Metodi di prova dei filtri d aria

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1 Metodi di prova dei filtri d aria Classificazione dei filtri d aria La classifi cazione dei fi ltri d aria è oggi regolata da svariate norme, molto rigorose, che permettono di defi nire con precisione le caratteristiche del fi ltro in relazione alla propria classe di effi cienza ed impiego. La conoscenza di queste norme è necessaria per il progettista e l installatore al fi ne di poter proporre in modo consapevole il tipo di fi ltro che meglio risponde ai requisiti del progetto. Di seguito sono descritte le norme principali in uso con una serie di tabelle che riportano le classi di effi cienza dei fi ltri. Ricordiamo, prima di iniziare, che i fi ltri d aria contemplati dalle norme sono suddivisi in 3 categorie fondamentali: grossolani fini assoluti: Questi ultimi a loro volta sono suddivisi in due classi differenti: HEPA (High Effi ciency Particulate Air fi lters) ULPA (Ultra Low Penetration Air fi lters). I depolveratori industriali, e altri prodotti analoghi, non sono contemplati dalle norme riportate di seguito. Per essi sono state create delle opportune tabelle guida basate sull esperienza dell industria, riportate al termine di questa sezione. Norma EN Questa norma è la revisione della precedente EN 779. Essa è intesa a determinare l arrestanza dei fi ltri grossolani con polvere sintetica mediante metodo gravimetrico e l effi cienza dei fi ltri fi ni mediante metodo contaparticellare. La norma ha un doppio sistema di classifi - cazione che fa uso di lettere e numeri: G e F, rispettivamente, per i fi ltri grossolani e fi ni, seguiti da numeri da 1 a 9. (Vedi tab.1). Essa accoglie dalla precedente e superata Norma Eurovent 4/9 la suddivisione dei fi ltri in classi differenti da EU1 a EU9, secondo la rispettiva arrestanza ed effi cienza. Come si è detto, la prova comprende due metodi: uno di tipo gravimetrico, adatto per filtri grossolani, l altro di tipo frazionario per filtri con efficienze medio-alte. Il metodo di tipo gravimetrico fa uso di polvere sintetica standard mentre quello frazionario è svolto con il contaparticelle misurando la concentrazione del tracciante (DEHS) a monte e a valle del filtro, nella granulometria 0,4 µm dopo aver caricato il filtro con polvere sintetica (ASHRAE 52.2). Il primo risulta perciò più adatto, entro certi limiti, per rilevare le prestazioni di filtri destinati a trattare in prevalenza aria di ricircolo, di solito più ricca di filacce e fibre. Le prove permettono di stabilire l arrestanza dei filtri grossolani e l efficienza dei filtri medi e fini; in aggiunta, consentono di determinare l andamento delle perdite di carico a fi ltro pulito e in funzione dell accumulo di polveri. L arrestanza o l efficienza di separazione non rimane costante con il progressivo accumulo delle polveri sul filtro: può aumentare o diminuire o presentare un andamento misto secondo le sue caratteristiche. Nella tab. 2 è riportata l equivalenza tra le classi EN 779 e le classi indicate nella norma UNI Tab. 1 Classificazione dei filtri grossolani e fini secondo EN e EU 4/5 Tipo filtro EN 779 Arrestanza media con polvere sintetica Am% Grossolano Fine Efficienza media opacimetrica Em% Perdita di carico finale Pa G1 Am < EU 1 G2 65 < Am < EU 2 G3 80 < Am < EU 3 G4 90 < Am 250 EU 4 F5 40 < Em < EU 5 F6 60 < Em < EU 6 F7 80 < Em < EU 7 F8 90 < Em < EU 8 F9 95 < Em 450 EU 9 Am = Arrestanza media riferita al metodo Ponderale / Gravimetrico Em = Efficienza media riferita al metodo frazionario * Secondo la classificazione EUROVENT 4/5 che non specifica la perdita di carico finale Classe Eurovent 4/9* Tab. 2 Equivalenza tra EN e UNI Classe del filtro EN Grossolano Classe del filtro UNI G1 1 M G2 2 M G3 3 M G4 4 M Fine F5 5 A F6 6 A F7 7 A F8 8 A F9 9 A Efficienza di filtrazione 334

2 Metodi di prova dei filtri d aria Standard ANSI/ASHRAE 52.2P Questo standard determina l effi cienza frazionale di tutti i tipi di fi ltri e l arrestanza per i fi ltri grossolani. E presente, in appendice allo standard, una classifi cazione, che tuttavia non fa parte dello stesso ma può essere utilizzata a discrezione. Per i fi ltri grossolani la prova viene effettuata con polvere sintetica per determinarne l arrestanza e con aerosol per determinarne l effi cienza. Per i fi ltri medi e fi ni la prova viene effettuata unicamente mediante aerosol per stabilirne l effi cienza frazionale. Il campo di particelle generato dall aerosol è compreso tra 0,3 e 10 micron. Fino a 10 micron, che rappresenta il limite superiore, le particelle sono considerate respirabili. L aerosol per le prove dell effi cienza frazionale è costituito da cloruro di potassio (KCl), che produce particelle solide in modo da rendere possibile la misura dell effetto di rimbalzo, ossia il distacco delle particelle dal fi ltro e il successivo attraversamento. Si tratta di un fenomeno comune per i fi ltri grossolani e per le particelle di grande diametro. Il banco di prova dello standard ANSI / ASHRAE 52.2P è costituito essenzialmente da: un ventilatore, due serie di fi ltri situati a monte e a valle del fi ltro in prova, un generatore di aerosol, un sistema di campionamento dell aerosol con dispositivo di misura opacimetrico ed un ugello tarato. Durante la prova il fi ltro deve venire caricato con polvere sintetica composta da: 93,5% di SAEJ-726 Fine (equivalente alla polvere Arizona road) 6,5% di fi bre di cotone. Il nerofumo, utilizzato nello standard 52-76, è stato eliminato poiché esso è conduttore di elettricità nella prova dei fi ltri elettrostatici. I fi ltri a fi bre vengono caricati con la polvere