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​Diseño de quirófanos en el ámbito internacional

Por Stulz
Quirofano impulsion estandar v1 HR
El control del aire interior en un hospital es crucial, convirtiéndose la climatización en una instalación fundamental.
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En el presente artículo se explican, y justifican, las diferencias entre las normativas española, francesa y americana en el diseño de sistemas de climatización de un quirófano y, en concreto, las necesidades constructivas que requeriría la unidad de tratamiento de aire asociada a este espacio.


Cada vez más las ingenierías españolas están desarrollando su labor en ámbito internacional. Ante esta coyuntura, surge el manejo de normativa diversa para el diseño de los distintos espacios que configuran un hospital.


Team of young specialist doctors standing in the corridor of the hospital


IMG: climatizador en quirófanos

Se han seleccionado estas normas al ser las más habituales en las zonas donde las empresas españolas están desarrollando su actividad y presentar criterios, en algunos casos, diferentes y con filosofías de diseño diferenciadas. Las normas, y versiones, comparadas y empleadas en el artículo serán las siguientes:


  • Norma UNE 100713:2005 “Instalaciones de acondicionamiento de aire en hospitales”.
  • Norma Francesa NF S90- 351:2013 sobre exigencias de contaminación ambiental en establecimientos hospitalarios.
  • ANSI/ASHRAE/ASHE 170-2021 “Ventilation of Health Care Facilities”.

  • Criterios de diseño

    Comenzaremos exponiendo los criterios de diseño ambiental y los condicionantes para la especificación de la unidad de tratamiento de aire requerida en cada una de las normas mencionadas. Se irán aplicando de forma sucesiva los criterios para un quirófano tipo que permita observar la diferencia de cada norma de forma clara.


    NORMA UNE 100713:2005

    Las condiciones ambientales de diseño se recogen en su punto 7 “Clasificación de los sectores del hospital y exigencias en cada zona”. En concreto en la tabla 5 se fijan las exigencias para cada espacio siendo las requeridas para el quirófano las siguientes:


    Tipo de local Clase de


    local

    Caudal mín

    de aire exterior (m3/(hm2))

    Tª mín (ºC)


    Tª máx (ºC)


    HR (%)

    Presión   sonora máx dB (A)

    Quirófano tipo A y B I 2400 /1200 20 ren/h 22 26 45- 50 40


    (*) El caudal se fija en el punto 6.6.2 de la norma indicando “la experiencia muestra que, para quirófanos con altas exigencias con respecto a la presencia de gérmenes, es necesario impulsar un caudal mínimo de aire de 2.400 m3/h cuando están dotados de sistemas de difusión por mezcla de aire, con un mínimo de 20 movimientos/h”.


    En un hospital concurren circunstancias muy concretas que lo diferencias de otro tipo de edificios
    Por otro lado, en el punto 6.6.3 se indica “se debe impulsar un caudal mínimo de aire exterior de 1.200 m3/h para mantener la concentración de los gases de anestesia y desinfectantes dentro de un nivel aceptable en el ambiente de los locales de la clase I con una distribución uniforme del aire”.


    Por tanto, para un quirófano de 40 m2 y altura libre mínima de tres metros (mínimo recomendado según la guía “Bloque Quirúrgico: Estándares y recomendaciones” del Ministerio de Sanidad) se requieren justo los 2.400 m3/h comentados.


    La práctica habitual, y las facilidades constructivas y de coste, hacen que la unidad de tratamiento de aire se diseñe cien por cien aire exterior cumpliendo con todos los criterios mencionados.


    Para ese caudal, y prestación habitual solicitada, el diseño en el espacio suele llevar a implementar cuatro difusores rotaciones con filtro HEPA 13 (según punto 5.2.2. de la norma) según esquema de diseño adjunto.


    Imagen Climatizador Quirofanos


    IMG: Quirófano de impulsión estándar

    Los aspectos constructivos de la unidad de tratamiento de aire se desarrollan en el punto 6.5 de la norma siendo los siguientes los principales, y diferenciadores, respecto a otro tipo de espacios o ámbitos:


  • Las paredes interiores deben ser lisas y de fácil limpieza. En áreas como quirófanos es recomendable que las paredes interiores sean de acero inoxidable.

  • El ventilador de impulsión de aire se debe situar entre el primer y el segundo nivel de filtración. Para evitar el desprendimiento de partículas de las correas o poleas se recomienda que los ventiladores estén directamente acoplados a motores dotados de VFD (convertidores de frecuencia).
  • ESTAS NORMAS SON LAS MÁS HABITUALES EN ZONAS DONDE LAS EMPRESAS ESPAÑOLAS ESTÁN ACTUANDO

  • El dispositivo de humectación se colocará delante del segundo nivel de filtración y sobre la bandeja de condensación de las baterías.

