Контроль относительной влажности воздуха в больнице позволяет прежде всего защищать пациентов с ослабленным иммунитетом от попадания в их организм болезнетворных бактерий и вирусов, а также ускорять процесс их выздоровления. Но не менее важно, что уровень влажности влияет на самочувствие медицинского персонала и корректную работу оборудования, в том числе и специального, обеспечивающего жизнедеятельность человека. Так при нарушении рекомендованного оптимального диапазона влажности в 40-60% концентрация внимания медицинских работников значительно снижается, а аппаратура может выйти из строя, в результате чего могут погибнуть люди. Исходя из этого, можно сказать, что влажность воздуха в условиях больницы — это один из важнейших факторов обеспечения безопасности, пренебрегать которым опасно для жизни.
Чтобы избежать негативных последствий и создать оптимальный уровень влажности в больнице, устанавливаются системы увлажнения. Есть множество технологий, подходящих для увлажнения воздуха в больничных палатах, но независимо от выбора, системы всегда включают в себя следующие компоненты:
- увлажнитель изотермический (с использованием пара) или адиабатический (с использованием распыленной воды);
- систему распределения влаги. В больницах обычно используется внешний воздух, который очищается и подается в помещения через вентиляционные каналы. Именно поэтому системы распределения устанавливаются внутри воздуховодов после калориферов. Эти системы подключаются к увлажнителю и могут включать в себя коллекторы с малыми форсунками, распыляющими воду под давлением, или парораспределители, подающие пар прямо в воздуховоды;
- каплеуловитель. Он используется только с адиабатическим увлажнителем и расположен в воздуховоде в конце увлажняющей секции. Каплеуловитель задерживает избыточную влагу, которую воздух не в состоянии поглотить, и предотвращает стояние воды;
- систему очистки входящей воды. Это не всегда требуется, но для больниц такая система крайне рекомендуется.
В этой статье расскажем подробнее о каждом компоненте и его функциях, а также рассмотрим требования к системам увлажнения в больницах.
Компоненты системы увлажнения: изотермические увлажнители
Увлажнители воздуха, работающие по изотермическому принципу, осуществляют процесс кипячения воды до состояния пара для его последующего распределения по помещению. Энергетические затраты на превращение воды в пар составляют приблизительно 750 Вт на каждый литр испарившейся воды. Энергия подается напрямую от увлажнителя, подключенного к электрической сети, или от других источников питания, таких как сетевой или сжиженный газ. Данная система называется изотермической, так как в процессе увлажнения воздух не меняет свою температуру в значительной степени.
Существуют три основных вида изотермических увлажнителей:
- с погружными электродами;
- с нагревательными элементами;
- газовые.
Увлажнители с погружными электродами
Этот вариант является наиболее простым и обычно наиболее экономичным. Два электрода используют воду как резистивный элемент и нагревают ее до кипения. Основными ограничениями при использовании являются не очень высокая точность (она редко превышает ±5% относительной влажности) и диапазон регулирования производительности, который начинается только при определенном значении номинальной мощности.
Также стоит отметить, что, поскольку этот увлажнитель не использует очищенную воду (без солей и проводимости), техническое обслуживание и замена парового цилиндра должны проводиться чаще, если содержание солей в воде высокое.
Увлажнители с ТЭНами
Электрические элементы с резистивностью, погруженные в воду, нагревают ее до температуры кипения. Увлажнители с использованием ТЭНов обладают высокой точностью (±1% относительной влажности) и функционируют в полном номинальном диапазоне мощности, что обеспечивается регулировкой температуры элементов. Их можно использовать как с водой из водопровода, так и с очищенной водой.
Газовые увлажнители
Принцип работы этих увлажнителей схож с работой увлажнителей на ТЭНах. Газ (метан или сжиженный) сгорает внутри теплообменника, который погружен в воду. Производительность устройства регулируется подачей газа. Главное преимущество этого типа увлажнителей — более низкая стоимость энергии по сравнению с электричеством, что делает их более экономичными в местах, где стоимость газа ниже. Эти увлажнители могут работать как с водопроводной, так и с очищенной водой.
Увлажнители воздуха с изотермическим принципом работы просты в установке, обеспечивают гигиеничность пара и могут применяться как для увлажнения воздуха в помещении, так и для установки в вентиляционных системах. Они также подходят для производства небольшого количества пара. Основным же недостатком паровых технологий является их высокое энергопотребление и связанные с этим затраты, которые могут быть чрезмерно высокими при необходимости производства большого количества пара.
