Distribuição de ar

7.3.1 Insuflamento Centralizado de Ar

(1) Nas salas de cirurgia limpas das Classes Ⅰ–Ⅲ, as saídas de insuflamento de ar devem ser dispostas centralizadamente acima da mesa cirúrgica, de modo que a mesa cirúrgica e sua zona circundante se localizem na zona de fluxo principal formada pelo ar limpo em escoamento. A zona Classe 100 das salas auxiliares limpas Classe Ⅰ também deve ter saídas de insuflamento dispostas centralizadamente acima de sua área. A área das saídas de insuflamento deve ser selecionada conforme os valores listados na Tabela 7.15, não podendo exceder 1,2 vezes esses valores. Para salas de cirurgia limpas Classe Ⅳ e salas auxiliares de todas as classes, as saídas de insuflamento podem adotar a disposição dispersa convencional.

Tabela 7.15 Área das saídas de insuflamento dispostas centralizadamente em salas de cirurgia limpas

[Referência] ① Embora existam muitas formas de terminais de insuflamento, métodos de disposição e áreas de insuflamento para as salas de cirurgia das Classes Ⅰ–Ⅲ, como o insuflamento lateral, o insuflamento oblíquo e o insuflamento de teto, atualmente, por consideração à proteção da área crítica, as salas de cirurgia limpas não exigem que o escoamento de ar se mantenha em regime de fluxo unidirecional por toda a sala, tampouco permitem que as saídas sejam dispersas de forma arbitrária. Na maioria dos casos, as saídas são dispostas centralizadamente acima da área cirúrgica, e considera-se que essa configuração de insuflamento superior e retorno inferior oferece a melhor proteção à área crítica. Ela representa uma abordagem típica distinta dos regimes de fluxo laminar ou fluxo turbulento utilizados anteriormente: não se enfatiza o efeito de extrusão ou o efeito de diluição característicos desses regimes, mas sim o preenchimento da área cirúrgica com ar limpo e estéril, reduzindo assim a concentração bacteriana na área crítica.

② Conforme a teoria da zona de fluxo principal, após a disposição centralizada das saídas de insuflamento, mantida a vazão de ar original correspondente à classe de limpeza de ar original, o nível de limpeza da área cirúrgica pode ser elevado em um grau, enquanto as demais áreas da sala permanecem no nível original, e a concentração bacteriana na zona cirúrgica também é reduzida pela metade. Como as salas de cirurgia Classe Ⅳ possuem requisitos menos rigorosos, essa regra não é estabelecida para elas.

Um diagrama esquemático da zona de fluxo principal é apresentado na Figura 7.6.

Figura 7.6　Zona de fluxo principal quando as três zonas são não uniformes

1. Terminal de insuflamento de ar　2. Zona de fluxo principal　3. Zona de turbilhão　4. Zona da entrada de ar de retorno　5. Fonte de poeira

③ Considerando que as incisões cirúrgicas são diferentes, os requisitos de cicatrização variam e os graus de proteção são distintos, as características necessárias do fluxo de ar insuflado também diferem. As salas de cirurgia limpas especiais Classe Ⅰ adotam o modo de escoamento unidirecional, que funciona pelo princípio da extrusão e do deslocamento. As salas de cirurgia limpas Classe Ⅱ e Classe Ⅲ, devido à sua menor velocidade de descarga do ar, não conseguem obter quantidade de movimento suficiente para manter o fluxo unidirecional; elas adotam o escoamento de deslocamento de baixa turbulência, que funciona pelo princípio de enchimento e apresenta propriedades de fluxo quase unidirecional. As salas de cirurgia quase limpas Classe Ⅳ utilizam fluxo de insuflamento misto, baseado no princípio da diluição. Para elas, apenas o modo de insuflamento de teto é exigido, não sendo impostos requisitos ou disposições especiais sobre a disposição das saídas de insuflamento.

(2) Em uma sala de cirurgia limpa Classe Ⅰ, o escoamento de ar na zona (sala) cirúrgica Classe 100 deve ser obrigatoriamente do tipo unidirecional.

