Prüfstelle Gebäudetechnik. Prüfbericht Nr.: HP

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1 Prüfstelle Gebäudetechnik Prüfbericht Nr.: HP Objekt: Untersuchung eines Toul 300 in einem Operationssaal Auftraggeber: Toul Meditech AB Anghammargatan 4 SE Västerâs Schweden/ Suède Datum: Dieser Teilbericht ist ein Auszug aus dem Bericht HP / HP vom Dieser Teilbericht umfasst 19 Seiten und darf ohne die schriftliche Genehmigung der Prüfstelle Gebäudetechnik nur in ungekürzter Form vervielfältigt werden.

2 Inhaltsverzeichnis 1. Zusammenfassung Auftraggeber Auftrag Prüfobjekt, Eingangsdatum, Datum der Prüfung Prüfverfahren Verdrängungslüftung Versuchsanordnungen Versuchsanordnung nach DIN (ohne Toul 300) Versuchsanordnung A Versuchsanordnung B Versuchsanordnung C Versuchsanordnung D Messresultate Schutzwirkung gemäss DIN Schutzwirkung auf dem Toul 300 Instrumententisch bei Verdrängungslüftung Bewertung der Messresultate Schutzwirkung auf dem OP-Tisch nach DIN bei Verdrängungslüftung Schutzwirkung auf dem Toul 300 Instrumententisch bei Verdrängungslüftung Anhang 1, Fotos Anhang 2, Übersicht Messungen mit grafischer Darstellung des Aufbaus Anhang 3, Messergebnisse Versuch V Versuch V Versuch V Versuch V Versuch V Anhang 4, Spezifikationen Messgeräte Partikelzähler Ultraschall-Anemometer Temperatur Messgerät Anhang 5, Berechnung Schutzgrad/ Schutzwirkung Anhang 6, Literaturhinweise HSLU - T&A, Prüfstelle Gebäudetechnik / HP / / Brf Seite 2 von 19

3 1. Zusammenfassung Im OP-Forschungslabor der Prüfstelle Gebäudetechnik an der Hochschule Luzern Technik & Architektur fanden Schutzgrad-Messungen in Anlehnung an die DIN-Norm mit dem mobilen Instrumententisch Toul 300 der Firma Toul Meditech AB statt. Die Messungen wurden mit einer turbulenzarmen Verdrängungs-Deckenlüftung im Labor durchgeführt. Bei der Messung wurde die Wechselwirkung zwischen Toul 300 und der OP-Labor Deckenlüftung hinsichtlich Schutzgrad untersucht. Der Toul 300 wurde an verschiedenen Positionen im Randbereich der Schutzzone angeordnet. Die Messungen haben Schutzwirkungen auf dem OP-Tisch von 3-5 ergeben (s. Versuche V 1-1 bis V 1-4). Damit werden die Anforderungen DIN betreffend Schutzwirkung Raumklasse Ia (.. 2 bei Anwendung von OP-Lampen) erfüllt. Zusätzlich zu den Messpunkten M1 bis M3 nach DIN wurde an zwei weiteren Punkten (M4 und M5 genannt) auf dem Instrumententisch der Schutzgrad ermittelt. Hier lagen die Werte immer über Auftraggeber Auftraggeber: Kontaktperson: Toul Meditech AB Anghammargatan 4 SE Västerâs Schweden/Suède Herr Tomas Hansson 3. Auftrag Die Prüfstelle Gebäudetechnik der Hochschule Luzern Technik & Architektur wurde beauftragt, eine Reihe von Schutzgrad-Messungen in ihrem Referenzraum (OP-Labor) durchzuführen. Die Standardprüfeinrichtung nach DIN wurde durch den mobilen Instrumententisch Toul 300 ergänzt. Die Labormessungen wurden entsprechend der Anforderung der DIN durchgeführt. Bei dem Toul 300 handelt es sich um eine Kombination eines Instrumententisches und einen angebauten horizontalen quasi laminaren Luftauslass (Herstellerangabe). Die Geschwindigkeit am Auslass des Gerätes liegt zwischen 0.5 und 0.7 m/s bei einem Volumenstrom von 400 m 3 /h. Das Gerät arbeitet im Umluftbetrieb. Die Luft wird durch einen HEPA-Filter, mit einem Abscheidegrad von % (Herstellerangaben) geführt. Anschliessend überströmt die Luft den Instrumententisch horizontal und erzeugt so einen Schutzbereich auf diesem. Der Einfluss des Betriebs des Toul 300 Instrumententisches auf die Schutzwirkung im OP-Labor nach DIN sollte untersucht werden. Des Weiteren wurde untersucht, welcher lokale Schutzgrad auf dem Tisch des Toul 300 erreicht wird. Auslass Einlass Abbildung 1: Toul 300 Instrumententisch im OP-Labor, L/BLH 160/60/ cm HSLU - T&A, Prüfstelle Gebäudetechnik / HP / / Brf Seite 3 von 19