Компоненты системы увлажнения: увлажнители адиабатического типа
Увлажнители адиабатического типа осуществляют прямое испарение воды в атмосферу без дополнительного источника энергии. Тепловая энергия, необходимая для испарения, получается за счет охлаждения влажного воздуха.
Эти устройства обеспечивают большую область контакта между воздухом и водой, что ведет к естественному испарению. Одним из ключевых преимуществ является минимальное энергопотребление: энергия требуется только для превращения воды в мельчайшие капли с диаметром в несколько микрон.
В зимнее время для компенсации охлаждающего эффекта испарения, калориферу приходится дополнительно нагревать воздух, но общий уровень потребления энергии остается низким и является одним из самых эффективных среди различных доступных технологий. В летний период воздушное охлаждение может быть использовано для достижения экономии энергии, если необходимо одновременно охладить и увлажнить воздух.
Наиболее распространенными видами адиабатического увлажнения являются:
- атомайзеры высокого давления;
- ультразвуковые атомайзеры;
- сотовые увлажнители.
Атомайзеры высокого давления
Эти увлажнители оснащены насосом, способным подавать воду под давлением до 70 бар. Вода распыляется через систему распределения, оборудованную микроскопическими соплами, которые распыляют воду, а затем она абсорбируется воздушным потоком.
Эти устройства могут быть очень точными (±2%) и обладают высокой производительностью при низком энергопотреблении (<4 Вт на литр испарившейся воды). Вода в этой системе не циркулирует, что обеспечивает гигиеническую безопасность этого решения.
Ультразвуковые атомайзеры
Ультразвуковые увлажнители функционируют на основе принципа распыления воды через высокочастотные колебания, генерируемые специальным излучателем. Этот процесс схож с работой увлажнителей, использующих воду под давлением, но при этом размер водяных частиц получается меньше.
Топовые ультразвуковые увлажнители обеспечивают высокую степень точности (±1%) и эффективно функционируют в пределах всего диапазона номинальной производительности. Эти устройства отлично подходят как для прямого испарения в помещении, так и для распределения воздуха в вентиляционных системах благодаря высокому коэффициенту поглощения. Они эффективны как в малых, так и в средних установках.
Это продвинутый метод, который обычно требует более значительных начальных инвестиций по сравнению с другими более компактными увлажнителями. Однако благодаря высокой производительности, низкому энергопотреблению и минимальной необходимости в техническом обслуживании, вложения быстро окупаются, особенно при модернизации оборудования для замены паровых систем.
Сотовые увлажнители
Увлажнители этого типа основаны на сотовых материалах или гофрированных слоях, которые непрерывно насыщаются влагой. При прохождении через эти слои воздух впитывает в себя часть воды. Несмотря на возможные трудности, данная технология все еще широко используется, так как она проста в установке и представляет собой одно из наиболее бюджетных решений для больших объемов. Однако, она имеет недостатки, которые, хотя и приемлемы в других сферах, не подходят для больниц:
- низкая степень точности (обычно ±10%);
- из-за плохой эффективности поглощения приходится рециркулировать воду, чтобы не тратить ее. Это влечет за собой необходимость применения химических биоцидов для предотвращения образования бактериальных колоний;
- провоцирует существенное снижение давления, что увеличивает энергопотребление системы вентиляции, даже летом, когда увлажнение не требуется. Это ведет к большим дополнительным расходам, особенно с учетом высоких скоростей воздушного потока, применяемых в больничных вентиляционных системах.
С учетом последних двух пунктов, эксплуатационные расходы при использовании увлажнителей сотового типа выше, чем у других адиабатических систем, и в среднесрочной и долгосрочной перспективе они будут превышать более высокие начальные затраты, необходимые для использования ранее описанных технологий.
Компоненты системы увлажнения: распределитель пара/тумана
Распределительные системы пара, используемые в больничных условиях, обычно расположены в воздуховодах и включают в себя разнообразные перфорированные коллекторы, выбор которых зависит от того, подается ли в них вода или пар под давлением.
Их работоспособность определяется степенью абсорбции, то есть критически важным параметром, который определяет объем воды, реально абсорбируемый воздухом, в сравнении с общим объемом воздуха. Неабсорбированный туман или пар, который вновь конденсируется при контакте с поверхностями, является не только потерей воды и энергии, но и представляет потенциальную угрозу для гигиены воздуховодов.
Системы для подачи воды под давлением требуют изготовления из стали, устойчивой к коррозии, и должны быть приспособлены к размерам вентиляционных каналов. Форсунки, в свою очередь, должны быть маленькими, но многочисленными и равномерно распределенными, чтобы смочить большую часть секции без необходимости значительного увеличения увлажняющего блока.
