Sistema de Ar-Condicionado de Laboratório Médico

(continuação da página anterior) — sistema simples, com descarga diretamente pela parede ou janela para o exterior — pode ser selecionado o ventilador de fluxo diagonal modelo FSJG-3.5F (potência do motor N = 0,18 kW); se o sistema for mais complexo, deve ser selecionado um ventilador centrífugo. Se o trajeto do duto não for muito complexo, pode ser selecionado o modelo F4-72-3.5A (3.6A) com motor de 0,75 kW ou 1,1 kW. Se o cliente exigir um volume de ar relativamente grande e o sistema for mais complexo, pode ser selecionado o modelo F4-72-4A com motor de 1,1 kW. A resistência de um sistema de capela de exaustão única é de cerca de 80–100 Pa, e a resistência de cada cotovelo é de cerca de 40–50 Pa. Ao selecionar ventiladores, como os parâmetros dos fabricantes nacionais contêm um certo grau de superestimação, deve ser reservada uma margem adequada. ③ Para múltiplas capelas de exaustão e sistemas complexos — para sistemas de ventilação com duas ou mais capelas de exaustão — geralmente é adotada a descarga de alto nível no telhado ou descarga externa, e geralmente são selecionados ventiladores centrífugos. O modelo do ventilador pode ser selecionado de acordo com o volume de exaustão total do sistema e a resistência do sistema. Para ventiladores que atendam tanto ao volume de exaustão do sistema quanto à pressão do sistema, devemos selecionar, na medida do possível, um ventilador de modelo maior e com menor potência do motor. ④ Para um sistema no qual um ventilador aciona duas ou mais capelas de exaustão, a fim de controlar a abertura e o fechamento de cada capela de exaustão de forma independente, deve ser instalada uma válvula eletrônica de controle de volume de ar em cada capela de exaustão. A válvula eletrônica de controle de volume de ar geralmente tem Φ315 mm.

X. Condições do Local de Ventilação

• 1. Condições do local da edificação
  • 1.1 Número total de andares da edificação;
  • 1.2 Altura dos andares da edificação;
  • 1.3 Localizações específicas e dimensões de vigas ou outros objetos na edificação que afetem a instalação do sistema de ventilação;
  • 1.4 Condições do local no telhado — se há espaço para instalar ventiladores;
  • 1.5 Se há um poço de ar na edificação; em caso afirmativo, fornecer sua localização e dimensões específicas;
  • 1.6 Se não houver poço de ar na edificação, quais partes da fachada da edificação o cliente concorda que podem ser usadas para o trajeto dos dutos sem comprometer a eficácia do sistema de ventilação, outras instalações ou a estética geral da edificação.
• 2. Requisitos do cliente
  • 2.1 Local de instalação do ventilador exigido pelo cliente (interno, parede lateral ou telhado);
  • 2.2 Material do sistema de ventilação exigido pelo cliente (PVC, fibra de vidro, chapa de ferro galvanizado, aço inoxidável, PP, etc.);
  • 2.3 Se o cliente precisa que a empresa forneça serviços como aberturas em paredes, fundações para equipamentos e impermeabilização;
  • 2.4 Se o cliente precisa de tratamento de gases de exaustão para o sistema de ventilação;
  • 2.5 Parâmetros específicos exigidos pelo cliente, como a velocidade de face a ser atingida pelos equipamentos terminais de ventilação;
  • 2.6 Faixa de controle de ruído exigida pelo cliente para os equipamentos terminais de ventilação, etc.

Seção 3 Sistema de Ar-Condicionado de Laboratório Médico

I. Classificação e Características dos Sistemas de Ar-Condicionado

Edifícios de laboratório diferem de edifícios comuns; diferentes laboratórios têm requisitos diferentes para parâmetros como temperatura, umidade, pressão e limpeza (truncado na parte inferior da página) (continuação da página anterior), e o fluxo de ar entre diferentes laboratórios não deve provocar contaminação cruzada; o fluxo de ar proveniente das áreas de laboratório não deve escoar para as áreas de escritório. Por conseguinte, os requisitos de ar condicionado dos edifícios de laboratórios são bastante mais complexos do que os dos edifícios comuns: as zonas funcionais devem ser divididas de forma independente, devem ser adotados sistemas independentes e deve ser cumprido o princípio de que as zonas de ar condicionado podem ser mutuamente seladas para evitar a infeção cruzada pelas vias de circulação de ar; as salas com requisitos de limpeza e as salas com elevado nível de contaminação devem formar, cada uma, um sistema autónomo. De acordo com a sua disposição, os sistemas de ar condicionado podem ser classificados em sistemas de ar condicionado descentralizados, sistemas de ar condicionado centralizados e sistemas de ar condicionado parcialmente centralizados.