4 4. Prüfobjekt, Eingangsdatum, Datum der Prüfung Prüfobjekt: Toul 300 Eingangsdatum: Datum der Prüfung: bis Prüfverfahren 5.1. Verdrängungslüftung Das OP-Labor hat die Innenabmessungen (L/B/H): 7.2 m / 6.5 m / 3.2 m. Zum Zeitpunkt der Messungen war das OP-Labor mit einem TAV-Differentialflow ausgerüstet. Der TAV- Differentialflow erzeugt ein 3.1 x 3.1 m 2 grosses Schutzfeld. Im Kerngebiet (zentral über dem OP- Tisch) gibt es ein 2 x 1 m 2 grosses Feld mit höherer Geschwindigkeit als im Randbereich. Die mittlere Geschwindigkeit in dieser Kernzone betrug 0.39 m/s. Die mittlere Geschwindigkeit im Randbereich lag bei 0.23 m/s. Die Geschwindigkeiten wurden im Abstand von 30 cm unterhalb der Zuluftdecke ermittelt. Gemessen wurde mit einem Ultraschallanemometer (siehe Anhang 4). Hierzu wurde die Zuluftdecke in ein Raster von 10 x 10 Messpunkten aufgeteilt (siehe Abbildung 3). Die Geschwindigkeitsmessungen und späteren Labormessungen fanden bei einem Zuluftvolumenstrom von 8000 m 3 /h statt. Der Zuluftvolumenstrom setzt sich aus 7000 m 3 /h Umluft und 1000 m 3 /h Aussenluft zusammen. Die Raum-Umluft wurde an vier Durchlässen unten an den Wänden abgesaugt. Die Überströmung fand oben an den Wänden statt. In Abbildung 2 ist die Anordnung der Luftdurchlässe dargestellt. Die Raumlasten waren nach DIN Standardlastanordnung angeordnet (siehe Abbildung 4 und 5). Die Dummys für das OP-Personal (je 100 W) und der Dummy für den Anästhesiegerätewagen (300 W) haben eine Gesamtwärmeleistung von 800 W. Bei den OP-Lampen handelt es sich um sogenannte strömungsoptimierte OP-Lampen. Die OP-Lampen wurden nach Musterlastanordnung gemäss DIN positioniert. Abbildung 2: Aufbau OP-Labor, Anordnung der Luftdurchlässe bei Verdrängungslüftung (ohne Massstab) HSLU - T&A, Prüfstelle Gebäudetechnik / HP / / Brf Seite 4 von 19

5 Geschwindigkeit [m/s], 0.3 m Abstand zur Decke Min 0.18 m/s Max 0.45 m/ /s Mittelwert 0.25 m/s A B C D E F G H I J Eingang OP Abbildung 3: Geschwindigkeitsverteilung 30 cm unterhalb der OP-Decke Abbildung 4: Standardlastanordnung im Schutzbereichh mit Aussenlasteintrag (Auszug aus DIN ) HSLU - T&A, Prüfstelle Gebäudetechnik / HP / / Brf Seite 5 von 19

