Автоматизация и диспетчеризация систем вентиляции и кондиционирования

Для управления центральными кондиционерами, а так же всей системой вентиляции и кондиционирования в комплексе предусматриваются системы автоматического регулирования, управления и диспетчеризации.

Система автоматического регулирования и управления позволяет:

§ поддерживать и регулировать основные параметры работы системы, такие как температура, влажность, скорость вращения вентиляторов, перепады давления;

§ защищать теплообменники центральных кондиционеров от замерзания при низких температурах наружного воздуха;

§ сигнализировать о наступлении аварийных ситуаций, например поломка вентилятора или необходимость заменить фильтр.

Для организации работы таких систем применяются в основном различные датчики, реле и программируемые контроллеры, являющиеся неотъемлемой частью любой современной системы вентиляции и кондиционирования.

Система диспетчеризации служит для вывода данных работы систем с контроллеров на экран персонального компьютера, с возможностью управления с данного компьютера параметрами систем.

Класс чистого помещения характеризуется классификационным числом, определяющим максимально допустимую счетную концентрацию аэрозольных частиц определенного размера в одном кубическом метре воздуха. Под частицей понимается твердый, жидкий или многофазный объект с размером от 0,05 до 100 мкм. При классификации ЧП рассматриваются неживые частицы с размером от 0,1 до 5 мкм. Чистое помещение может содержать одну или несколько чистых зон (чистая зона может быть открытой или отгороженной) и находиться как внутри, так и вне чистого помещения.

В соответствии со стандартом чистое помещение – это помещение, в котором контролируется концентрация взвешенных в воздухе частиц и которое построено и используется так, чтобы свести к минимуму поступление, выделение и удержание частиц внутри помещения, и в котором, по мере необходимости, контролируются другие параметры, например, температура, влажность и давление.

В соответствии со стандартом следует различать три временные фазы создания и существования чистого помещения:

1. Построенное (as-built): состояние, в котором система чистых помещений завершена, все обслуживающие системы подключены, но отсутствует производственное оборудование, материалы и персонал.

2. Оснащенное (at-rest): состояние, в котором система чистых помещений укомплектована оборудованием и отлажена в соответствии с соглашением между заказчиком и исполнителем, но персонал отсутствует.

3. Эксплуатационное (operational): состояние, в котором система чистых помещений функционирует установленным образом, с установленной численностью персонала, работающего в соответствии с документацией.

Это вышеприведенное разделение имеет принципиальное значение при проектировании, строительстве, аттестации и эксплуатации чистых помещений. Чистота воздуха по частицам в чистом помещении или чистой зоне должна быть определена по одному (или более) из трех состояний чистых помещений. При проектировании и строительстве медицинских учреждений нас более всего будет интересовать последнее, эксплуатационное состояние ЧП.

Окружающий нас воздух содержит большое количество как живых, так и неживых частиц, отличающихся по своей природе и размерам. В стандарте при определении класса чистоты воздуха в чистом помещении учитывается концентрация неживых аэрозольных частиц размером от 0,1 до 5,0 мкм.

В работе проанализированы основные источники микрозагрязнений воздуха. Приведены зарубежные статистические данные, показывающие, что на 1 000 взвешенных аэрозольных частиц приходится примерно один микроорганизм. Говорится, что в виду множественности факторов, влияющих на микробную загрязненность, эти данные носят приближенный, вероятностный характер. Но тем не менее они дают представление о связи между числом неживых частиц и числом микроорганизмов в воздухе.

Классы чистоты по взвешенным в воздухе частицам для чистых помещений и чистых зон

Класс ISO (классификационное число N) Пределы максимальных концентраций (частицы/м3 воздуха) частиц размером, равным и большим приведенного ниже, мкм MK 0,1 0,2 0,3 0,5 1,0 5,0 Класс 1 ISO 2         нд Класс 2 ISO 24 4     нд Класс 3 ISO 1 000 237 35   нд Класс 4 ISO 2370 1 020 352   нд Класс 5 ISO 1 00 000 23700 3520 5+ Класс 6 ISO 1 000 000 237000 35200 Класс 7 ISO       352 000 Класс 8 ISO       3 520 000 832 000 Класс 9 ISO       35 200000 8 320 000 293 000

Примечание. Из-за неопределенности, связанной с процессом измерения, при класси­фикации следует использовать данные по концентрации, имеющие не более трех значащих цифр.

Чистые помещения класса 5 в табл. 2 разделены на два подкласса:

- Подкласс А – с предельно допустимым количеством микроорганизмов не более 1 (достигается в однонаправленном потоке воздуха).

- Подкласс В – с предельно допустимым количеством микроорганизмов не более 5.