1. Sistema de Ar Condicionado Descentralizado

Um sistema de ar condicionado descentralizado consiste na utilização de uma unidade de ar condicionado independente própria por cada laboratório; as unidades mais comuns incluem os aparelhos de ar condicionado cassete de teto, os aparelhos de ar condicionado de parede, os aparelhos de ar condicionado de piso (tipo armário) e os aparelhos de ar condicionado de janela. Os aparelhos de ar condicionado cassete de teto são frequentemente utilizados em laboratórios, pois não ocupam espaço útil, apresentam baixo nível de ruído e oferecem um desempenho global superior. Os aparelhos de ar condicionado de janela não são recomendados devido ao seu ruído relativamente elevado; os aparelhos de ar condicionado de parede e de piso podem ser utilizados em laboratórios comuns, consoante a área do espaço.

As vantagens dos sistemas de ar condicionado descentralizados são a instalação simples, a utilização flexível, a gestão conveniente, a reduzida interferência mútua entre laboratórios, a manutenção fácil, o controlo individual e a poupança de energia. As desvantagens residem na ausência de sistema de ar novo, no grande número de unidades externas, na distância limitada entre as unidades externas e as unidades internas e na necessidade de ter em conta a colocação e a estética das unidades externas. Estes sistemas são adequados para laboratórios comuns sem requisitos específicos de diferencial de pressão ou de limpeza entre si, sendo comummente aplicados em projetos de construção de baixo investimento e pequena dimensão.

2. Sistema de Ar Condicionado Centralizado

Um sistema de ar condicionado centralizado consiste na adoção de um sistema de ar condicionado central global para todo o edifício de laboratórios, pelo que, quando o sistema é ativado, o ar condicionado de todo o edifício fica “ligado integralmente de uma só vez”. Uma vez que as áreas de escritório e as áreas de laboratório coexistem geralmente num edifício de laboratórios, e as áreas de laboratório integram diferentes tipos de laboratórios, surgem alguns problemas — por exemplo: para laboratórios que não são utilizados de forma sincronizada, um sistema de ar condicionado centralizado provoca um desperdício considerável de energia e dificulta o cumprimento dos diferentes requisitos de temperatura e humidade de vários tipos de laboratório; para laboratórios com requisitos de limpeza distintos, o grande volume de ar processado por um sistema centralizado implica um investimento excessivo e não permite adaptar-se aos requisitos diferenciados das salas de instrumentos de precisão e de outros laboratórios do edifício; além disso, não consegue satisfazer as necessidades de ar condicionado distintas das áreas de laboratório e das áreas de escritório. Um sistema de ar condicionado centralizado utiliza uma central de refrigeração unificada e tubagens dispostas de forma uniforme, e o seu projeto de temperatura, humidade e renovação de ar cumpre facilmente os requisitos de conforto humano; é adequado para grandes áreas de escritório num edifício, mas não é recomendado para zonas de utilização mista onde as áreas de laboratório e as áreas de escritório são utilizadas simultaneamente.

3. Sistema de Ar Condicionado Parcialmente Centralizado

Um sistema de ar condicionado parcialmente centralizado utiliza múltiplas unidades de ar condicionado para controlar separadamente as zonas do edifício do laboratório que têm diferentes requisitos de ambiente de ar, enquanto um sistema de controle de frequência variável ajusta o consumo de energia de acordo com as alterações nas zonas utilizadas, alcançando assim a economia de energia. Os sistemas de ar condicionado parcialmente centralizados combinam as vantagens dos sistemas descentralizados e centralizados e são amplamente utilizados em edifícios de laboratórios.

[Figura: Layout da planta baixa do ar condicionado — disposição das unidades/saídas de ar condicionado internas em cada sala do laboratório, com dimensões e anotações de tubulação]

II. Fatores Considerados no Projeto do Sistema de Ar Condicionado

Um sistema de ar condicionado de laboratório deve atender aos requisitos de pesquisa do laboratório. Além do controle rigoroso de temperatura e umidade, é necessário volume de ventilação suficiente para lidar com fumaça, odores e contaminantes transportados pelo ar, e para atender às necessidades de ventilação dos equipamentos de exaustão e à carga térmica do laboratório. O sistema de ar condicionado deve considerar plenamente a confiabilidade do sistema e permitir capacidade excedente. Zonas de diferentes naturezas exigem diferentes pressões relativas, e a economia de energia deve ser considerada de acordo com as normas relevantes. Além dos fatores considerados no ar condicionado convencional, o projeto do sistema de ar condicionado de laboratório também deve levar em conta as características do laboratório, analisando de forma abrangente vários fatores antes de selecionar um sistema de ar condicionado adequado.

