Проектирование систем вентиляции и кондиционирования воздуха в условиях эпидемии COVID-19
Проектирование систем вентиляции и кондиционирования воздуха в условиях эпидемии COVID-19
Коронавирус COVID-19 — это новый коронарный вирус, официально зарегистрированный Всемирной организацией здравоохранения 31 декабря 2019 года и в настоящее время бушующий во всем мире. На ранних стадиях эпидемии COVID-19 в КНР правительство страны быстро организовало строительство и реконструкцию больниц и госпиталей для лечения пациентов, сдавших положительный тест на коронавирус.
К работе подключились не только государственные организации, но и частный капитал. Так, во время празднования китайского Нового года компания TICA (Nanjing TICA Climate Solutions Co., Ltd.) — крупнейший поставщик систем кондиционирования и тонкой очистки воздуха в КНР — оперативно создала чрезвычайную рабочую группу, которая приняла непосредственное участие в проектировании и монтаже кондиционеров, приточных и вытяжных установок для лабораторий, отделений реанимации, интенсивной терапии и отрицательного давления в госпиталях Хошэньшань («Гора бога огня») и Лэйшэньшань («Гора бога молний») города Уханя, а также безвозмездно предоставила им свою продукцию более чем на 1,8 млн юаней. Помимо того, в рамках помощи государственным больницам компания выделила профессиональное оборудование для очистки воздуха более чем 200 медучреждениям страны.
Под руководством правительства и благодаря усилиям граждан, государственных и частных предприятий Китай сумел остановить распространение COVID-19: в течение нескольких дней подряд (по состоянию на 26 марта) в стране не было зарегистрировано ни одного нового подтвержденного случая заболевания.
Чтобы быстро увеличить пропускную способность больниц, в Ухане — эпицентре эпидемии коронавируса в КНР — были возведены временные госпитали Хошэньшань и Лэйшэньшань. От разработки проекта первого объекта (23 января) и до его ввода в эксплуатацию (2 февраля) прошло всего десять дней. 4 февраля 2020 года в 9:00 в Хошэньшань поступила первая группа пациентов с диагнозом «пневмония», причиной которой стал COVID-19. После восьми дней интенсивного лечения и скрупулезной диагностики тесты первых семи пациентов госпиталя показали отсутствие РНК вируса в их крови. Клинические симптомы заболевания у них также не наблюдались. 13 февраля в 16:00 данные пациенты были выписаны.
Необходимо отметить, что экстренное строительство и реконструкция медицинских учреждений и их оснащение климатическим оборудованием в условиях эпидемии существенно отличаются от аналогичных работ, выполняемых на этих объектах в обычных обстоятельствах. В настоящей статье изложены основные подходы к подбору, проектированию и монтажу систем вентиляции и кондиционирования воздуха, предназначенных для вновь построенных и реконструированных инфекционных больниц.
Проектирование систем вентиляции и кондиционирования воздуха для лечебных учреждений
COVID-19 является чрезвычайно заразным. Какие-либо специфические противовирусные средства для его профилактики и лечения отсутствуют. По этой причине в течение короткого периода вирус распространился по всей провинции Хубэй, а количество пациентов в ее столице Ухане превысило число койко-мест в местных больницах. Чтобы быстро госпитализировать всех пациентов, сдавших положительный тест на коронавирус, потребовалось оперативно возвести временные бескаркасные больницы, проекты которых отличаются от общепринятых спецификаций, предусмотренных в отношении стационарных медицинских учреждений. Исходя из этого, специалисты TICA спроектировали систему вентиляции и кондиционирования воздуха, отвечающую указанным ниже требованиям. Данные критерии следует учитывать при подборе климатического оборудования для всех больниц и госпиталей, предназначенных для оказания неотложной медицинской помощи во время различных эпидемий.
Предупреждение распространения инфекции в медучреждении и защита персонала. Основная функция системы вентиляции и кондиционирования воздуха в период эпидемии заключается в том, чтобы изолировать персонал от источника инфекции. Первостепенное значение имеет предупреждение перекрестного распространения вируса между врачами и пациентами. Следовательно, воздушный поток в зонах наибольшего скопления инфекции (например, в изоляторах и отделениях интенсивной терапии) должен быть организован таким образом, чтобы предотвратить инфицирование медицинского персонала и гарантировать его безопасность.
Быстрая доставка и максимально простая установка оборудования. От разработки проекта и до ввода госпиталя Хошэньшань в эксплуатацию прошло всего 10 дней. В немалой степени этому способствовало наличие необходимой продукции, в том числе систем вентиляции и кондиционирования воздуха, на складах производителей, включая TICA. Отметим, что, если специального оборудования на складе нет, подойдут любые климатические решения, которые есть в наличии. В данном случае решающую роль играет прежде всего оперативность доставки. Помимо того, приборы должны быть максимально простыми с точки зрения установки и наладки.
