Medizinische Luftsysteme sind ein wesentlicher Bestandteil aller Krankenhäuser und der meisten anderen Gesundheitseinrichtungen. Bei der Auswahl eines Systems für ein bestimmtes Projekt muss der Ingenieur Kosten, Kapazität, physische Größe und Gewicht, Platzbeschränkungen sowie die Verfügbarkeit mechanischer und elektrischer Versorgungseinrichtungen berücksichtigen. Es ist wichtig, die Auswahl der Ausrüstung mit dem Eigentümer sowie anderen Ingenieur- und Architekturdisziplinen abzustimmen.
An erster Stelle steht die Lebenssicherheit. Medizinische Luft wird zur Atemtherapie und Kalibrierung medizinischer Geräte für Atemwegsanwendungen verwendet. Die Bereitstellung sauberer, ölfreier Luft ist zwingend erforderlich. Das medizinische Luftsystem sollte wegen der Möglichkeit einer Kontamination des Verteilungssystems nicht zur Luftversorgung für andere Zwecke (z. B. zur Verwendung im Krankenhauslabor) verwendet werden. Wenn ein Patient medizinische Luft einatmet, die durch Öl aus einem defekten Kompressor oder Stickstoff aus einer Lötspülung verunreinigt ist, können die Folgen irreversibel sein. Darüber hinaus muss eine Abschaltung einer Versorgungseinrichtung oder einer Pipeline mit dem Krankenhauspersonal koordiniert werden, um eine versehentliche Beendigung des Dienstes zu verhindern, während Patienten an das System angeschlossen sind. Ingenieure sollten sich der Anforderungen bewusst sein, bevor sie ein medizinisches Gassystem entwerfen.
Vertriebssysteme
Medizinische Druckluftsysteme müssen so ausgelegt sein, dass das Eindringen von Verunreinigungen oder Flüssigkeiten in die Rohrleitung verhindert wird. Medizinische Luftsysteme müssen:
• aus Flaschen, Großbehältern oder medizinischen Luftkompressoren versorgt werden; oder aus Sauerstoff USP und ölfreiem, trockenem Stickstoff rekonstituiert
• Anforderungen der medizinischen Luft erfüllen
• keine nachweisbaren flüssigen Kohlenwasserstoffe enthalten
• weniger als 25 ppm gasförmige Kohlenwasserstoffe enthalten
• 5 mg/m3 oder weniger permanente Partikel mit einer Größe von 1 Mikrometer oder mehr bei normalem Atmosphärendruck enthalten.
In einer typischen voll funktionsfähigen Gesundheitseinrichtung wird die medizinische Luft über ein Hochdruck-Flaschenverteilersystem oder ein medizinisches Luftkompressorsystem zugeführt. Verteilerverteilungssysteme werden typischerweise in Einrichtungen eingesetzt, die nur einen sehr geringen Bedarf an medizinischer Luft haben. Medizinische Luftkompressoranlagen sind typischerweise für größere Einrichtungen vorgesehen.
Bestehende Einrichtungen können sich dafür entscheiden, ihre Ausrüstung und die zugehörigen Rohrleitungen zu modernisieren oder medizinische Luftanlagen hinzuzufügen, wenn die Anlage erweitert wird. Bei der Auswahl eines Geräts für eine neue Anlage sollte die Möglichkeit einer zukünftigen Erweiterung berücksichtigt werden. Um zukünftiges Wachstum zu ermöglichen, empfiehlt es sich, bei der Dimensionierung eines Systems konservativ vorzugehen.
Duplex-Luftkompressor-Quellensysteme für medizinische Zwecke
Beim Entwurf einer neuen Anlage stehen einem Ingenieur in der Regel mehr Optionen zur Verfügung als bei einem Renovierungs- oder Ersatzprojekt. Elektrische und mechanische Versorgungsleistungen können einfacher berechnet werden, und Kühlwasser-, Lüftungs- und Elektrodienste können dimensioniert und angemessen platziert werden. Der ideale schematische Entwurf enthält einen gut belüfteten, leicht zugänglichen Maschinenraum für medizinische Gasgeräte.
