Bezpieczne instalacje klimatyzacji i wentylacji

Cel stosowania instalacji wentylacji i klimatyzacji oraz obszary ich zastosowania

Podstawowym celem stosowania instalacji wentylacji i klimatyzacji jest zapewnienie wymiany powietrza w pomieszczeniach, tzn. doprowadzenie świeżego powietrza o odpowiedniej jakości i usuwanie powietrza zanieczyszczonego przez emitowane w pomieszczeniach substancje, takie jak: tlenki węgla, para wodna, węglowodory, mikroorganizmy, pyły i inne substancje pochodzące w procesów życiowych i technologicznych. Zastosowanie wentylacji mechanicznej i klimatyzacji umożliwia ponadto odprowadzanie zysków ciepła i wilgoci oraz przyczynia się do utrzymania komfortu cieplnego. W przypadku wentylacji i klimatyzacji przemysłowej konieczne jest zatem utrzymywanie takich parametrów powietrza, jakie wymagane są w procesach technologicznych, a w przypadku wentylacji i klimatyzacji bytowej jej działanie powinno zapewnić właściwy komfort termiczny i higieniczny. Zły stan higieniczny tych instalacji jest przyczyną pogarszających się warunków środowiska wewnętrznego budynków i niekorzystnie wpływa na ich użytkowników, niejednokrotnie będąc przyczyną zaburzeń zdrowotnych.

Wymagania higieniczne stawiane instalacjom zależą od ich przeznaczenia, oczekiwanej czystości powietrza i klasy czystości wentylowanych pomieszczeń. W parze ze wzrostem wymagań dotyczących jakości powietrza wzrastają również wymagania dotyczące:

– cech konstrukcji instalacji,

– sposobu eksploatacji instalacji,

– ilości doprowadzanego do pomieszczeń powietrza i sposobu jego rozdziału.

Na przykład instalacjom stosowanym w szpitalach, w przemyśle farmaceutycznym lub elektronicznym stawia się znacznie bardziej rygorystyczne wymagania niż instalacjom wentylacji mechanicznej i klimatyzacji gospodarstw domowych. A zatem proste instalacje klimatyzacji i wentylacji gospodarstw domowych, pomieszczeń biurowych itp., ze względu na niższe oczekiwania co do jakości dostarczanego powietrza, charakteryzują się mniejszą złożonością konstrukcyjną i niższymi wymaganiami eksploatacyjnymi.

Rys. 1. Skuteczność filtracji cząstek o rozmiarach od 0,1 do 10 µm określona dla filtrów o różnych klasach filtracji

Zanieczyszczenia powietrza pochodzące z instalacji wentylacji i klimatyzacji

O czystości powietrza doprowadzanego do wentylowanych pomieszczeń decydują trzy podstawowe procesy zachodzące podczas pracy instalacji klimatyzacji i wentylacji:

– pobieranie z otoczenia powietrza zewnętrznego wraz z jego zanieczyszczeniami pyłowymi, mikrobiologicznymi, chemicznymi;

– emisja własna na skutek: kolonizacji instalacji przez mikroorganizmy (na ogół środowiskowe), degradacji materiałów konstrukcyjnych;

– oczyszczanie przepływającego przez instalację powietrza z zanieczyszczeń pyłowych i środowiskowych zanieczyszczeń mikrobiologicznych (niekiedy również chemicznych) i doprowadzanie go do wentylowanych pomieszczeń.

Redukcja poziomu zanieczyszczeń w wymienionych procesach składa się na końcowy efekt, jakim jest czyste powietrze dostarczane do pomieszczeń.

Należy zauważyć, że instalacja wentylacji i klimatyzacji na ogół nie jest dominującym źródłem zanieczyszczeń powietrza w pomieszczeniu. Bardzo często dominujące źródła zanieczyszczenia powietrza znajdują się w pomieszczeniach. Emisja ta pochodzi z wyposażenia wnętrz, materiałów budowlanych, używanych środków chemicznych, ze spalania paliw, powstaje też podczas wielu zabiegów i czynności człowieka. Ciało człowieka emituje również pokaźną ilość cząstek pyłu i kropel wody, na ogół skolonizowanych przez mikroorganizmy, a ponadto dwutlenek węgla, parę wodną oraz wiele innych substancji chemicznych szkodliwych dla zdrowia w przypadku występowania ich podwyższonego stężenia na skutek braku wentylacji. Ilość i skład zanieczyszczeń powietrza zależy od rodzaju i wielkości emisji oraz sposobu propagacji i usuwania zanieczyszczeń.