Надежность и ремонтопригодность оборудования. Для развертывания системы кондиционирования и очистки воздуха в госпитале Хошэньшань специалисты TICA выбрали оборудование, уже зарекомендовавшее себя в различных медицинских учреждениях. Такого же подхода следует придерживаться и при подборе HVAC-продуктов для других инфекционных больниц и госпиталей. Нужно выбирать прежде всего наиболее надежные и стабильные системы, которые можно быстро смонтировать. Необходимо помнить, что в медучреждениях подобного рода может отсутствовать технический персонал. Следовательно, обслуживание оборудования не должно вызывать никаких затруднений, в том числе у работников, не имеющих профильного образования. В идеале система кондиционирования должна обходиться без техобслуживания.
Энергосбережение, уровень шума и иные факторы. В нештатной ситуации невозможно учесть все эксплуатационные характеристики климатического оборудования. При подборе и проектировании систем вентиляции и центрального кондиционирования необходимо руководствоваться в первую очередь указанными выше базовыми характеристиками. Остальные параметры, такие как энергосбережение и уровень издаваемого приборами и агрегатами шума, имеют второстепенное значение.
Системы вентиляции и кондиционирования, подбор оборудования
Проектирование систем вентиляции и кондиционирования воздуха подразумевает скрупулезный анализ следующих аспектов. Организация воздушного потока в помещении. Как показывает практика, наиболее опасные очаги наблюдаются рядом с постелями пациентов, инфицированных COVID-19. Поэтому во избежание распространения коронарного вируса воздушный поток в палатах и отделениях интенсивной терапии должен подаваться сверху и выводиться из помещений в нижних точках (рис. 1). Воздуховод, через который поступает приточный воздух, необходимо разместить над входом в палату, вентиляционные отверстия, посредством которых загрязненный воздух выводится наружу, — внизу у изголовья кровати. Благодаря этому формируется односторонний поток, который позволяет быстро избавиться от отработанного воздуха и защитить медицинский персонал. Зоны наибольшего скопления вируса (инфекционное отделение, отделение интенсивной терапии и др.) должны иметь отрицательное давление от -5 до -25 Па, приточный воздух — однонаправленный прямоточный.
Поддержание температуры и влажности в помещениях на оптимальном уровне. Во время эпидемии средняя температура воздуха в Ухане составляла 0…+5 °C. Поэтому в госпитале Хошэньшань была установлена система вентиляции и кондиционирования воздуха с тепловыми насосами. Благодаря ей температура приточного воздуха доводилась до 20 °C. Этого оказалось достаточно, поскольку в госпитале были предусмотрены и другие виды отопительного оборудования.
Так как достоверных данных, свидетельствующих о влиянии относительной влажности на распространение и инактивацию (умерщвление или разрушение активных структур) вируса COVID-19, нет, воздух в построенных госпиталях Хошэньшань и Лэйшэньшань, равно как и в других новых и реконструированных больницах, не увлажняли.
Чистота в помещениях. Особые требования к чистоте в помещениях не предъявлялись, тем не менее приточные установки (рис. 2) были оснащены трехступенчатой системой фильтрации, состоящей из фильтров предварительной, основной и тонкой очистки воздуха.
Подбор источника тепла. Как показал анализ, наиболее предпочтительным источником тепла является воздушный тепловой насос. Его конструкция проще, монтаж устройства выполняется быстрее, нежели в случае использования газовых или электрических котлов. Тепловой насос потребляет меньше энергии, чем электроотопительные устройства.
Предпочтение следует отдавать воздушным тепловым насосам прямого расширения (тип DX), поскольку установка таких агрегатов не вызывает никаких затруднений: наружный и внутренние блоки соединяются между собой только двумя медными трубками с хладагентом и линиями управления. Недостаток DX заключается в том, что мощность обогрева (охлаждения) относительно мала и ее может не хватить для обслуживания помещений значительной площади. Если потребность в обогреве велика, следует установить водяной тепловой насос или подключиться к системе центрального отопления.
Задача осложняется тем, что различных агрегатов, предназначенных и для обогрева, и для охлаждения помещений, на складах производителей зачастую недостаточно. Это еще одна причина, по которой воздушный тепловой насос типа DX является наиболее подходящим вариантом для развертывания мультизональной системы кондиционирования с переменным расходом хладагента. Такой агрегат имеет модульную конструкцию и позволяет подключать дополнительные тепловые насосы, обладает широкими возможностями в части регулирования температуры хладагента в системе, автоматически подстраивается к условиям окружающей среды и потребностям пользователя.