① A zona cirúrgica de uma sala de cirurgia Classe Ⅰ deve manter o padrão de fluxo unidirecional, havendo também requisitos rigorosos para a velocidade na seção transversal e sua uniformidade na superfície de trabalho; em geral, exige-se que as saídas de insuflamento sejam dotadas de uma camada equalizadora de fluxo. Os padrões de fluxo unidirecional podem ser divididos em fluxo unidirecional vertical e fluxo unidirecional horizontal. Após comparações técnico-econômicas de longo prazo e longa prática operacional, a opinião no exterior tendeu a convergir: as salas de cirurgia limpas devem adotar o fluxo unidirecional vertical. Atualmente, o fluxo unidirecional horizontal não é mais utilizado em salas de cirurgia de alto grau recém-construídas na China, e o fluxo unidirecional local substituiu amplamente o fluxo unidirecional aplicado a toda a sala.

② Para uma sala de cirurgia limpa Classe Ⅰ que deve manter o padrão de fluxo unidirecional, a vazão de ar insuflado pode ser calculada a partir da velocidade transversal exigida e da área de insuflamento. Contudo, a velocidade de 0,25～0,3m/s exigida pelo Código é a velocidade média na seção transversal na altura da superfície de trabalho da zona cirúrgica, tratando-se também da velocidade de limite inferior que deve ser mantida durante a operação; esse valor não pode ser adotado diretamente nos cálculos de projeto. Isso ocorre porque o fluxo de ar do sistema de fluxo laminar local realiza troca de quantidade de movimento com o ar da zona circundante, de modo que a velocidade do fluxo insuflado sofre atenuação gradual, sendo sua atenuação maior do que a observada no fluxo unidirecional completo. Portanto, a velocidade de descarga na saída de insuflamento deve ser superior à velocidade na seção transversal da zona cirúrgica. Resultados de pesquisas experimentais mostram que a velocidade de descarga deve situar-se entre 0,40～0,42m/s, e em projeto a velocidade de descarga pode ser adotada com valor aproximado de 0,44～0,48m/s.

③ A verificação de uma zona (sala) limpa Classe 100 não é apenas um resultado de medição; seu padrão de escoamento de ar também deve ser fluxo unidirecional. Porque Durante o ensaio estático, também é possível obter resultados inferiores a 3,5 partículas/L sob altas taxas de renovação de ar, mas isso não corresponde à Classe 100 no sentido real, pois seu fluxo de ar é não unidirecional, seu desempenho de anti-interferência é muito baixo e seu tempo de autolimpeza também é longo, não atendendo aos requisitos de uma sala cirúrgica limpa. Para obter um fluxo de ar limpo, uniforme, unidirecional e paralelo, a taxa de cobertura dos filtros HEPA, a velocidade média do ar na seção transversal e a uniformidade de velocidade são todas condições importantes.

[Referência] Padrões relevantes que exigem fluxo unidirecional para a Classe 100.

Os padrões a seguir estabelecem claramente que um padrão de fluxo de ar unidirecional deve ser adotado para garantir a classe de limpeza do ar Classe 100.

① Padrão Nacional da República Popular da China, “Código de Projeto de Salas Limpas” (GB50073), Cláusula 6.3.3.

② Padrão Internacional “Salas Limpas e Ambientes Controlados Associados” (ISO-14644-1), Parte 4 “Projeto, Construção e Operação de Instalações de Salas Limpas”, Cláusula A2.

7.3.2 Requisitos para o Arranjo dos Filtros HEPA de Estágio Final

(1) Quando os filtros HEPA de estágio final em uma área limpa Classe 100 forem arranjados de forma concentrada, eles devem atender aos seguintes requisitos:

1. Quando arranjados na superfície de fornecimento de ar na parte inferior da caixa de plenum, ou na superfície superior da caixa de plenum paralela à camada decorativa ou à camada uniformizadora de fluxo, a taxa de cobertura não deve ser inferior a 0,75.

$$\text{Taxa de cobertura} = \frac{\text{Área transversal líquida dos filtros HEPA}}{\text{Área total da seção onde os filtros HEPA estão arranjados}}$$

2. Quando arranjados na lateral da caixa de plenum, eles devem ser arranjados em um lado ou em lados opostos; a taxa de cobertura na lateral também não deve ser inferior a 0,75, sendo necessárias medidas para a mistura completa do fluxo de ar no interior da caixa de plenum.

