Autor dr inż. Sylwia Szczęśniak
Recyrkulacja – podstawy
Recyrkulacja to zawracanie części lub całości powietrza usuwanego z pomieszczenia celem jego oczyszczenia i w razie potrzeb uzdatnienia termicznego czy wilgotnościowego. Najczęściej recyrkulacja powietrza z pomieszczenia wykorzystywana jest w procesie mieszania.
Zasadniczo wyróżnić można dwa rodzaje recyrkulacji powietrza obiegowego. Jest to recyrkulacja centralna oraz recyrkulacja lokalna.
Centralna recyrkulacja oznacza, że część powietrza usuwanego z pomieszczenia jest zawracana do pomieszczenia, bezpośrednio po oczyszczeniu lub po zmieszaniu z powietrzem zewnętrznym. Schemat recyrkulacji z wykorzystaniem powietrza zewnętrznego dla pomieszczeń dla których nie ma specjalnych wymagań dotyczących czystości powietrza przedstawiono na Rysunku 2. Natomiast na Rysunku 3 przedstawiono schemat układu klimatyzacyjnego z recyrkulacją powietrza i trzystopniową filtracją powietrza nawiewanego. Poszczególne stopnie filtracji oznaczono numerami I, II i III. Dla uzyskania wymaganej klasy czystości w pomieszczeniach szpitalnych pierwszy stopień filtracji wymaga filtrów ISO ePM1≥ 50% (wg PN-EN ISO 16890-1:2017). Drugi stopień filtracji powinien mieć filtry o klasie co najmniej ISO ePM1≥80% (wg PN-EN ISO 16890-1:2017). Natomiast ostatni trzeci stopień filtracji to filtry ISO ePM1≥95% typu (HEPA) lub ISO ePM1≥ 99,9997% (ULPA) montowane bezpośrednio w elementach nawiewających powietrze do pomieszczenia. W takich rozwiązaniach gdy główne źródło zanieczyszczeń znajduje się w powietrzu zewnętrznym, a nie w samym pomieszczeniu system powinien zapewniać czystsze powietrze w porównaniu do systemu pracującego tylko na powietrzu zewnętrznym.
Lokalna recyrkulacja oznacza, że całe powietrze zawracane do urządzenia (systemu) po oczyszczeniu i uzdatnieniu jest kierowane do tego samego pomieszczenia. Schemat takiego układu przedstawiono na Rysunku 4. W pomieszczeniach czystych oraz pomieszczeniach służby zdrowia wykorzystuje się tzw. moduły recyrkulacyjne (cyrkulacyjne). Ich zadaniem jest oczyszczenie i ewentualnie ochłodzenie lub ogrzanie powietrza i ponowne skierowanie go do pomieszczenia. Oczyszczenie powietrza powinno gwarantujące właściwą klasę czystości powinno odbywać się na filtrze o kasie co najmniej ISO ePM1≥80% wg PN-EN ISO 16890-1:2017. Ochładzanie powietrza w takim przypadku powinno być chłodzeniem zachodzącym bez wykraplania wilgoci.
Wymagania musi spełniać recyrkulacja powietrza obiegowego dla wszystkich systemów wentylacji i klimatyzacji:
– Powietrze recyrkulowane (ponownie kierowane do pomieszczenia po uzdatnieniu) musi być wywiewane z tego samego pomieszczenia lub z tej samej grupy pomieszczeń do której ma ponownie trafić;
– Powietrze recyrkulowane (lub mieszanina powietrza recyrkulowanego i zewnętrznego) musi być oczyszczane w tej samej liczbie stopni filtracji oraz w filtrach o identycznej klasie jakości, jakie są stosowane do oczyszczania powietrza zewnętrznego;
– Powietrze recyrkulowane musi być poddawane filtracji o klasie min. F7, a przed ponownym wprowadzeniem do sali operacyjnej o klasie minimum H13;
– Powietrze recyrkulowane może być ochładzane np. w modułach recyrkulacyjnych, o ile strumień powietrza zewnętrznego nie jest w stanie zasymilować wszystkich zysków ciepła emitowanych do pomieszczenia. W tym przypadku w modułach recyrkulacyjnych chłodnica powietrza musi pracować jako chłodnica sucha. Oznacza to, że średnia temperatura ścianki chłodnicy jest wyższa od temperatury puntu rosy.