Исходя из вышеизложенного, для госпиталей Хошэньшань и Лэйшэньшань специалисты TICA выбрали:
а) воздушный тепловой насос типа DX (рис. 3) в качестве основного источника тепла для отделений с отрицательным давлением, а также для отделений интенсивной терапии и лабораторий, в которых проводится ПЦР-диагностика. Преимущества агрегата:
- несложный и быстрый монтаж. Наружный и внутренние блоки соединяются с помощью медных трубок и линий управления;
- простота наладки;
- автоматическое управление устройством. Необходимости в установке дополнительного контрольного оборудования нет;
- высокоэффективный и надежный спиральный компрессор;
- объем хладагента плавно регулируется в диапазоне 10—100%. Система автоматически контролирует этот показатель;
- тепловой насос с воздушным охлаждением не требует техобслуживания;
б) модульный тепловой насос с холодной и горячей водой с воздушным охлаждением. Данные устройства были использованы в качестве основных источников тепла для офисных помещений больниц, палат и т.п. Преимущества агрегатов:
- модульная конструкция (один модуль оснащается по меньшей мере двумя компрессорами). Это позволяет более гибко регулировать температуру теплоносителя на выходе из устройства и свести ее колебания к минимуму;
- каждый модуль имеет небольшие габариты. Его нетрудно транспортировать и монтировать;
- устройство оснащено системой интеллектуального управления, что облегчает его установку, наладку и обслуживание;
- как и в случае с автономным блоком, тепловой насос не требует техобслуживания, благодаря чему снижается нагрузка на персонал медучреждения.
- трехступенчатая система фильтрации. Она включает фильтр предварительной очистки, основной фильтр и фильтр тонкой очистки воздуха;
- теплообменники. Могут работать и в режиме охлаждения, и в режиме обогрева (зимой подается горячая вода, летом — холодная);
- электроподогрев. Приточная установка осуществляет предварительный подогрев поступающего воздуха, если мощности теплового насоса недостаточно или температура окружающей среды слишком низка. Кроме того, электроподогрев применяется в качестве резервной меры для обеспечения стабильности всей системы кондиционирования;
- увлажнитель. В приточной установке TICA предусмотрено место для увлажнителя. Однако, как отмечалось выше, поскольку достоверных сведений, свидетельствующих о влиянии относительной влажности на инактивацию и распространение коронавируса COVID-19, нет, данный агрегат не устанавливался;
- вентиляторы и двигатели. Специалисты TICA сделали выбор в пользу устройств, которые были представлены на складе или выпуск которых можно было наладить в кратчайшие сроки.
Подбор вытяжной вентиляции. Вытяжные воздуховоды должны предусматривать секцию отрицательного давления, создаваемого с помощью вентилятора. Эту секцию следует разместить последней, чтобы предотвратить утечку загрязненного воздуха.
Вытяжная вентиляция в госпиталях Хошэньшань и Лэйшэньшань включала следующие элементы помимо воздуховодов:
- высокоэффективную систему фильтрации. Согласно государственным проектным спецификациям КНР, ее необходимо устанавливать перед находящимся в помещении вытяжным вентилятором, чтобы защитить его от взвешенных мелкодисперсных частиц, пыли и т. п. В условиях инфекционной больницы такой подход представляется нецелесообразным, поскольку многие помещения являются потенциальными очагами распространения инфекции: в случае установки фильтра, например, в палате медицинскому или техническому работнику придется войти в загрязненную зону, чтобы заменить его, а это слишком рискованно. К тому же выполнять эту операцию необходимо довольно часто, ведь медучреждения такого плана, как правило, характеризуются высокой степенью загрязненности. В итоге представители TICA приняли решение установить в вытяжной камере трехступенчатую систему фильтрации, а саму камеру вынести наружу, чтобы упростить процедуру дезинфекции и облегчить замену высокоэффективных фильтров;
- вентиляторы и двигатели. Специалисты компании сделали выбор в пользу агрегатов, которые можно было оперативно доставить к месту строительства госпиталей. КПД и шумовые характеристики устройств рассматривались во вторую очередь.
Вся перечисленная продукция TICA не первый год представлена на рынке. Она доказала свою эффективность более чем в 6000 китайских медучреждений высокого класса. О стабильности и надежности выпускаемого компанией оборудования свидетельствует тот факт, что ряд инфекционных больниц, продолжающих бороться с эпидемией COVID-19, выбрали TICA в качестве поставщика кондиционеров.
Без отклонений и нареканий
Как отмечалось выше, в течение нескольких дней подряд (по состоянию на 26 марта) в КНР не было зарегистрировано ни одного нового подтвержденного случая инфицирования коронавирусом. Выздоровели и выписаны из больниц более 80 тыс. человек. В результате временные госпитали по всей стране стали закрываться, а оставшиеся пациенты были переведены в стационарные медучреждения. Это доказывает, что принятые Китаем меры, направленные на ликвидацию последствий эпидемии, действительно являются эффективными.
Системы кондиционирования TICA во временных госпиталях работали без каких-либо отклонений и нареканий со стороны медицинского персонала. Исходя из этого, можно сделать вывод, что производительность выбранных продуктов компании полностью соответствовала фактическим потребностям госпиталей и вышеперечисленное климатическое оборудование эффективно препятствовало распространению коронарного вируса в них.
Сегодня COVID-19 все еще бушует во многих странах мира, а значит, данная статья будет полезна государственным органам и компаниям, которые возводят временные госпитали или реконструируют действующие инфекционные больницы. Ею следует руководствоваться при подборе и монтаже оборудования для вентиляции и кондиционирования воздуха.
Ву ЖИГУО, главный инженер Nanjing TICA Climate Solutions Co., Ltd., заместитель председателя Китайской ассоциации медицинского оборудования (комитет HVAC-оборудования),сертифицированный инженер-технолог (HVAC)
