Выбор схемы распределения ГВС для снижения риска распространения легионеллы

Свое название легионелла получила в 1976 году, когда среди ветеранов Американского легиона, собравшихся на ежегодную встречу в Филадельфии в гостинице «Бельвью Стратфорд», разразилась настоящая эпидемия: неизвестной до той поры формой пневмонии заболели 221 человек, из которых 34 скончались. Источник бактериального заражения обнаружили в гостиничной системе кондиционирования воздуха. И, несмотря на то, что с тех пор эта проблема тщательно изучается и находится под специальным наблюдением Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), инфекционное поражение легионеллой по-прежнему остается одним из самых опасных заболеваний. Только в Германии количество заболевших легионеллезом оценивается в 6 000–12 000 в год.

Водопроводные сети и системы кондиционирования считаются наиболее уязвимыми с точки зрения распространения легионеллеза, возбудителем которого в 90% случаев является бактерия Legionella, имеющая около 50 изученных видов и более 70 штаммов. Данный микроорганизм существует повсюду. Наиболее благоприятной для его размножения является теплая влажная среда с температурой от 32 до 45 °C. При этом его можно встретить в реках и озерах и в большинстве теплых водоемов. Температурный диапазон размножения бактерии весьма широк: от 15 до 50 °C. Перед инженером-теплотехником стоит задача определить на объекте такие участки водопроводных сетей и систем кондиционирования, в которых существует угроза бактериальной пролиферации. Чаще всего Legionella pneumophilla, представляющая наибольшую опасность для легких человека, попадает в организм воздушным путем вместе с атомизированными капельками влаги.

Общий перечень систем и оборудования, через которые распространяются эти бактерии:

• градирни конденсаторов систем кондиционирования;
• увлажняющие камеры систем подготовки воздуха на основе пакетных оросителей или распылителей;
• камеры сатурации на основе распылительных или оросительных систем;
• водосборные емкости увлажняющих модулей;
• емкости сбора конденсата модулей влагоудаления;
• мойки воздуха;
• душевые лейки ванных и санузлов;
• гидромассажные ванны;
• распределительный водопровод, в частности, участки сети, где отсутствует циркуляция, и вода застаивается; а также зоны с накипью и отложениями на стенках;
• сети пожаротушения, в которых неизбежно присутствует стоячая вода в системе;
• распределительные и контуры рециркуляции горячей воды бытовых водопроводных сетей;
• емкости водогрейных установок и баков-накопителей;
• системы водоснабжения сетей гражданской обороны, в частности, обеззараживающие душевые установки, пункты промывки глаз, противопожарные системы на основе разбрызгивателей, где на протяжении длительного времени вода не используется и застаивается;
• плавательные бассейны и смежные с ними объекты;
• аквапарки и другие развлекательные объекты как крытые, так и открытые.

Сегодня на основании результатов медицинских исследований доказано, что легионеллез проникает в организм человека там, где распыляется содержащая болезнетворные бактерии вода и распространяется в виде «вдыхаемых» капелек размерами от 1 до 5 микрон.

Слабые места

В качестве объектов повышенного риска фигурируют градирни, независимо от того, к какому типу они относятся – закрытому или открытому. Из градирни в атмосферу поступает значительный объем пара, который изменяет микроклимат на прилегающей территории в сторону прироста тепла и влаги, создавая тем самым благоприятную среду для распространения легионеллы.

Вода для выпаривания размещается в основании градирни в обширной емкости, омываемой атмосферным воздухом. При подходящей температуре воздуха создаются идеальные условия для развития бактериальных культур (рис. 1). Вокруг такой градирни или группы градирен формируется едва заметное облако, насыщенное влагой и скрытым теплом. Подобные облака формируются чаще всего около больничных учреждений, считающихся наиболее опасными с точки зрения заражения легионеллой вопреки возложенной на них задаче по охране здоровья. Причина заключается в необходимости охлаждения значительного объема воздуха, требующегося для кондиционирования операционных залов, больничных и терапевтических отделений.