– W przypadku wykorzystywania mieszaniny powietrza zewnętrznego i z pomieszczenia strumień powietrza recyrkulowanego musi być regulowany poprzez płynną regulację prędkości obrotowej wirnika wentylatora lub wentylatorów w zależności od możliwości termicznych i wilgotnościowych powietrza zewnętrznego.
Wymagania musi spełniać recyrkulacja powietrza obiegowego dla systemów wentylacji i klimatyzacji w obiektach służby zdrowia:
– Powietrze nawiewane do sali operacyjnej zawsze musi być poddawane filtracji na wysokoskutecznym filtrze powietrza (HEPA, ULPA), nawet w czasie awarii. Niedopuszczalny jest przepływ wsteczny powietrza recyrkulowanego przez wentylator czy wentylatory.
– Sala operacyjna bloku operacyjnego, w którym zastosowana jest recyrkulacja powietrza obiegowego musi być wyposażona w odsysacze gazów anestezyjnych;
– Niezbędny strumień powietrza zewnętrznego musi zapewnić bezpieczne rozcieńczenie par środków wybuchowych używanych w sali operacyjnej.
Kiedy nie wolno stosować recyrkulacji powietrza wywiewanego z pomieszczenia?
– W pomieszczeniach, w których przetrzymuje się zwierzęta;
– W pomieszczeniach o bardzo dużej emisji substancji zapachowych;
– W oddziałach zakaźnych i pneumonologicznych;
– W pomieszczeniach, w których stosowane są substancje wybuchowe, toksyczne, trujące, żrące, cuchnące itd.;
– W pomieszczeniach, w których występuje jonizacja powietrza oraz wykonywane są prace z bezpośrednim źródłem promieniowania radioaktywnego (pracownie RTG, diagnostyki izotopowej, światłolecznictwo);
Możliwość stosowania recyrkulacji oraz wymagania dotyczące krotności wymian powietrza w pomieszczeniach według różnych zaleceń
W przypadku recyrkulacji powietrza obiegowego należy zachować ostrożność i przede wszystkim zdrowy rozsądek. Żaden wymiennik do odzysku ciepła nie jest w stanie pracować z tak wysoką skutecznością działania jaką uzyskuje się w wyniku mieszania. W przypadku analizy możliwości zastosowania recyrkulacji powietrza obiegowego należy także w pełni zdawać sobie sprawę z przyjętych określeń.
Minimalny wymagany strumień powietrza zewnętrznego – oznaczastrumień powietrza zewnętrznego, który nie musi być całkowitym strumieniem powietrza dostarczanego do pomieszczenia;
Minimalny strumień powietrza nawiewanego – oznaczacałkowitystrumień powietrza nawiewanego (po uprzednim uzdatnieniu) do pomieszczenia. Może to być powietrze zewnętrzne lub mieszanina powietrza zewnętrznego i obiegowego.
Minimalny strumień powietrza wywiewanego – oznaczacałkowitystrumień powietrza wywiewanego z pomieszczenia, który należy usunąć na zewnątrz budynku.
Minimalna krotność wymian powietrza w pomieszczeniu – oznaczaminimalną krotność wymian powietrza nawiewanego do pomieszczenia w czasie 1 godziny.
