IL PROGETTO DI AMPLIAMENTO DEL

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1 f di Gianluigi Abbiati, Aster Associate Termoimpianti POLICLINICO DI SAN DONATO SALE OPERATORIE E POMPE DI CALORE IL PROGETTO DI AMPLIAMENTO DEL POLICLINICO DI SAN DONATO MILANESE RAPPRESENTA UN INTERESSANTE CASO DI STUDIO DELLE SOLUZIONI IMPIANTISTICHE CHE POSSONO ESSERE ADOTTATE NEL SETTORE OSPEDALIERO, PER QUANTO RIGUARDA SIA L OTTENIMENTO DI ELEVATI LIVELLI DI STERILITÀ IN AREE CRITICHE COME I BLOCCHI OPERATORI SIA IL CONTENIMENTO DEI CONSUMI ENERGETICI. Continuiamo l analisi del progetto di ampliamento del Policlinico di San Donato Milanese (MI). Dopo aver illustrato in un precedente articolo (RCI, agosto 2006) gli interventi mirati alla prevenzione della legionella e l ottenimento di precise condizioni termoigrometriche, analizziamo le soluzioni relative alla distribuzione dell aria nelle sale operatorie, alla scelta di chiller in versione a pompa di calore e alla sistemazione della centrale termica dell edificio esistente. Sterilità nelle sale operatorie Ogni anno negli ospedali si registrano vittime e malattie invalidanti dovute a patologie contratte nelle sale operatorie. I fattori che influenzano i valori di contaminazione ambientale all interno di tali reparti possono essere diversi. Tra questi vanno annoverati il com- 62 RCI riscaldamentoclimatizzazioneidronica SETTEMBRE 06

2 I PRINCIPALI FORNITORI portamento degli operatori all interno del reparto, la presenza di apparecchiature o strumenti necessari per gli interventi, il passaggio dei materiali e degli operatori attraverso i passaggi puliti e sporchi ed, ultimo ma non meno importante, la diffusione dell aria. L aria è infatti uno degli agenti principali di contaminazione batterica e particellare, pertanto la sua corretta gestione è fondamentale per il mantenimento della sterilità nella zona del teatro operatorio ed in particolare della ferita chirurgica. Assumendo come riferimento la norma ISO (tabella 1), l obiettivo è quello di garantire in ambiente una concentrazione particellare conforme alla classe ISO 5 per le sale destinate alla chirurgia critica (tipo ortopedia) e alla classe ISO 7 per le sale di chirurgia generale. I fattori fondamentali che possono permettere il raggiungimento di tali obiettivi sono la pulizia dell aria attorno al paziente, la sua distribuzione il più possibile uniforme e distribuita in tutto il locale evitando la presenza di sacche non ventilate, uno studio adeguato della disposizione delle bocchette di mandata e di ripresa, ed una opportuna velocità dell aria nella zona dell intervento così da favorire l eliminazione dei batteri ivi presenti. Tutto è possibile grazie ad un impianto che permetta di ottenere una portata d aria esterna costante del tempo, un efficace filtrazione dell aria immessa, un rigoroso controllo di flussi dell aria, sia come direzione che come velocità, ed il controllo delle condizioni termo-igrometriche in ambiente. Risulta quindi fondamentale la gestione della direzione e della velocità dei flussi dell aria, partendo dagli ambienti più critici. Il flusso deve avvenire senza perturbazioni, guidato lungo la periferia, il che è possibile realizzando uno stantuffo continuo di aria decontaminata, impedendo mescolanze con quella contaminata. Si è passati così da una distribuzione anemostatica turbolenta ai sistemi di diffusione a flusso unidirezionale, possibili con le moderne tecnologie. Il rovescio della medaglia di questa tecnica consiste però sia in un aggravio dei costi energetici che in una riduzione della propria efficacia a causa delle limitazioni dovute alla conformazione del teatro operatorio. L affinamento della ricerca ha però portato ad un ottimizzazione dei metodi di distribuzione dell aria, proprio al fine di limitare questi difetti. Tra questi va annoverato quello che prevede la creazione di cortine concentriche di aria immessa con moti relativi aventi velocità gradualmente decrescenti dalla