3. Quando houver restrição relacionada à altura do pé-direito e à regra que proíbe a manutenção no interior da sala, pode-se adotar uma superfície de fornecimento de ar com função de prevenção de vazamentos e os filtros arranjados fora da caixa de plenum, mas o mais próximo possível dela; devem ser previstas medidas de mistura completa para o fluxo de ar no interior da caixa de plenum, e a razão entre a área pela qual o fluxo de ar limpo passa na superfície da saída de ar e a área total da superfície da saída não deve ser inferior a 0,85.

4. Os filtros HEPA de estágio final da zona cirúrgica limpa Classe 100 devem ser arranjados de forma concentrada; não se exige que eles sejam necessariamente arranjados na extremidade da caixa de plenum. Para as duas formas de arranjo 1) e 3), sua eficácia foi comprovada na prática, desde que a taxa de cobertura atenda ao requisito. A forma 2) apresenta características de fluxo unidirecional relativamente piores.

[Referência] A prática usual para uma zona cirúrgica limpa Classe 100 é arranjar os filtros HEPA na extremidade da caixa de plenum, e sua eficácia é alcançada pelo fato de os filtros terminais atuarem como barreira final. No entanto, esse dispositivo terminal tradicional também tem suas desvantagens, a saber: é muito difícil instalar tantos filtros HEPA em uma área de instalação tão ampla e produzir um fluxo de ar limpo (completamente filtrado sem vazamentos), uniforme (com distribuição de fluxo de ar bem desenvolvida), unidirecional e paralelo (perpendicular à face do filtro). Isso equivale a exigir que cada filtro HEPA em toda a superfície de fornecimento de ar não apenas desempenhe sua própria função de filtragem, mas também atue como um dispositivo uniformizador de fluxo e distribuidor de ar semelhante a uma placa de orifício, além de ser isento de vazamentos como uma placa cega; o “acoplamento” dessas três funções torna os requisitos para a abordagem de filtros HEPA de cobertura total excepcionalmente altos — seja no corpo da caixa de plenum, nos filtros ou em suas superfícies de junção, o menor vazamento causará a falha de todo o dispositivo. Portanto, o dispositivo terminal tradicional não é apenas difícil de fabricar, como também tem construção complicada, testes de vazamentos trabalhosos e custo elevado.

[Referência] Se for adotada a terceira abordagem, ou seja, instalar uma caixa de filtro composta por filtros HEPA e um invólucro fora do dispositivo terminal, sendo que o dispositivo terminal contém um dispositivo de mistura de fluxo de ar e uma camada de prevenção de vazamentos, o “vazamento” localizado original se torna um “não vazamento” global, desempenhando assim a função de bloquear vazamentos. Como o fluxo de ar limpo filtrado entra na caixa de plenum, os requisitos para o corpo da caixa de plenum e suas superfícies de junção são bastante reduzidos, e os processos de fabricação, construção e teste de vazamentos também são simplificados.

[Referência] Atualmente, o teto de fornecimento de ar para salas cirúrgicas com camada de prevenção de vazamentos já foi desenvolvido como produto; suas especificações são apresentadas na Tabela 7.16. Em comparação com o dispositivo terminal tradicional, suas vantagens são apresentadas na Tabela 7.17: Tabela 7.16 Especificações do Teto de Fornecimento de Ar Limpo à Prova de Vazamentos

Tabela 7.17 Comparação entre os Dispositivos de Distribuição de Ar Terminais Dedicados Tradicionais e Novos para Salas Cirúrgicas

[Referência] O desempenho do teto de suprimento de ar limpo à prova de vazamentos é apresentado nas Tabelas 7.18 e 7.19.

