환경공조(EHVAC)

 제1회 IEQ Membership Workshop

   -2010 녹색성장시대의 실내환경개선 전문가 대토론회- 

일 자 : 2010년 10월 9일(토) 12:30~ 10월 10일(일) 13:00

장 소 : 레이트타운 펜션 -경기도 안성시 -별도공지 참조

참가자격 : 1. 덕트설계실무교육 이수자-신청시 교육회차가 해당 기수로 표기-

              2. 활발한 카페활동 우수회원중 운영진및 교육이수자 추천 받은 회원

접수기간 : 8월 18일 ~ 9월 10일

접수방법 : 1. 교육이수자 = 신청서에 교육기수와 함께 신청

              2. 우수회원   = 참가신청자격 회원에 한하여 신청

              3. 신청자 모두  신청서 작성후  e메일 접수

              4. 사전준비 관계로 미리 일정 확인후 신청해 주시기 바랍니다.

참가인원 : 접수순 20명.

참가회비 : 100,000원

준비사항 :   1. 본인 소개와 주제나 부제 관련 발표자료-5분 내외.

  -참석자-   2. 개인위생도구 및 필기도구, 디카-3분 정도-

                3. 간편운동복(하의-) 운동화-족구- 

회원 소개 및 발표(의무사항 개인발표 5분이내)

주제발표 공모및 신청 관련한 의견 댓글 바랍니다.

1. 실내환경 전문엔지니어 네트워크 구성과 공동 마케팅

2. 설비하청 덕트공사의 문제점과 대응방안-민간자격제도 도입-

3. 덕트 제조사들의 시공(덤핑)참여 대응방안 -스파이럴제조 & 사각덕트제조사-

4. 열회수환기유니트 제조사와 협력 방안

5. 실내환경개선시장 진입 과제

6. 덕트기능과 실내환경제어기술의 체계적인 학습프로그램

7. 시스템 에어컨과 환기-EHP 대세에 따른 실내공기질 관리방법-

이상의 주제외 다른 발표 주제를 포함하여,

관련업체 회원님들의 발표 신청도 함께하여 주셨으면 합니다.

여러 의견을 취합하여

성공적인 워크샵이 될 수 있도록

많은 관심과 참여를 부탁 드리는 바 입니다.

* 추신 : 1. 발표자료는 ppt 파일로 준비해 주셨으면 합니다.

              -발표 희망 회원님들은 사전 통지 바랍니다.-

            2. 참가자격을 설계실무교육 이수회원으로 제한 합니다.

               ※ 단, 우수회원 자격으로 정모나 번개에 3회 이상 참석하신 회원님도 신청 가능 하십니다.

            3. 2010년 현재 설계실무교육 이수 회원님들이 80여명 되십니다.
               교육이수 회원님들의 다양한 전문분야들을 통합된 시너지 효과를 극대화 할 네트워크의 구성이

               절대 필요한 시기가 오고 있습니다.

               실내환경개선전문가들을 필요로하는 사회적 분위기와 새로운 시장이 형성되고 있어,

               통합된 솔로션을 공유하며 시장을 주도할 새로운 전문가 집단의 수요가 절대적으로 필요한

               시점에 이르러 그동안 설계교육을 이수하신 80여 회원님들과 상호 협력,  발전의 계기가

               되었으면 합니다.

제1회 워크샵 참가신청서.hwp

*** 참가신청접수확인***    

1. 15기-신기한

아산역(1호선 전철역-)으로 오실때

용산역(출발)-새마을 07:35 -08:46 아산역 도착------요금9,100원

용산역-------KTX   08:00 -08:35 천안아산역 도착--요금13,300

영등포-------새마을07:43 -08:46 아산역 도착------요금8,600원

수   원-------새마을08:03 -08:46 아산역 도착------요금5,600원-저는 수원에서 출발 합니다-

부   산-------KTX -06:30 -08:51 천안아산역도착---요금36,600원

호남선은 KTX  시간대가 여의칠 않네요.

아산역 5회의실 입니다.