Wśród zanieczyszczeń powietrza spotykanych w wentylowanych pomieszczeniach można wyróżnić:

– zanieczyszczenia pyłowe nieorganiczne (cząstki stałe spalin, lotne popioły, pyły przemysłowe i mineralne) i organiczne (martwe cząstki organiczne roślin i zwierząt, przede wszystkim owadów, pyłki roślin, fragmenty ścian komórkowych zawierające aktywne biologicznie makrocząsteczki pochodzenia bakteryjnego, w tym endotoksyny bakteryjne);

– żywe zanieczyszczenia biologiczne i mikrobiologiczne – grzyby, bakterie, wirusy, roztocza;

– zanieczyszczenia gazowe – związki organiczne lub nieorganiczne szkodliwe dla zdrowia lub identyfikowane przez człowieka jako przykre zapachy;

– zanieczyszczenia promieniotwórcze i zjonizowane;

– inne.

Wymienione zanieczyszczenia są często składnikami powszechnie występującego kurzu zawieszonego w powietrzu, przyczyniającego się do powstawania wielu chorób, w tym chorób układu oddechowego, skóry itd. Zawarte w kurzu substancje, np. mikotoksyny, endotoksyny, po długiej ekspozycji mogą mieć działanie toksyczne, alergizujące lub rakotwórcze. Prawidłowo działające systemy wentylacyjne powinny w znacznym stopniu ograniczać stężenie kurzu w pomieszczeniach.

Intensywność oraz inercja usuwania ww. zanieczyszczeń przez instalację wentylacyjną zależą m.in. od ilości doprowadzanego świeżego powietrza i sposobu jego rozdziału w pomieszczeniu. A zatem podstawową metodą poprawienia jakości powietrza w pomieszczeniu jest doprowadzenie czystego powietrza w celu rozcieńczenia i wyprowadzenia zanieczyszczeń.

Rys. 2. Wpływ temperatury na możliwość przeżycia i reprodukcji bakterii Legionella pneumophila oraz urządzenia i instalacje, w których mogą się rozwijać

Czynniki wpływające na stan higieniczny instalacji wentylacji i klimatyzacji oraz na czystość powietrza dostarczanego do pomieszczeń

Na stan higieniczny instalacji wentylacyjnej i jakość powietrza w wentylowanych pomieszczeniach znacząco wpływa jakość powietrza zewnętrznego. W celu pobierania możliwie najczystszego powietrza z otaczającego środowiska należy wybrać odpowiednią lokalizację wentylowanych obiektów i czerpni powietrza. W centrum miast, w sąsiedztwie ruchliwych dróg, kotłowni i innych budowli przemysłowych i komunalnych, utrzymanie instalacji gwarantujących najwyższe standardy czystości powietrza jest bardzo utrudnione lub wręcz niemożliwe, dlatego lokalizację pomieszczeń o podwyższonych standardach oraz lokalizację czerpni powietrza powinno się wybierać na etapie przygotowania koncepcji zagospodarowania terenu i struktury budynku.

W celu oczyszczenia powietrza doprowadzanego do pomieszczeń z zawartych w nim zanieczyszczeń instaluje się filtry. Ze względu na różnorodność występujących zanieczyszczeń w celu ich oddzielenia od powietrza stosuje się filtry o różnym stopniu skuteczności, często w układach kaskadowych. W zależności od wymaganego stopnia czystości powietrza znalazły zastosowanie układy filtrów:

– jednostopniowe, w których zastosowano wyłącznie tzw. filtry wstępne;

– dwustopniowe, w których zastosowano filtr wstępny i dokładny;

– trzystopniowe, wyposażone w filtr wstępny, dokładny i dodatkowo np. w filtry węglowe, filtry absolutne, filtropochłaniacze.

Instalacje wentylacji i klimatyzacji, a zwłaszcza zainstalowane w nich filtry w czasie eksploatacji ulegają stopniowemu zanieczyszczeniu.

Zanieczyszczenia w instalacjach wentylacyjnych składają się na ogół z warstw suchego pyłu, które stosunkowo łatwo można oczyścić przez szczotkowanie i odkurzanie. W obszarach zawilgoconych lub zatłuszczonych zanieczyszczenia tworzą trwałą, trudną do usunięcia strukturę, będącą siedliskiem wielu mikroorganizmów. Są to przede wszystkim mikroorganizmy środowiskowe, które zasiedlają elementy instalacji, w których panują sprzyjające warunki do kolonizacji. Skolonizowane obszary są źródłami emisji wtórnej mikroorganizmów, które kolonizują kolejne obszary instalacji oraz zanieczyszczają wentylowane pomieszczenia. Szczególnie podatne na kolonizację są: filtry, układy nawilżania, tłumiki i chłodnice. Przyczyną emisji zanieczyszczeń mogą być również przewody wentylacyjne.

