OP-Lüftung quo vadis - : Vadea...OR ventilation quo vadis zum Inhalt Berlin, 8. Juni 2017 OR...

OR ventilation quo vadis

Prof. Arnold Brunner

Obermattstrasse 2

8330 Pfäffikon ZH

M + 41 79 431 82 81

arnold.brunner@gobru.ch

Berlin, 8. Juni 2017 OR ventilation quo vadis ¦ Prof. Arnold Brunner ¦ Gebäudetechnik- und Reinraumplanung ¦ CH-8330 Pfäffikon ZH, Schweiz ¦ +41 79 431 82 81

OP-Lüftung quo vadis

Schweizerische Richtlinie im Vergleich mit den Englischen,

Schwedischen und den Amerikanischen Normen sowie den

zukünftigen Europäischen CEN-Standards

zum Inhalt

Berlin, 8. Juni 2017 OR ventilation quo vadis ¦ Prof. Arnold Brunner ¦ Gebäudetechnik- und Reinraumplanung ¦ CH-8330 Pfäffikon ZH, Schweiz ¦ +41 79 431 82 81 4

Die grosse Frage

Wichtigste Punkte der Richtlinie SWKI VA105-01

Die informativen Anhänge

Forschung an der HSLU Hochschule Luzern T&A

The new concept - die Idee der „Grünen Glocke“

Eine internationale Sicht

Deutschland, England, Schweden, USA, EN 16244

EnEff-OP-Luft: Was beeinflusst den Energieverbrauch?

Warum braucht es eine Lüftung im

Krankenhaus?

Aus den genau gleichen Gründen wie wir auch in anderen

Gebäuden eine Raumlufttechnische Anlage installieren:

• Sauerstoff-Zufuhr

• Abführen von Lasten

• Behaglichkeit

• Reduktion des Energiekonsums

Was ist spezifisch bei der Lüftung im

Krankenhaus? (1)

• Anforderungen techn. Prozesse oder Produkte

• Personenschutz (z.B. chir. Rauch, Aerosole, Gase, aktive

Substanzen wie z.B. Pentamidin)

• Aufrechterhaltung eines physiologischen und behaglichen

Raumklimas für Patient und Personal

• Kompensation ungünstiger Gegebenheiten

(z.B. innen liegende Räume, nicht zu öffnende Fenster

wegen stark belasteter Aussenluft)

Was ist spezifisch bei der Lüftung im

Krankenhaus? (2)

Die wissenschaftliche Evidenz (Krankenhaus-Hygiene) des

Beitrags von RLT-Anlagen zur Vermeidung von im Spital

erworbenen Infektionen ist widersprüchlich. Übliche Hygiene-

massnahmen und Antibiotika-Prophylaxe sind wirksamer.

Prinzipiell kann die Raumlufttechnik aber einen Beitrag zur Ver-

meidung von nosokomialen Infektionen leisten, insbesondere

• in Operationssälen

• bei Patienten mit über die Luft übertragbaren Erkrankungen

(Tuberkulose, Masern, SARS, usw.)

• bei Patienten mit schwerer Suppression des Immunsystems.

Warum braucht es eine Lüftung im

Operationssaal?

Aus den genau gleichen Gründen wie wir auch in anderen

Gebäuden eine Raumlufttechnische Anlage installieren:

• weil OP-Räume in der Regel "gefangene" Räume sind

• weil das Personal regelmässig chirurgischem Rauch

ausgesetzt ist

• weil grosse Wärmelasten anfallen

• weil hier regelmässig durch geöffnete Haut (Schutzhülle)

der Eintrag von Keimen in den Körper stattfindet

(Ziel: Lüftung reduziert die Keimkonzentration in der Luft)

Swiss-Guideline SWKI VA105-01

Raumlufttechnische Anlagen in

medizinisch genutzten Räumen(Planung, Realisierung, Qualifizierung, Betrieb)

Was ist nun neu an der SWKI VA105

• Keine Einmischung in medizinische Belange

• Alle relevanten Belange sind im Team festzulegen und im

Projektpflichtenheft verbindlich festzuhalten

• Die Richtlinie beschreibt verschiedene Lüftungskonzepte

(als Angebot)

• Die Verifizierungsmethode wird pro Lüftungskonzept

beschrieben

• Es gibt zwei Lüftungskonzepte für Operationssäle

LK 1a: TAV Turbulenzarme Verdrängungsströmung

LK 1b: TML Turbulente Mischlüftung

SWKI VA105:2015 Was ist nun neu?