zona più interna a quella più periferica con aria teoricamente ferma (figura 1). Questo sistema, inizialmente conosciuto Plafone filtrante per sale operatorie Gruppi frigoriferi Unità di trattamento aria Diffusione aria Caldaie Scambiatori di calore a piastre Scambiatori di calore a fascio tubiero Elettropompe Gruppi di pressurizzazione Valvolame Materiale antincendio Sistema di controllo e regolazione Sagicofim Climaveneta / Trane Atisa Sagicofim Garioni Naval Swep Off.Varisco / Spirax Sarco KSB Grundfos Mival Bocciolone Siemens Fig. 1 Schema di principio di diffusione dell aria in sala operatoria con plafone a velocità differenziata. come procedimento Joubert, è stato poi oggetto di perfezionamenti tramite l introduzione di filtri assoluti (H14 secondo la norma EN 1822) con un sistema di tipo a plafone. La ripresa dell aria avviene in corrispondenza dei 4 angoli della sala, per 2/3 a livello pavimento e per 1/3 nella parte alta (figura 2). Il blocco operatorio Il progetto di contratto prevedeva, a servizio delle cinque sale operatorie, due unità di trattamento dell aria, una di riserva all altra, a tutt aria esterna collegate a cinque unità di post-trattamento, una per ogni ambiente ed ognuna con la propria sezione di umidificazione a vapore, per il controllo locale delle condizioni termi- SETTEMBRE 06 RCI riscaldamentoclimatizzazioneidronica 63

3 Classe ISO Numero massimo di particelle per m 3 0,1 0,2 0,3 0, Tab. 1 Concentrazione particellare secondo le classi della norma ISO Fig. 2 La ripresa dell aria avviene nei 4 angoli della sala operatoria. grometriche e della portata. La filtrazione dell aria di mandata prevedeva tre stadi: un filtro piano in classe EU3, un filtro a tasche in classe EU8 e uno in classe EU9, mentre in ambiente era previsto un sistema di distribuzione dell aria con diffusore ad effetto elicoidale quadrato costituito da pale radiali regolabili con dispositivo di controllo della perdita di carico e filtro assoluto 99,99% DOP. Complessivamente la portata d aria ammontava a m 3 /h necessari a dare i ricambi d aria richiesti dalle normative per questa tipologia di locali. Nel corso della realizzazione il Committente ha chiesto di modificare i relativi impianti aeraulici al fine di ottenere in almeno una delle sale operatorie un grado di purezza che rientrasse nei parametri della classe ISO 5. In una precedente realizzazione ospedaliera la nostra società aveva adottato diffusori a plafone di tipo filtrante a soffitto con flusso unidirezionale a velocità differenziata. Successivi test effettuati dal fornitore del prodotto hanno dimostrato che, usufruendo di ricambi d aria pari a 27/30 vol/h, un tale sistema è in grado di garantire un numero medio di particelle con diametro maggiore di 0,3 micrometri (su cinque punti di campionamento con una confidenza del 95%) sempre entro i limiti della classe ISO 5, e addirittura rientranti all interno della classe ISO 4 se la misurazione venisse effettuata nella zona del tavolo operatorio. Sottoposta ed approvata questa soluzione, si è passati alla fase di modifica dell ingegneria e della progettazione costruttiva (necessaria per passare alla successiva fase di installazione) consistente principalmente in: modifica delle caratteristiche della unità di trattamento d aria a servizio delle sale operatorie, dato che si è passati da una portata d aria di progetto di m 3 /h a m 3 /h per fornire, ove possibile e compatibilmente con le strutture civili ed architettoniche già costruite, un numero di ricambi necessario per garantire la classe di purezza richiesta; modifica della relativa centrale di climatizzazione a servizio di tali locali (già in precedenza modificata con l aggiunta di un gruppo frigorifero per la produzione di acqua glicolata a 2 C per i locali destinati a sale operatorie e terapie intensiva e sub-intensiva), a causa della modifica delle dimensioni delle macchine dovuta all aumento della portata d aria trattata, e parziale ridistribuzione delle macchine all interno della centrale; modifica dei tratti di canalizzazione sia in centrale che all interno dei locali delle sale operatorie a causa sia dell aumento di portata sia dell installazione del sistema di diffusione a plafone filtrante. La tabella 2 indica le caratteristiche di portata ed i ricambi orari per le 5 sale operatorie. area volume portata ricambi [m 3 ] [m 3 /h] [vol/h] Sala operatoria n Sala operatoria n ,5 Sala operatoria n Sala operatoria n Sala operatoria n Tab. 2 - Ricambi orari nelle cinque sale operatorie. 