Sprawne, okresowo wymieniane filtry są barierą dla mikroorganizmów. Stosowane w wentylacji pomieszczeń czystych filtry absolutne w radykalny sposób redukują stężenie zanieczyszczeń mikrobiologicznych (rys. 1).

Duże znaczenie dla zachowania dobrego stanu higienicznego instalacji mają również filtry o niższej klasie – filtry wstępne i dokładne. Liczne mikroorganizmy zawarte w dostarczanym do instalacji powietrzu zasiedlają większe od siebie cząsteczki zanieczyszczeń pyłowych, które są wychwytywane przez te filtry. Można więc stwierdzić, że o czystości powietrza dostarczanego do pomieszczeń decyduje stan wszystkich filtrów.

Podsumowując, trzeba powiedzieć, że zanieczyszczenie mikrobiologiczne powietrza może wystąpić na każdym etapie jego obróbki. Ryzyko to jest spotęgowane szczególnie przez nieprawidłowe działanie i zanieczyszczenia elementów instalacji klimatyzacji i wentylacji.

Poważne zagrożenie dla zdrowia stanowią niesprawne, a także nieprawidłowo eksploatowane układy nawilżające, które mogą w szybkim tempie spowodować zawilgocenie instalacji, co z kolei wpływa na przyspieszoną korozję, zagrzybienie oraz przyspieszony rozwój bakterii.

Jednym ze znanych powszechnie zagrożeń w instalacjach wentylacyjnych jest obecność w nich bakterii Legionella. Z uwagi na znaczne prawdopodobieństwo przeniesienia bakterii Legionella ze środowiska naturalnego lub z instalacji wodociągowych, np. zasilających układy nawilżania, należy zakładać możliwość pojawienia się tych bakterii we wszystkich instalacjach i urządzeniach, w których istnieją sprzyjające warunki do ich rozwoju. Przykłady takich urządzeń i instalacji wymieniono na rys. 2.

Ograniczenie ryzyka rozwoju bakterii Legionella wiąże się bezpośrednio z utrzymaniem dobrego stanu higienicznego instalacji wentylacyjnej. Ryzyko rozwoju bakterii Legionella jest szczególnie duże w przypadku chłodni wieżowych i wodnych układów nawilżania powietrza, mogących wywołać poważne zagrożenie dla zdrowia osób wdychających powstający w nich aerozol wodno-powietrzny. Z tego względu wymagania sanitarno-epidemiologiczne dotyczące dopuszczalnej koncentracji tej bakterii w wodzie używanej do nawilżania lub chłodzenia są bardziej rygorystyczne niż np. dla ciepłej wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi.

Planowanie działań zmierzających do poprawy stanu higienicznego instalacji

Jednym z koniecznych warunków zapewnienia wymaganej czystości powietrza doprowadzanego do pomieszczeń jest przeprowadzanie okresowego czyszczenia instalacji. Proces czyszczenia poprzedza się oceną wstępną stanu instalacji. Ważne jest, aby instalacja była wyposażona w drzwiczki rewizyjne.

Czyszczenie instalacji należy wykonywać w części nawiewnej, i wyciągowej.

Wśród najczęściej spotykanych wyróżnia się metody:

– mechaniczne polegające na ręcznym czyszczeniu szczotkami i ścierkami lub za pomocą elektrycznych lub pneumatycznych szczotek obrotowych;

– z użyciem sprężonego powietrza;

– z użyciem wody lub pary wodnej;

– z użyciem środków chemicznych, w tym również biocydów;

– z użyciem suchego lodu;

– wykorzystujące ultradźwięki;

– kombinowane.

Osoby biorące udział w czyszczeniu instalacji powinny być wyposażone w odpowiednie środki ochrony osobistej, zwłaszcza w przypadku czyszczenia instalacji wyciągowych ze stref potencjalnie skażonych.

Z uwagi na fakt, że filtry stają się często miejscem namnażania i wtórnej emisji zanieczyszczeń mikrobiologicznych, należy je okresowo wymieniać. Niesprawność lub brak filtrów powietrza, poza brakiem oczyszczania powietrza, powoduje w instalacji szybką akumulację zanieczyszczeń będących pożywką dla bakterii i grzybów.