차량을 이용하시면 이곳에 무료주차가 가능 합니다

그리고 흰색아반테 앞 파이프 통로로 오시면 됩니다

반대편 철도아래에 주차시설이 되어 있습니다. 종일주차 7,000원 입니다.

아산역 주차장 내부 모습 입니다

주차장에서 나오시면 정면에 보이는곳은 천안아산역KTX 주차장 입니다.

주차장 오른쪽 아산역사로 들어오시면

 아산역 입구 입니다

아산역 내부 왼쪽 열차매표소 쪽으로-여성분이 있는곳-

열차에서 나오시면 왼쪽 매표소 방향으로 이동하셔서

매표소 옆 방화문으로 들어 오시면

5회의실이 있습니다.

당일엔 [제19회 덕트설계실무교육] 안내표지가 있을 겁니다.

천안아산역KTX를 타고오신분들은 이곳으로 이동하셔서...

바닥에 아산역 안내가 되어 있습니다.

아산역으로 이동 중간 지점 입니다

 이동통로 직선 끝부분에서 좌측으로 내려오시면 되겠습니다.

점심 식사는 반대로 KTX역사내 식당을 이용해야 합니다.-아직 주변에 식당들이 없어서...-

□ 부문별․년도별 투자소요(정부)

◦ 2차 기본계획 기간(2009～2013년) 동안 실내공기질 관리체계․역량 발전 및 실내공기질 관리제도․기술기반 강화를 위한 40개 세부 추진과제 이행에 1,142.5억원이 소요

◦ 분야별로는 공기질 관리 선진화 분야가 800.3억원으로 가장 많이 소요되며, 이중 638억원은 지하역사 공기질 개선을 위해 투자

- '07년 기 수립된 석면 및 라돈관리대책 추진, 미생물 실태조사 등 건강영향이 큰 물질 관리를 위해서도 119.3억원 투자 예정

- 환경성 질환 관리 등 건강영향 사전관리를 위해 140억원

◦ 년도별로는 '09년부터 '13년까지 5년간 40개 실내공기질 관리 세부 추진과제 이행에 필요한 재원소요액 1,142.5억원 중

- '09～'11년까지 947.4억원, '12～'13년까지 195.1억원 투자

< 부분별․년도별 투자소요 >

( 단위 : 억원 )

※ 동 투자계획은 추후 사정에 따라 변경될 수 있음

□ 환경개선특별회계 재원 확충

◦ 환경개선부담금 등의 부과대상, 항목, 요율 등의 현실화를 통해 환경개선특별회계 재원 확충

□ 환경성질환 대책기금 조성추진 및 적극 활용

◦ 유독물에 대한 일정액의 부담금을 부과, 재원조성을 통해 환경성질환 대책기금 조성 추진

◦ 환경성질환 대책기금 중 환경성질환과 밀접한 관련이 있는 실내공기질 관리 대책에 대한 투자 확대 유도

□ 석면 배출시설 부담금을 신설, 석면피해 대책기금 조성

◦ 석면관련 배출시설에 대해 일정액의 부담금을 부과하여 환경성 석면피해 예방 및 피해자 구제대책 추진을 위한 재원을 조성 추진

- 국가, 지방자치단체외에도 일정 요건에 해당하는 사업주에 대해 석면피해 구제 재원 마련을 위해 출자금 부가

88888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888

주목할 대목은

"실내공기질 관리제도․기술기반 강화"에

2009년~2013년까지 8.1억원이 투입되고,

올해(2010)와 내년(2011)사이에 절반인 4.1억원이 집행 된다는 점 입니다.

다시 말해서 내년까지 기본적인 실내공기질 제도와 기술기반 강화를 거의 끝낸다는 것이지요.

암튼, 앞으로는 부지런한 학습만이 새로운 정부정책으로 형성될 시장에 참여 할 수 있게 된다는 것 입니다.

법과 제도가 정비되어야 제대로된 사업으로 발전 할 수가 있는데,

소비자와 관련법과 제도가 준비된 시장에서 열심히 노력하셔서 큰 성과를 이루시는 계기가 되시길...

