Ventilasjon en introduksjon

1 Dekontamineringsdagene 2014 Ventilasjon en introduksjon Egil Lingaas Avdeling for smittevern Oslo universitetssykehus

2 Ventilasjon er å flytte på luft Hensikten med ventilasjon i bygninger er åtilføre oksygen, fjerne lukt, fjerne forurensning og unngå fuktproblemer i innemiljøet.

3 Hva er luft? Luft er en samling gasser, partikler og dråper I normalatmosfæren er tettheten ved havnivå 1,293 kg/m 3 ved 0 o C og 1,204 kg/m 3 ved 20 o C Molar masse er 28,9644 g/mol Molar masse for vanndamp er om lag 18 g/mol Fuktig luft er derfor lettere enn tørr luft

4 Noen fysiske karakterisitika for luft Lufttrykket angis ofte i enheten hektopascal (hpa), (100 pascal), som er lik én millibar (mbar). Luftrykket på jorden ved havets overflate er gjennomsnittlig 1 013,25 hpa, som er lik 1 atm, som er lik 10,197162 m H 2 O. Lufttrykket over en kvadratmeter av jordoverflaten tilsvarer en vekt av omkring 10 000 kg.

5 Partikkelspredning gjennom luften Take off Free fight Landing 2005 Elsevier

6 Take off

7 Luftbårne bakterieholdige partikler Dråper og dråpekjerner fra luftveier, sekreter og annet flytende materiale Hudpartikler Støvpartikler

8 Dannelse av dråper fra luftveiene Ved snakking, hosting og nysing passerer luft trange åpninger med varierende hastighet Slimhinneoverflatene er fuktet med væske med varierende viskositet Noe av væsken fanges opp av luften og brytes opp i dråper

9 Dråper fra luftveiene 100 ord: 250 dråper, 36 med bakterier Hoste: 5.000 dråper, 700 med bakterier Nys: 1 million dråper, 62.000 med bakterier Duguid JP. J Hyg camb 1946;44:471

10 Nysing Nysing er den kraftigste mekanismen for dråpedannelse Kan generere så mange som 1 million dråper med diameter under 100 μm Dråpene dannes så å si utelukkende fra spytt i fremre del av munnen Duguid JP Edinburg Med J 1945;52:385 Bourdillon RB & Lidwell OM. Lancet 1941;ii:365 Jenninson MW Scient Mon 1941;52:24

Tang JV J Hosp Infect 2006

12 Dråper fra luftveiene Partikler med diameter > 50 μm inneholder mer enn 99,999% av aerosolvolumet etter hosting Louden RG and Roberts RM. Am Rev Respir Dis 1967;95:435

Dråper dannet ved to host eller 4000 ord (104 dråper) 1:Alle dråper A:Dråper med bakterier 2: 10 8 CFU/ml 3: 10 6 CFU/ml 4: 10 4 CFU/ml B:Dråpekjerner med bakterier 2: 10 8 CFU/ml 3: 10 6 CFU/ml 4: 10 4 CFU/ml Antall partikler 10 3 10 2 10 1 0.10 Dråpediameter (µm) 1 10 100 1.000 1 2A 2B 3A 4A 3B 4B Faller direkte ned på gulvet (4 luftskift per time) Duguid 1946, Lidwell 1948 0.01 1 2 5 10 20 50 Dråpekjerne-diameter (µm)

14 Bakterierfrahuden

Spredning av hudbakterier til luften 10.000 bakteriebærende partikler per minutt fra personer som står stille 50.000 per minutt ved fysisk aktivitet Størrelse 5-60 µm, gjennomsnitt 12 µm Kan bære flere bakterier/mikrokolonier Stafylokokker, streptokokker Gjennomsnittlig fallhastighet 0,3 m/min

Bakteriespredning etter dusjing Relative spredning til luft 10 8 6 4 3 2 1 0.8 0.6 0 30 60 90 120 Minutter etter dusjing Speers et al 1965

30.000 25.000 Bakterier per kubikkfot 80 60 40 20 20.000 15.000 10.000 5000 Hudpartikler 0 Risting av sengetøy 0 12 24 36 Minutter

Spredning av stafylokokker. Behandling med hexaklorofen No. of colonies 10 7 10 6 10 5 10 4 Perineum Hånd Hud Luft v/sengeredning 10 3 10 2 Behandling Solberg 1965 1 2 3 4 5 6 7 8 Dager

Spredning av stafylokokker fra pasient med dermatitt. Behandling med hexaklorofen No. of colonies 10 7 10 6 10 5 10 4 Hudlesjon Luft Nese 10 3 10 2 Treatment Solberg 1965 1 3 5 7 9 11 13 Dager

1900 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 9 129 Av- og påkledning 837 1672 501 Duguid JP. Lancet;1948;ii:845 Kraftige bevegelser Børsting av klærne Lette bevegelser Ubevegelig CFU per kubikkfot

900 800 No gown 837 700 600 500 Surgical gowning 493 Lette bevegelser Kraftige bevegelser CFU per kubikkfot 400 300 200 100 129 74 Dustproof gowning 15 32 Duguid JP. Lancet;1948;ii:845

Reduksjon med tett bekledning Gamle Rikshospitalet 35 30 70% reduksjon Nytt Rikshospital 81% reduksjon cfu/m3 25 20 15 10 5 0 100% 30% 100% 19% bomull kunstfiber GRH NRH aktivitet

