sanità

Come migliorare la qualità dell’aria interna in ambienti ospedalieri limitando l’inquinamento causato dagli impianti aeraulici

23 settembre 2009

(tratto da “Hospital & Public Health” n.3, settembre-dicembre 2009)

1.    La problematica

Ai fini della qualità dell’aria interna, particolare importanza è assunta dalle condotte degli impianti di climatizzazione, poiché ad esse è richiesto di veicolare l’aria di ricambio (mandata e ripresa) verso gli ambienti in condizioni di purezza e quantità tali per ottenere le condizioni di benessere desiderate in ambiente. A livello europeo l’importanza ai fini igienici dei componenti aeraulici, e delle condotte in particolare, è stata messa in risalto dall’attenzione ufficialmente loro dedicata a partire fin dal 1989: il CEN/TC 156 “Ventilation for Buildings” ha infatti costituito  un apposito gruppo di lavoro, il WG3 “Ductwork”, che fin dall’inizio ha esaminato  documenti e proposte  formulate da studiosi di vari Paesi (Documenti CEN/TC 156/WG3 n°13 e 14/1989), nei quali si evidenziavano la necessità e le difficoltà di assicurare la manutenzione igienica nelle installazioni areauliche . L’attività suddetta ha portato alla emanazione di una specifica norma europea in tema di componenti degli impianti areaulici necessari per la manutenzione igienica (UNI-EN 12097 Ventilazione degli edifici – Rete delle condotte – Requisiti relativi ai componenti atti a facilitare la manutenzione delle reti delle condotte del 2007 )  nella quale sono fornite le indicazioni necessarie per la localizzazione e le dimensioni minime delle aperture di ispezione da usarsi anche per la manutenzione igienica periodica.

Va sottolineato come l’ispezione e la manutenzione periodica sia necessaria per limitare i rischi igienici delle installazioni attribuibili al particolato aerodisperso e depositato, e dal contenuto microbiologico (carica batterica e micotica  totali ).

2. Strumenti e metodi di indagine

La metodologia di indagine si articola nelle seguenti fasi:

• indagine del sistema di trattamento dell’aria, caratteristiche  componenti e loro prestazioni (età e tipologia impianto, schema di trattamento dell’aria, sistema di filtrazione e programma manutentivo dei filtri, collocazione Presa Aria Esterna);
• identificazione punti di prelievo finalizzati alla descrizione della contaminazione delle polveri sedimentate e dell’aria veicolata, dall’esterno alle parti più interne dell’edificio;
• analisi quantitativa e qualitativa della polvere sedimentata all’interno delle condotte dell’aria;
• analisi microbiologica dell’ aria e della polvere sedimentata;
• indagine mediante videoispezione dello stato manutentivo interno della rete aeraulica;
• analisi critica dei risultati ottenuti e formulazione degli interventi manutentivi delle condotte e degli impianti cui sono asservite.

Nella Tabella 2.1 è riportata la sintesi della  sequenza delle operazioni che dovrebbero essere  compiute per l’indagine ed il prelievo dei campioni unitamente alla strumentazione impiegata ed ai tempi medi richiesti per ciascun campionamento.

Le aperture per le  ispezioni devono avere dimensioni tali da consentire il prelievo manuale delle polveri depositate e soprattutto l’introduzione agevole del piccolo robot per la videoispezione: le dimensioni minime sono così risultate  non inferiori a l= 25 x 20=h  (in cm) .