Для того чтобы обеспечить охлаждение во внутренних помещениях, необходимо организовать отвод тепла в окружающую среду в явной или скрытой форме. По мере повышения температуры и влажности воздуха микроклимат меняется, интенсифицируя перемещение бактерий вместе с каплями влаги и микроскопическими твердыми телами, в частности, известковыми остатками или частицами мелкой пыли.

В том случае, когда охлаждение конденсаторов возможно осуществить только с помощью испарителей, единственная возможность избежать распространение легионеллы – тщательная профилактика и скрупулезное соблюдение регламента по техническому обслуживанию систем. Прежде всего, следует проводить механическую и химическую дезинфекцию емкостей и поддонов, а также использовать все имеющиеся возможности для минимизации капельной диффузии уносом, для чего концевой участок системы, выходящий в атмосферу, необходимо оборудовать эффективным капельным сепаратором, который предназначен для минимизации капельной диффузии. Следует принимать во внимание, что даже самые современные установки не решают данной проблемы: капельная масса присутствует всегда и поэтому следует использовать не один, а несколько барьеров, препятствующих диффузии капель в атмосферу.

Рис. 1. Охлаждение в холодильных установках происходит в основном за счет испарения воды. Существуют модели с закрытым и открытым контуром (представлены на рисунке). Обе схемы предполагают прирост скрытой теплоты и капельную диффузию.

Насыщенный и перегретый пар

Вместе с тем встречаются авторы, считающие маловероятным перенос бактерий посредством капельной диффузии уносом, а предосторожности в рекомендациях, упомянутых выше, – устарелыми стереотипами.

В этой связи будет полезно вспомнить и уточнить, что в водяном паре, представленном как идеальный газ, действительно нет капельной массы, но ее отсутствие возможно только в том случае, если пар – перегретый. Когда же речь идет о насыщенном паре, образующемся при наличии испаряющейся жидкости, капельная диффузия явление хоть и непостоянное, но часто возникающее и хорошо известное специалистам, оно обусловлено конструктивными особенностями сетей, типоразмерами камеры сатурации, ее тепловой нагрузкой и расположением, ориентацией и скоростью поступательного перемещения воздуха и генерируемого пара.

В динамике градирен следует учитывать как температуру и химический состав воды, так и фактор меняющихся погодных условий, оказывающих влияние на интенсивность испарительных процессов в градирне.

В обширном ряду инженерного оборудования, обеспечивающего бытовой комфорт или противопожарную безопасность, есть системы, использующие подачу воды распылением. В таких системах бактерии могут переноситься каплями влаги, известковыми частицами и пузырьками, которые наиболее активно перемещаются по аэрозоли с малым размером капель. Риск повышается, если используется нагретая вода, при этом наиболее опасным представляется диапазон температур от 32 до 40°C.

Также риск распространения бактерий возрастает в случае, если воздухозаборные решетки систем вентиляции и кондиционирования, обеспечивающие поступление свежего воздуха в здание и воздуховыбросные шахты, отводящие отработанный воздух, расположены вблизи друг от друга. Кроме того, не следует забывать и о других составляющих системы кондиционирования воздуха, особое внимание также следует уделять увлажнителям и охладителям.

Еще одним источником опасности являются баки-накопители систем ГВС, в которых общепринятая рабочая температура воды составляет 50 °C. Распыление происходит на оконечном участке после смесителей душа или ванны.

Фонтаны

Фиксируется немало случаев, когда причиной заражения легионеллой становятся декоративные фонтаны. Зачастую проектом не предусмотрены системы обеззараживания воды, циркулирующей в фонтане. Особо следует отметить, что фонтаны, работающие в прерывистом режиме, несут более высокий риск заражения, поскольку в этом случае в ванне фонтана, полостях инжекторов и водозаборников вода застаивается.