Bei der Auswahl eines medizinischen Luftkompressors für eine Modernisierung kann der Techniker aufgrund von Ineffizienzen der mechanischen Versorgung (z. B. schlechte Kühlwasserqualität, schlecht belüfteter mechanischer Raum) auf Schwierigkeiten stoßen. Der örtliche Energieversorger unterstützt die Pumpenanordnung möglicherweise nicht oder ein schlechter Zugang zur Ausrüstung kann den Ausfall von Ausrüstungsteilen erforderlich machen, was zu erheblichen Kostensteigerungen führt. Es ist unbedingt erforderlich, gründliche Untersuchungen des umgebenden mechanischen Raums und der Versorgungseinrichtungen durchzuführen, bevor der beste Kompressortyp für das Projekt ermittelt wird.
Es ist eine gute Idee, in der Entwurfsphase des Schaltplans mehr als einen Kompressortyp auszuwählen. Sie sollten einen Masterplan entwickeln, der den bestehenden Bedarf und die geschätzte freie Kapazität aufzeigt. Der Eigentümer möchte möglicherweise einen Kostenvoranschlag einholen, bevor er eine endgültige Entscheidung trifft.
Arten von Kompressoren
Alle medizinischen Luftkompressoren müssen in der Lage sein, ölfreie Druckluft zu liefern. Dieser Artikel befasst sich speziell mit medizinischen Luftsystemen für Krankenhäuser der Stufe 1.
Es gibt drei akzeptable Typen:
• Ölfreie Kompressoren: Diese Kolbenkompressoren haben keinen Ölfilm auf Oberflächen, die der komprimierten Luft ausgesetzt sind. Sie enthalten Öl in der Maschine und erfordern eine Trennung des ölhaltigen Bereichs von der Kompressionskammer durch mindestens zwei Dichtungen. Die Verbindungswelle und die Dichtungen müssen sichtbar sein, ohne dass der Kompressor zerlegt werden muss.
• Ölfreie Kompressoren: Diese Kolben- oder Rotations-Scroll-Kompressoren haben kein Öl in der Maschine. Die Schmierung ist auf die Dichtungslager beschränkt.
• Flüssigkeitsringpumpe: Diese rotierenden Luftkompressorpumpen verfügen über eine Wasserdichtung. Es wird empfohlen, einen Wärmetauscher zu verwenden, um Sperrwasser zu sparen.
Medizinische Luftkompressoranlagen sollten so dimensioniert sein, dass sie den berechneten Spitzenbedarf decken, wenn der größte Kompressor außer Betrieb ist. Bei einem effizienten Entwurf eines größeren Systems (z. B. drei Pumpen oder mehr) ist jeder Kompressor so dimensioniert, dass er einen gleichen Prozentsatz des Spitzenbedarfs bewältigen und Redundanz schaffen kann. Es sollten niemals weniger als zwei Kompressoren vorhanden sein.
Zubehörausrüstung
Das medizinische Luftkompressorsystem wird von mehreren mechanischen Geräten begleitet:
• Ansaugung: Die Luftansaugung des Kompressors muss sich im Freien über dem Dach befinden und mindestens 10 Fuß von Türen, Fenstern, anderen Ansaugöffnungen oder anderen Öffnungen entfernt sein. Die Ansaugöffnungen müssen heruntergeregelt, abgeschirmt und mit Ansaugfilterschalldämpfern ausgestattet sein. Diese Filter entfernen große Mengen an Partikeln (mikroskopisch kleine Partikel fester oder flüssiger Stoffe, die in der Luft schweben) und Verunreinigungen am Kompressoreinlass.
• Luftbehälter: Die Aufgabe des Luftbehälters besteht darin, Luft zu speichern und Druckschwankungen auszugleichen. Es muss über einen vollwertigen Bypass sowie einen manuellen und automatischen Abfluss verfügen, um angesammeltes Kondensat zu entfernen. Es muss den Kessel- und Druckbehälterbaunormen Abschnitt 8 der American Society of Mechanical Engineers (https://asme.org) entsprechen. Die Größe des Empfängers richtet sich nach dem Systembedarf, der Kompressorgröße und den Kompressorlaufzeiten.