Tabella  2.1

MODALITA’ ESECUZIONE pReLIEVI ¹

TIPO DI ANALISI	MODALITA’	INTERFERENZE	NOTE	TEMPI
prelievo polvere aerodispersa  per analisi quantitativa	Aspirazione con sonda inserita nel condotto; aspirazione  dell’aria esterna	non possono essere eseguiti altri prelievi a monte dell’ispezione che alterino il campo	impianto in funzione, portina ispezione chiusa	60 minuti interno condotte; 24 ore pae
prelievo polvere aerodispersa per analisi microbiologica	aspirazione con apparecchio campionatore sas 90	non possono essere eseguiti altri prelievi a monte dell’ispezione che alterino il campo	impianto in funzione prelievo alla bocca della flangia fissata alla portina di ispezione chiusa	50 minuti per ogni ispezione (5campioni)
prelievo polvere depositata per analisi quantitativa	aspirazione con maschera 10×10 cm	non possono essere eseguiti i prelievi che richiedono l’impianto acceso	impianto spento, portina di ispezione aperta	10 minuti
prelievo polvere depositata per analisi microbiologica	con tampone sterile e maschera 10×10cm	non possono essere eseguiti altri prelievi che richiedono l’impianto acceso	impianto spento, portina di ispezione aperta porre la maschera in punto diverso da quello usato per prelievo polveri	5 minuti
Videoispezione2	con robottino dotato di videocamera e registratore VHS	operazione da condursi alla fine dei prelievi perche’ altera il campo	impianto preferibilmente spento	30 minuti per ogni ispezione
1 Punti di prelievo : Pae  (polveri aerodisperse e microbiologico); Nelle condotte (polveri aerodisperse, depositate, microbiologico, videoispezione) Alle bocchette  terminali di immissione e ripresa (microbiologico) 2 Il robottino (Foto 3)  può essere dotato di pinze per il trasporto del SAS all’interno delle condotte; normalmente questo apparecchio è commercializzato completo di accessori per la pulizia delle condotte .

3. Strumenti e metodi per l’analisi microbiologica dell’aria e del particolato depositato

Ai fini dell’indagine microbiologica è evidente che possono ricercarsi un numero estremamente vasto di agenti biologici patogeni. In particolare un elenco di tali agenti è riportato nell’Allegato XI([1]) al D.L.vo 626/94,  riguardante l’attuazione delle direttive europee in materia di sicurezza e salute dei lavoratori sui luoghi di lavoro: in detto allegato i vari agenti sono classificati in gruppi di pericolosità crescente da 2 a 4,  e suddivisi in batteri, virus, parassiti e funghi .

Poiché non è realisticamente possibile né funzionale analizzare in modo indiscriminato tutti i suddetti agenti, per fornire un’informazione esauriente del grado di contaminazione del sistema aeraulico di tipo biologico, è prassi comune effettuare l’analisi di alcuni parametri di carattere generale quali la carica totale batterica e micotica (funghi e miceti) presenti nel particolato aerodisperso e depositato.

I parametri suddetti  rappresentano la concentrazione di microrganismi presenti in Unità Formanti Colonia (CFU, Colony Forming Units) e vengono riferiti sia al volume di aria (CFU/m³) che al quantitativo di polvere prelevato dai depositi interni alle condotte (CFU/g o CFU/100cm²);essi esprimono il potenziale rischio biologico genericamente attribuibile alle concentrazioni in esame .

I campioni di polvere depositatasi nelle condotte sono raccolti attraverso portine d’ispezione (Foto 1, 1bis e 2 ) , di cui si consiglia una vasta diffusione , utilizzando tamponi sterili e mascherine anch’esse sterili delimitanti 100 cm² .

Il tampone una volta passato sul fondo della condotta viene sospeso immediatamente in una
provetta contenente volume noto di brodo nutritizio Brain Heart Infusion (BHI) allo scopo di rivitalizzare i germi stressati, posti alla opportuna temperatura e per il tempo insufficiente per la 1^a moltiplicazione.

In laboratorio vengono effettuati i passaggi di volume noto su terreni specifici e selettivi ed incubati a temperature e tempi prestabiliti.

Il conteggio delle colonie viene espresso come CFU/100cm², ed effettuato in doppio per ogni parametro ricercato ed espresso come media dei valori riscontrati.