Горячее водоснабжение

Общеизвестно, что бактерии Legionella pneumophilla появляются и размножаются в контурах инженерных сетей и распространяются по водопроводу, при этом наиболее благоприятной средой для них является теплая или умеренно горячая вода. В последнее время наблюдается рост числа систем, имеющих при высокой стоимости бесполезно сложную структуру. В таких системах, когда с легионеллой борются путем прокачки по рабочим контурам воды температурой выше 65°C, при которой якобы «враг погибает», риск превышает фактические преимущества. Во многих инженерных журналах данный вопрос поднимался неоднократно, однако учитывая, с какой настойчивостью инженерам-конструкторам предлагаются такого рода системы, будет нелишне вернуться к данному вопросу.

Необходимо подчеркнуть, что проблема легионеллы требует внимания инженеров-конструкторов на всех участках инженерных сетей без исключения, о чем говорилось выше, при этом роль процессов приготовления и распределения горячей воды не следует ни преуменьшать, ни преувеличивать.

С учетом всех этих обстоятельств в распределительных сетях, где выявлено наличие легионеллы, можно поднять температуру воды более 60°C, что приведет к инактивации бактерий в объеме, пропорциональном времени воздействия.

Это так называемая термическая обработка, заключающаяся во временном повышении температуры в водогрейных котлах, распределительных и рециркуляционных контурах. Процедура, безусловно, дает желаемый эффект инактивации, что было доказано опытным путем и в больницах, и в гостиницах, где проводились соответствующие тесты. Те же тесты показали, что системы приготовления и распределения горячей санитарной воды, где температура не опускается ниже 50°C, в меньшей степени подвержены возникновению очагов легионеллы.

Вообще говоря, полная процедура теплового удара состоит в том, чтобы повысить температуру воды до 70–80°C и непрерывно прокачивать ее по сети в течение 3 дней, не забывая ежедневно по полчаса сливать воду через каждый водоразборный кран. Некоторые авторы в профилактических целях рекомендуют даже сливать воду из водогрейных котлов и проводить обработку хлором (в объеме 100 мг/л на 12–14 ч).

Вопрос, во-первых, в том, каким образом эту процедуру можно провести в функционирующем здании без перерыва или изменения режима обслуживания, а также исключив риск для людей и оборудования. Прежде всего необходимо понимать, что поддержание температуры воды выше 65°C на протяжении трех суток может стать причиной серьезных ожогов у людей.

В-вторых, слив воды из всех (подчеркиваем, именно из всех) кранов приведет к огромным эксплуатационным затратам из-за непроизводительной потери воды и энергии, не говоря уже о термическом загрязнении сточных канализационных вод.

В-третьих, встает вопрос о состоянии инженерных сетей: при температуре в контурах более 60°C вода становится химически агрессивной, это приводит к интенсификации коррозии, уменьшению жесткости воды и увеличению количества известковых отложений.

И наконец, в-четвертых, стоимость процедуры, если проводить ее грамотно и в полном объеме, превысит все мыслимые пределы, поскольку на объекте во время проведения обработки необходимо будет присутствие специалистов, наблюдателей и экспертов. В то же время нет никакой гарантии, что по завершении обработки и возвращении работы системы в штатный режим бактериальная культура не возникнет здесь вновь.

Идеальная контрольная точка

Согласно рекомендациям Министерств здравоохранения многих стран, уровень текущей профилактики считается более чем достаточным там, где приготовление и распределение горячей санитарной воды осуществляется в режиме 60°C.

Следует помнить в этой связи, что болезнетворные бактерии выживают, если вода имеет температуру в диапазоне от 5 до 55°C. При этом наиболее благоприятной для них является температура воды от 32 до 45°C.

Таким образом, идеальным заданным значением представляются именно 60°C, т.к. превышение данной температуры может подвергнуть пользователей опасности получить серьезные ожоги. Соблюдение данного температурного предела позволит предохранить от коррозии и накипи водогрейные котлы, теплообменники, распределительные сети, регулирующие агрегаты и водоразборное оборудование.

Мы выполним все условия термической дезинфекции воды, если распространим такой режим на всю внутреннюю распределительную сеть и рециркуляционный контур. Стоить это будет намного дешевле, чем проведение профилактических работ, да и людей беспокоить не придется.