  • Las baterías de refrigeración se deben colocar delante del segundo nivel de filtración y estarán montadas sobre una bandeja de recogida de condensados. Será accesible desde la entrada y salida del aire. Se instalará un sifón con sello hidráulico con un mínimo de 50 50 mm. Para facilitar las operaciones de limpieza y desinfección en el interior de la batería, el número de rangos de las baterías no debe ser mayor que cuatro.

  • Para evitar verificaciones higiénicas en operación los recuperadores de energía deben ser tales que no sea posible la transmisión de partículas, microorganismos o gases contaminantes desde el aire de extracción al aire de impulsión (por ejemplo, recuperadores de calor aire-agua con baterías). Los recuperadores de colocarán entre el primer y el segundo nivel de filtración. Los recuperadores de energía deben estar precedidos en ambos lados por una etapa de filtración como mínimo clase F5 según UNE EN 779.

  • Las unidades de tratamiento de aire deben estar provistas de mirillas e iluminación interior, como mínimo en la zona de ventiladores y filtros.

  • Qurofano Flujo laminar v1


    NORMA FRANCESA NF S90 -351:2013

    La norma francesa se estructura en base a clases de riesgo basados en la actividad a desarrollar en cada estancia del hospital. Cada clase de riesgo está relacionada con el rendimiento particulado, microbiológico y aireación de una habitación u espacio. Así para el área de operaciones se establece un riesgo 4.


    Las condiciones ambientales de diseño se recogen en la tabla 16 “Valores guía para el rendimiento en reposo” y se muestran a continuación:


    Clase


    de riesgo

    Clase limpieza partículas Cinética de eliminación de partículas Clase limpieza microbiológica


    Presión

    diferencial

    Rango de

    temperaturas

    Régimen flujo de aire de la zona a proteger Otras características técnicas / Valores mínimos
    4 ISO 5 CP 5 M1 15 Pa +/- 5 Pa 19 a 26 ºC Flujo unidireccional Área bajo flujo velocidad del aire de 0.25 a 0.35 m/s


    Mínimo de aire exterior


    Para concretar en el caso base se considera un flujo de aire unidireccional con descarga en vertical. La velocidad del flujo de aire es uno de los factores para controlar estos riesgos que marca la norma. En un quirófano de nivel de riesgo 4, se impone un valor de 0,25 a 0,35 m/s. Los valores se miden a una distancia de 15 cm a 30 cm desde el punto de soplado.


    El flujo unidireccional en un quirófano, el soplado se lleva a cabo por un solo sistema (techo de flujo laminar) que permite una difusión uniforme según las condiciones anteriores. 


    Este sistema permite una rápida eliminación de los contaminantes que son evacuados por una renovación permanente de aire filtrado (efecto pistón). El objetivo es mantener el sistema unidireccional del flujo (es decir, redes de aire aproximadamente paralelas) durante el mayor tiempo posible.


    Otro punto importante de la norma es la cuantía de aire exterior requerido en cada espacio. En el caso del quirófano ejemplo se requieren seis renovaciones por hora de aire exterior.


    Para nuestro quirófano tipo de 120 m3, se requerirá para una velocidad promedio de descarga de 0,3 m/s y un techo filtrante de 3x4 metros un caudal de renovación de 12.960 m3/h, de los cuales 720 m3/h deben ser de aire exterior. Se muestra a continuación un diseño bajo este criterio y sistema.


    IMG: quirófano flujo laminar

    Los aspectos constructivos de la unidad de tratamiento de aire se desarrollan en el punto 5.6 y 5.7 de la norma, basados en la NF EN 13053, siendo los siguientes los principales, y diferenciadores, respecto a otro tipo de espacios o ámbitos:


  • El nivel mínimo de hermeticidad requerido para las envolventes será de clase L2 definido en la norma NF EN 1886. Las carcasas de las unidades de tratamiento de aire deben tener niveles mínimos de aislamiento térmico y estanqueidad. Estos niveles corresponden a T2, TB2 y L2.

  • Habrá una primera etapa de filtración, que debe colocarse aguas arriba de las baterías, con una eficiencia mínima M6, recomendada F7 y con los siguientes condicionantes:
  • - Mantener el rendimiento de la unidad a lo largo del tiempo en su nivel inicial mediante una protección eficaz contra las incrustaciones.

    - Mantener el estado higiénico de la unidad limitando la contribución de los microorganismos, en particular las esporas de moho.


    Esta primera etapa de filtración puede ir precedida opcionalmente de una etapa de prefiltración G4.


  • Se dispondrá una segunda etapa de filtrado, con una eficacia mínima F9 según NF EN 779 a la salida de la unidad de tratamiento de aire, cuya finalidad es:
  • - Mantener la limpieza de la red de distribución de aire.