I valori suddetti possono poi essere espressi in CFU/g riferendosi ai valori rilevati nel corso dell’analisi quantitativa delle polveri depositate di cui al punto seguente.

4.  Osservazioni su dati rilevati in campo

Nel corso di un’ampia indagine condotta su un campione di condotte in nove diversi Ospedali, le analisi quantitative sul particolato aerodisperso e depositato  hanno evidenziato valori per il particolato aerodisperso varianti da 0,1 a  1,48 mg/m³, e per quello depositato da 0,02 a 7,09 g/m², con medie complessive rispettivamente di 0,69 mg/m³ e 2,25 g/m² . L’accumulo medio annuo è risultato oscillare da 0,03 a 0,43 g/m²anno, con una media generale di 0,22 g/m²anno. Esaminando l’andamento dei depositi del particolato si è constatato che talora questi decrescono dall’esterno verso l’interno e viceversa:  ovvero la presenza di detriti e polveri fin dalla fase installativa della rete aeraulica, date le dimensioni di piccole scorie di malta e mattoni presenti anche a valle di filtri assoluti .

In relazione alla filtrazione si è osservato come i filtri assoluti consentano un minor accumulo di particolato, che tuttavia sembra che non si traduca in minori concentrazioni di quello aerodisperso, fatto questo in parte imputabile alla posizione di alcuni dei filtri assoluti posti a valle dei punti di prelievo. Tuttavia la presenza di tali filtri sugli anemostati  rivela l’efficacia degli stessi al fine di migliorare sensibilmente la qualità dell’aria immessa, in particolare riducendo drasticamente la presenza di miceti, ed in misura minore anche dei batteri.

Questa apparente contraddizione può essere spiegata sia con una carente manutenzione dei filtri assoluti, che evidentemente richiedono sostituzioni più frequenti rispetto a quelle sovente adottate, sia con l’andamento estremamente variabile di tali parametri da punto a punto, influenzati dalla posizione in cui è fatto il prelievo, ed in particolare   se questo è eseguito a monte o a valle di tratti particolarmente polverosi e di turbolenza del moto dell’aria.

A conferma di ciò,  l’indagine visiva (videoispezione, Fig. 3) ha mostrato spesso situazioni di depositi di polvere  e detriti talora rilevanti.

Peraltro tale indagine ha permesso di evidenziare anche i seguenti aspetti inerenti le modalità di deposizione delle polveri :

• il particolato più pesante tende a depositarsi nel tratto di condotta immediatamente a valle della UTA;
• il condotto di tipo spiroidale agevola la formazione di depositi di polvere in corrispondenza delle ondulazioni delle spire;
• detti depositi sono poi agevolati anche nei tratti dove il moto diventa particolarmente turbolento (curve, diramazioni, serrande, ecc.) nonché al piede dei tratti montanti.

Infine dagli esiti dell’esame granulometrico del particolato depositato, si rilevano percentuali assai consistenti di polveri respirabili (da un minimo del 17% fino al 56 %) ed inalabili (da un minimo del 24% fino al 53%), facilmente trasportabili in ambiente a causa delle loro ridotte dimensioni.

Per quanto attiene l’analisi microbiologica i valori di concentrazione nel particolato aerodisperso delle immissioni dei locali adibiti a sala operatoria, varia da 10 a circa 70 CFU/m³ Carica Batterica Totale .

Occorre inoltre sottolineare la presenza di Stafilococchi totali e di Coliformi totali nei campionamenti effettuati nelle reti aerauliche degli impianti più a rischio, ad esempio quelli a servizio delle sale operatorie, pre-sale, e rianimazione.

Le PAE, che spesso non sono state progettate/installate in posizione ideale, normalmente non vengono pulite, fatto questo confermato dai valori elevati di carica batterica e fungina oltreché dalla presenza di Stafilococchi Totali e di Coliformi Totali in parte talmente elevati da non essere leggibili con le diluizioni effettuate (valori confluenti).