Распределительные системы для пара обычно обладают высокой способностью к поглощению, однако они могут вызвать реконденсацию пара при контакте с холодными металлическими поверхностями распределителя. Для минимизации этого эффекта некоторые распределители пара оснащены вихреобразователями перед струей пара, которые направляют пар от центра струи к периферии. Дополнительно применяется теплоизоляция вентиляционных каналов или другие методы, предотвращающие чрезмерные температурные колебания на внешней поверхности вентиляционного канала.
Важным элементом системы распределения пара является каплеуловитель, который используется исключительно с адиабатическими увлажнителями. Он также должен быть изготовлен из коррозионно-устойчивой стали для применения в больничных условиях и разработан таким образом, чтобы панели можно было легко снять и очистить во время регулярного технического обслуживания.
Вентиляционный канал должен быть оснащен наклонным поддоном для сбора с дренажем, чтобы предотвратить стояние воды. К тому же, для обеспечения санитарной обработки вентиляционных систем могут использоваться рамы и панели, изготовленные таким образом, чтобы блокировать проникновение воды и обеспечивать тепловую и звуковую изоляцию вентиляционных каналов. Также возможна специальная антибактериальная обработка поверхности.
Компоненты системы увлажнения: система водоподготовки
Оборудование для водоочистки способствует повышению качества воды, что благоприятно сказывается на работе увлажнителей и, важнее всего, на качестве обрабатываемого воздуха. При этом в медицинских учреждениях для работы с адиабатическими или изотермическими увлажнителем необходимо использование водоочистительных систем.
Основными методами водоочистки являются обратный осмос и умягчение воды.
Умягчение воды
Умягчение воды – это процесс, который снижает временную жесткость воды, но не очищает ее: вместо этого он заменяет соли кальция и магния на натрий. Это помогает предотвратить образование накипи в изотермических увлажнителях, работающих на горячей воде, но не уменьшает количество солей. Количество растворенной соли, которое попадает в воздух, остается одинаковым независимо от того, используется ли умягченная вода или нет. Это влияет на качество воздуха, комфорт людей и эффективность работы увлажнителя.
К тому же, умягченная вода может вызвать образование пены и ускорить коррозию нагревательных элементов в изотермических увлажнителях. Единственный случай, когда умягчение воды приемлемо, – это при использовании увлажнителей с погружными электродами, которым для работы необходимы растворенные соли. Во всех остальных случаях рекомендуется деминерализация воды с помощью обратного осмоса.
Обратный осмос
Обратный осмос снижает проводимость воды, уменьшая количество растворенных солей. Этот метод не только предотвращает образование накипи внутри увлажнителей, но и полностью очищает воду. Обратный осмос позволяет увлажнителям работать в оптимальных условиях и улучшать качество воздуха для комфорта людей и корректной работы оборудования.
Некоторые полезные характеристики оборудования для обратного осмоса, на которые стоит обратить внимание: простота обслуживания, наличие системы обработки с УФ-лампами для уничтожения всех бактерий и высокий коэффициент фильтрации, который показывает, сколько «чистой» воды получается по сравнению с использованной водой.
Выбор увлажнителя: ключевые критерии
Наиболее эффективная система увлажнения для разнообразных зон больницы определяется на основе специфических характеристик каждого объекта, но есть несколько ключевых моментов, которые стоит учесть при выборе технологии.
Стандарты часто рекомендуют применение паровых увлажнителей воздуха в определенных больничных помещениях. В других ситуациях выбор может быть основан на необходимой мощности, доступном пространстве в воздуховоде, эксплуатационных затратах и инвестиционных расходах.
В общем, адиабатические увлажнители обладают очень низкими эксплуатационными расходами, более высокими инвестиционными расходами и требуют большого расстояния для поглощения влаги в воздуховодах. Распылители высокого давления обладают средними затратами на литр/час, что делает их более подходящими для применения в условиях высокой производительности по сравнению с ультразвуковыми распылителями. Некоторые модели могут увлажнять как приточный воздух напрямую (зимний сезон), так и возвратный воздух косвенно (летний сезон) с использованием одного насоса.
Изотермические увлажнители обладают меньшими инвестиционными расходами, но значительно более высокими эксплуатационными затратами, поэтому они лучше подходят для небольшой и средней производительности или когда это требуют стандарты. Газовые увлажнители рекомендованы для более масштабных систем, поскольку увлажнители с погружными электродами/нагревателями используют электроэнергию. Отличия между последними во многом зависят от выбранной модели, но можно утверждать, что увлажнители с нагревом воды более просты в обслуживании и более гибки в отношении подачи воды и модуляции. Однако они требуют более значительных первоначальных инвестиций.