sintetica fi no al raggiungimento della perdita di carico fi nale raccomandata, mentre i fi ltri elettrostatici vengono alimentati con un quantitativo di polvere prestabilito. Il criterio per la classifi cazione dei fi ltri è quello della minor effi cienza durante la prova. Per i fi ltri grossolani e quelli elettrostatici l effi cienza può diminuire nel corso della prova. Secondo i risultati, i fi ltri vengono suddivisi in quattro categorie: grossolani (MERV da 1 a 4) bassa effi cienza (MERV da 5 a 8) media effi cienza (MERV da 9 a 12) alta effi cienza (MERV da 13 a 16) Ciascun gruppo contiene 4 sottogruppi identifi cati da numeri, per un totale perciò di 16 differenti classi di fi ltri. Mentre i fi ltri grossolani sono provati solo con polvere sintetica secondo il precedente standard 52.1, i fi ltri a bassa, media e alta effi cienza sono provati in un campo di particelle da 0,30 a 10 micron suddiviso in tre fasce di diametri: 0,30-1,14 micron 1,14-3,46 micron 3,46-10,0 micron. La tab. 3 rappresenta la classifi cazione dei fi ltri contenuta nell appendice dello standard 52.2P. La perdita di carico fi nale dei fi ltri è il doppio di quella iniziale o almeno pari al valore riportato in tabella. Le caratteristiche del fi ltro vengono espresse per mezzo di un apposito indicatore. Esempio: M 10 / 93 / 0,94 signifi ca che il fi ltro appartiene alla classe M 10 ed ha un effi cienza di fi ltrazione del 93% (per particella tra 3,46 e 10,0 µm) a 0,94 m 3 /s. Tab. 3 Classificazione dei filtri secondo lo Standard ANSI/ASHRAE 52.2 P Categoria Classe Minima efficienza % nel campo di diametri di particelle, micron Arrestanza std % µm 0,30-1,14 µm 1,14-3,46 µm 3,46-10,0 Perdita di carico finale Pa EN 779 : 2009 Grossolani Bassa efficienza Media efficienza Alta efficienza MERV Emin. < 20 Aavg < G1 MERV Emin. < < Aavg < G2 MERV Emin. < < Aavg < G3 MERV Emin. < < Aavg 150 G4 MERV < Emin. < MERV < Emin. < MERV < Emin. < MERV < Emin. < MERV 9 - Emin. < < Emin F5 MERV < Emin. < < Emin F5 MERV < Emin. < < Emin F6 MERV < Emin. < < Emin F6 MERV 13 Emin. < < Emin. 90 < Emin F7 MERV < Emin. < < Emin. 90 < Emin F8 MERV < Emin. < < Emin. 90 < Emin F9 MERV < Emin. 90 < Emin. 90 < Emin F9 335

3 Metodi di prova dei filtri d aria Norma EN La norma più aggiornata che si occupa dei fi ltri d aria ad alta ed altissima effi cienza è la EN , dal titolo Filtri aria a particelle ad alta ed altissima effi cienza (HEPA e ULPA). La norma è suddivisa in cinque paragrafi ognuno dei quali analizza una parte della problematica, ne traccia i confi ni e stabilisce le regole. Verifi cato che ogni medium fi ltrante presenta un punto: di massima penetrazione (o minor effi cienza) in rapporto ad una determinata dimensione di particelle variabile in funzione: - della velocità di attraversamento del fl usso - della densità del medium - del diametro delle fi bre costituenti il medium stesso, è stato stabilito di certifi care ogni fi ltro su questo punto critico più penetrante MPPS (Most Penetrating Particle Size). La norma suddivide inoltre i fi ltri HEPA (High Effi ciency Particulate Air Filters) e ULPA (Ultra Low Penetration Air Filters) classifi cando i primi da E10 ad H14 ed i secondi da U15 ad U17 incluse (vedi tab. 4), individuando in modo specifi co, l attività per la realizzazione dei sistemi di controllo, della verifi ca del materiale fi ltrante, del fi ltro quale prodotto fi nito etc. In sintesi il test consiste in un duplice controllo: il primo, effettuato sul medium, ricerca la dimensione più penetrante delle particelle generate (MPPS) accertando che la velocità di attraversamento sia uguale a quella cui verrà sottoposto il prodotto in fase operativa. Il secondo controllo è effettuato sul prodotto fi nito individuando l effi cienza globale MPPS. Per fi ltri con effi cienza globale superiore al 99,95% è stabilito un ulteriore controllo puntuale, su tutta la superfi cie fi ltrante, per la ricerca di eventuali perdite (microfori), il cui valore di penetrazione locale non dovrà eccedere 5 volte (classi H13 - U16) e 20 volte (classe U17) quello globale. Tab. 4 Classificazione dei filtri ad alta e altissima efficienza secondo EN Classe EN 1822 Efficienza globale MPPS % Efficienza puntuale Perdite localizzate % Metodi di prova a cui devono essere sottoposti i singoli elementi filtranti HEPA (H) ULPA (U) E prova di tipo (EN /EN 1822/5) E prova di tipo (EN /EN 1822/5) E12 99,5 - prova di tipo (EN /EN 1822/5) H13 99,95 99,75 MPPS scan method / oil thread method H14 99,995 99,975 MPPS scan method / oil thread method U15 99, ,9975 MPPS scan method (EN ) U16 99, ,99975 MPPS scan method (EN ) U17 99, ,9999 MPPS scan method (EN ) 336

4 Applicazione dei filtri d aria Per una corretta applicazione dei fi ltri d aria è necessario conoscere il carico di polveri e gli inquinanti, con le rispettive concentrazioni, presenti nell aria esterna e nell aria ambiente. Ad esempio, nella tab. 5 sono riportate le concentrazioni medie e le dimensioni tipiche delle particelle di polveri contenute nell aria esterna, secondo le zone e le condizioni meteorologiche. Esistono speciali procedure di calcolo per effettuare una scelta rigorosa soprattutto per impieghi industriali. Nelle applicazioni civili, con maggiore semplicità, pur con un buon margine di sicurezza, ci si può riferire alla tab. 6, contenuta nella norma UNI L uso di questa tabella consente di scegliere con tranquillità i fi ltri d aria più idonei per la maggior parte delle applicazioni di benessere nel settore civile. Tab. 5 Concentrazione di polvere nell aria esterna in diverse località Località Concentrazione media mg/m 3 Zone rurali Tab. 6 Classi di filtri ed