6 Abbildung 5: Standardlastanordnung im Schutzbereich mit Innenlasteintrag (Auszug aus DIN ) Zusätzlich zu den drei Messpunkten entsprechend der DIN (M1-M3) wurde der Partikeleintrag auch an zwei Messpunkten auf dem Toul 300 Instrumententisch gemessen (M4 und M5). Die Messpunkte M1 bis M3 stehen für den Kopf, den Bauch und die Füsse des Patienten. Die Messpunkte 4 und 5 stehen für die medizinischen Instrumente. Der Toul 300 Instrumententisch hat vor dem Auslass eine Ablagefläche von 1,3 m x 0,6 m. Die Messpunkte wurden entsprechend Abbildung 6 bestimmt. Der Toul 300 Instrumententisch ist 160 cm lang und 60 cm breit. Die Höhe ist zwischen 82 cm und 112 cm einstellbar. Bei den Messungen war die Höhe auf 90 cm (Höhe der Ablagefläche) eingestellt. Die Zuluft Temperatur lag bei den Messungen bei 21 C. Die Zuluft Feuchte betrug 40 bis 43 %. Die Oberflächentemperatur der Wände lag zwischen 20.5 und 21.5 C. Der Mittelwert der Konzentrationsstärke der Partikelaufgabe lag bei x 10 4 Partikel/ft³. Für die Messungen berücksichtigt wurden Partikel 0.3 µm. Als Aerosol kam Di-Ethyl-Hexyl-Sebacat der Firma Topas zum Einsatz. Der Partikeleintrag wurde an jedem Messpunkt 15 Mal eine Minute lang gemessen. Die ersten fünf Messungen wurden verworfen. Aus den übrigen 10 Messwerten wurde ein Mittelwert gebildet und entsprechen Anhang 5 die Schutzgrade errechnet. Der schlechteste (zahlenmässig kleinste) Schutzgrad kennzeichnet die erreichte Schutzwirkung. Im Kapitel 6. sind die unterschiedlichen Anordnungen des Toul 300 Instrumententisches während der Messungen dargestellt. HSLU - T&A, Prüfstelle Gebäudetechnik / HP / / Brf Seite 6 von 19

7 6. Versuchsanordnungen In folgenden werden die verschiedenen Positionierungen des Toul 300 während der Versuche erläutert. LEGENDE Partikel Aufgabezylinder Messpunkt 4 und 5 M4 M1-M3 M4-M5 Toul 300 Messpunkte (OP-Tisch, SWKI 99-3) Messpunkte (Toul 300) 1,3 m 43.3 cm 30 cm M5 60 cm 43.3 cm Abbildung 6: Legende (links), Position Messpunkte M4 und M5 (rechts) 6.1. Versuchsanordnung nach DIN (ohne Toul 300) Zu jeder Messreihe wurden Referenzmessungen durchgeführt. Diese fanden ohne Toul 300 statt. Diese Anordnung entspricht der in DIN beschriebenen Musterlastenanordnung. Abbildung 7: Verdrängungslüftung, Messung ohne Toul 300 und Toul 400 mit Aussenlasteintrag und Innenlasteintrag nach DIN HSLU - T&A, Prüfstelle Gebäudetechnik / HP / / Brf Seite 7 von 19

8 6.2. Versuchsanordnung A Bei diesen Messungen wurde der Toul 300 Instrumententisch am Rand der Schutzzone positioniert. Die äussere Kante des Tisches schliesst mit dem äusseren Rand der Schutzzone ab. Die Mitte der Ablagefläche des Instrumententisches wurde auf die Mittelachse der Schutzzone ausgerichtet. Nach Umbau auf Mischlüftung wurde dieselbe Position bei Innenlast gemessen. Abbildung 8: Verdrängungslüftung, Versuchsanordnung A mit Aussenlasteintrag und Innenlasteintrag 6.3. Versuchsanordnung B Hier wurde der Toul 300 Instrumententisch wie bei der Versuchsanordnung A positioniert, nur dass der Instrumententisch zur Hälfte in die Schutzzone hinein gerückt wurde. Abbildung 9: Verdrängungslüftung, Versuchsanordnung B mit Aussenlasteintrag und Innenlasteintrag HSLU - T&A, Prüfstelle Gebäudetechnik / HP / / Brf Seite 8 von 19