La presenza di coliformi totali è risultata inoltre molto frequente anche nel particolato aerodisperso e depositato nelle condotte .

Le concentrazioni batteriche nel particolato aerodisperso nelle condotte sono variate da 0 a 30 CFU/m³ con un valore medio di circa 10 CFU/m³; le concentrazioni micotiche sono variate da 0 a 480 CFU/m³ con un valore medio di circa 50 CFU/m³. Alle immissioni le concentrazioni medie batteriche e micotiche sono risultate rispettivamente pari a 21 e 44 CFU/m³, mentre alle riprese queste sono risultate pari rispettivamente a 42 e 57 CFU/m³.

Le concentrazioni batteriche nel particolato depositato sono variate da 565 a 4.000.000 CFU/g con un valore medio di circa 380.000 CFU/g; le concentrazioni micotiche sono variate da 0 a 1.200.000 CFU/m³ con un valore medio di circa 76.000 CFU/g.

Se si analizzano i dati rilevati rispetto alla tipologia di filtrazione si conferma  che, sostanzialmente, una efficiente filtrazione può ridurre le concentrazioni, sia nell’aria che nel particolato depositato, di batteri ed in particolare dei funghi: tale aspetto appare ancor più evidente se si raffrontano i valori all’interno delle condotte con quelli in corrispondenza delle PAE.

Viceversa l’età degli impianti non sembra avere particolare influenza né sulle concentrazioni né sulle specie batteriche presenti. Rispetto alla umidificazione adottata, l’impianto  avente l’umidificazione a vapore, presenta in assoluto concentrazioni minori di batteri e funghi nell’aria a partire dalla UTA fino all’immissione, viceversa non si riscontrano effetti analoghi per il particolato depositato.

L’aria prelevata in corrispondenza delle bocchette di ripresa, risulta quasi sempre maggiormente contaminata rispetto a quella di mandata, eccetto che in alcuni casi, evidenziando che in taluni casi la causa maggiore del carico inquinante nell’aria ambiente non è da attribuire agli impianti.

E’ stata inoltre riscontrata una notevole variabilità dei risultati sia da punto a punto del medesimo impianto, sia nel tempo, anche con prelievi ripetuti dopo pochi mesi .

5. Conclusioni

La situazione si presenta assai complessa per le seguenti ragioni:

a)      l’aria in movimento nella condotta trasporta sia il particolato che proviene dall’aria esterna sia quello sollevato a causa della turbolenza del moto e/o all’accensione dell’impianto, e che si era depositato sul fondo della condotta stessa, i risultati sono quindi influenzati sia dalla qualità dell’aria esterna oltre che dalla qualità della polvere depositata ;

b)      qualitativamente sussiste una differenza, dal punto di vista microbiologico, tra le polveri aerodisperse e depositate; quest’ultime, infatti, rimanendo sostanzialmente indisturbate, fatta eccezione per le zone di turbolenza anzidette, tendono a divenire terreno di coltura per gli inquinanti, come si evince chiaramente dai risultati dei rilievi; ne consegue che un impianto avente una buona efficacia di filtrazione e/o un’umidificazione a vapore, rappresentate da basse concentrazioni di inquinanti nell’aria, può avere concentrazioni batteriche inaccettabili nelle polveri depositate;

c)      altro aspetto da tener presente è la diversa collocazione geografica degli impianti talora posti in centri storici e talora in aree periferiche, nonché sulla diversa collocazione della PAE (al piano terra/rialzato o ai piani più alti) e sulla protezione o meno agli agenti atmosferici: tali aspetti influiscono evidentemente nella qualità dell’aria in ingresso all’impianto;

d)      generalmente nelle polveri depositate i valori più elevati sono quelli delle cariche batteriche rispetto alle micotiche, in quanto quest’ultime, per le loro stesse caratteristiche, tendono ad essere più facilmente trasportate nell’aria in movimento; l’opposto evidentemente accade per le polveri aerodisperse;

e)      è bene ricordare che lo sviluppo di microrganismi è sempre legato alla presenza di condizioni favorevoli per quanto attiene temperatura, umidità relativa e velocità dell’aria ;

f)       infine si intende segnalare come gli ingressi dell’aria nel circuito impiantistico dovrebbero avere attenzioni ed anche protezioni cui attualmente non viene dedicata la dovuta importanza.