efficienza di filtrazione per varie categorie di edifici (Norma UNI 10339) Classificazione degli edifici per categorie Classe dei filtri Efficienza di filtrazione minima massima Edifici adibiti a residenza e assimilabili Edifici per uffici e assimilabili Ospedali, cliniche. case di cura e assimilabili Edifici adibiti ad attività ricreative, associative di culto Edifici commerciali e assimilabili Edifici adibiti ad attività sportive Dimenione particellare più frequente micron tempo umido 0,01 0,8 4 tempo asciutto 0,15 2,0 25 aree residenziali 0,4 7,0 60 Zone urbane aree industriali 0,75 20,0 100 Distretti industriali e autostrade ad alto scorrimento 3 e oltre Dimenione massima delle particelle micron - Abitazioni civili 4 7 M*, M + A - Collegi, luoghi di ricovero, case di pena, caserme, conventi 4 7 M*, M + A - Alberghi, pensioni 5 7 M + A - Uffici in genere 5 7 M + A - Locali riunione 5 7 M + A - Centri elaborazione dati 6 9 M + A - Degenze (2-3 letti) 6 8 M + A - Corsie 6 8 M + A - Camere sterili e infettivi M + A + AS - Maternità, anestesia, radiazioni M + A + AS - Prematuri, sale operatorie M + A + AS - Visita medica 6 8 M + A - Soggiorni, terapie fisiche 6 8 M + A - Cinematografi, teatri, sale congressi 5 6 M + A - Musei, biblioteche 7 9 M + A - Luoghi di culto 4 6 M*, M + A - Bar, ristoranti, sale da ballo bar in genere 3 5 M*, M + A sale pranzo ristoranti 5 6 M + A sale da ballo 3 5 M*, M + A cucine 2 4 M - Grandi magazzini 4 6 M*, M + A - Negozi in genere 4 6 M*, M + A - Negozi particolari alimentari 5 6 M + A fotografi 5 6 M + A farmacie 5 6 M + A - Zona pubblico banche 4 6 M*, M + A - Quartieri fieristici 2 3 M - Piscine, saune e assimilabili 4 6 M*, M + A - Palestre e assimilabili 2 4 M - Scuole materne ed elementari 7 9 M + A Edifici adibiti ad - Aule in genere 5 6 M + A attività scolastiche - Altri locali aule musica e lingue 6 7 M + A laboratori 6 7 M + A Da UNI 10339* = Da adottare per efficienza sino a 4 337

5 Applicazione dei filtri d aria Norma EN Riguardo alla scelta della classe più idonea ed all uso dei fi ltri d aria per ambienti non residenziali, è possibile fare riferimento a quanto riportato nell appendice della norma EN 13779, di seguito sintetizzata. Il tipo e la classe di fi ltrazione necessari per una certa applicazione dipendono sostanzialmente dalla qualità dell aria esterna (tab. 7) 1 e dalla qualità dell aria interna richiesta (tab. 8); a tal fi ne, nell appendice A.3 della stessa norma sono riportate le indicazioni di tab. 9 (riferite ad ambienti non residenziali). Nel seguito sono presentati i principali commenti riportati nell appendice A.3 della norma EN Per le zone climatiche caratterizzate dal livello ODA 5 di qualità dell aria esterna, sono raccomandati fi ltri per contaminanti gassosi (fi ltri a carbone), consigliabili però anche nel caso delle categorie ODA 4 e ODA 3. I fi ltri per inquinanti gassosi vanno generalmente combinati con fi ltri F8 o F9 da installare a valle. Sempre per le zone di livello ODA 5 (zone altamente industrializzate, o vicine ad aeroporti, ecc.) in alcune applicazioni può essere necessaria la fi ltrazione elettrostatica; se però l aria esterna è solo temporaneamente inquinata, si consiglia di prevedere un bypass per questi fi ltri ed un monitoraggio continuo della qualità dell aria esterna. All ingresso delle unità di trattamento o di ventilazione è spesso inserito un pre-fi ltro per ridurre la concentrazione di polvere contenuta nell aria esterna, per mantenere pulite le apparecchiature a valle e per aumentare il periodo temporale previsto per la sostituzione del secondo fi ltro. Ovviamente, però, la soluzione con due stadi di fi ltrazione comporta un aumento dei costi d impianto e di quelli di esercizio relativi alla sezione di fi ltrazione. Per ragioni igieniche, l aria in ingresso dovrebbe essere fi ltrata in due stadi, almeno nei casi in cui la qualità dell aria interna richiesta è corrispondente a IDA 1 e IDA 2. Il fi ltro (pre-fi ltro) del primo stadio dovrebbe essere almeno di classe F 5, ma meglio se di classe F 7, mentre quello del secondo almeno di classe F 7, ma meglio se F 9. Se è presente un solo stadio di fi ltrazione, andrebbe prevista almeno la classe F 7. Per quanto riguarda la fi ltrazione della sola aria di ricircolo, quando prevista, dovrebbe essere usata almeno la classe F5; se possibile, si dovrebbe considerare la stessa classe di fi ltrazione del fi ltro che si trova nel fl usso principale. Anche a protezione degli impianti di estrazione dell aria è necessario un fi ltro, almeno di classe F5. L aria estratta da cucine deve essere sempre pulita in un primo stadio con un fi ltro speciale per grasso, che possa essere pulito e cambiato facilmente. Anche i sistemi di recupero di calore dovrebbero essere sempre protetti con un fi ltro di almeno classe F5; i recuperatori di calore rotativi dovrebbero essere equipaggiati con sezioni di fi ltrazione. 1 ODA sta per OutDoor Air (aria esterna), IDA per InDoor Air (aria interna). Tab. 7 Classificazione del livello di qualità dell aria esterna secondo EN (per ambienti non residenziali) Categorie Descrizione ODA 1 Aria esterna pura, che può essere solo temporaneamente polverosa (ad esempio, presenza di pollini) ODA 2 Ara esterna con elevata concentrazione di polveri ODA 3 Aria esterna con elevata concentrazione di contaminanti gassosi (CO, CO2, SO2, ossidi di azoto, composti organici volatili VOC) ODA 4 Aria esterna con elevate concentrazioni di polveri e contaminanti gassosi Tab. 8 Classificazione del livello di qualità dell aria interna secondo EN (per ambienti non residenziali) Categorie IDA 1 IDA 2 IDA 3 IDA 4 Descrizione Alta qualità dell aria interna Media qualità dell aria interna Moderata qualità dell aria interna Bassa qualità dell aria interna ODA 5 Aria esterna con concentrazioni molto alte di contaminanti gassosi o di polveri Tab. 9 Classi di filtri raccomandate per la sezione di filtrazione secondo EN (per ambienti non residenziali) Qualità dell aria esterna Qualità dell aria interna richiesta IDA 1 (alta) IDA 2 (media) IDA 3 (moderata) IDA 4 (bassa) ODA 1 F9 F8 F7 F6 ODA 2 F7 / F9 F6 / F8 F6 / F7 G4 / F6 ODA 3 F9 F8 F7 F6 ODA 4 F7 / F9 F6 / F8 F6 / F7 G4 / F6 ODA 5 F6 / GF (*) F9 F6 / GF (*) F9 F6 / F7 G4 / F6 (*) GF sta per Gas Filter, quindi filtro per contaminanti gassosi (filtro a carbone) e/o filtro chimico. 338