64 RCI riscaldamentoclimatizzazioneidronica SETTEMBRE 06

4 Fig. 4 Schema di massima della modifica dei gruppi frigoriferi come pompe di calore. Fig. 3 Plafone filtrante a velocità differenziata in AISI 316 per le sale operatorie in fase di realizzazione. Da un punto di vista prettamente costruttivo del diffusore, il Committente ha optato per una struttura in acciaio inossidabile AISI 316 (l eventuale opzione sarebbe stato l impiego di AISI 304). Un inevitabile disturbo ai flussi d aria era rappresentato dalla lampada scialitica pensata al centro del diffusore. Il consiglio del fornitore fu quello di spostarla il più possibile verso zone perimetrali. Questo però rischiava di scontrarsi con le esigenze degli utilizzatori. Si è così giunti ad una soluzione di compromesso, che non fosse invasiva per chirurghi ed operatori, consistente nel posizionamento della piastra della lampada in uno dei riquadri laterali prossimi a quello centrale. La figura 3 illustra la fase di realizzazione del plafone filtrante. Le pompe di calore Il progetto per gli impianti termofluidici fu pensato prevedendo lo sfruttamento della locale rete di teleriscaldamento per la produzione di acqua calda. Quella prodotta a 70 C serve la rete delle batterie di pre-raffreddamento, radiatori e acqua calda sanitaria, mentre quella a 45 C alimenta la rete dei fan-coils e dei postriscaldatori. Cinque gruppi frigoriferi (tre da kw e due da 800 kw) producono acqua refrigerata. Fare attenzione alle problematiche di carattere energetico è inevitabile nello studio degli impianti a servizio di un ospedale, soprattutto se si considerano le notevoli portate d aria in gioco nel sistema. In particolare il progettista aveva previsto soluzioni per l ottimizzazione del consumo energetico quali il recupero di calore sull aria espulsa, sistemi di free-cooling, con la possibilità di funzionamento delle macchine a portata variabile, il pre-riscaldamento dell acqua sanitaria, mentre gli stessi gruppi frigoriferi erano stati pensati con un recupero parziale di calore. Era inoltre previsto lo sfruttamento dell abbondante presenza di acqua di falda nel sottosuolo milanese sia per il raffreddamento dei condensatori delle macchine che, come già accennato, per effettuare eventualmente il pre-raffreddamento dell aria sfruttando le batterie di recupero delle unità di trattamento. Oltre a tutto, in fase realizzativa è stato proposto di sfruttare i gruppi frigoriferi presenti alla stregua di pompe di calore grazie all inversione del circuito idraulico esterno al fine di produrre acqua calda a 45 C, sfruttando l acqua di falda come sorgente. Questa viene prodotta in parallelo a quella fornita dal servizio di teleriscaldamento che continua comunque a rifornire le utenze a 70 C. Nella figura 4 è rappresentato lo schema funzionale della modifica così come pensata dal Progettista, i cui punti principali possono essere così individuati: modifica delle caratteristiche dei cinque gruppi frigoriferi: implementazione del software in grado di gestire il funzionamento come pompa di calore ed isolamento del condensatore; collegamento tra utenze a 45 C e condensatore dei gruppi frigoriferi (tramite l intervento di una valvola servocomandata onoff), al fine di addurre l acqua calda prodotta da questo ultimo; collegamento tra evaporatore dei gruppi frigoriferi e sorgente fredda, la quale può essere sia l acqua di pozzo (in circuito chiuso per mezzo di uno scambiatore a piastre) che la rete stessa di adduzione alle utenze di acqua refrigerata (per una migliore modulazione nei mesi intermedi nel caso vi siano delle macchine che vengono utilizzate in refrigerazione). 66 RCI riscaldamentoclimatizzazioneidronica SETTEMBRE 06