가. 실내공기질 관련 산업현황

□ 실내공기 오염물질 발생저감 분야

◦ 오염물질을 적게 방출하는 친환경건축자재에 대한 수요 증가로 관련 시장규모는 매년 급속히 성장

- 친환경 건축자재로 인증을 받은 제품('08.6월 기준)은 환경마크가 704개, HB마크 622개임

◦ 실내공기에 대한 관심이 증가함에 따라 가구, 전기․전자제품 등 생활용품의 오염물질 저방출 제품 보급 초기단계임

□ 실내공기 오염물질 제거 분야

◦ 국내 공기청정기 시장은 약 5,000억원 규모로 이중 대부분(약 80%)은 한국공기청정협회의 CA인증을 획득

◦ 공동주택 환기기준 마련 및 주택성능등급표시제 시행으로 열회수 환기장치를 중심으로 시장이 확대되고 있으며, 최근 에너지고효율 제품 개발이 활발하게 진행

□ 실내공기 오염물질 측정 및 개선 서비스 분야

◦ 국내에서 사용되는 실내공기질 측정분석 기자재의 경우 대부분 수입

- 형식승인을 획득한 측정기기 30개 중 국산제품은 2개(6.7%)

- 오염물질 채취․분석을 위한 흡착관, 시약 등의 재료는 대부분 수입

◦ 실내공기질 측정대행업체로 45개 업체가 등록되어 있으며, 주로 다중이용시설과 신축공동주택의 공기질 측정업무 수행

나. 문제점

□ 기후변화문제 대응을 위한 기술개발 및 산업활성화 전략 부재

◦ 실내공기질 개선에 기여하는 동시에 기후변화문제에 효과적으로 대응할 수 있는 관련 기술개발 및 산업 활성화 지원 부재

□ 실내공기 진단·개선 서비스업 취약

◦ 현재 국내에는 실내공기질 진단․개선을 위한 컨설팅 전문인력이 부족하여 실내공기질 측정․평가만 실시하고 있는 상황

- 측정결과에 따라 오염원 확인 및 제거방법, 건축물 개·보수 방안 등 실내공기질 관리에 관한 컨설팅 서비스업 취약

□ 실내공기 오염물질 측정분석기기의 국산화 미비

◦ 폼알데하이드, 휘발성유기화합물, 라돈, 석면과 같은 실내공기 오염물질에 대한 측정기기 국산화를 위한 연구개발·산업화 미비

- 휴대용 VOC분석장비, 라돈측정센서 개발 등 부분적인 지원만이 이루어졌으며 개발된 기술의 산업화도 미약

□ 시장 활성화 및 수출 전략 미흡

◦ 실내공기질 개선과 관련된 제품의 품질 향상 및 시장 확대를 위한 관련 인증제도 활성화 대책 부재

- 제품규격 제정 및 개선, 소비자와 생산자간 정보유통 강화, 공공기관 조달 인센티브 부여 등 대책 마련 필요

◦ 실내공기질 관련 산업의 수출 활성화를 위한 전략과 지원 부재

- 해외시장 정보제공, 국내제품의 해외홍보, 개도국 대상 실내공기질 개선 지원 등 수출 활성화를 위한 정부차원의 전략 필요

다. 개선대책

□ 기후변화대응 및 녹색성장을 위한 기술개발 지원

◦ 실내공기질 분야 녹색기술 개발을 위해 차세대 핵심환경기술개발사업 등을 통해 기술개발 연구 지원

□ 실내공기 진단․개선 서비스업을 실내환경분야 신성장동력으로 육성

◦ 경제발전과 늘어나는 환경성질환으로 깨끗하고 쾌적한 실내공기질에 대한 국민욕구 증가에 맞춰 「실내공기질 진단․개선 서비스업」을 녹색성장을 위한 실내환경분야 신성장동력으로 육성