III. Organização do Fluxo de Ar

Um laboratório deve manter um determinado gradiente de temperatura e condições de fluxo de ar. Em circunstâncias normais, o laboratório é mantido em pressão negativa em relação aos corredores e áreas não laboratoriais, com o fluxo de ar se movendo de zonas de baixo risco para zonas de alto risco; todo o edifício deve ser mantido em pressão positiva em relação ao exterior para evitar a infiltração de ar prejudicial e não filtrado.

O ar de suprimento para os corredores deve levar em conta o ar de reposição para os laboratórios e o requisito de pressão positiva de todo o edifício. Na premissa de uma planta baixa de edifício racional, os locais das saídas de ar de suprimento, retorno e exaustão e a correspondência dos volumes de ar de suprimento, retorno e exaustão devem ser plenamente considerados para estabelecer gradientes de pressão racionais entre as salas, garantir o movimento ordenado do ar e evitar a contaminação cruzada. O projeto do laboratório deve considerar não apenas a direção do fluxo de ar, mas também a taxa de fluxo e os diferenciais de pressão entre salas de diferentes classes de limpeza ou diferentes funções — normalmente 5–10 Pa; para laboratórios de biossegurança, o diferencial de pressão entre salas adjacentes com diferentes funções é normalmente de 10–15 Pa. As rotas dos fluxos de pessoal e materiais devem ser plenamente consideradas para minimizar o refluxo e a turbulência internos, e evitar que os contaminantes se espalhem no interior e coloquem em risco a segurança do pessoal e do meio ambiente. Deve ser dada atenção especial à influência das capelas de exaustão na organização do fluxo de ar interno; a turbulência deve ser evitada tanto quanto possível nas áreas próximas às capelas de exaustão de laboratório e aos gabinetes de biossegurança, pois a influência da turbulência na lateral da capela é muito maior do que na frente.

1. Controle de Pressão do Fluxo de Ar

O controle de pressão do laboratório utiliza principalmente o método de controle direto por diferencial de pressão e o método de controle por volume de ar excedente (desvio de fluxo de ar).

1.1 Método de Controle Direto por Diferencial de Pressão

O método de controle direto por diferencial de pressão mede o diferencial de pressão em relação a uma zona de referência com um sensor de diferencial de pressão; após a comparação com o diferencial definido, o controlador ajusta o volume de ar de suprimento (ou exaustão) de acordo com o desvio para alcançar o diferencial necessário. Trata-se de um controle por realimentação; o tempo de resposta do sistema é longo e a precisão do controle é baixa.

1.2 Método de Controle por Volume de Ar Excedente (Desvio de Fluxo de Ar)

Manter uma certa diferença de volume de ar (chamada de volume de ar excedente) entre os volumes de ar de insuflamento e de exaustão do laboratório cria inevitavelmente um certo diferencial de pressão entre o interior e o exterior do laboratório. Quando o volume total de ar de insuflamento é maior que o volume total de ar de retorno e exaustão, o ar é descarregado através de válvulas de sobrepressão e frestas das salas, estabelecendo pressão positiva em relação às zonas adjacentes e impedindo que contaminantes ambientais entrem na sala — sendo adequado para locais que exigem alta limpeza.

Quando o volume total de ar de insuflamento da sala é menor que o volume total de ar de retorno e exaustão, o ar entra na sala a partir de salas adjacentes e do ambiente externo, e a sala fica em pressão negativa; tais sistemas de pressão negativa garantem a segurança ambiental, assegurando que contaminantes não tratados não escoem para o ambiente externo — por exemplo, laboratórios de segurança biológica e salas de animais em pressão negativa. Vantagens do método do volume de ar excedente: controle preciso do diferencial de pressão, pequena flutuação do sistema e equilíbrio rápido. Na ausência de perturbação externa, o sistema opera com controle antecipativo (feed-forward), com curto tempo de resposta e alta precisão de controle; a maioria das salas limpas utiliza esse método de controle de pressão.

Para locais que exigem controle de pressão com pressão estável (como laboratórios de segurança biológica), o método do volume de ar excedente é utilizado principalmente como método de controle básico, com sensores de pressão e controladores adicionados para definir o volume de ar excedente. Os volumes de ar de insuflamento e exaustão são determinados a partir do volume de ar excedente que produz o diferencial de pressão, e o volume de ar excedente é monitorado; quando o volume de ar excedente se desvia do valor definido em certo grau, o sistema emite alarme automaticamente, momento em que o dispositivo de medição ou os equipamentos com potencial vazamento (como o sistema de dutos ou a envolvente do edifício) devem ser verificados. A combinação do controle de volume de ar excedente com o controle de pressão permite o controle dinâmico do sistema, garantindo a precisão do diferencial do sistema de pressão.