6 Il metodo LCC La scelta della tipologia ottimale di sistema di fi ltrazione deve essere effettuata considerando non soltanto il costo iniziale ma anche, e soprattutto, sulla base del costo del ciclo di vita (Life Cycle Cost abbreviato in LCC) delle diverse soluzioni. Il valore di LCC rappresenta la stima del costo totale per l acquisto, l installazione e la manutenzione di un apparecchiatura o di un sistema per il previsto periodo di utilizzo. Nella valutazione LCC viene inoltre considerato il costo ambientale per l approvvigionamento e lo smaltimento fi nale delle materie prime (unità di peso ambientale). L approccio basato sulla valutazione dell LCC fornisce un metodo per effettuare un confronto della convenienza complessiva di diverse soluzioni non solo dal punto di vista economico ma anche per quanto riguarda gli aspetti energetici, gestionali e ambientali. In linea generale il costo di investimento risulta pari soltanto al 20% del costo totale dell intero ciclo di vita di un sistema di climatizzazione o di ventilazione mentre il costo relativo al consumo di energia elettrica può raggiungere anche il 70% dell LCC. Nel caso dei sistemi di fi ltrazione il metodo LCC permette di calcolare il costo di gestione non solamente in base al costo del materiale di ricambio ma tenendo conto anche di altri fattori come la capacità di accumulo e le perdite di carico. La scelta della tipologia di fi ltro da adottare si basa infatti sulla valutazione dei seguenti aspetti fondamentali: il livello richiesto di qualità dell aria interna e quindi di effi cienza del fi ltro; la durata prevista dell apparecchiatura di fi ltrazione; le proprietà (perdita di carico, capacità di raccolta delle polveri, ecc.) delle varie tipologie di fi ltri. Sulla base di queste informazioni vengono elaborate le formule di calcolo del costo del ciclo di vita. I componenti principali della formula per il calcolo dell LCC sono quelli relativi al costo del materiale, al consumo di energia e allo smaltimento. I costi di investimento e di manutenzione relativi al materiale impiegato comprendono non solo i costi d acquisto iniziale, ma anche quelli relativi a trasporto, stoccaggio e, soprattutto, al ricambio. Per quanto riguarda i costi di ricambio, un elemento fondamentale è costituito dalla durata prevista del fi ltro. All aumentare della vita del fi ltro corrisponde una diminuzione del suo costo operativo per ora di funzionamento. Per contro, dato che aumenta la perdita di carico del fi ltro, si verifi ca un aumento del consumo energetico e quindi del costo dell energia. E quindi possibile determinare il valore minimo del costo complessivo scegliendo la perdita di carico del fi ltro in corrispondenza della quale risulta conveniente sostituire il fi ltro. Ad esempio, nella scelta dei fi ltri a celle sono disponibili tre diverse opzioni di capacità di accumulo: bassa, media o alta. Un fi ltro con maggiore capacità di accumulo può essere sostituito solitamente 3 volte all anno invece di 4, ottenendo quindi un costo complessivo inferiore per il consumo di materiale e per lo smaltimento. Analogamente nella scelta dei fi ltri a tasche è possibile adottare modelli a tasche rigide ad alta effi cienza che presentano un valore della perdita di carico inferiore rispetto a quella dei fi ltri a tasche fl osce. Ciò consente di contenere i consumi energetici dei ventilatori delle unità di trattamento e di allungare la vita operativa del fi ltro, riducendo i costi di manodopera e smaltimento. 339

7 Classificazione degli ambienti a contaminazione controllata Norma Federal Standard 209 E Questa norma è stata il più importante standard di riferimento, a livello internazionale, per la classifi cazione delle clean rooms o ambienti a contaminazione controllata. Emessa negli Stati Uniti per la prima volta nel 1963 è stata più volte revisionata fi no all emissione della Fed. Std. 209 E (1992) attualmente in vigore. L ultima versione della classifi cazione è basata sul S.I. (Sistema Internazionale), che presuppone il sistema metrico di misura; può in alternativa, essere usato il sistema di misura anglosassone. Le classi di pulizia dell aria sono tredici, come riportate in tab.10, e sono date come potenza di 10 dalla classe 1 alla classe Per un calcolo relativo alle classi intermedie può essere utilizzata, con buona approssimazione, la seguente formula: Particelle / m 3 = 10 M (0,5/d)2.2 ove: M = classe in considerazione d = grandezza della particella in µm Sebbene la classifi cazione sia basata sulla verifi ca del numero di particelle da 0,5 µm è comunque possibile subordinare la classe anche alla verifi ca di altre dimensioni di particelle e cioè: Classe M3 (0,5 µm) classe di pulizia con non più di particelle da 0,5 µm per m 3 Classe M2 (0,3 e 0,5 µm) classe di pulizia con non più di 309 particelle da 0,3 µm e non più di 100 particelle da 0,5 µm per m 3. Una implementazione nell espressione della