В чистых помещениях более высокого класса (классов от 4 до 1) микроорганизмов не должно быть вообще.

Для того чтобы перейти к рассмотрению практических вопросов, наиболее интересующих проектировщиков систем ОВК, еще раз рассмотрим некоторые требования, предъявляемые нормативными документами к системам вентиляции и кондиционирования ЧП. Попутно отметим, что помимо требований к системам ВК проектировщики должны также знать и выполнять весь перечень других обязательных требований к ЧП требования к планировочным решениям, требования к конструкции и материалам ЧП, требования к оборудованию ЧП, требования к инженерным системам, требования к медицинскому персоналу и технологической одежде и т. д. В силу ограниченного объема настоящей статьи эти вопросы здесь не рассматриваются.

Ниже приведен перечень лишь только некоторых основных требований к системам вентиляции и кондиционирования ЧП.

1. Система подачи воздуха в ЧП от 1 до 6 класса, как правило, должна обеспечивать организацию воздухообмена вертикальным однонаправленным потоком. Для класса 6 возможно использование неоднонаправленного воздушного потока. В стандарте приводится определение: однонаправленный поток воздуха – поток воздуха с параллельными, как правило, струями (линиями тока), проходящими в одном направлении с одинаковой в поперечном сечении скоростью. Термины «ламинарный» и «турбулентный» поток для характеристики потоков воздуха в ЧП применять не рекомендуется.

2. Покрытия воздуховодов и их конструкции, находящиеся в чистых комнатах, а также покрытия фильтровальных камер и их конструкции должны допускать периодическую обработку дезинфицирующими растворами. Это требование обязательно для ЧП с контролируемым микробным загрязнением.

3. Системы вентиляции и кондиционирования воздуха должны иметь автоматическое регулирование температуры и влажности, блокировку, дистанционное управление, сигнализацию.

4. В ЧП с однонаправленным вертикальным потоком количество отверстий, отводящих воздушные потоки из ЧП, выбирается в соответствии с необходимостью обеспечить вертикальность воздушных потоков.

К перечню вышеприведенных требований для систем ВК также следует добавить:

- Требование применения многоступенчатой фильтрации подведенного снаружи воздуха (не менее 3-х ступеней) и использование в качестве конечных фильтров высокой эффективности классом не менее H12.

- Требование обеспечения необходимой скорости однонаправленного потока 0,2–0,45 м/с на выходе из потолочного сетчатого воздухораспределительного устройства.

- Требование наличия положительного перепада давления в чистых и окружающих помещениях в диапазоне 5–20 Па.

Рассмотрев комплекс общих требований к системам вентиляции и кондиционирования ЧП, можно сделать вывод, что правильная организация потоков воздуха (однонаправленный, неоднонаправленный) является одним из важнейших условий обеспечения требуемой чистоты воздуха и безопасности больного. Воздушный поток должен уносить из чистой зоны все частицы, выделяемые людьми, оборудованием и материалами.

Рисунок 1. Схемы подачи чистого воздуха: а) – приток воздуха через наклонную решетку; б) – приток воздуха через радиальные потолочные диффузоры; в) – перфорированная листовая потолочная панель с вертикальным потоком воздуха; г) – однонаправленный вертикальный поток воздуха через сетчатый потолочный воздухораспределитель; д) – подача воздуха из кольцевого шланга

На рис. 1 представлены наиболее распространенные схемы подачи воздуха и выполнен их сравнительный анализ по показателю бактериального загрязнения. Схема 1г обеспечивает однонаправленный вертикальный поток воздуха, остальные схемы – неоднонаправленный поток воздуха.

На качество однонаправленного потока воздуха большое влияние оказывает конструкция распределителя, через который воздух проходит непосредственно в чистое помещение. Этот распределитель располагается непосредственно между НЕРА фильтрами и ЧП. Он может выполняться в виде решетки либо в виде одинарной или двойной сетки из металла или синтетического материала. Важное значение имеет размер отверстия и расстояние между отверстиями, через которые проходит воздух. Чем больше это расстояние, тем хуже качество потока (рис. 2).

Рисунок 2. Поток воздуха при различных распределителях: Перфорированный лист (1:1) (слева) Сетчатый распределитель (CG) воздуха (50:1)(справа)

Если в помещениях с однонаправленным потоком воздуха воздухораспределитель занимает всю площадь потолка над зоной, то в помещениях более низкого класса чистоты с неоднонаправленным потоком воздуха приточные диффузоры занимают лишь часть потолка, иногда совсем небольшую. Вытяжные решетки также могут располагаться различным образом (схемы 1а, 1б, 1в, 1д). В этом случае лишь только методы численного математического моделирования позволяют учесть все многообразие влияющих факторов на картину потоков воздуха и оценить, как влияет положение фильтров, оборудования, источников тепловыделений (ламп и т. д.) на потоки воздуха и класс чистоты в различных зонах.