2. Equipamentos de Exaustão

A quantidade e o volume de exaustão dos equipamentos de exaustão de laboratório são fatores importantes considerados no projeto do sistema de ar-condicionado de laboratório. Os equipamentos de exaustão de laboratório comuns incluem capelas de exaustão, braços de extração articulados, capelas de absorção atômica, capelas de ventilação de bancada, cabines de segurança biológica, armários de reagentes ventilados e caixas de luvas.

3. Fatores de Carga de Resfriamento e Aquecimento

O projeto do sistema de ar-condicionado de laboratório deve considerar plenamente as potenciais fontes de calor e frio do laboratório, para que uma capacidade de resfriamento cientificamente precisa possa ser calculada e o ar-condicionado de frequência variável seja adotado para alcançar economia de energia. As cargas de resfriamento e aquecimento comuns em laboratórios incluem calor sensível de pessoal, calor sensível de animais, instrumentos e equipamentos de laboratório, computadores, iluminação, câmaras frias e câmaras quentes.

IV. Sistemas de Ar-Condicionado para Laboratórios Comuns

O sistema de ar-condicionado de um laboratório comum é aquele sem requisitos especiais de limpeza; geralmente pode ser projetado como ar-condicionado de conforto. A temperatura adequada deve ser de 18–28°C no verão e de 16–20°C no inverno, e a umidade preferencialmente entre 40% (inverno) e 70% (verão). Para garantir que o fluxo de ar do laboratório não contamine as áreas públicas circundantes, geralmente é mantida uma leve pressão negativa em relação às áreas públicas.

Algumas salas de instrumentos de precisão exigem temperatura e umidade constantes para garantir o funcionamento normal dos instrumentos. Instrumentos de precisão como espectrômetros de prisma têm requisitos ainda maiores de temperatura e umidade: como o índice de refração de um prisma varia com a temperatura, grandes flutuações de temperatura podem afetar significativamente a precisão da medição de comprimento de onda; portanto, os espectrômetros de prisma têm requisitos ambientais rigorosos, exigindo geralmente temperatura da sala do espectrômetro de 20 ± 5°C e umidade relativa de 65% ± 5%. Para laboratórios físicos e químicos com muitas capelas de exaustão, além de utilizar um sistema de controle VAV para o sistema de ventilação, o sistema de ar fresco de reposição do sistema de ar-condicionado deve ser configurado de forma racional para alcançar a economia de energia e evitar a pressão negativa excessiva causada pela extração de muito ar do laboratório; quando a diferença de temperatura entre o interior e o exterior for grande, o ar de reposição também deve ser pré-aquecido ou pré-resfriado.

V. Sistemas de Ar-Condicionado para Laboratórios Limpos

A principal diferença entre um sistema de ar-condicionado para sala limpa e um sistema de ar-condicionado comum é que ele adota tecnologia de filtragem em múltiplos estágios, medidas especiais para evitar que partículas de poeira entrem no sistema e na sala limpa, e uma organização do fluxo de ar que atende aos requisitos da sala limpa.

Um laboratório limpo é um ambiente totalmente fechado; por meio dos filtros de eficiência primária, média e alta dos sistemas de insuflamento e retorno de ar do ar-condicionado, o ar interno é continuamente circulado e filtrado, de modo que a concentração de partículas transportadas pelo ar seja controlada em um nível especificado. Os principais parâmetros que devem ser controlados em um laboratório limpo são diferencial de pressão, temperatura, umidade, contagem de partículas de poeira, contagem de colônias, taxa de renovação de ar, iluminância e ruído.

[Figura: Planta baixa da disposição das saídas de ar em um laboratório limpo. As salas/áreas legíveis incluem: lavanderia, sala de lavagem e desinfecção, gabinete de ar limpo, reservado, sala de preparo, sala de cultura 3, sala de cultura 2, sala de cultura 1, sala de controle de qualidade, sala de separação de células 2, sala de separação de células 1, segunda sala de troca de roupas, troca de calçados, sala de preparo, teste 1, teste 2, sala de armazenamento, sala de distribuição de energia, além de corredor de resíduos, corredor limpo, corredor da zona geral, etc.; saídas de ar de insuflamento HEPA e saídas de veneziana de retorno de ar estão dispostas na figura.]

Fig. 6-33 Disposição das Saídas de Ar