i wyporowa (DV), nie są skuteczne w zapobieganiu transmisji patogenów drogą powietrzną, ponieważ mieszają świeże powietrze z zanieczyszczonym. Istnieje więc potrzeba opracowania skuteczniejszych strategii wentylacyjnych ograniczających ryzyko zakażeń krzyżowych. Jedną z obiecujących metod jest system wentylacji strefy chronionej (POV), który tworzy fizycznie oddzielone strefy czyste i zanieczyszczone.
Cele i hipotezy
Celem badania było: ocena skuteczności systemu POV w różnych pomieszczeniach funkcjonalnych szpitala, optymalizacja parametrów systemu POV (prędkość, temperatura i kąt nawiewu), porównanie POV z tradycyjnymi systemami TVAD, zbadanie czynników wpływających na skuteczność separacji stref. Postawiono hipotezę, że system POV może skutecznie izolować strefę chronioną od zanieczyszczonej, ograniczając rozprzestrzenianie się patogenów przy niższym zużyciu energii.
Metody badawcze
W badaniu wykorzystano: symulacje CFD (16 scenariuszy w 3 typach pomieszczeń: sala chorych, biuro, gabinet), eksperymenty w komorze badawczej z użyciem manekinów cieplnych z funkcją oddychania, pomiar stężeń gazu znacznikowego N₂O jako wskaźnika zanieczyszczeń, analizę wskaźników ekspozycji na zanieczyszczenia (ε_exp, IF, PE) i komfortu termicznego (PD).
Rezultaty badań i ich interpretacja
1. Skuteczność separacji stref przez POV: System POV skutecznie dzielił pomieszczenia na strefę chronioną i zanieczyszczoną, ograniczając migrację zanieczyszczeń. Najlepsze rezultaty osiągano przy prędkości nawiewu 2 m/s – wówczas wskaźnik ochrony (PE) przekraczał 60%. Wskaźnik ekspozycji na zanieczyszczenia (ε_exp) spadał wraz ze wzrostem prędkości nawiewu, co potwierdzało skuteczność separacji – dla prędkości 1 m/s przekraczał wartość 1 (czyli ochrona nieskuteczna), natomiast przy 2 m/s spadał nawet do 0,6 (czyli znaczna ochrona strefy oddechowej). Wskaźnik IF (intake fraction) również malał wraz ze wzrostem prędkości nawiewu, co oznaczało zmniejszenie ilości zanieczyszczeń wdychanych przez manekina w strefie chronionej.
2. Wpływ lokalizacji wyciągów powietrza: Kluczowym czynnikiem wpływającym na efektywność systemu był układ wyciągów powietrza: Umieszczenie wyciągu w strefie zanieczyszczonej było najskuteczniejsze – zanieczyszczenia były skutecznie usuwane zanim dotarły do strefy chronionej. Zamknięcie wyciągu w strefie chronionej (przypadek D) skutkowało znacznym wzrostem stężeń zanieczyszczeń – pogorszeniem efektywności POV. Odległość między źródłem zanieczyszczenia (manekin pacjenta) a wyciągiem również wpływała na skuteczność – im mniejsza, tym lepiej.
3. Wpływ układu pomieszczenia i pozycji manekinów: Pozycja manekinów (pacjent/medyk) nie miała kluczowego znaczenia – POV był w stanie utrzymać separację nawet, gdy pacjent był zwrócony w stronę manekina chronionego. Rozkład termiczny oraz kierunek oddychania wpływały na zachowanie strumieni powietrza – np. w gabinecie lekarskim powietrze nawiewane pionowo ulegało zakłóceniu przez strumienie konwekcyjne z ciała manekina.
4. Komfort termiczny i przeciągi: Wartość wskaźnika PD (predicted percentage of dissatisfied) w większości przypadków nie przekraczała 20%, co oznacza akceptowalny poziom przeciągu. Przy większych prędkościach nawiewu lub niższych temperaturach powietrza ryzyko dyskomfortu jednak rosło. Aby zachować komfort i efektywność POV, należy dobrać prędkość i temperaturę nawiewu w sposób zrównoważony.
5. Porównanie z systemem TVAD: W porównaniu z tradycyjnymi systemami TVAD (MV, DV), POV: uzyskiwał niższe wartości ε_exp, czyli zapewniał lepszą ochronę oddechową, był bardziej odporny na zmianę pozycji źródła zanieczyszczenia, wymagał mniejszych nakładów energetycznych (niższa intensywność wymiany powietrza), miał prostsze wymagania projektowe.
6. Rekomendacje: Najlepsze efekty POV uzyskuje się przy: nawiewie o prędkości 2 m/s, temperaturze niższej niż temperatura otoczenia (np. 20°C vs. 23°C), umieszczeniu wyciągu w strefie zanieczyszczonej, możliwie blisko źródła zanieczyszczenia.
Wnioski
System POV może znacząco ograniczyć ryzyko zakażeń krzyżowych w szpitalach. Parametry nawiewu (prędkość, temperatura) oraz lokalizacja wyciągów powietrza mają kluczowe znaczenie dla skuteczności systemu. POV pozwala na poprawę jakości powietrza przy niższym zużyciu energii i mniejszych ograniczeniach dla personelu niż systemy TVAD. Rekomenduje się unikanie umieszczania wyciągów w strefie chronionej.
Ograniczenia zakresu badawczego
Badania przeprowadzono w warunkach laboratoryjnych – brak wpływu rzeczywistego ruchu personelu i pacjentów. Konieczne są dalsze testy w rzeczywistym środowisku szpitalnym dla oceny odporności systemu na zakłócenia. Zakres temperatur i prędkości powietrza był ograniczony – nie uwzględniono np. ekstremalnych warunków klimatycznych.
Artykuł opublikowano w Building and Environment.