SWKI VA105-01 Tabelle 2

Lüftungskonzept LK1a

Anzustreben sind Luftdurchlassfelder von ca. 9 m2.

Ein TAV-Zuluftdurchlass als Differenzialflow ausgebildet be-

wirkt eine stabile Verdrängungsströmung durch eine gegenüber

dem Randgebiet im Kerngebiet erhöhte Zuluftgeschwindigkeit.

Die notwendige Kühlleistung kann über Kühlelemente abgeführt

werden, welche umluftseitig eingebaut sind. Dabei ist mit ge-

eigneten konzeptionellen oder technischen Vorkehrungen die

Bildung von Kondensat zu vermeiden (Trockenkühlung).

Verifizierung Lüftungskonzept 1a

Wenn im Pflichtenheft keine Soll- bzw. Grenzwerte vereinbart

sind, sollen unter den oben genannten Prüfbedingungen

folgende Minimal- bzw. Maximalwerte eingehalten werden:

- Sollwertbereich der Zulufttemperatur 21°C ± 3,0 K

- Abweichung lokaler Zulufttemperatur vom Mittelwert ± 1,0 K

- Relative Luftfeuchte 30% - 50% (bei 21°C)

- Beurteilungsschalldruckpegel Lr,H in Raummitte 1,0 m üfB

≤ 48 dB(A)

- mittlere Zuluftgeschwindigkeit ≥ 0,25 m/s (Anm.: Zuluftgeschwindigkeit im Kerngebiet ca. doppelt so schnell wie im Randgebiet)

Verifizierung Lüftungskonzept 1a

Schutzgradmessung

(Schutz vor innerem und äusserem Lasteintrag)

Die unter Anwendung dieser Richtlinie neu gebauten oder

rekonstruierten Operationsräume mit LK 1a müssen bei Nenn-

Luftvolumenstrom mindestens einen massgebenden Schutzgrad

erreichen von:

SG ≥ 4,0 ohne den Störeinfluss von OP-Leuchten bzw.

SG ≥ 2,0 mit Störeinfluss der OP-Leuchten.

Der verbindliche Wert ist im Pflichtenheft festzuhalten.

Lüftungskonzept LK1b

Als Zuluftelement können sowohl Einzelauslässe mit endständig

eingebauten H13-Filtern als auch eine kleine TAV-Decke ein-

gesetzt werden.

Zur Erlangung von bisher üblichen Luftschadstoff-Reduktions-

zeiten (Erholzeit 100:1) von ≤ 20 Minuten bei noch akzeptabler

Behaglichkeit im Raum ist von einem Zuluftvolumenstrom von

mind. 25 Luftwechseln auszugehen.

Es ist dabei zu beachten, dass auch im Operationsraum

Lüftungskonzept 1b ein Aussenluft-Volumenstrom von

min. 800 m3/h notwendig ist.

Verifizierung Lüftungskonzept 1b

In mischgelüfteten Operationsräumen mit Lüftungskonzept 1b

ist eine Prüfung der Erholzeit in Anlehnung an das in der ISO

14644-3 beschriebene Vorgehen durchzuführen.

Die Sonde des Partikelzählers wird sowohl im kritischen Bereich

(Eingriffsort) oder in Raummitte 1.0 m üfB als auch bei einem

Rückluftdurchlass angeordnet (untere Absaugung, Mitte Gitter).

In beiden Fällen ist eine Erholzeit (100:1) von ≤ 20 Minuten

erforderlich.