Dla podtrzymania dobrego stanu higienicznego instalacji i wymaganej jakości powietrza konieczne jest zapewnienie właściwego przebiegu procesów obróbki cieplno-wilgotnościowej powietrza, co jest związane ze sprawnością wszystkich elementów instalacji oraz właściwym zarządzaniem i nadzorem procesu. Utrzymanie właściwego stanu higienicznego instalacji wymaga zatem prowadzenia okresowych przeglądów i zabiegów konserwacyjnych, a w przypadku bardziej złożonych instalacji wskazany jest ciągły nadzór, np. za pośrednictwem sieci komputerowej, i planowanie prac profilaktycznych.

Opracowując zakres przeglądów i konserwacji, należy przede wszystkim:

– zapoznać się z wymaganiami związanymi z występującymi procesami technologicznymi i parametrami pracy instalacji;

– zapoznać się z dokumentacją techniczną, aktualnym stanem prawnym i normatywami dotyczącymi eks­ploatowanych instalacji;

– zbudować bazę danych dotyczących: parametrów pracy instalacji, nastaw elementów regulacyjnych i zabezpieczeń, niezbędnych materiałów eksploatacyjnych, części zamiennych itp.;

– określić wymagane kwalifikacje i umiejętności personelu technicznego;

– ocenić stan techniczny i higieniczny instalacji;

– korzystając z wyników badań diagnostycznych, przeprowadzić analizę powstałych lub mogących powstać nieprawidłowości pracy instalacji;

– uwzględnić zużywanie się poszczególnych elementów i podzespołów;

– dążyć do minimalizowania kosztów energetycznych i kosztów obsługi.

Częstotliwość oraz zakres prac konserwacyjno-remontowych zależą od czasu użytkowania instalacji, zastosowanych rozwiązań technicznych, stanu technicznego instalacji, warunków eksploatacji, np. jakości powietrza zewnętrznego, jakości wody technologicznej. W tabeli przedstawiono przykładowy zakres i częstotliwość zabiegów konserwacyjno-remontowych instalacji klimatyzacji i wentylacji pomieszczeń o podwyższonym standardzie higienicznym.

Na częstotliwość prowadzenia przeglądów i zabiegów konserwacyjnych powinna również wpływać ocena stanu higienicznego dostarczanego do pomieszczeń powietrza oraz stanu instalacji. Ocenę stanu higienicznego instalacji klimatyzacji i wentylacji poza standardową oceną wizualizacyjną dokonuje się przez wykonanie odpowiednich badań, np.: czystości pyłowej, czystości mikrobiologicznej powierzchni instalacji, czystości powietrza w pomieszczeniach. W ocenie mogą być pomocne również pomiary stężenia związków chemicznych, np. lotnych związków organicznych. Niekiedy w ocenie korzysta się także z metody olfaktometrycznej.

Tab. Przykładowy zakres i częstotliwość zabiegów konserwacyjno-remontowych przeprowadzanych w instalacjach klimatyzacji i wentylacji

Podsumowanie

Eksploatacja instalacji klimatyzacji i wentylacji ma charakter interdyscyplinarny i wymaga dobrej znajomości wielu zagadnień z zakresu fizyki procesów obróbki powietrza oraz obsługi technicznej instalacji: elektrycznych, ciepłowniczych, parowych, chłodniczych, wodnych, instalacji automatyki obiektowej, transmisji danych, elektronicznych systemów nadzoru, systemów przeciwpożarowych, a także zagadnień higieniczno-sanitarnych.

Więcej informacji na temat oceny i utrzymania właściwego stanu higienicznego instalacji klimatyzacji i wentylacji można znaleźć w literaturze.

mgr inż. Andrzej Wolski

mgr inż. Krzysztof Kaiser

Literatura

1. K. Kaiser, A. Wolski, Klimatyzacja i wentylacja w szpitalach. Teoria i praktyka eksploatacji, Wyd. Masta, Gdańsk 2007.

2. A. Wolski, K. Kaiser, Legionella w instalacjach budynków, Wyd. Ośrodek Informacji „Technika instalacyjna w budownictwie”, Warszawa 2009.

3. K. Kaiser, A. Wolski, Hałas i zanieczyszczenia w wentylacji pomieszczeń, Wyd. Masta, Gdańsk 2011 (w przygotowaniu do druku).