• Drucklufttrockner: Der Trockner dient zur Entfernung von Wasserdampf aus dem Luftstrom. Es muss sich mindestens um ein Duplexsystem mit Ventilen handeln, damit eine Einheit gewartet werden kann. Bei den Trocknern sollte es sich um Trockenmittel-Twin-Tower-Trockner handeln, die für 100 % der berechneten Ladung unter Auslegungsbedingungen ausgelegt sind. Sie sollten für 0 °C (32 °F) ausgelegt sein.
• Duplex-Endfilter: Diese sollten für eine Systemkapazität von 100 % ausgelegt sein, mit einem Wirkungsgrad von mindestens 98 % bei 1 Mikron oder mehr. Der Filter muss mit einer optischen Anzeige ausgestattet sein, die die verbleibende Lebensdauer des Filterelements anzeigt.
• Medizinische Luftregler: Regler steuern den Druck des Luftsystems. Sie sollten für 100 % des berechneten Spitzenbedarfs des Systems unter Auslegungsbedingungen dimensioniert sein. Druckregler sollten so eingestellt werden, dass sie den am weitesten entfernten Auslass mit medizinischer Luft mit einem Druck von 50 psig versorgen.
• Alarmsensoren: Ein medizinischer Luftkompressor muss über Alarmsensoren in der Nähe verfügen, die vom Krankenhauspersonal kontinuierlich überwacht werden können. Typische Alarme sind für hohen Druck, niedrigen Druck und andere Probleme (z. B. Betrieb der Vor-/Nachlaufpumpe, hohe Temperatur, hoher Taupunkt, Kohlenmonoxid). Je nach Kompressortyp und Wunsch des Besitzers können zusätzliche Alarmsignale hinzugefügt werden.
• Schwingungsdämpfende Halterungen: Diese sollten je nach Herstelleranforderung für die Kompressoren, den Behälter und die Trockner vorgesehen werden.
Rohrleitungen
Medizinische Luftleitungen werden entsprechend der berechneten Durchflussrate in Kubikfuß pro Minute (cfm) dimensioniert. Die Druckluftleitungen bestehen aus hartgelötetem Typ-L-Kupfer und sind für den Sauerstoffbetrieb vorbereitet. Die Rohrleitungen müssen in Richtung der Zentralanlage verlaufen, an Tiefpunkten über Abflüsse verfügen und mit Ventilen und Kennzeichnung versehen sein.
Die Durchflussrate für medizinische Luftauslässe beträgt im Allgemeinen 1 cfm. Die Durchflussrate der Rohrleitung wird berechnet, indem die Anzahl der angeschlossenen medizinischen Luftauslässe gezählt und ein Nutzungsfaktor angewendet wird. Der Durchfluss aus der Gesamtzahl der Ausgänge wird als Gesamtanschlussleistung bezeichnet. Da normalerweise nicht alle Auslässe gleichzeitig genutzt werden, sollte ein Faktor für die gleichzeitige Nutzung angewendet werden, um die Durchflussrate des Systems zu reduzieren. Der Tarif wird dann auf die Größe der Rohrleitung und der Kompressoren angewendet. Die American Society of Plumbing Engineers (https://aspe.org/) hat eine Tabelle entwickelt, die den medizinischen Luftverbrauch in verschiedenen Bereichen des Krankenhauses quantifiziert.
Wenn die gesamte Anschlussleistung berechnet und der Nutzungsfaktor angewendet wurde, können die Hauptrohrleitung und die Kompressorausrüstung effektiv dimensioniert und ausgewählt werden.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Ingenieure bei der Dimensionierung und Spezifikation medizinischer Druckluftgeräte sorgfältig darauf achten müssen, den Bedürfnissen der Gesundheitseinrichtung und ihrer Patienten gerecht zu werden. Bevor Sie mit einem Projekt beginnen, prüfen Sie unbedingt die Anforderungen der aktuellsten Vorschriften an medizinische Gassysteme. Sowohl die verfügbaren Informationen als auch die Technologie entwickeln sich täglich weiter und es liegt in der Verantwortung des Ingenieurs, informiert zu sein.