    - Prolongar la vida útil de los filtros terminales.


  • La velocidad de paso del aire en la batería de agua fría debe ser inferior a 2,5 m/s para evitar el arrastre de gotas.

  • Se debe hacer un adecuado dimensionamiento del sifón de descarga de condensados en función de las presiones existentes en la unidad.

  • La calidad de los materiales de la superficie deben ser resistentes a la corrosión, al igual que la vendeja de recuperación de condensados. Esta debe ser accesible.

  • Debe existir humectador de vapor para controlar los valores de humedad relativa normativos.

  • Debe haber un control de la extracción para evitar la depresión accidental de zonas con un entorno controlado.

  • Es recomendable una sección de free cooling si las condiciones externas son regularmente favorables durante largos períodos de tiempo. Así mismo es recomendable el empleo de secciones de recuperación de calor de alta eficiencia (clase mínima H3 según NF EN 13053).

  • El motor del ventilador debe ser de "alta eficiencia" (IE2 o IE3) y estar dotado de variador de frecuencia.

  • ANSI/ASHRAE/ASHE 170-2021 “Ventilation of Health Care Facilities”.

    La norma americana se estructura en base a parámetros de diseño a desarrollar en cada estancia del hospital. 



    En el caso de quirófanos establece unos criterios generales de diseño del sistema (flujo unidireccional, concentración de difusión en la parte cenital del paciente y equipo médico, etc.) complementados con criterios de calidad ambiental. Básicamente direccionalidad del flujo, filtración y mínimo número de renovaciones por hora del espacio.


    Las condiciones ambientales de diseño se recogen en la tabla 7.1 “Parámetros de diseño” y se muestran a continuación:  


    Espacio Presión respecto


    a zona

    adyacente

    Mín aire

    exterior

    Mín renovaciones

    de aire

    Necesidad de salida de la globalidad

    del aire de extracción

    Cobertura desocupada Mínima


    eficacia de

    filtrado

    Humedad

    relativa

    Quirófano Positiva 4 20 NR SI MERV-16 20-60 20-24 ºC


    Por tanto, para el quirófano objeto del ejemplo de 40 m2 y altura libre mínima de tres metros se requieren justo los 2.400 m3/h comentados con un mínimo de 480 m3/h


    Como se comentaba en el caso de la norma UNE 100713, la práctica habitual, y las facilidades constructivas y de coste, hacen que la unidad de tratamiento de aire se diseñe cien por cien aire exterior también. El diseño tipo corresponde al aportado en el primer caso con cuatro filtros HEPA de alta eficacia.

    Las normas comparadas en el artículo son Norma UNE 100713:2005, Norma Francesa 
    NF S90- 351:2013 
    y ANSI/ASHRAE/ASHE 
    170-2021


    Los aspectos constructivos de la unidad de tratamiento de aire se desarrollan en el punto 6.2 de la norma siendo los siguientes los principales, y diferenciadores, respecto a otro tipo de espacios o ámbitos:


  • La unidad de tratamiento de aire será estanca y resistente a la corrosión. Permitirá acceso para inspección y mantenimiento.

  • Se dispondrá una primera etapa de filtrado, mínimo MERV-8, previo al primer intercambiador de calor de la unidad.

  • Constructivamente, tanto la envolvente como las baterías cumplirán con lo marcado en el ASHRAE estándar 62.1. Estos criterios no difieren sustancialmente de los expuestos para las normativas anteriores.

  • Cuando se requiera, por necesidades de cálculo de humedad relativa, se dispondrá de sección de humectación por vapor.

  • Criterios de diseño

    En función de lo anterior se puede concluir que la aplicación de las distintas normas en quirófanos lleva a lo siguiente:


    Los criterios ambientales mínimos de la norma americana y española son análogos, siendo más exigente la francesa, incluso para quirófanos tipo A bajo norma UNE 100713:2005.


  • Ese exceso de exigencia ambiental condiciona el tipo de tratamiento del espacio y por tanto los caudales movidos, tanto totales como de aire exterior. Esto condiciona por tanto la configuración y secciones de la unidad de tratamiento de aire requerida.

  • Las características constructivas exigibles en cada normativa son análogas incidiendo en los mismos puntos de mantenibilidad y asepsia en operación.

  • Las secciones mínimas, salvo las vinculadas al retorno del aire (requeridas en flujo laminar dada la cuantía del aire a mover que no es conveniente, tanto por estabilidad del lazo de control como por aspectos energéticos, que sea cien por cien exterior) son análogas y obedecen a un tratamiento convencional basado en la sobrepresión del espacio a tratar y las condiciones termo higrométricas del mismo.


  • Artículo elaborado por Stulz.


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