- 전문인력 양성, 기술매뉴얼 개발․보급, 산업기반 조성을 위한 시범사업 확대 운영 등 육성방안 마련

□ 실내공기질 측정기기 국산화 개발 지원

◦ 수동형 라돈측정기기, 석면 분석 장비와 같은 오염물질 측정기기 국산화를 위한 기술개발 지원 및 분석용 표준물질 개발

◦ 휘발성유기화합물, 폼알데하이드 등 간편한 현장 측정장비 개발 지원 등

□ 친환경·고품질 인증제도 활성화

◦ 기준 개발 지원 등 관계기관과의 협력증진을 통해 인증제도 대상 제품군(기능성 건축자재, 에어필터, 생활용품 등) 확대

◦ 인증기준 개선 및 사후관리 감독강화를 통해 인증제도의 신뢰성 확보

◦ 인식도 제고를 위한 국내외 홍보 강화 및 해외 상호인증 추진

◦ 공공기관 조달시 인증제품에 대한 인센티브 부여 등 보급 지원

< 실내공기질 관련 인증제도 현황 >

□ 수출 활성화 지원

◦ 외국의 규제동향 및 시장 상황에 대한 정보수집 및 제공

◦ 해외 환경산업정보망을 활용 국내 관련 산업 홍보 확대

◦ 국가간 협력을 통해 개도국의 환경개선종합계획 수립지원시 국내 실내공기질 관련 정책·제도를 적극 알림으로써 수출기반 마련

가. 현황

□ 실내공기질 관련기술의 환경기술로드맵(TRM)상 분류

◦ 맑고 안전한 공기(대분류)분야 유해대기오염물질 관리기술(중분류)의 세부항목중 ‘HAPs 및 실내오염물질 저감기술’로 분류

- 오염물질 저방출 소재기술, 실내공기오염 위해성평가, 측정분석 기술은 친환경소재·제품, 위해성평가·관리, 측정분석장비·장치 분야에 각각 반영

□ 「차세대핵심환경기술개발사업」선정 현황

◦ '04～'08년간「차세대핵심환경기술개발사업」으로 선정·지원된 실내공기질 관련 사업은 63개로 지원규모는 약 121.5억원임

- '04～'06년간 신규사업의 7.4%, 지원규모의 3.5%를 차지

◦ 분야별 선정현황을 보면 측정분석 장비·장치 개발이 가장 많으며 실내공기질 개선, 친환경 제품·소재 개발 순임

- 실내공기질 개선 기술로는 시설별 환기설비, 촉매기술을 활용한 실내 오염물질 저감기술 등이 개발됨

나. 문제점

□ 실내공기질 관련 기술개발 과제의 낮은 지원비율

◦「차세대핵심환경기술개발사업」으로 선정·지원되는 과제중 실내공기질 관련 기술개발 과제비율이 낮음

- 환경기술로드맵 대분류, 중분류에 실내공기 오염물질 저감기술이 별도로 분류되어 있지 않아 체계적인 투자·지원을 유도하기엔 한계

◦ 실내 오염물질 자동제어 및 친환경적 지능형 환기시스템 개발과 같은 유망 실내공기질 관련기술의 실용화를 위한 대규모 투자 부재

- 대부분의 지원과제는 단기간의 개별기술 개발과제에 그침

◦ 환경기술로드맵 개선 및 선진화된 실내공기 오염물질 저감기술개발을 위해 장기간의 대형·통합과제 추진 필요

□ 실내공기질 관련 신기술 정보제공 미흡

◦ 개발된 신기술에 대한 정보제공 및 홍보 체계 미구축으로 기술 수요자와 생산자간 원활한 정보유통이 이뤄지지 못함

- 국내외 실내공기질 관련 기술개발 및 산업시장 동향에 대해 정보를 제공하는 서비스 미흡

◦ 실내공기질 관련 기술개발정보 D/B구축 및 정보제공 서비스 실시 필요

다. 개선대책

□ 실내공기질 관련 환경기술 중장기 발전방안 연구('09)

◦ 환경교육, 기후변화 대응, 친환경 제품·소재 개발, 환경매체별 오염물질 저감, 측정분석장비·장치 분야를 포괄하는 실내공기질 관련 환경기술분류 및 중장기 육성방안 작성