Tabela 7.18 Desempenho do Teto Limpo Classe Ⅰ

Tabela 7.19 Desempenho dos Tetos Limpos Classe II e Classe III

(2) Para zonas limpas de classe inferior à Classe 100, a disposição dos filtros HEPA terminais deve atender aos seguintes requisitos:

1. Em zonas limpas de classe inferior à Classe 100, quando as saídas de suprimento de ar estiverem dispostas de forma concentrada, os filtros HEPA terminais no interior das saídas podem ser dispostos tanto de maneira concentrada quanto dispersa;

2. Para que a descarga de ar pela superfície de suprimento seja relativamente uniforme, é obrigatória a instalação de uma camada equalizadora de fluxo (incluindo chapa perfurada) na superfície de descarga de ar.

7.3.3 Requisitos para a Disposição das Saídas de Ar de Retorno

(1) Todas as salas limpas do departamento cirúrgico limpo devem adotar retorno de ar na parte inferior em ambos os lados; quando a distância entre os dois lados não exceder 3 m, pode ser utilizado o retorno de ar na parte inferior de apenas um dos lados. Salas limpas com saídas de suprimento de ar concentradas e salas auxiliares limpas com áreas locais de Classe 100 não devem adotar retorno de ar nos quatro cantos nem nos quatro lados. Os quatro cantos não conseguem reduzir a zona de vórtices; como pode ser visto na Figura 7-6, as zonas de vórtices ao longo dos quatro lados da saída de ar existem sempre. Adotar o retorno de ar na parte inferior em ambos os lados visa garantir, tanto quanto possível, o movimento bidimensional do fluxo de ar de insuflamento, sendo isso ainda mais importante para as zonas Classe 100; de acordo com experimentos, com o retorno de ar em quatro lados, a intensidade de turbulência média da sala é mais de 13% maior do que com o retorno em dois lados. Portanto, deve-se adotar o retorno de ar inferior em ambos os lados para todas as salas limpas, e não se deve adotar retorno de ar nos quatro cantos ou em quatro lados. Além disso, a área das saídas para retorno de ar nos quatro cantos é muito pequena; em salas com áreas locais Classe 100, a velocidade do ar de retorno não pode ser controlada abaixo de 1,6 m/s, de modo que a altura da saída de ar de retorno precisa ser elevada. Em alguns projetos, a borda superior da saída de ar de retorno chega a cerca de 1,2 m de altura, o que é extremamente inadequado. Os próprios quatro cantos também reduzem o espaço e a área efetivos da sala de cirurgia.

Salas com largura superior a 3 m geralmente exigem retorno de ar em dois lados; se as saídas de ar de retorno forem disponibilizadas apenas em um lado, a poluição gerada durante o trabalho no outro lado escoará pela zona de trabalho deste lado, resultando em contaminação cruzada.

(2) A borda superior da abertura da saída de ar de retorno não deve estar a mais de 0,5 m acima do piso, e a borda inferior da abertura não deve estar a menos de 0,1 m acima do piso. A velocidade do ar nas saídas de ar de retorno internas não deve exceder 1,5 m/s, e as saídas de ar de retorno das salas de cirurgia limpas Classe I devem, preferencialmente, ser dispostas de forma contínua. A velocidade do ar nas saídas de ar de retorno de corredor não deve exceder 3,5 m/s.

Esta medida tem como objetivo principal permitir que o fluxo de ar de insuflamento limpo e estéril cubra a mesa cirúrgica e evitar curto-circuito de fluxo de ar. De acordo com resultados de pesquisas nacionais, o retorno de ar na parte inferior das paredes laterais em ambos os lados da sala de cirurgia proporciona um fluxo de ar mais ideal do que o retorno de ar nos quatro cantos ou em quatro lados, com melhores resultados, e não surgirá zona de turbilhão no meio do fluxo de ar de insuflamento.

Quando a largura do departamento cirúrgico não exceder 3 m, pode-se utilizar retorno de ar inferior unilateral; salas de cirurgia limpas com largura superior a 3 m devem adotar retorno de ar na parte inferior em ambos os lados. As saídas de ar de retorno em forma de faixa em ambos os lados de uma sala de cirurgia limpa Classe I devem, preferencialmente, ser dispostas de forma contínua, o que pode tornar o efeito estéril na zona cirúrgica ainda melhor.