Anhänge (informativ)

A Heizungs- und kältetechnische Anlagen

B Anforderungen an RLT-Komponenten

C Betriebszustände von RLT-Anlagen

D Vergleich Misch- und Verdrängungs-Lüftung in

Operationsräumen

E Raumdaten

C Betriebszustände von RLT-Anlagen (informativ)

C1 Betrieb der RLT-Anlagen im Operationsraum bei

Brandalarm

C2 Betrieb der RLT-Anlagen im Operationsraum bei

Netzausfall

C3 Nachtbetrieb OP

In Räumen mit LK 1a ist eine Reduzierung des Volumen-

stromes in jedem Fall zulässig, ein Abschalten des

Umluftdeckenauslasses ist abhängig vom Aussenluft-

versorgungskonzept. Eine Strömungsumkehr in den

Rückluftkanälen und damit eine Abreinigung der Vorfilter

ist auszuschliessen.

D Vergleich Misch- und Verdrängungs-Lüftung

in Operationsräumen (informativ)

D1 Behaglichkeit und Kühllast

D2 Arbeitsschutz Personal

D3 Auswirkungen auf Layout

D4 Betriebssicherheit

D5 Projektbezogener Entscheid

Vor einer Konzeptwahl TAV oder TML sollten die untenstehen-

den vier Punkte inklusive der peripheren Fragen durch das

Planungsteam diskutiert und im Projektpflichtenheft festge-

halten werden:

• Zu erwartende Wärmeeinträge und dabei gewünschte

Behaglichkeitsgrenzen

• Berücksichtigung zukünftiger Nutzungskonzepte, insbeson-

dere sich ändernde chirurgische Disziplinen (Flexibilität) mit

ihren Wärmelasten und Emissionen

• Einhaltung der Arbeitssicherheit für das Operationsteam

gegenüber luftgetragenen Belastungen

• Beeinflussung des Logistikkonzepts sowie des Layouts der

OP-Abteilung (Bedarf von Vorräumen als Luftschleusen)

E Raumdaten (informativ)

Basis der Richtlinienarbeit:

Forschung der Hochschule Luzern

Wirksamkeits-Optimierung von

TAV-Lüftungen

Bisher: Gleichstromfeld Neu: „Differentialflow“

Merkmale: Im Kerngebiet vom Schutzbereich stabile Verdrängungswirkung

und die Randzone wird mit H13 gefilterter Luft versorgt.

Verbesserung von TAV-Lüftung unter

praxisrelevanten Bedingungen

Verbesserung von TAV-Lüftung unter

praxisrelevanten Bedingungen

Schutz vor Eintrag aus Flur:

Schleuse vor OP oder TAV-Lüftung?

Schleuse ….

beeinträchtigt Gestaltung

der OP-Abteilung

Frage:

Wie wirkt sich eine fehlende

Schleuse bei TAV-Lüftung

TAVTAV TMS

Schleuse

TAV: Turbulenzarme Verdrängungsströmung

TMS: Turbulente Mischströmung

keine besonderen Anforderungen

Sterilflur optional

Auswirkung periodischer

OP-Türöffnung im Schutzbereich

Erkenntnis:

Türöffnung hat nur am Rand der Schutzzone verschlechternden Einfluss

Luftschleuse bei OP ohne hohe Temperaturdifferenzen nicht erforderlich.

Versuchsanlage:

Messstellen:

M1 – M3: OP-Tisch

M1: Tür nahe Seite

OP-Untertemperatur

gegenüber Umge-

bung: 2,0 Kelvin

• Die Idee der «Grünen Glocke» umsetzen

• Aussenluft hydraulisch von der Umluft trennen

• Aussenluft-Einbringung als Bereitstellungskoje nutzen

• Overflow-Konzept konsequent umsetzen

• Trockenkühlung im OP sicherstellen

The new concept

Überströmkonzept ab Instrumenten-

Richtplatz anstreben

• Aussenluftanteil strömt über

• Umluft ausgelegt nach Schutzbereichsgrösse

• Rüst- und Vorhaltebereich nahe am OP

Merkmale:

Konzept-Beispiel

The principle of the “Green cap”

Material

Prepa-

ration

Operation

Outside-air

HEPA-Filter H13 HEPA-Filter H13

Hybeta GmbH: Thomas Benen 2014

Ziele:

Rüsten und Vor-

halten unter

LK1a-Verhältnissen,

OP-Raum entlasten

Beispiel

Überströmkonzept ab Instrumenten-

Richtplatz anstreben

Beispiel

Was haben die mit dem Wissen aus der Lidwell-Studie

gemacht:

Deutschland

England

Schweden

Amerika (US)

und was wird im Europäischen CEN-Standard

EN 16244 Ventilation for hospitals stehen?