classe può essere data dall introduzione dell indicatore U (U indicator) segnalato nelle Fed. Std. 209 E. Questo indicatore rappresenta il numero di particelle ultrafi ni, da 0,02 a 0,1 µm, presenti in un m 3 di aria. Pertanto è possibile indicare la classe richiesta come: U (20) classe di pulizia con non più di 20 particelle ultrafi ni per m 3. M 1,5 (0,3 µm) e U (2.000) classe di pulizia con non più di 106 particelle/m 3 0,3 µm e non più di particelle ultrafi ni per m 3. La norma specifi ca inoltre le condizioni alle quali possono essere effettuati i collaudi: as built: Clean rooms o clean zones pronte ad entrare in funzione con tutti i servizi connessi, ma priva di equipaggiamenti di produzione e di personale. at rest: Clean rooms o clean zones complete con relative macchine di processo, ma senza personale. operational: Clean rooms o clean zones in normale attività lavorativa con personale e macchine di processo in funzione. La stessa precisa anche le caratteristiche del fl usso, distinguendo tra fl usso unidirezionale (invece di laminare) e fl usso non unidirezionale (invece di turbolento). Prescrive le condizioni per effettuare le misure di particelle e gli strumenti da impiegare. La Norma è stata sostituita dalla ISO ISO (International Organization for Standardization) Nel 1996 la ISO ha emesso una normativa, atta anch essa a fornire i limiti di accettabilità per particolato aerodisperso in camere e zone pulite (ISO ). I numeri di riferimento al particolato nella classifi cazione ISO sono simili alla tabella delle FS 209 E (vedi tab. 11), l unica variante degna di nota è l introduzione di un nuovo campo riferito al particolato di 1µm, rendendo così più completa la classifi cazione degli ambienti puliti. Differenze interessanti tra le due normative sono a livello di verifi ca e monitoraggio: infatti, in rapporto alla grandezza del locale o zona a contaminazione controllata i punti di verifi ca sono maggiori o minori in funzione della normativa adottata. Ulteriori differenze concettuali contraddistinguono le due norme; è dunque indispensabile individuare già in fase progettuale, i parametri e le normative di riferimento per un corretto controllo dei risultati ottenuti. Tab. 10 Concentrazione massima delle particelle per classi di purezza secondo Federal Standard 209 E Classe 209 E Numero max di particelle per m 3 S.I. Inglese 0,1 µm 0,2 µm 0,3 µm 0,5 µm 5,0 µm M ,7 30,9 10,0 - - M ,3 - - M M M M M M M M M M M Tab. 11 Classificazione secondo ISO Classif. ISO Numero max di particelle per m 3 di aria di dimensione uguali o maggiori di quelle indicate 0,1 µm 0,2 µm 0,3 µm 0,5 µm 1 µm 5,0 µm ISO Class ISO Class ISO Class ISO Class ISO Class ISO Class ISO Class ISO Class ISO Class

8 Tipologie degli ambienti a contaminazione controllata Esistono due fondamentali tipologie esecutive degli ambienti a contaminazione controllata con riferimento alla posizione dei fi ltri d aria: orizzontali a soffi tto o verticali a parete. Nel primo caso i fi ltri possono coprire l intero soffi tto o solo parti di esso secondo i requisiti di utilizzo. Sotto l aspetto funzionale la diffusione dell aria può essere di due tipi: a fl usso non unidirezionale o a fl usso unidirezionale. La diffusione a fl usso non unidirezionale consente di raggiungere classi di purezza fi no a 1000 (=M 4,5). La diffusione a fl usso unidirezionale consente di raggiungere la classe di purezza 1, la massima oggi possibile. Ambienti a flusso non unidirezionale (turbolento) I fi ltri HEPA o ULPA sono installati a soffi tto, entro opportuni diffusori distribuiti al di sopra dello spazio occupato in corrispondenza delle zone di lavoro. Talvolta si utilizzano elementi di mandata a parete, e anche in tal caso il diffusore è affacciato direttamente sul locale. In entrambe le applicazioni si produce in ambiente un fl usso d aria non unidirezionale che, seppur fi ltrato, non è in grado di assicurare un lavaggio uniforme del locale. La ripresa dell aria è di solito realizzata a piede di parete. Gli ambienti a fl usso non unidirezionale consentono di raggiungere classi di purezza fi no a 1000 (=M 4,5). Ambienti a flusso unidirezionale (laminare) In questi ambienti si realizzano interi soffi tti o pareti fi ltranti, con fl usso d aria rispettivamente verticale od orizzontale. Con fl usso verticale la ripresa avviene da griglie sulle pareti o dal pavimento rialzato. Con fl usso orizzontale la ripresa è effettuata da una fi nta parete opposta a quella fi ltrante. I fi ltri HEPA o ULPA impiegati sono del tipo a pannello, assiemati tra loro su speciali telai capaci di assicurare la tenuta all aria e di impedire ogni minimo by-pass di aria. Alcuni modelli di fi ltri sono previsti per essere alimentati individualmente per mezzo di un condotto fl essibile da un canale collettore, essendo dotati di apposito canotto di attacco sul plenum superiore. Il fl usso unidirezionale che si ottiene con tali tecnologie è costituito da una serie fi ttissima di fi letti d aria paralleli che sono in grado di effettuare un lavaggio uniforme e capillare in tutto l ambiente. La velocità dell aria è mantenuta intorno a 0,45 m/s. Il fl usso d aria verticale che effettua il lavaggio dell intero ambiente offre condizioni di purezza su tutto il piano di lavoro dell ambiente. D altra parte, nel caso di superfi ci estese, il suo costo iniziale e di esercizio risulta notevole. Il fl usso d aria orizzontale mantiene le volute condizioni su un piano verticale corrispondente al punto di lavoro. Tutto ciò che si trova a valle di tale piano risentirà dell inquinamento prodotto dall operatore, dai materiali lavorati ecc. Si può tenere conto di