[Referência] A altura da saída de ar de retorno deve ser tal que o fluxo de ar curvo fique abaixo do plano de trabalho (0,7～0,8 m); ao mesmo tempo, as saídas de ar de retorno de uma sala limpa de fluxo unidirecional devem ser dispostas de forma contínua para reduzir a zona turbulenta; além disso, para reduzir o ruído causado pela tremulação das aletas da saída, a velocidade do ar de retorno deve ser limitada, e este valor foi comprovado como utilizável por extensas medições de campo em projetos. Para não afetar o canto higiênico e o rodapé, e levando em consideração a largura da borda do flange da saída de ar de retorno, Portanto, a borda inferior da abertura de ar de retorno não deve ser muito baixa; por esse motivo, é exigido que a borda superior da abertura de ar de retorno não esteja a mais de 0,5 m acima do piso, e a borda inferior não esteja a menos de 0,1 m do piso.

(3) Todas as salas de cirurgia limpas devem adotar retorno de ar de autocirculação dentro da própria sala. Isso visa atender ao requisito de que cada sala de cirurgia seja equipada com uma unidade independente, tanto quanto possível, para facilitar o controle; além disso, não é instalada válvula de excesso de pressão para retorno de ar ao corredor, de modo a reduzir a contaminação cruzada entre salas de cirurgia através do corredor. Em suma, exige-se que o ar de retorno de cada sala seja tratado através da própria circulação da sala.

[Referência] Embora a válvula de excesso de pressão seja simples de instalar e tenha sensibilidade de controle relativamente alta, quando ela está totalmente fechada e a pressão positiva interna ainda está abaixo do valor predefinido, ela não pode mais ser controlada; após uso prolongado, algumas válvulas de excesso de pressão deixam de fechar hermeticamente, resultando em vazamento grave. As válvula de excesso de pressão são amplamente utilizadas em salas limpas industriais, mas quase nunca são utilizadas em salas limpas biológicas. Para evitar contaminação cruzada, as salas limpas biológicas não adotam retorno de ar por corredor e também evitam que volume de ar excessivo infiltre no corredor, o que pode facilmente causar flutuações de pressão no corredor. As salas limpas biológicas frequentemente contêm odores, portanto, a exaustão organizada é preferida em relação à exaustão não organizada. Além disso, a válvula de excesso de pressão destrói a superfície interna plana e lisa da sala, adicionando mais uma superfície de acúmulo de poeira; para uma sala de cirurgia onde a contaminação cruzada é estritamente controlada, ela virtualmente adiciona outra passagem para o exterior. Portanto, não é instalada válvula de excesso de pressão para exaustão de ar para o corredor. Se for utilizada uma saída de exaustão independente equipada com válvula de excesso de pressão, que descarrega o gás de forma independente para o exterior quando a pressão positiva interna estiver alta, isso é permitido.

7.3.4 Requisitos para o Arranjo das Saídas de Exaustão de Ar Internas

As salas de cirurgia limpas devem ser obrigatoriamente equipadas com uma saída de exaustão superior, cuja posição deve, preferencialmente, ser no topo no lado da cabeça do paciente. A velocidade de entrada do ar na saída de exaustão não deve ser superior a 2 m/s. Como os equipamentos de anestesia são frequentemente instalados no lado direito da cabeça do paciente na sala cirúrgica, essa disposição pode remover efetivamente os gases nocivos da sala. A equipe fica concentrada na sala cirúrgica e, aliado ao calor da iluminação de alta intensidade e dos equipamentos médicos, os gases nocivos se acumulam na parte superior sob a influência do calor; por isso, a exaustão superior é a mais eficaz. Embora o campo de velocidades da exaustão se dissipe bastante rapidamente, se a velocidade de exaustão na saída for ainda controlada, a interferência da exaustão no ar de insuflamento pode ser completamente eliminada.