□ 환경기술로드맵 분류체계 개선

◦ 실내공기 오염물질 저감기술을 환경기술로드맵의 환경매체별 오염물질 저감기술에 반영

- 기술지도에서 분류하는 5개 환경매체(대기, 물, 폐기물, 하·폐수, 소음·진동)에 실내공기를 추가하는 방안 적극 추진

□ (가칭)「실내환경관리선진화사업단」추진

◦ 실내공기질 관리 선진기술 개발 및 실용화를 위해 Eco-STAR Project의 신규사업단 추진

- 실내 오염물질 자동제어 및 친환경적 공조설비 제작과 같은 선진기술의 실용화를 위해 환경·건축·기계분야 공학기술을 포괄하는 대형·통합 과제 추진

□ 실내공기질 관련 기술개발정보 D/B구축 및 정보제공 추진

◦ 차세대 사업으로 개발된 실내공기질 관련 기술에 대한 D/B구축 및 관련 산업계·학계·연구소 등에 제공 추진

◦ 관련 학·협회와의 협력을 통해 국내외 기술개발 및 산업시장동향 정보를 수집·제공하는 서비스 추진

□ 실내공기질 관련 신기술 홍보 강화

◦ 실내공기질 기술분야 종합전시회, 환경신기술 발표회 개최

- ICAT(국제클린에어텍) 등 각종 전시회, 국제심포지엄, 기술세미나 개최 또는 지원 추진

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1차 공기질 정책 시행후

관련학회나 업계를 중심으로 실내공기질 측정 분석 부분에 관련한 측정 인력교육과 측정장비에 치우쳐온 것이 사실이다.

기회가 있을때마다 되풀이 하는 주장이지만,

실내공기질을 측정 분석만 하고나서는 어떻게 할것인가에 대한 전문인력이 절대 필요하지

단순히 측정 분석하는 인력들은 단기간에 얼마든지 양성해 낼 수 있지만,

측정 분석 결가를 가지고,

다양한 실내환경에 알맞은 개선 방법을 컨설팅하고 엔지니어링이 가능한 실무 경험이 풍부한 전문가는 단기간에

양성해 낸다는 것은 불가한 일인 것이다.

현재로써 이런한 부분에 쉽게 접근가능한 전문가들은

공조분야에 실무와 엔지니어링 경험이 풍부한 인력들이 가장 단 기간에 전문가로 양성 가능하지 않나 생각 한다.

현장 실무 경험이 전혀 없는 이들은 백날 책상 머리 교육으론 다양한 실내환경을 접한 경험이 전무한 이들에겐

소 귀에 경 읽기라 아니할 수 없다.

이러한 문제점들을 

2차 공기질 정책 기간에 개선, 보완해 나간다는 이야기 인데,

대 늦은 감이 없지 않으나 그 나마 다행이 아닐 수 없다.

여기서 모두의 고민이 있다.

과연 내가 얼마큼 노력과 학습을 병행해야 실내환경개선전문가가 될 수 있겠는가.

아울러, 

다양한 실내환경에 맞는 처방을 내놓을 만큼 풍부한 실무 경험과 엔지니어링 능력을 갖추고 있는가? 

가. 현황 및 문제점

□ 실내환경 정보센터 구축 및 운영

◦ 실내환경 관련 정보에 대한 대국민 홍보를 위하여 홈페이지(www.iaqinfo.org) 구축 및 개설(‘06.1.1)