ciò posizionando in ordine opportuno lavorazioni che richiedono condizioni di purezza progressivamente minori. Il costo di questa soluzione, sia iniziale sia di esercizio, è solitamente inferiore al precedente. Negli ambienti a fl usso unidirezionale, verticale od orizzontale, si può raggiungere la classe di purezza 1 (=M 1,5). ECC GMP Annex 1 La tabella 12 riporta le prescrizioni del GMP europeo dedicato alla preparazione di farmaci che suddivide gli ambienti in quattro zone (A,B,C,D), ognuna caratterizzata da requisiti specifi ci in termini di contaminazione particellare e batteriologica, riferiti a campionamenti in ambiente. Tab. 12 Requisiti delle varie zone secondo ECC GMP Annex 1 Grado a riposo Pt* / m 3 > 0,5µ a riposo Pt* / m 3 > 5µ in attività Pt* / m 3 > 0,5µ in attività Pt* / m 3 > 5µ in attività CFU** / m 3 A < 1 B C D N.C. N.C. 200 * Pt = Particelle / ** CFU = Unità Formanti Colonia, ovvero tutte quelle particelle presenti nell aria che depositate su idoneo strato di coltura batterica possono sviluppare colonie 341

9 Linee Guida ISPESL per i reparti operatori Da un punto di vista generale, e facendo astrazione dai requisiti di sicurezza, le linee guida ISPESL possono essere così riassunte: Architettura generale del reparto operatorio realizzata in modo tale da poter garantire una gerarchia del controllo, ovvero utilizzo di bussole dedicate al personale, ai pazienti, ai materiali, cioè di un architettura conforme ai dettami della tecnologia dei reparti a contaminazione controllata. Più in dettaglio, l architettura del reparto deve essere strutturata in modo tale che non sia possibile passare da un locale a minor grado di pulizia ad uno con requisiti di pulizia maggiori e che le porte delle bussole di comunicazione non vengano aperte contemporaneamente. Predisposizione di idonee aree ancillari al reparto, sia tecniche che di servizio, esterne ai reparti stessi, quali spogliatoi generali d accesso, servizi igienici, zone di ispezione, vie di fuga. Realizzazione degli ambienti tale da garantire la pulibilità dei medesimi, ovvero utilizzo di angoli arrotondati, superfi ci lisce, lavabili, resistenti agli agenti chimici e fi sici e pavimenti antisdrucciolo. Obbligo di predisporre piani di pulizia programmati sia per gli ambienti che per le apparecchiature. Obbligo di predisporre piani di manutenzione programmata per tutti gli impianti. Dal punto di vista del controllo della contaminazione, nelle linee guida si trovano tutti i requisiti realizzativi e di controllo previsti dal G.M.P. europeo per gli ambienti adibiti alla preparazione dei farmaci. Un paragrafo è dedicato agli impianti di ventilazione e condizionamento. Le indicazioni fornite prendono come base di partenza quelle minime riportate nel DPR 14 Gennaio 1997 con importanti ampliamenti mutuati dall industria farmaceutica. Requisiti minimi degli impianti L impianto HVAC ha la funzione di garantire adeguate condizioni igienicoambientali nel reparto operatorio e precisamente: Mantenere una idonea aerazione degli ambienti in grado di contenere le concentrazioni ambientali di gas anestetici e/o di altri inquinanti gassosi, anche nel caso di emissioni anomale. Mantenere condizioni termoigrometriche corrette per l utente ed il personale. Mantenere una concentrazione di particolato totale aeroportato al di sotto di limiti prefi ssabili per gli ambienti mediante adeguata fi ltrazione dell aria immessa, il mantenimento di stabili e misurabili sovrappressioni, stabilite in modo tale che l aria transiti dagli ambienti più puliti a quelli meno puliti. La differenza minima di pressione tra due locali comunicanti deve essere per lo meno di 5 Pa. Le caratteristiche funzionali minime che l impianto deve garantire nei vari ambienti sono riportate nella tab.13. La geometria degli impianti di ventilazione e fi ltrazione deve essere tale da garantire nel tempo le prestazioni per mezzo di interventi programmati di gestione e manutenzione. In particolare si richiedono: Impianti facilmente ispezionabili, prevedendo idonee sezioni di misura dei parametri critici tali da permettere l utilizzo di attrezzature ausiliarie per il controllo delle prestazioni, della strumentazione fi ssa o per certifi cazione. Canalizzazioni realizzate in materiali anticorrosione, dotate di coibentazioni esterne, e aventi perdite d aria inferiori al 5% quando provati ad 1,5 volte la pressione nominale d esercizio. Dispositivi di allarme acustici/ottici che avvertano immediatamente se i parametrici critici sono al di sotto dei limiti di sicurezza. (Esempio: manometri con allarmi, pressostati per le pressioni ambiente, dispositivi di misura delle portate immesse con allarme per portata minima etc.) Filtri ad altissima effi cienza quale ultimo elemento della distribuzione dell aria e montati direttamente nei soffi tti o controsoffi tti dei locali ventilati. Per fi ltri ad altissima effi cienza (HEPA) si intendono fi ltri aventi effi cienza media superiore al 99,97% riferita al metodo DOP Test o paragonabili con altri sistemi: DIN 24183, BS 5296, EUROVENT 4/4 o, secondo gli ultimi aggiornamenti normativi, UNI EN Una procedura programmata di gestione e manutenzione per verifi care la funzionalità e le prestazioni degli impianti e garantirne la funzionalità nel tempo. Poter isolare ogni singola sala operatoria per l esecuzione di cicli di sanifi cazione ambientale. Allo scopo di contenere il consumo energetico, è necessario ridurre la quantità d aria in circolo, in condizioni non operative, fermo restando il mantenimento delle pressioni ambiente, garanzia contro le infi ltrazioni di aria non fi ltrata. La geometria delle immissioni e