36OR ventilation quo vadis ¦ Prof. Arnold Brunner ¦ Gebäudetechnik- und Reinraumplanung ¦ CH-8330 Pfäffikon ZH, Schweiz ¦ +41 79 431 82 81Berlin, 8. Juni 2017

Deutschland

England

Schweden

Amerika (US)

CEN-Standard

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30 Jahre später

OR ventilation quo vadis ¦ Prof. Arnold Brunner ¦ Gebäudetechnik- und Reinraumplanung ¦ CH-8330 Pfäffikon ZH, Schweiz ¦ +41 79 431 82 81Berlin, 8. Juni 2017 41

The answer

35 Jahre

später

Abb. 4: Dinge, die ergonomisch verbessert werden müssen. (Mehrfachnennung war möglich) n = 423

Deutschland

England

Sweden

Amerika (US)

CEN-Standard

England HTM 03-01A:2007-11 Specialised ventilation for healthcare premises

Part A: Design and validation

England HTM 03-01A:2007-11 Specialised ventilation for healthcare premises

Part A: Design and validation

Deutschland

England

Schweden

Amerika (US)

CEN-Standard

Schweden SIS-TS 39:2015-05 Microbiological cleanliness in the operating room

Example calculation:

Assumption: The operating room

contains six people wearing ordinary

scrub suits which give a source

strength of 5 cfu/s for each person.

The requirement is <10 cfu/m3.

Q = 6 × 5 = 3.0 m3/s

NOTE The relationship between air flow, air

change, concentration and recovery time is

described in Annex C.

Fig 1b. Air flow and source strength which can

give 10 cfu/m3

Quellstärke: 5 KBE/s Quellstärke : 1.5 KBE/s Quellstärke : 1.5 KBE/s ?

Microorganisms in the operating-room

Influence of surgical clothing

on the airborn germ level

The results

Diplomanden:

Markus Lang und Daniel Sigg

53Berlin, 8. Juni 2017 OR ventilation quo vadis ¦ Prof. Arnold Brunner ¦ Gebäudetechnik- und Reinraumplanung ¦ CH-8330 Pfäffikon ZH, Schweiz ¦ +41 79 431 82 81 53

0,25 0,25 0,75

0,25 0,50 2,00

13,5 14,8 17,5

(2’016 m3/h)

Deutschland

England

Schweden

Amerika (US)

CEN-Standard

USA ASHRAE standard 170Ventilation of Health Care Facilities 2008

USAGuidelinesforDesignandConstructionof Hospital and Health Care Facilities

Deutschland

England

Schweden

Amerika (US)

CEN-Standard EN 16244 Hospital Ventilation

EN 16244 (?)

EN 16244

CEN TC 156 WG 18 NWIP 16244-2

recommended

design parameter Ultra clean air Clean air

dilution

mixing

system

Microbiological test Air

Operational (in operation)

Critical zone < 10 Cfu/m3

Periphery area < 10 Cfu/m3

at rest room ≥0,5µm ISO 5

Recovery test 100:1 < 15 Min

at rest room ≥0,5µm ISO 7

protected

system

at rest Critical zone ISO 5

≥0,5µm Periphery area ISO 6

at rest Critical zone ISO 7

≥0,5µm Periphery area ISO 7

Recovery test 100:1 15 Min

EnEff-OP-Luft: Das neue HRI-ProjektPräsentiert in der HLH 05/2017 Seite 19

Trotz des hohen energetischen Aufwands von rund 30 MWh/a

pro OP allein zur Luftbeförderung und Luftkonditionierung sind

diese OP-Decken mit TAV nicht in der Lage, im Realbetrieb

bei Operationen die Schutzwirkung

am OP-Tisch sicherzustellen.

68Berlin, 8. Juni 2017 OR ventilation quo vadis ¦ Prof. Arnold Brunner ¦ Gebäudetechnik- und Reinraumplanung ¦ CH-8330 Pfäffikon ZH, Schweiz ¦ +41 79 431 82 81

Luftstr

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Trotz des hohen energetischen Aufwands von rund 30 MWh/a

pro OP allein zur Luftbeförderung und Luftkonditionierung sind

diese OP-Decken mit TAV nicht in der Lage, im Realbetrieb

bei Operationen die Schutzwirkung am OP-Tisch sicher-

zustellen.