Вне зависимости от выбора технологии, важно убедиться, что выбранное решение учитывает все вышеуказанные особенности, чтобы соответствовать требованиям гигиены и надежности, а также требованиям энергосбережения и подключения, которые являются обязательными в больничных условиях.
Требования к системам увлажнения
Все элементы системы увлажнения, включая увлажнители, должны соответствовать определенным критериям и быть адаптированы для работы в таких особых условиях, как больницы. Следующие характеристики являются наиболее важными:
- Гигиеничность
- Надежность
При выборе модели увлажнения следует также учитывать:
- Энергоэффективность
- Возможность интеграции с системами диспетчеризации
Гигиеничность
Система увлажнения должна быть разработана таким образом, чтобы предотвращать накопление и распространение в помещении бактерий и других вредоносных микроорганизмов.
Это особенно важно в больницах, где пациенты имеют ослабленный иммунитет и подвержены риску заражения новыми инфекциями. Например, необходимо предпринимать специальные меры предосторожности против бактерий легионеллы, которые обладают высокой смертностью.
По этой причине изотермические увлажнители традиционно чаще используются в больницах, поскольку в них вода кипятится при температуре 100°C для создания пара, обеспечивая асептические условия и, следовательно, гигиеничность.
Их применение иногда является обязательным по нормативным требованиям в некоторых помещениях больниц, например, в операционных, чтобы предотвратить распространение таких патогенов, как легионелла, из системы вентиляции или кондиционирования.
Деятельность бактерии легионеллы эффективно подавляется при температуре выше 70°C, приводя к их полному уничтожению с помощью изотермических увлажнителей [8]. Некоторые виды адиабатических увлажнителей, такие как увлажнители высокого давления и ультразвуковые, могут применяться в больничных условиях, если их конструкция обеспечивает гигиеническую безопасность. Так, увлажнители должны предотвращать стояние воды, отводя ее в канализацию во время простоя. Также необходимо регулярно проводить очистку, чтобы предотвратить создание условий для развития и роста бактериальных колоний.
Контроль качества воды для обеспечения работы увлажнителей крайне важен, поскольку остатки минеральных солей и микроорганизмов могут попасть в окружающую среду, если их не удалять. Поэтому рекомендуется использование воды, очищенной с помощью систем обратного осмоса. Этот метод очистки воды сегодня широко доступен и обеспечивает высокое качество фильтрации.
Дополнительным преимуществом является использование в конструкции увлажнителей материалов, устойчивых к коррозии, таких как нержавеющая сталь, которые предотвращают накопление грязи.
Для уничтожения бактерий, которые могли выжить после обработки обратным осмосом, можно использовать обработку ультрафиолетовыми лампами. В качестве альтернативы можно использовать химические биоциды, но они дороги и требуют специальных мер по удалению сточных вод, а также регулярного контроля бактериальной нагрузки. К тому же, при нарушениях в системе управления и распределения биоцидов увлажнители могут продолжать работать с загрязненной водой, что делает их небезопасными и неприемлемыми для использования в больницах.
Ограничительные датчики могут обеспечить дополнительную защиту. Эти устройства, установленные в воздуховодах или внутри помещений, отслеживают уровень влажности и, если он превышает заданный предел, они прекращают генерацию пара. Это предотвращает образование конденсата и накопление стоячей воды, которые могут создать серьезные гигиенические проблемы. Более современные модели этих датчиков поддерживают модулирующее чтение, что позволяет постепенно снижать эффективность увлажнителя при приближении к пороговому значению, избегая тем самым резких остановок, которые могут вызвать нежелательные эффекты.
Некоторые увлажнители предотвращают образование конденсата благодаря функции удаленного включения/выключения, которая прекращает выработку влаги, если вентиляционная система не функционирует. Важно также проверить, есть ли у устройства сертификаты от специализированных организаций, подтверждающие, что производитель предпринял действия для обеспечения гигиенической безопасности системы.
Надежность
Медицинские учреждения, в частности больницы, относятся к категории объектов, надежность которых не должна подвергаться сомнению даже при возникновении технических сбоев, недостаточной поддержки оборудования или сложных погодных условий. В зимний период всего один час работы системы вентиляции без увлажнения (при соотношении обмена воздуха равном единице) может вызвать снижение уровня влажности ниже критического показателя. В связи с этим, система увлажнения должна обладать высокой надежностью и минимальным временем простоя увлажнителя, обеспечивая таким образом непрерывность работы без перебоев.