- 실내공기질 관련 기준 및 제도, 측정방법, 실내환경 관리방법, 실내환경 자료실, 실내환경 관련기관 등을 홍보

□ 대국민 홍보 부족으로 인한 활성화 미흡

◦ 실내환경 관련 정보 제공 및 교류의 장으로서의 역할 미흡

◦국민들이 흥미를 가지고 접근할 수 있는 콘텐츠가 부족하여 이용자의 참여율 저조

□ 실내공기질 관련 수록 정보 범위의 한계

◦ 일반인부터 전문가에 이르기까지 다양한 수준의 이용자에게 활용도가 높은 양질의 정보가 부족

◦ 전문적인 내용에 대한 체계적 관리와 즉각적 대응의 어려움

나. 개선대책

□ 홍보 및 운영 활성화 방안 제고

◦ 검색엔진 및 관련 사이트를 통한 링크, 언론매체 광고 등 적극적 홍보 추진

◦ 실내환경 관련 연구 DB 프로그램 구축, 어린이용 페이지 개설 등 새로운 콘텐츠 확충 및 제공 서비스 확대로 홈페이지 활성화

◦ 온라인 참여 이용자에 대한 수시 이벤트 개최 등 참여의식 고취

◦ 이용자 위주의 홈페이지로 개편

- 그간 이용자들의 불편사항 반영 및 여론 수렴 기능 강화를 통해 보다 쉽고 가까운 홈페이지로 개편

□ 맞춤형 정보제공 기능 강화

◦ 다양한 최신 정보수록 및 정기적인 내용보완을 통한 정보수집·제공 기능 강화

◦ 수집된 정보를 전문가, 시설관리자, 일반인, 어린이 등에 맞춰 필요한 형태로 가공하여 제공하는 맞춤형 정보제공 추진

□ 위탁기관과의 긴밀한 협조 강화

◦ 실내공기질 분야 전문 인력을 전담 배치하여 집중 관리

가. 현황 및 문제점

□ 실내공기질 관리지침서 및 홍보동영상 제작․배포

◦ 신축공동주택, 다중이용시설 실내공기질 관리를 위한 홍보 브로셔 및 동영상 제작․배포

- 다중이용시설 관리자, 신축공동주택 시공자 및 입주자로 구분하여 맞춤형 홍보자료 제작

□ 실내공기질 관리방법에 대한 홍보 미흡

◦ 건축자재 및 생활용품 등 실내공기 오염원에 대한 홍보 미흡

◦ 실내공기질 문제 확인 및 해결방법 홍보 미흡

◦ 실내공기질 관리방안 관련정보 습득 통로 부족

나. 개선대책

□ 적극적인 대국민 홍보

◦ 친환경 및 성능인증제도 알림 및 관련 제품 사용 유도

◦ 실내공기질 관리의 중요성 및 방법 홍보

- 시설별 실내공기질 관리 지침서, 실내공기 오염물질별 방지 및 저감 지침서, 실내공기질 개선을 위한 생활수칙 등 제작․배포

◦ TV, 신문, 인터넷 등을 활용한 홍보매체 다양화

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Issue : July-September 2002

Hospital HVAC Design : A Challenge for IAQ, Energy Recovery and System Reliability

By George Sze
Senior Consultant
(Mechanical Engineering),
CPG Corporation Pte Ltd, Singapore

Lek Siang Hwa
Vice President
(Mechanical)
CPG Corporation Pte Ltd, Singapore

Atul Mathur
Content Alive, Singapore

George Sze has 30 years of experience in HVAC consultancy. He is actively involved in energy conservation in buildings and is a member of the Technical Advisory Committee under Singapore's Environment Ministry that published the Guidelines on Good Indoor Air Quality in 1996. He is President-Elect, ASHRAE (Singapore Chapter) and can be contacted at george.sze@cpgcorp.com.sg

Lek Siang Hwa has 12 years consultancy experience in the HVAC design of hospitals, life science research facilities and tertiary institutions in Singapore and overseas. He has a Masters degree in Building Science from the National University of Singapore. He can be contacted at lek.siang.hwa@cpgcorp.com.sg

Atul Mathur is a mechanical engineer with a master.s degree in Thermal Sciences from IIT Kanpur. He has 12 years of experience in HVAC contracting and consultancy. His firm, Content Alive, provides HVAC consultancy and technical writing services. He can be contacted at atulm@singnet.com.sg

This article is written from the perspective of consultants and does not cover any particular project but draws on authors’ experiences from a number of hospital projects completed in Singapore. The climatic conditions in Singapore are tropical with high humidity levels, much like coastal cities in India.

Human will to live healthy and longer lives and continued advances in medical science and technology have turned hospitals from merely buildings to sophisticated facilities for preventing and treating diseases. HVAC system in a hospital assumes high significance due to its sensitive relationship with the health of the patients, caregivers and visitors. HVAC system is also important as the cost of its operations affects the cost of healthcare in a significant way. This article focuses on three important issues in hospital HVAC design: Indoor Air Quality (IAQ), energy recovery and system reliability.