Frage an das HRI: wie kommen die 30 MWh/a zusammen?

Ist der Aussenluftanteil von 1’200 m3/h in diesem Energie-

konsum eingerechnet?

Eine Reduktion der Luftmenge auf 1/3 scheint dabei möglich.

Bei einer Gesamtzahl von 4’800 OPs in Deutschland resultiert

daraus eine theoretische Energieeinsparung von 84 GWh/a

allein an elektrischer Energie für die Luftförderung.

Frage an das HRI: wie resultieren die 84 GWh/a?

Vielleicht so?

4’800 OPs * 30 MWh/a = 144 GWh/a * 2/3 ≈ 84 GWh/a

Ist wirklich bei allen 4’800 OP eine Reduktion auf 1/3, also von

11’000 m3/h auf 3’600 m3/h möglich?

Eine Reduktion der Luftmenge auf 1/3 scheint dabei möglich.

Bei einer Gesamtzahl von 4’800 OPs in Deutschland resultiert

daraus eine theoretische Energieeinsparung von 84 GWh/a

allein an elektrischer Energie für die Luftförderung.

Frage an das HRI: Ist mit 1/3 = 3’600 m3/h gemeint (11’000 / 3)?

Wie wollen Sie 5,0 oder sogar 7,0 kW Kühlleistung abführen?

Wie wollen Sie die Mitarbeitenden vor giftigem, chirurgischen

Rauch schützen?

Turbulente Mischlüftung und Behaglichkeit

PMV / PPD Messung (Predicted Mean Vote / Predicted Percentage Dissatisfied). Das PMV ist ein Index, der den Durchschnittswert der Klimabeurteilung

einer großen Personengruppe vorhersagt. Der PPD-Index stellt eine quantitative Vorhersage der Anzahl der mit einem bestimmten Umgebungsklima

unzufriedenen Personen dar. DR: Zugluftrisiko, bei Kat. A <10%, bei Kat. B <20%

EnEff-OP-Luft: Das neue HRI-Projekt Was beeinflusst den Energieverbrauch?

1. Aussenluft-VolumenstromHeizen – Kühlen – Befeuchten – Entfeuchten

DIN 1946-4 schreibt 1’200 m3/h vor ohne jede wissenschaftliche Begründung

mit 800 m3/h AUL und Overflow-Technik können grosse Teile der OP-Abteilung

mit AUL versorgt werden > 50% Reduktion (red. AUL: 30% OP, 20% NR)

2. Zuluft-VolumenstromSWKI VA105-01 empfiehlt ca. 9 m2 TAV-Auslassfläche und wm ≥ 25 cm/s

8’100 m3/h jedoch als Diffenzialflow (20-40-20)

> 25% Betriebskostenreduktion gegenüber 11’000 m3/h

3. Differenzdruck (am Ventilator)sehr stark konzeptabhängig ~ 600 Pa eigenständiges Gerät ausserhalb OP

~ 150 Pa Umluftdecke «In-Raum-Rezirkulation»

> 75% Betriebskostenreduktion gegenüber 600 Pa bei eigenständigem Gerät

4. Laufzeit der AnlageBei separater Aussenluftzuführung kann die UML-Einheit «präsenzabhängig»

betrieben werden

> 60% Betriebskostenreduktion bei der UML-Einheit

(gegenüber Dauerbetrieb)

Bei separater Aussenluftzuführung kann diese «präsenzabhängig» ein-/ausge-

schaltet oder reduziert werden

> 30% Betriebskostenreduktion AUL (gegenüber Dauerbetrieb)

5. Wirkungsgrad des VentilatorDer Einsatz bestmöglicher Ventilatoren wird bei jedem Konzept vorausgesetzt

EnEff-OP-Luft: Das neue HRI-Projekt Was beeinflusst den Energieverbrauch?

Fragen? Fragen!

Ich freue mich auf eine rege Diskussion

Fragen?

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