Различные виды исполнения потолочных диффузоров с фильтром для чистых помещений производства фирмы GEA представлены на рис. 3.

Рисунок 3. Различные виды исполнения потолочных диффузоров с фильтром для чистых помещений производства фирмы GEA

Такие диффузоры оснащены герметичными клапанами, позволяющими изолировать воздушный фильтр от остальной системы кондиционирования. Это позволяет осуществить замену воздушного фильтра без выключения кондиционера. Герметичность установки воздушного фильтра в ячейке диффузора можно контролировать при помощи датчика герметичности. Также встроены датчики для измерения перепада давления на фильтре.

Основные результаты сравнительного анализа различных способов подачи чистого воздуха согласно работе представлены на рис. 4.

Рисунок 4. Показатели микробного загрязнения при различных способах подачи чистого воздуха

На рисунке приведены результаты измерений для различных потоков, а также две граничные кривые, которые не должны превышаться для чистых помещений типа А (особенно высокие требования согласно DIN 1946, часть 4, редакция 1998 г.) или типа В (высокие требования).

С помощью показателя микробного загрязнения при известном объемном расходе воздуха можно рассчитать микробную загрязненность (КОЕ/м³)*: К=n•Q•m_s/V,

где:

К – образующие колонии единицы на 1 м³ воздуха;

Q – исходная интенсивность источников микробов;

m_s – показатель микробного загрязнения;

V – объемный расход воздуха;

n – количество персонала в помещении.

В работе делаются следующие выводы. Отдельные диффузоры или перфорированные потолки обеспечивают подачу чистого воздуха и его перемешивание с загрязненным воздухом (метод разбавления). Показатели микробного загрязнения в лучшем случае составляют около 0,5. При однонаправленном «ламинарном» потоке воздуха достигается показатель микробного загрязнения 0,1 и менее.

Как было сказано выше, при радиальных выходных диффузорах на потолке в помещении создается смешанный поток. Такой выход при объемном расходе 2 400 м³/ч отвечает стандартным требованиям класса В, и расход 2 400 м³/ч может быть принят как минимально допустимый расход чистого воздуха, подаваемый в операционную зону (такой расход принят в качестве эталонного объемного расхода в стандарте DIN 4799, разработанном для оценки и сравнения потолков различного типа).

На сегодняшний день сетчатые воздухораспределительные устройства потолочного типа для создания однонаправленного потока воздуха для операционных помещений производится рядом фирм, например, ROX LUFTTECHIK GmbH, АDMECO AG, GEA и др.

Рисунок 5. Конструктивная схема подвесного воздухораспределительного устройства для операционных помещений

На рис. 5 представлена типичная конструктивная схема такого воздухораспределительного устройства.

Чем больше размер «ламинарного» потолка в указанном выше диапазоне, тем выше степень безопасности пациента, однако при этом существенно возрастают капитальные и эксплуатационные затраты. За рубежом широко применяется разумный компромисс – введение системы рециркуляции воздуха в помещении через высокоэффективные фильтры НЕРА, встроенные в «ламинарный» потолок. Это позволяет увеличить размер «ламинарного» потолка до 3,2х3,2 м²при сохранении невысоких капитальных и эксплуатационных затрат на центральный кондиционер.

Например, фирмой KLIMED (Германия) проектируются помещения, где при подаче наружного воздуха кондиционером 1200–2000 м³/ч расход циркуляционного потока в помещении составляет до 8000 м³/ч, при этом существенно снижаются затраты на энергоснабжение. Увеличение размеров «ламинарного» потолка до 3,2х3,2 м² позволяет включить в стерильную зону не только пациента, но и стол для инструмента и рабочий персонал, особенно если применить еще и специальные ограждающие пластиковые фартуки (рис. 6).

 

 

Рисунок 6. Схема подачи однонаправленного «ламинарного» потока воздуха с фартуками высотой от пола 2100 мм. Такое оборудование стандартно поставляется фирмой ADMECO AG и установлено более чем в 400 помещениях

 

 

При энергетической привлекательности предлагаемой схемы у проектировщиков при ее реализации могут возникнуть проблемы с необходимостью размещения смесительно-очистительного агрегата производительностью 2 400 м³/ч в помещениях рядом с операционной, а также проблемы с разводкой воздуховодов приточной и вытяжной систем, т. к. используется моноблочный приточно-вытяжной агрегат.