Tabela 1. Klasy czystości pomieszczeń czystych oraz zalecane minimalne strumienie powietrza zewnętrznego, nawiewanego i wywiewanego oraz minimalna krotność wymian powietrza wentylującego pomieszczenia – DIN 1946-4 oraz Wytyczne projektowania … A.Charkowska
| Klasa czystości pomieszczeń | Obszar ściśle chroniony [m2] | Filtracja | Minimalny wymagany strumień powietrza zewnętrznego Vz [m3/h] | Minimalna krotność wymian powietrza w pomieszczeniu Ψ [h-1] | Minimalny strumień powietrza nawiewanego Vn [m3/h] | Minimalny strumień powietrza wywiewanego Vw [m3/h] |
| S1a LSN* | ≥ 9 | min. HEPA | 2400 | (25) | =25∙a∙b∙h | Musi zapewnić zbilansowanie zysków ciepła i wilgoci; Nie mniejszy niż 50% Vz. ≥ 1200 |
| S1b LSN* | (9÷3,6> | min. HEPA | 2400 | 25 | =25∙a∙b∙h | Nie mniejszy niż 50% Vz. ≥ 1200 |
| S1c WMT** | – | min. HEPA | 1200 | 25 | =25∙a∙b∙h | Nie mniejszy niż 50% Vz. ≥ 600 |
| S1a LSN* | ≥ 9 | min. HEPA | 2400 | (25) | =25∙a∙b∙h | Musi zapewnić zbilansowanie zysków ciepła i wilgoci; Nie mniejszy niż 50% Vz. ≥ 1200 |
| S1b LSN* | (9÷3,6> | min. HEPA | 2400 | 25 | =25∙a∙b∙h | Nie mniejszy niż 50% Vz. ≥ 1200 |
| S1c WMT** | – | min. HEPA | 1200 | 25 | =25∙a∙b∙h | Nie mniejszy niż 50% Vz. ≥ 600 |
* – wg zaleceń DIN 1946-4:2008-12,
** – dla pomieszczeń, w których wydzielają się gazy anestezyjne;
*** dla 1 pacjenta
Tabela 2. Przykładowe parametry projektowe – ASHRAE Standard 170
| Ciśnienie względem pomieszczeń sąsiadujących | Minimalna krotność wymian powietrza zewnętrznego h-1 | Minimalna krotność wymian powietrza wentylującego h-1 | Usuwanie całego powietrza wywiewanego na zewnątrz budynku | Recyrkulacja powietrza przez jednostki w pomieszczeniu | |
| Sale operacyjne – ogólnie | Nadciśnienie | 4 | 20 | bez wymagań | nie |
| Poczekalnia SOR | Podciśnienie | 2 | 12 | tak | bez wymagań |
| Wszystkie pomieszczenia | Podciśnienie | 2 | 12 | tak | nie |
| Pokoje pacjentów | Bez wymagań | 2 | 4 | bez wymagań | bez wymagań |
Tabela 3. Wymagania dotyczące wentylacji w obszarach opieki – The Centers for Disease Control and Prevention (CDC)
| Przeznaczenie pomieszczenia | Ciśnienie względem pomieszczeń sąsiednich | Minimalna krotność wymian powietrza zewnętrznego | Minimalna krotność wymian powietrza | Całe powietrze usuwane bezpośrednio na zewnętrz | Powietrze recyrkulowane za pomocą jednostek pomieszczeniowych |
| Pokój pacjenta | 2.0 | 6 | |||
| Toaleta | podciśnienie | 10 | Tak | ||
| Oddział noworodkowy | 2.0 | 6 | Nie | ||
| Pokój ochronny | nadciśnienie | 2.0 | 12 | Nie | |
| Pokój izolacji dla zakażeń przenoszonych drogą powietrzną | podciśnienie | 2.0 | 12 | Tak | Nie |
| Izolatka | Nadciśnienie/podciśnienie | 10 | Tak | Nie | |
| Sala porodowa/ porodówka | 2.0 | 6 | |||
| Sala porodowa / poporodowa | 2.0 | 6 | |||
| Korytarz pacjenta | 2 |
Tabela 4. Wymagania dotyczące wentylacji w obszarach chirurgii i opieki krytycznej. – The Centers for Disease Control and Prevention (CDC)
| Przeznaczenie pomieszczenia | Ciśnienie względem pomieszczeń sąsiednich | Minimalna krotność wymian powietrza zewnętrznego | Minimalna krotność wymian powietrza | Całe powietrze usuwane bezpośrednio na zewnętrz | Powietrze recyrkulowane za pomocą jednostek pomieszczeniowych |
| Sala operacyjna / cystoskopia | nadciśnienie | 3.0 | 15 | Nie | |
| Sala porodowa | nadciśnienie | 3.0 | 15 | Nie | |
| Sala wybudzeń | 2.0 | 6 | Nie | ||
| Oddział intensywnej terapii | 2.0 | 6 | Nie | ||
| Oddział intensywnej terapii noworodków | 2.0 | 6 | Nie | ||
| Gabinet zabiegowy | 6 | ||||
| Sala urazowa | nadciśnienie | 3.0 | 15 | Nie | |
| Magazyn gazów anestezyjnych | podciśnienie | 8 | Tak | ||
| Endoskopia | podciśnienie | 2.0 | 6 | Nie | |
| Bronchoskopia | podciśnienie | 2.0 | 12 | Tak | Nie |
| Poczekalnia SOR | podciśnienie | 2.0 | 12 | Tak | |
| Triage | podciśnienie | 2.0 | 12 | Tak | |
| Poczekalnia radiologiczna | podciśnienie | 2.0 | 12 | Tak |
Tabela 5. Wytyczne stowarzyszeń związanych z wentylacją i klimatyzacją dotyczące zastosowania recyrkulacji, wymaganych krotności wymian powietrza oraz filtracji powietrza w czasie COVID-19.