9 6.4. Versuchsanordnung C In der Versuchsanordnung C steht der Toul 300 in Verlängerung des OP-Tisches. Der Abstand zum OP-Tisch betrug 12 cm. Die Ausblasrichtung des Toul 300 zeigt in Richtung des OP-Tisches. Die Mittelachse des Toul 300 liegt auf der Mittelachse des OP-Tisches. Abbildung 10: Verdrängungslüftung, Versuchsanordnung C mit Aussenlasteintrag und Innenlasteintrag 6.5. Versuchsanordnung D Bei der Versuchsanordnung D wurde der Toul 300 parallel zum OP-Tisch am Rand der Schutzzone positioniert. Die äussere Kante des Tisches schliesst mit dem äusseren Rand der Schutzzone ab. Die Mitte der Instrumententisch-Ablagefläche wurde auf die Mittelachse der Schutzzone ausgerichtet. Abbildung 11: Verdrängungslüftung, Versuchsanordnung D mit Aussenlasteintrag und Innenlasteintrag HSLU - T&A, Prüfstelle Gebäudetechnik / HP / / Brf Seite 9 von 19

10 7. Messresultate In der Versuchsmatrix (Tabelle 1) sind die Messergebnisse dargestellt. (Siehe auch Anhang 2) Tabelle 1: Versuchsmatrix mit Darstellung der Ergebnisse Messungen mit dem Toul 300 Verdrängungslüftung: Differentialflow 3.1 x 3.1 m 2, Kernzone 2 x 1 m 2, 4 x Umluft unten, 4 x Overflow oben, Aussenluft 1000 m 3 /h, 60 cm Schürze Alle Messungen mit Thermischen Lasten nach DIN : OP Dummies 800W, OP Leuchten, Raumhintergrundbeleuchtung Versuch Nr. Versuchsanordnung Datum Zuluftvolumenstrom [m 3 /h] Toul 300 Schutzgrad Schutzwirkung Schutzgrad Instrumententisch Toul 300 Aussenlasteintrag Innenlasteintrag Aussenlasteintrag Innenlasteintrag M1 M2 M3 M1 M2 M3 M4 M5 M4 M5 V 0 1 DIN ' V 1 1 A '000 EIN V 1 2 B '000 EIN V 1 3 D '000 EIN V 1 4 C '000 EIN Schutzwirkung gemäss DIN Das unten stehende Diagramm 2 zeigt die erreichte Schutzwirkung nach DIN bei Unterschiedlicher Anordnung des Toul 300. Ohne Toul 300 und mit Positionierung des Toul 300 im Bereich Fussende des OP-Tisches (Versuchs- Nr. V 1-1 bis V 1-2) bleibt die Schutzwirkung bei 5.0. Bei dem Versuch V 1-3 liegt die Schutzwirkung bei 3.3. Massgebend war hier Messpunkt 1, der am Kopfende des OP-Tisches liegt. Der Versuch V 1-4 fand mit Positionierung des Toul 300 Instrumententisches als Verlängerung des OP- Tisches statt. Der Luftauslass des Instrumententisches bläst die Luft von ausserhalb des Schutzbereichs in Richtung OP-Tisch (Messpunkt M3). Die Schutzwirkung lag bei 3.5, massgebend war hier Messpunkt 3. HSLU - T&A, Prüfstelle Gebäudetechnik / HP / / Brf Seite 10 von 19

11 Diagramm 2: Erreichte Schutzwirkung bei Verdrängungslüftung Diagramm 3: Erreichte Schutzgrade bei b Verdrängungslüftung mit Aussenlasteintrag Diagramm 4: Erreichter Schutzgrad bei b Verdrängungslüftung mit Innenlasteintrag HSLU - T&A, Prüfstelle Gebäudetechnik / HP / / Brf Seite 11 von 19