Luftbårne bakterier i operasjonsstuer Antall personer Antall luftskifter per time 0 10 20 80 600 1 38 13 8 2 0.3 5 188 67 41 12 1.7 10 375 135 82 25 3.5 15 563 202 123 38 5 20 750 269 164 49 7 Hambraeus and Laurell J Hosp Infect 1980,1:15-30

Spredning øker ved turbulens Antall personer til stede i rommet og deres bevegelser Luftstrømmer oppover p.g.a. varme (operasjonslamper o.a.) Luft som blåses inn

25 Fri flukt

26 Fjerning av partikler fra luften Sedimentasjon Fortynning Styrt luftstrøm Ventilasjon Overlevelse av mikrober i aerosol Mikrobeavhengig Luftfuktighet Temperatur Lys

Konsentrasjon av levende organismer i luft C = C 0 e -λt Eliminasjonskoeffisient: λ = λ D + λ R + λ S D = death R = removal S = sedimentation

Influensavirus og relativ luftfuktighet 28 Dødsrate for influensavirus (O) og poliovirus (X) i luft plottet mot relativ luftfuktighet Hemmes JH et al. Nature 1960;188:430

Dråpestørrelse, sedimentasjon og fordampning 29 Dråper opp til 60 100 µm tørker inn før de har falt 2 meter Ved nysing (50 m/s) spres disse dråpene mer enn 6 meter Ved hosting (10 m/s) spres de mer enn 2 m Ved pusting (1 m/s) spres de mindre enn 1 m Xie X et al. Indoor Air 2007;17:211

Bevegelse av partikler i luft Horisontal stoppdistanse: S = vr = vv s g v = initial hastighet (cm/sek) v s = terminal hastighet (fallhastighet) r = radius (cm) Eksempel: En partikkel på 10 µm som slynges ut med en hastighet på 30 m/sek (108 km/t) stopper på 1 cm

Wells fordampnings-sedimentasjonskurve for dråper 31 Wells WF Am J Hyg 1934;20:611

Fordampningstid og sedimentasjonstid (2 m) og relativ fuktighet 32 Xie X et al. Indoor Air 2007;17:211

Spredning av dråper ved hosting (10 m/s) ved temperatur 20 o C og relativ fuktighet 50 % 33 Xie X et al. Indoor Air 2007;17:211

Diameter (µm) 1 2 3 5 10 20 30 50 Terminal hastighet (cm/sek) 3,5 x 10-3 1,3 x 10-2 2,9 x 10-2 7,8 x 10-2 3,0 x 10-1 1,2 2,7 7,1 Relaxationtime (sek) 3,6 x 10-6 1,3 x 10-5 3,0 x 10-5 8,0 x 10-5 3,1 x 10-4 1,2 x 10-3 2,7 x 10-3 7,2 x 10-3

35 Bevegelse av partikler i luft -1 Sedimentasjon Partikler aksellererer inntil motstanden fra luften omkring er lik tyngdekraften Terminal hastighet Friksjon Gravitasjon

36 Bevegelse av partikler i luft - 2 Relaxation time (r): Den tiden det tar for en partikkel å tilpasse seg bevegelsen til luften omkring

37 Partiklers fallhastighet Diameter (µm) Fallhastighet sek. per meter Tid for åfalle sv. til romhøyde 1000 0,3 1 sek 100 3 10 sek 20 90 4 min 10 300 17 min 1 30.000 Ubegrenset

Dråpe Dråpekjerne 1-5 µm > 0.1 mm

5-60 µm

40 Sedimentasjon av partikler Minutter per fallmeter 100000 10000 1000 100 10 1 Minste hudpartikkel Gjennomsnittlig hudpartikkel 0.1 0.1 0.2 0.5 1 2 5 10 Partikkelstørrelse (mikron) 20 50

41 I rom med høyde 3 meter: λ (sek -1 ) Sedimentasjon (λ S ): 4 µ 1,6 x 10-4 30 µ 1,1 x 10-2 Ventilasjon (λ R ): 2/time 5,6 x 10-4 10/time 2,8 x 10-3 Sedimentasjon er mest effektiv for fjerning av 30 µ partikler, men mindre effektiv for fjerning av 4 µ partikler

42 Ventilasjon

Lufthastighet ved utblåsing og avtrekk 43 Utblåsning: V 0 V 0 /10 30 x diameter av utblåsningsåpning 10 % av lufthastighet på utblåsingspunktet Avtrekk: d 10 % av lufthastighet1 diameter fra avtrekksåpning

Bevegelse av luft Hindring ideell laminær strøm

Bevegelse av partikler i luft 45 <0.1µ ex.0.05µ 100000 0.1-1.0µ ex.0.5µ > 1.0µ ex.5.0µ

Filtereffektivitet µ 0.01 0.1 1.0 10 100 Partikkelstørrelse (µ)

47 Naturlig ventilasjon Luften trykker mot veggen Kald luft ute Varm luft inne

48 Operasjonsstue Korridor

49 Fortrengningsventilasjon Svakt underkjølt friskluft tilføres med lav hastighet inn ved gulvnivå mens varm og forurenset luft trekkes ut ved taknivå. Når systemet er riktig dimensjonert, blir det skapt tilløp til sjiktning, og man oppnår kjølige og rene soner nær gulvnivå. Effekten øker med økende takhøyde og bedret isolasjon.

50 Operasjonsstue, konvensjonell ventilasjon

Styrt luftstrøm (forskyvning/stempelventilasjon/laf)