delle espulsioni dell aria dagli ambienti deve essere ottimizzata al fi ne di minimizzare effetti dannosi quali cortocircuiti tra immissione ed aspirazione, la formazione di sacche non ventilate, i sottoraffreddamenti locali causati da una troppo elevata velocità residua dell aria immessa. I sistemi di immissione dell aria debbono essere scelti in funzione degli utilizzi delle varie sale del reparto. Per le sale di pre/post intervento, lavaggio, preparazione chirurghi e sub-sterilizzazione, sistemi idonei possono essere rappresentati da terminali fi ltranti con fi ltri ad altissima effi cienza (HEPA) muniti di diffusori ad effetto coanda o ad alta induzione, così da ottenere una distribuzione dell aria turbolenta. Per le sale operatorie dedicate a chirurgia generale o similare, sistemi di diffusione possono essere rappresentati da sistemi a fl usso unidirezionale verticale/ orizzontale parzialmente sul campo operatorio (sistema a flusso misto). Per le sale operatorie dedicate ad ortopedia, trapianti, cardiochirurgia, artoprotesi, neurochirurgia, chirurgia vascolare etc. sistemi idonei di distribuzione possono essere rappresentati da sistemi a fl usso unidirezionale verticale/orizzontale, totalmente su tutta la sala operatoria (sistema a flusso unidirezionale). In questo caso è utile tenere presente che: La quantità d aria necessaria è superiore ai 15 rinnovi/h Le velocità residue dell aria sugli operatori/paziente sono più elevate rispetto ad una diffusione ad induzione, quindi necessitano di un grado di sottoraffreddamento dell aria immessa molto basso (3-4 K). Elevate quantità di aria in gioco potrebbero richiedere l utilizzo di dispositivi locali di ventilazione a ricircolo, sala per sala, per il contenimento del consumo energetico. 342

10 Linee Guida ISPESL per i reparti operatori Parametri di controllo consigliati per la gestione dell impianto La valutazione periodica delle prestazioni dell impianto garantisce il controllo della sua funzionalità anche ai fi ni del mantenimento dei requisiti minimi previsti per i parametri ambientali. I parametri critici da prendere in esame e da verifi care su base routinaria secondo un programma di gestione sono: Pressione positiva degli ambienti, misurata e registrata con idoneo manometro, posto in luogo facilmente visibile, almeno una volta al giorno. Portata d aria immessa misurata e registrata almeno una volta ogni 6 mesi. Tale valore può essere misurato direttamente sui fi ltri terminali o nei canali secondo quanto riportato nelle norme UNI, IES RPCC-006, ISO 14644/3, BS Nel caso che l impianto sia a tutta aria esterna (tipico della distribuzione turbolenta) il numero dei rinnovi ambiente è valutabile con la formula: N = Portata aria immessa/volume ambiente Nel caso di distribuzioni a fl usso unidirezionale, parte dell aria può essere localmente ricircolata, quindi il rapporto Portata immessa/volume ambiente non fornisce più il numero dei rinnovi bensì quello dei ricircoli. La valutazione dei rinnovi andrà fatta misurando la portata d aria esterna nei canali di adduzione. E ovvio che anche in questo caso i rinnovi devono risultare superiori al requisito minimo. Perdita di carico dei sistemi fi ltranti, misurata e registrata almeno una volta al mese. Carica microbica totale, dei microrganismi opportunistici e dei patogeni nell aria dopo ogni sterilizzazione, misurata sia mediamente negli ambienti sia direttamente sulle bocchette di immissione. Verifi ca dell effi cienza dei sistemi fi ltranti terminali da eseguirsi per lo meno in fase di accettazione dell impianto (DOP Leak Test, IES-RP-CC- 006, ISO , EUROVENT 4/8 o similari) e ad ogni sostituzione dei fi ltri. Per le camere operatorie è inoltre opportuno verifi care le seguenti caratteristiche aggiuntive: Verifi ca delle condizioni termoigrometriche da farsi su base giornaliera. Classe di contaminazione ambientale riferita al particolato totale aeroportato da eseguirsi almeno ogni 6 mesi ed al momento dell accettazione dell impianto. Per sistemi a fl usso misto o unidirezionali il valore della classe in condizioni di riposo deve essere per lo meno pari a ISO 5 (secondo norma UNI EN ISO ). Ciò signifi ca che la massima quantità di particelle aventi diametro maggiore o uguale a 0,5 micron contenute in un metro cubo di aria è pari a E bene notare che per ottenere questi valori è necessario che le ricircolazioni ambiente di aria fi ltrata con fi ltri HEPA siano superiori a 30 Volumi/h. Per sale a fl usso turbolento, la classe in condizione di riposo deve essere per lo meno pari a ISO 7 (secondo norma UNI EN ISO ). In questo caso, il numero massimo di particelle aventi diametro maggiore o uguale a 0,5 micron contenute in un metro cubo di aria è pari a Le concentrazioni di particolato aeroportato, sia microbico sia inerte, presente in una camera a contaminazione controllata, oltre che dai valori di portata aria, effi cienza di fi ltrazione, sovrappressioni, architettura del reparto, dipendono dalle geometrie di immissione e estrazione dell aria, quindi dal percorso che questa compie all interno degli ambienti. Tab. 13 Caratteristiche funzionali minime che l impianto deve garantire ambiente per ambiente I) In sala operatoria Efficienza minima di filtrazione: > 99,97% DOP Test Sovrapressione rispetto all esterno del reparto: positiva n ricambi aria esterna: 15 Volumi/h Temperatura estate / inverno compresa tra: C Umidità relativa estate / inverno: % PMV ± 0,5 PPD 10% II) Pre/post, lavaggio-preparazione chirurghi N ricambi aria esterna: 6 Volumi/h Temperatura/umidità: benessere Sovrapressione rispetto all esterno del reparto: positiva Sovrapressione rispetto alla sala operatoria: negativa III) Lavaggio strumentazioni chirurgiche, sterilizzazione n ricambi aria esterna: 15 Volumi/h Temperatura/umidità: benessere Sovrapressione rispetto all esterno del reparto: positiva Sovrapressione rispetto alla sala operatoria: negativa IV) Nei rimanenti locali del reparto chirurgico n ricambi aria esterna: 2 Volumi/h Temperatura/umidità: benessere Sovrapressione rispetto all esterno del reparto: positiva Sovrapressione rispetto alla sala operatoria: negativa 343