12 7.2. Schutzwirkung auf dem Toul 300 Instrumententisch bei Verdrängungslüftungg Die Diagramme 5 und 6 zeigen die bei den Versuchen erreichtenn Schutzgrade auf dem Toul 300 an Messpunkt 4 und 5 bei Innen- und Aussenlast. Messpunkt 4 liegt näher am Auslass des Toul 300 Instrumententisch als Messpunkt 5. An Messpunkt 4 waren erwartungsgemäss die Messergebnisse besser als an Messpunkt 5. Die Schutzwirkung auf dem Toul 3000 Instrumententisch lag bei allen Messungen über 2. Diagramm 5: Schutzgrade auf dem Toul 300, Aussenlasteintrag Diagramm 6: Schutzgrade auf dem Toul 300, Innenlasteintrag HSLU - T&A, Prüfstelle Gebäudetechnik / HP / / Brf Seite 12 von 19

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14 9. Anhang 1, Fotos Abbildung 12: Verdrängungsströmung, Versuchsanordnung A, Aussenlasteintrag (Versuch V 1-1) Abbildung 13: Verdrängungsströmung, Versuchsanordnung B (Versuch V 1-2) HSLU - T&A, Prüfstelle Gebäudetechnik / HP / / Brf Seite 14 von 19

15 Abbildung 14: Verdrängungsströmung, Versuchsanordnung C (Versuch V 1-5) Abbildung 15: Verdrängungsströmung, Versuchsanordnung D, Aussenlasteintrag (Versuch V 1-4) HSLU - T&A, Prüfstelle Gebäudetechnik / HP / / Brf Seite 15 von 19

16 1 m M2 M1 3,1 m M3 M4 M5 Randbereich 0,23 m/s Eingang OP-Raum 1 m M2 M1 3,1 m M3 M4 M5 Randbereich 0,23 m/s Eingang OP-Raum 10. Anhang 2, Übersicht Messungen mit grafischer Darstellung des Aufbaus Tabelle 2: Versuchsmatrix mit grafischer Darstellung des Aufbaus, Verdrängungslüftung Messungen mit dem Toul 300 und dem Toul 400 Verdrängungslüftung: Differentialflow 3.1 x 3.1 m 2, Kernzone 2 x 1 m 2, 4 x Umluft unten, 4 x Overflow oben, Aussenluft 1000 m 3 /h, 60 cm Schürze Alle Messungen mit Thermischen Lasten nach DIN : OP Dummies 800W, OP Leuchten, Raumhintergrundbeleuchtung Versuch Nr. CASE Bild Datum Zuluftvolumenstrom [m 3 /h] Luftauslässe zum OP Tisch abgeschirmt Toul 300 Schutzgrad Schutzwirkung Schutzgrad Instrumententisch Toul 300 Aussenlasteintrag Innenlasteintrag Aussenlasteintrag Innenlasteintrag M1 M2 M3 M1 M2 M3 M4 M5 M4 M5 V 0 1 DIN ' V 1 1 A '000 EIN V 1 2 B '000 EIN V 1 3 D '000 EIN V 1 4 C '000 EIN Anhang 3, Messergebnisse Versuch V 0-1 Tabelle 3: Messergebnisse Versuch V 0-1 Messung V 0 1 Innenlasteintrag Aussenlasteintrag Messwert M1 M2 M3 M1 M2 M3 [P/ft³] [P/ft³] [P/ft³] [P/ft³] [P/ft³] [P/ft³] Mittelwert: SGx: HSLU - T&A, Prüfstelle Gebäudetechnik / HP / / Brf Seite 16 von 19