Важно отдавать предпочтение системам, которые минимизируют время простоя для технического обслуживания. Обычно увлажнители, не требующие частого обслуживания, используют очищенную воду, так как в них меньше отложений известняка и, следовательно, не требуется частая очистка или периодическая замена. Этот фактор становится проблемой для некоторых технологий увлажнения, например, для технологий с погружными электродами, которые не могут использовать очищенную воду из-за чего могут требовать частого регулярного вмешательства для замены или очистки цилиндров.
Большая готовность к работе означает меньшее время простоя, когда устройство включено, но на самом деле не может справиться с влажностной нагрузкой. Для изотермических увлажнителей лучше выбирать решения, которые заранее нагревают воду в цилиндре и снижают частоту промывок воды для предотвращения образования налета известняка.
Наиболее рекомендуемы увлажнители с функциями ротации и резервирования. Ротация позволяет поочередно использовать увлажнители, чтобы поддерживать их все в рабочем состоянии и увеличивать промежутки между техническим обслуживанием. Резервирование обеспечивает непрерывное функционирование. В случае простоя устройства из-за технического обслуживания или неисправности, производство пара не прекращается, так как другие увлажнители компенсируют это.
Увлажнитель со всеми этими характеристиками (работающий на очищенной воде и с функциями ротации/резервирования) — идеальное решение для обеспечения надежности в условиях больницы: производство влаги не прерывается даже во время технического обслуживания.
Энергосбережение
Применение высокоэффективных систем, которые потребляют меньше энергии, приносит двойную пользу: сокращает операционные затраты и соответствует самым последним стандартам в области воздушного кондиционирования. Некоторые устройства и увлажнители, представленные на рынке, обладают уникальными функциями, которые компенсируют более высокие начальные вложения, обеспечивая значительную экономию на долгосрочной основе.
Обычно изотермические увлажнители по энергоэффективности уступают другим технологиям, так как им для функционирования требуется кипячение воды, которое потребляет около 750 Вт на каждый литр испаряющейся воды в час. Увлажнители, работающие на ТЭНах или погружных электродах, используют электроэнергию, что приводит к высоким затратам при большой производительности.
Газовые увлажнители используют одинаковое количество энергии, но их топливо стоит меньше, что делает их более конкурентоспособными для больших объемов, требуемых в больничных системах. В сравнении с ними, адиабатические увлажнители более эффективны с точки зрения потребления энергии, так как для их работы требуется минимальная мощность для насосов-распылителей высокого давления (< 4 Вт) и ультразвуковых преобразователей увлажнителя (< 80 Вт).
Несмотря на низкую мощность, необходимую для работы насосов низкого давления, сотовые увлажнители значительно увеличивают энергопотребление вентилятора из-за повышенного аэродинамического сопротивления самого увлажнителя.
Если вы хотите использовать охлаждающий эффект испарения в летний период, то адиабатические увлажнители — лучший выбор. Они обеспечивают наилучшие показатели в теплых и сухих помещениях, увлажняя и охлаждая воздух, при этом обеспечивая максимальную экономию энергии. Охлаждающий эффект составляет 0,7 кВт на каждый литр испарившейся воды при низком энергопотреблении.
Увлажнение и охлаждение воздуха перед его прохождением через рекуператор позволяет получить более прохладный воздух в летний период до его повторного использования в системах кондиционирования, что в свою очередь снижает потребление энергии (косвенное испарительное охлаждение).
Возможность подключения к системам диспетчеризации
Хотя функции связи не являются обязательными, их наличие считается желательным, поскольку они становятся все более востребованными в связи с увеличением потребности в управлении, мониторинге и сборе данных в сложных технических системах, например, в больницах.
По этой причине все чаще можно наблюдать HVAC системы, управляемые BMS (системой управления зданием), которая также контролирует систему увлажнения, обеспечивая централизованное управление несколькими объектами. В этом контексте важно, чтобы увлажнители поддерживали наиболее распространенные протоколы связи, такие как Modbus и BACnet.
Некоторые современные увлажнители оборудованы встроенным веб-сервером. Это система, которая предоставляет возможность управлять, мониторить и контролировать всю систему увлажнения в локальной сети прямо с компьютера или планшета. При подключении к соответствующей диспетчерской системе возможно удаленное управление, что упрощает мониторинг нескольких систем, установленных в медицинских учреждениях.
Заключение
К системам увлажнения воздуха в больницах предъявляются строгие требования, так как от их работы зависит здоровье и самочувствие людей, находящихся в помещениях медучреждения, а также корректное функционирование специального оборудования. Каждая система увлажнения, состоящая из увлажнителя, распределителя влаги и очистителя воды, должна быть гигиенична и надежна, чтобы не допустить распространение бактерий и вирусов, а также сбоя в работе из-за погодных условий или технических сбоев.