5 Fig. 5 Schema di massima della centrale termica dell edificio esistente. La centrale termica Nel corso della realizzazione degli impianti per l ampliamento è stato chiesto di provvedere, come attività extra-contrattuale, alla ristrutturazione della centrale termica dell edificio esistente. Si trattava di dismettere tre generatori a combustibile per passare all uso del teleriscaldamento. I dati forniti dal progettista indicavano una potenza di circa kw necessaria al riscaldamento invernale (senza tenere conto dei recuperi) e di 350 kw per la produzione di acqua calda sanitaria. Definito lo schema funzionale si trattava di passare all esecuzione della progettazione costruttiva. Due sono state le principali problematiche che si sono presentate: i ridotti spazi a disposizione ed il collegamento alle tubazioni esistenti dei circuiti secondari, mantenendo in funzione ed operante la struttura ospedaliera. Per risolvere il primo problema è stato necessario utilizzare un piccolo locale adiacente alla centrale esistente in cui viene consegnata l acqua surriscaldata (in un range compreso tra 125 e 105 C) della rete di teleriscaldamento a scambiatori a piastre (scelti di questa tipologia proprio per le ridotte dimensioni in lunghezza rispetto a quelli a fascio tubiero standard). Inoltre nello stesso locale sono contenuti gli scambiatori a servizio della rete idrico-sanitaria (messi in serie rispetto a quelli visti in precedenza) e le pompe di circolazione dell acqua del circuito secondario. Sempre qui, le reti del sanitario intercettano la relativa rete, mentre quelle di climatizzazione si diramano dentro la centrale esistente in cui vengono collegate al secondario dei quattro vecchi scambiatori presenti; si sono dovuti by-passare gli scambiatori, evitando di innestarsi sul primario degli stessi, in quanto questi erano realizzati prevedendo uno scambio di tipo vapore/acqua e non, come avviene ora, acqua/acqua. Nella fase di definitiva ristrutturazione, in questa centrale troverà posto una volta completamente smantellate le caldaie esistenti tutta la rete dedicata al vapore sper quanto concerne sia la produzione di quello pulito per l umidificazione, che la riserva in grado di fare funzionare l edificio esistente in caso di fuori uso della rete di teleriscaldamento. Nella figura 5 è rappresentato lo schema funzionale di massima della centrale. I principali step che hanno interessato l installatore prima di procedere all esecuzione costruttiva sono stati pertanto i seguenti: analisi dell impianto esistente da smantellare in una prima fase (centrale termica) e in una seconda fase (ristrutturazione di tutto l edificio con le relative reti); raccolta dei dati prestazionali richiesti e studio (con relativo dimensionamento di apparecchiature e reti) del possibile schema funzionale, e successiva pratica ISPESL; progettazione costruttiva effettuata tenendo conto dei vincoli civili ed architettonici, delle esigenze di manutenzione e di mantenimento della funzionalità della struttura ospedaliera. Lo stesso approccio verrà successivamente utilizzato nel momento in cui dovesse venir chiesto di procedere alla ristrutturazione delle centrali idrica, frigorifera o di condizionamento dello stesso edificio. Bibliografia G.Campi Flussi unidirezionali in sale operatorie. Un esperienza pratica Atti 45 Convegno Internazionale AICARR Ambiente indoor e tecnologie di utenza Milano, G.Abbiati, P.Cavallari Il contributo dell installatore: progettazione costruttiva e soluzioni di cantiere in una recente realizzazione ospedaliera Seminario AICARR Strutture sanitarie e IRCCS: la gestione del rischio biologico Pavia, 10 maggio RCI riscaldamentoclimatizzazioneidronica SETTEMBRE 06