7.3.5 Não devem ser instaladas unidades adicionais de purificação de ar em salas cirúrgicas limpas

Foi enfatizado que nenhuma unidade adicional de purificação de ar deve ser instalada em salas cirúrgicas limpas, como também explicado anteriormente. Contudo, é permitido adicionar uma unidade ao sistema como uma unidade de autocirculação. Geralmente, equipamentos não médicos não devem ser instalados em salas cirúrgicas limpas, porque também afetam o desempenho do fluxo de ar. Não é permitido instalar um ar-condicionado comum juntamente com um autopurificador na sala cirúrgica. Tal abordagem visa puramente atingir a meta de limpeza, em vez de estabelecer um sistema de proteção, porque o perigo oculto de contaminação na superfície da serpentina e no tabuleiro de drenagem dentro do ar-condicionado não foi eliminado. Atualmente, existem muitos tipos de autopurificadores no mercado, incluindo autopurificadores de filtragem de ar, autopurificadores ultravioleta blindados e assim por diante. Embora esses dispositivos de autolimpeza tenham um certo efeito de remoção de bactérias, eles apresentam limitações óbvias e não podem substituir o sistema de ar-condicionado limpo.

7.3.6 Não são permitidos dispositivos de purificação eletrostática

A Norma estabelece que os dispositivos de purificação eletrostática não devem ser usados como instalação terminal de purificação do ar de insuflamento do sistema de ar-condicionado limpo, nem instalados diretamente em salas cirúrgicas limpas e salas auxiliares limpas como unidades independentes.

Os dispositivos de purificação eletrostática (ou precipitadores eletrostáticos) podem ser usados em ambientes comuns, mas nunca devem ser usados em salas limpas como dispositivos terminais, porque sua eficiência de purificação é inferior a 0,99, muito inferior à dos filtros HEPA; além disso, tanto a falta de energia quanto a descarga elétrica podem causar geração secundária de poeira, e sua vazão nominal de ar é relativamente pequena. Como mencionado acima, as salas cirúrgicas limpas destinam-se a estabelecer um sistema de proteção; para garantir que nada dê errado, é exigido que um filtro HEPA ou filtro sub-HEPA seja instalado após o precipitador eletrostático.

[Referência] O desempenho de um dispositivo de purificação eletrostática muitas vezes não está no teste inicial, mas na operação de longo prazo. Enquanto um precipitador eletrostático tiver descarga de ponto corona de alta tensão, a geração de ozônio e de óxidos de nitrogênio é inevitável. Durante a operação, as quantidades de poeira, ozônio e óxidos de nitrogênio geradas são frequentemente muito maiores do que no teste inicial; especialmente quando ocorre retromistura, poeira e bactérias podem entrar na área estéril sem qualquer obstrução, o que é absolutamente inaceitável do ponto de vista de um sistema de proteção. Mesmo que o precipitador eletrostático tenha efeito esterilizante, sua eficiência de esterilização não é de 100%, e os corpos bacterianos são eles próprios pirogênios. Mesmo que alguns precipitadores eletrostáticos estejam equipados com geradores de íons negativos, a vida útil dos íons negativos é muito curta: eles existem por no máximo 4～5 min no ar limpo e menos de 1 min no ar poluído, enquanto o … gerado ao mesmo tempo O ozônio tem uma vida útil muito mais longa, e o uso prolongado aumentará a concentração de ozônio no ambiente interno. É evidente que usar um precipitador eletrostático em uma sala cirúrgica não reduz o risco de infecção, mas sim adiciona um perigo oculto.

[Referência] Os dispositivos de purificação eletrostática já foram usados em salas cirúrgicas nas décadas de 1960 e 1970. Devido aos avanços na tecnologia de filtragem, especialmente ao surgimento de filtros antibacterianos, juntamente com as diversas desvantagens dos dispositivos de purificação eletrostática expostas durante o uso, eles deixaram de ser utilizados.

Se um dispositivo de purificação eletrostática realmente ainda for usado hoje, um filtro HEPA ou um filtro de sub-alta eficiência também deve ser instalado na sua saída de ar como terminal do ar de insuflamento, como medida de proteção. Atualmente, ele é frequentemente usado no exterior como instalação de purificação do ar exterior (ar fresco), o que é mais razoável.