Per quanto evidenziato appare assolutamente necessario assicurare la manutenzione igienica delle condotte con ispezioni (necessità di portine d’ispezione, almeno ogni 15/20 metri) e pulizie periodiche preventivamente programmate.

Foto  1  – Condotta dell’aria con sportello di ispezione e attacco portasonda

per prelievo campioni di particolato aerodisperso

Foto 1 bis – Sonda inserita per analisi polveri aerodisperse

Bibliografia

• Documento CEN/TC 156/WG3 n°13,Ottobre 1989 ”Belgian paper – The need for hygienic maintenance of  air conditioning installations”.
• Documento CEN/TC 156/WG3 n°14,Ottobre 1989 ”Belgian proposal for availability for cleaning”.
• Raffellini G.,Cellai G.F.(1994) “Aspetti normativi e tecnologici inerenti la qualità nella progettazione e realizzazione di sistemi areaulici” in Atti del Convegno AICARR, Milano,83-101.
• D.L.vo 19 Settembre 1994 n°626 “Attuazione delle direttive 89/391/CEE ….90/679/CEE riguardanti il miglioramento della sicurezza e della salute dei lavoratori sul luogo di lavoro” In Supp.G.U. n°265 del 12.11.94.
• Cellai G.F., Raffellini G.(1997)”La qualità dell’aria ambiente in relazione alla progettazione, costruzione, installazione e manutenzione delle condotte dell’aria” in Atti del Convegno annuale AICARR L’inquinamento ambientale e gli impianti di climatizzazione e riscaldamento,pp.291-310, Roma,10-11 Aprile.
• UNI-EN 12097 (2007) Ventilazione degli edifici – Rete delle condotte- Requisiti relativi ai componenti atti a facilitare la manutenzione delle reti delle condotte.
• Cellai G.F. (1997) “La progettazione delle condotte dell’aria ai fini della manutenzione” in Condizionamento dell’aria, Riscaldamento, Refrigerazione, n°7, 715-729, n°8,789-795.
• Alfano G., Cellai G.F., Cennini L., Medori G. (1998) “Studio sperimentale sulle condizioni igieniche di condotte di impianti di condizionamento” in Atti  del 39° Conv. Ann. AICARR Condiz.,Risc. Refrigerazione : innovazioni e tendenze, Milano, 131-144.
• Pasanen P.O. (1998) “Emissions from Filters and Hygiene of Air Ducts in the Ventilation Systems of Office Buildings” Kuopio University Pubblications C. Natural and Environmental Sciences 80, Finland.
• Luoma M. (2000) “ Protecting ventilation ducts and accessories against dirt during the construction work” in Proceedings of Healthy Buildings 2000, Espoo, Finland, vol.2,145-150.
• Holopainen R., Pasanen P., Seppanen O. “Duct cleanliness in new HVAC installations” in Proceedings of Healthy Buildings 2000, Espoo, Finland, vol.2, 175-180.
• Alfano G., Cellai G.F., Cennini L., Medori G. (2000) “Results of experimental measurements about the hygiene of hvac system ductworks” in Proceedings of Healthy Buildings 2000, Espoo, Finland, vol.2, 151-156.

*Dipartimento Tecnologie dell’Architettura e Design “P.L. SPADOLINI” , Università di Firenze

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[1] Allegato XI al D.L.vo 626/94 Elenco degli agenti biologici classificati.

di G.CELLAI,  G.RAFFELLINI*

*Dipartimento Tecnologie dell’Architettura e Design “P.L. SPADOLINI” , Università di Firenze

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