11 Filtri e depolveratori industriali Il settore della depolverazione industriale, e del controllo delle emissioni di tipo gassoso, è notevolmente esteso e si ramifi ca in numerose branche specializzate. Qui ci si riferisce alle principali apparecchiature per il controllo dell emissione di polveri da impianti di processo o da cicli di lavorazione. In realtà l esigenza di controllo di emissioni industriali spesso ne comprende altre, tra cui: rispondere a leggi e normative in vigore contro l inquinamento atmosferico; mantenere sotto controllo la qualità del prodotto, impedendo inquinamenti di quest ultimo da parte di agenti o sostanze emesse dalla lavorazione; mantenere il costo iniziale e di gestione del sistema di depolverazione entro i limiti tali da non comportare aumenti del costo unitario del prodotto; prevenire danni o condizioni di disturbo a persone o cose nel sito dell impianto o in zone ad esso esterne; prevenire la diffusione di inquinanti negli ambienti di lavoro; consentire il recupero di energia, materiali, calore, dagli aeriformi trattati; consentire il ricircolo di aria fi ltrata negli ambienti di lavoro; ridurre i rischi di incendio, esplosione, ecc. In relazione alle esigenze individuate come primarie, si procede verso l esame delle caratteristiche del processo o impianto e degli interventi possibili. Non di rado possono ottenersi sostanziali economie sui sistemi di fi ltrazione o depolverazione intervenendo all origine, cioè sul processo fonte degli stessi inquinanti. Per un esame preliminare del problema è necessario disporre di due serie di dati: caratteristiche dell impianto che emette gli inquinanti natura degli inquinanti e loro caratteristiche. Nella prima, rientrano le informazioni relative alla climatologia del sito, presenza di venti dominanti, pressione, temperatura, umidità relativa, ecc. Quindi, informazioni sull impiego dell energia e sui materiali o sostanze impiegate nel processo da cui originano gli inquinanti. Infi ne, l esame delle normative di tutela personale e ambientale in vigore. Per gli inquinanti di origine gassosa, si richiede la conoscenza della natura e concentrazione. Per le polveri, inoltre è importante conoscere la distribuzione delle dimensioni, la loro concentrazione con i valori medi ed estremi; quindi, le loro possibili caratteristiche in termini di capacità di erosione, abrasione, adesione, ecc., insieme con le proprietà elettriche (resistività), non ché l eventuale solubilità. Importante è conoscere il valore di concentrazione per unità di volume, ai fi ni di stime per il recupero. Tossicità, infi ammabilità, predisposizione ad esplosione sono ulteriori fattori da accertare. Nella scelta del sistema di depolverazione è molto importante la precisa conoscenza della distribuzione delle dimensioni delle polveri. Infatti, l effi - cienza di tali sistemi è fortemente infl uenzata dal diametro delle particelle. Se dati precisi non sono disponibili, è necessario effettuare dei prelievi con metodi e accorgimenti tali da produrre risultati signifi cativi. La concentrazione, in peso, delle polveri emesse da impianti industriali spazia tra limiti di notevole ampiezza. Si va da 20 mg/m 3 fi no a mg/m 3 ed oltre. I sistemi di depolverazione disponibili si confi gurano in pochi tipi fondamentali, a seconda del principio o dei meccanismi di intercettazione di base: separatori centrifughi (cicloni, inerziali, a gravità) fi ltri a maniche / tasche precipitatori elettrostatici separatori a umido (torri a umido, scrubber, cicloni a umido) fi ltri a cartucce Soprattutto l esperienza pratica ha consentito di individuare, per i diversi settori industriali, i tipi di depolveratori più rispondenti. Le prestazioni relative dei differenti sistemi di depolverazione sono riportate nella tab. 14. La tab. 15 riassume le situazioni più comuni nella realtà industriale. Tab. 14 Prestazioni tipiche di sistemi di depolverazione Tipo Efficienza di separazione ponderale % Minimo diametro polveri µm Carico di polveri ammesso mg/m 3 Cartucce 100 0, Cicloni Scrubber (lavatori ad umido) Separatori a maniche Precipitatori elettrostatici

12 Filtri e depolveratori industriali Tab. 15 Impieghi più comuni di sistemi di depolverazione industriale Settore Lavorazioni Ø particelle µm Concentrazione polveri mg/m 3 Separatore centrifugo o inerziale Precipitatori elettrostatici Separatori a umido scrubber cabine a velo Filtri a maniche Filtri a tasche Filtri a cartucce Farmaceutica Farmaceutica alimentare Chimica Lavorazione plastica Agricolo Metallurgia Lavorazioni meccaniche Lavorazioni legno Ceramica Granulazione Rivestimento Confezionamento Macinazione Pesatura Miscelazione Macinazione Confezionamento Miscelazione Lavorazione a caldo 0, Lavorazione a freddo Lavorazione cereali Essiccazione Confezionamento Forni elettrici Altoforni Trasporto minerali Laser / Plasma 0, Saldatura 0, Verniciatura Taglio Finitura Verniciatura Atomizzazione Confezionamento Verniciatura S S D S O S S S B O S S S B O D S S B B B S S B D B B D D O S D D S O B S B D / B S S S D S O Legenda: O Impiego ottimo (consigliato) B Impiego buono D Impiego discreto S Impiego scarso 345