Выбор схемы распределения

На рис. 2 представлены две возможные схемы приготовления и распределения горячей бытовой воды, которые получили наибольшее распространение. Вариант «а» использовался чаще всего, пока действовало ограничение на температуру рабочих сетей 48°C. Термостатический смеситель в этой схеме монтируется на выходе из водогрейного котла, что обеспечивает поддержание температуры в установленных пределах.

Намного более эффективной в данный момент считается схема «б», предусматривающая непосредственное распределение горячей воды, имеющей «антилегионеллезную» температуру на уровне 60°C: термостатические смесители – не меньше одного на каждую пользовательскую точку – располагаются в сети на самых отдаленныхучастках, это ограничивает риск появления бактерий легионеллы одним конкретным водоразбором, а именно душевой лейкой или аэратором крана раковины. Обслуживать эти две точки намного проще и эффективней, поскольку доступ к ним обеспечен и их очистку можно производить соответствующими чистящими средствами либо, например, пламенем спиртовки, как практикуют, в частности, сотрудники лабораторий, берущие пробы воды на анализ. Обработка, разумеется, проводится силами квалифицированных специалистов.

Рис. 2. Схемы приготовление и распределения горячей санитарной воды в сравнении: а – централизованный термостатический смеситель; б – смеситель непосредственно перед точкой водоразбора.

Можно утверждать, что таким образом риск возникновения в воде бактерий будет существенно снижен, но избежать его полностью не представляется возможным, т.к. смесители контактируют и с атмосферным воздухом, и с холодной водой (последняя, кстати, также выступает разносчиком микроорганизмов).

На рис. 2 показана концепция двух схем с учетом проведения бактериологической профилактики, сетевой и термической: особая конфигурация водогрейных котлов и соответствующих соединений, предотвращающая смешение уже подготовленной для подачи пользователю горячей воды и вновь поступающей для нагрева холодной. Разогретый до оптимально горячей температуры слой воды всегда находится в верхней части бака котла, откуда забирается в распределительную сеть, при этом дополнительный модуль поддерживает в нем постоянную «антилегионеллезную» температуру. Змеевик теплообменника, использующего для нагрева воды солнечную энергию, направлен вниз в толщу подаваемой на нагрев холодной воды, чтобы имелась возможность использовать для горячего водоснабжения в том числе солнечную энергию. Понятно, что температура слоя, нагреваемого за счет солнечной энергии, будет варьироваться в силу переменчивости интенсивности излучения солнца. Погодные условия, позволяющие нагреть воду до «антилегионеллезной» температуры только с помощью солнца, складываются достаточно редко. Поэтому перед тем, как вода попадет в распределительный контур, ее подогреет до нужной температуры дополнительный водонагревающий модуль, это в совокупности должно предотвратить возникновение бактерий легионеллы.

Регулирующие термостаты Т1 и Т2 занимают стратегическое положение, обеспечивая подачу на теплообменники тепла в необходимом количестве.

Проточные системы приготовления ГСВ

В данной публикации не рассматривалось приготовление горячей санитарной воды посредством оборудования проточного типа через прямой теплообмен. Его использование ограничено специфическими обстоятельствами:

• неоправданно высокая мощность, требующаяся для выхода на необходимый температурный режим;
• невозможность аккумуляции и параллельного использования солнечной энергии;
• невозможность поддержания постоянного уровня температуры воды в распределительной сети и точках водоразбора, что чревато созданием условий для пролиферации бактерий;
• повышенное загрязнение окружающей среды в силу указанных выше причин.

Предлагается, конечно, большой ассортимент оригинального оборудования и схем оснащения водогрейных котлов: и рядные проточные нагреватели, и механизированные краны, и прутковые нагревательные элементы, функциональное ПО. Запуск каждой такой схемы требует участия команды квалифицированных специалистов с последующим периодическим контролем и регулярным техническим обслуживанием. При этом ни одна из предлагающихся схем пока не в состоянии решить единственную проблему реальной опасности, а именно застой воды комнатной температуры в душевых лейках и кранах.

Правила использования материалов сайта