17 11.2. Versuch V 1-1 Tabelle 4: Messergebnisse Versuch V 1-1 Messung V 1 1 Innenlasteintrag Aussenlasteintrag Messwert M1 M2 M3 M4 M5 M1 M2 M3 M4 M5 [P/ft³] [P/ft³] [P/ft³] [P/ft³] [P/ft³] [P/ft³] [P/ft³] [P/ft³] [P/ft³] [P/ft³] Mittelwert: SGx: Versuch V 1-2 Tabelle 5: Messergebnisse Versuch V 1-2 Messung V 1 2 Innenlasteintrag Aussenlasteintrag Messwert M1 M2 M3 M4 M5 M1 M2 M3 M4 M5 [P/ft³] [P/ft³] [P/ft³] [P/ft³] [P/ft³] [P/ft³] [P/ft³] [P/ft³] [P/ft³] [P/ft³] Mittelwert: SGx: Versuch V 1-3 Tabelle 6: Messergebnisse Versuch V 1-3 Messung V 1 3 Innenlasteintrag Aussenlasteintrag Messwert M1 M2 M3 M4 M5 M1 M2 M3 M4 M5 [P/ft³] [P/ft³] [P/ft³] [P/ft³] [P/ft³] [P/ft³] [P/ft³] [P/ft³] [P/ft³] [P/ft³] Mittelwert: SGx: HSLU - T&A, Prüfstelle Gebäudetechnik / HP / / Brf Seite 17 von 19

18 11.5. Versuch V 1-4 Tabelle 7: Messergebnisse Versuch V 1-4 Messung V 1 4 Innenlasteintrag Aussenlasteintrag Messwert M1 M2 M3 M4 M5 M1 M2 M3 M4 M5 [P/ft³] [P/ft³] [P/ft³] [P/ft³] [P/ft³] [P/ft³] [P/ft³] [P/ft³] [P/ft³] [P/ft³] Mittelwert: SGx: Anhang 4, Spezifikationen Messgeräte Partikelzähler Die Partikelzähler wurden zur Überwachung der Partikelaufgabe und zur Messung der Partikelzahl an den Messpunkten verwendet. Fabrikat Met One Typ Model 3413 Messbereich µm Volumenstrom 28.3 L/min Log. Nr HP 040/ Ultraschall-Anemometer Das Ultraschall-Anemometer wurde zur Messung der Geschwindigkeit 30 cm unter der OP-Zuluftdecke verwendet. Fabrikat Airflow Lufttechnik GmbH Typ Anemosonic UA6 Messbereich m/s Genauigkeit 1 % vom Messwert Log. Nr HP Temperatur Messgerät Das Temperatur Messgerät wurde zur Messung der Wandoberflächentemperatur eingesetzt. Fabrikat Ahlborn Typ ALMEMO 2020 Messbereich -50 bis 500 C Genauigkeit 0,1 % vom Messwert Log. Nr HP 256 HSLU - T&A, Prüfstelle Gebäudetechnik / HP / / Brf Seite 18 von 19

19 13. Anhang 5, Berechnung Schutzgrad/ Schutzwirkung An jeder Messstelle M X werden zehn aufeinander folgende Messungen von je einer Minute durchgeführt. Gleichzeitig wird gemäß SWKI 99-3 eine konstante Partikelquellstärke erzeugt. Sie ergibt sich aus der Referenz-Auslassfläche, der Referenz-Zuluft Geschwindigkeit und einer Referenz- Partikelkonzentration. Sie wird wie folgt berechnet: Referenz Quellstärke Referenz-Partikelkonzentration Referenz Auslassfläche Referenz-Zuluft Geschwindigkeit Referenz Volumenstrom Aus dem Mittelwert aller Einzelmessungen an jeder Messstelle X wird der mittlere Schutzgrad mit folgender Formel berechnet: Schutzgrad an der Messstelle X Mittlere Partikelkonzentration an der Messstelle X Der schlechteste (zahlenmäßig kleinste) lokale Schutzgrad wird zur Kennzeichnung der gegebenen Schutzwirkung des OP-Raums im Vergleich zur geforderten Schutzwirkung gegen Außen- und Innenlasteintrag herangezogen. 14. Anhang 6, Literaturhinweise o o DIN : Raumlufttechnische Anlagen in Gebäuden und Räumen des Gesundheitswesens. Berlin: Beuth Verlag; SWKI 99-3: Heiz- und Raumlufttechnische Anlagen in Spitalgebäuden (Planung, Bau, Betrieb). Zürich, HSLU - T&A, Prüfstelle Gebäudetechnik / HP / / Brf Seite 19 von 19

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