| ASHRAE | CDC | WHO | ESICM/SCCM | REHVA | |
| Recyrkulacja powietrza z wywiewanego | Rezygnacja z recyrkulacji jeżeli to możliwe lub zwiększenie strumienia powietrza zewnętrznego. | – | – | – | Rezygnacja z recyrkulacji jeżeli to możliwe |
| Krotność wymian powietrza w pomieszczeniu | Min 6h-1, 12h-1 w nowych lub remontowanych budynkach | Min. 12h-1; Dla wentylacji naturalnej 160l/s×pacjent | Min. 12h-1 | Min 6h-1, 12h-1 lub 40÷80l/s×pacjent dla 4x2x3m3 – izolatki Min 6h-1 lub 40l/s×pacjent dla 4x2x3m3 – izolatki | |
| Filtracja powietrza | HEPA jeżeli jest zastosowana recyrkulacja | HEPA jeżeli jest zastosowana recyrkulacja | – | HEPA jeżeli jest zastosowana recyrkulacja | HEPA jeżeli jest zastosowana recyrkulacja |
Na Rysunku 1 zobrazowano warunek zastosowania recyrkulacji powietrza z pomieszczenia pacjentów, w sytuacji zagrożenia mikrobiologicznego, jeżeli jej całkowite wyeliminowanie nie jest możliwe ze względów cieplnych.
Literatura:
[1] A. Charkowska i in. „Wytyczne projektowania, wykonania, odbioru i eksploatacji systemów wentylacji i klimatyzacji dla podmiotów wykonujących działalność leczniczą”, Warszawa 2018.
[2] Rozporządzeniu Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz. U. z 2022 r. poz. 1225, z 2023 r. poz. 2442 oraz z 2024 r. poz. 474).
[2] DIN 1946-4 „Ventilation and air conditioning –Part 4: VAC systems in buildings and rooms used in the health care sector”
[3] Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 7 czerwca 2010 r. w sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków, innych obiektów budowlanych i terenów (Dz.U. 2010 nr 109 poz. 719)
[4] Saran, S., Gurjar, M., Baronia, A. et al. Heating, ventilation and air conditioning (HVAC) in intensive care unit. Crit Care 24, 194 (2020). https://doi.org/10.1186/s13054-020-02907-5
[5] ASHRAE -https://www.ashrae.org/technical-resources/healthcare#guidrecird
[6] REHVA – https://www.rehva.eu/activities/covid-19-guidance/rehva-covid-19-guidance
[7] EUROVENT https://www.eurovent.eu
[8] PN-EN ISO 16890-1:2017-01 (wersja polska) Przeciwpyłowe filtry powietrza do wentylacji ogólnej. Część 1: Specyfikacje techniczne, wymagania i system klasyfikacji określony na podstawie skuteczności filtracji cząstek pyłu (ePM).
[9] https://www.cdc.gov/infection-control/hcp/environmental-control/appendix-b-air.html#cdc_generic_section_4-ventilation-specifications-for-health-care-facilities