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.

Рисунок 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

Рисунок 2 (подробнее) Схемы приготовление и распределения горячей санитарной воды в сравнении а – централизованный термостатический смеситель; б – смеситель непосредственно перед точкой водоразбора

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. В итальянских инженерных журналах данный вопрос поднимался неоднократно, однако учитывая, с какой настойчивостью инженерам-конструкторам предлагаются такого рода системы, будет нелишне вернуться к данному вопросу.

Прежде всего, следует понимать, что в ситуации повышенного риска, серьезность которого ныне общепризнана, теряет силу установленное Указом Президента Италии ограничение температуры горячей бытовой воды для тепловых сетей, предусматривающих централизованное приготовление горячей воды при наличии многоразборных пользовательских объектов в пределах 48±5 °C.

Многие еще ориентируются на данный регламент, хотя он уже не действует, поскольку вступило в силу распоряжение, заменяющее устаревшую статью.

Фактически старый регламент имел целью обеспечить энергосбережение при сохранении комфорта. Ныне же, тем более в контексте обсуждаемой проблематики, превалируют иные приоритеты и выдвигается иная задача: а именно сохранение здоровья населения.

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 Министерства здравоохранения Италии, 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.

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.

Литература

1. Vittorio Bearzi. Legionella, sfida all’impiantistica. RCI. – № 1. – 2012.

Статья подготовлена по материалам журнала RCI.
Техническое редактирование выполнено Н.А. Шониной