Twin Views of a Hospital Facility

While designing a hospital HVAC system, designers have to hold twin views of the facility: one from the functional point of view and the other from the HVAC point of view. Both views, of course, are inter-related.

According to the ASHRAE, from the functional standpoint, a typical hospital facility basically comprises seven categories of areas:

– Surgery and critical care (operating room, delivery room, etc.)
– Nursing (patient rooms, intensive care unit, etc.)
– Ancillary (radiology, laboratories, etc.)
– Administration (offices)
– Diagnostic and treatment (examination room, therapy room, etc.)
– Sterilisation and supply (steriliser room, equipment storage, etc.)
– Service (kitchen, laundry, etc.)

The functional requirements dictate the HVAC requirements. The HVAC view, however, boils down to seeing all the spaces from the point of view of:
– Temperature and humidity
– Ventilation
– Pressure relationship with surrounding spaces
– Air cleanliness level
– Air distribution
– Operating hours
– System reliability

Proper understanding of both functional and HVAC views of each and every space is the foundation for a successful HVAC design.

[top]

Hospital IAQ challenge

Perhaps nowhere is Indoor Air Quality (IAQ) as critical as in hospitals. In the hospital context, IAQ aspect is more than just the promotion of comfort. In many cases, proper IAQ is a factor in patient recovery and in some instances, it is the major treatment.

At present, Singapore does not have its own standard for hospital IAQ and adopts recommendations of ASHRAE or HTM (Health Technical Memorandum, a publication of Department of Health, UK) or both. Table 1 shows temperature and humidity requirements for four most critical areas of a hospital.

While temperature and humidity requirements are important in hospitals, it is the issue of crosscontamination and bacterial concentration that assume critical importance in HVAC design. The fundamental reason behind this is the presence of airborne pathogens that can create havoc by infecting healthy people, and complicating recovery of patients.

Airborne Pathogens

Pathogens are any disease-causing microorganism, which fall into three major taxonomic groups: Viruses, bacteria, and fungi. The single most important physical characteristic of airborne pathogens is their size, as it directly relates to the filtration efficiency and their ability to stay airborne. Preventing airborne transmission of diseases through pathogens is one of the key challenges for HVAC system design in hospitals.

Contagious viruses and bacteria come almost exclusively from humans and their path of transmission is return air. Spores and environmental bacteria may enter from the outdoors, but once growth (amplification) occurs indoors they may appear in the return air at higher levels than in the outdoor air. Spores can initially enter a building by various routes, including inlet air or infiltration, or they may be brought in with building materials, carpets, clothes, food, pets, or potting soil. once spores germinate and growth occurs in an AHU or anywhere inside the building, new spores may be generated and appear in the return air. Filters may intercept spores, but moisture may cause them to "grow through" the filter media.

The risk of infection is proportional to the concentration of pathogens. The risk of infection is linked not only to the purity of the air, but also to the air distribution patterns that should shield a wound site by forming a protective layer.

Strategies for Maintaining Hospital IAQ

Typically, the strategies available for controlling the spread of airborne pathogens include dilution through ventilation, filtration, ultraviolet germicidal irradiation (UVGI), air purging and isolation through pressurisation control.

UVGI has not been applied so far in Singapore hospitals due to concerns about its reliability. There is, however, growing interest and trend towards adopting it. It offers advantages in terms of offering alternative to HEPA filters for non-critical areas (areas other than OT), providing an added layer of protection when used with HEPA filters and also helping to prevent growth of algae, etc., in the AHU drain pan.

Increased ventilation rates reduce the overall concentration of pathogens. ASHRAE recommends ventilation rates in accordance with ASHRAE Standard 62, Ventilation for Acceptable Indoor Air Quality. Each project, however, may have specific ventilation rate requirements that may differ from ASHARE. Table 2 shows ventilation rates for four most critical areas of a hospital.

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For one of the hospitals, the concept of air purging was employed for maintaining IAQ in private air-conditioned wards. Under this arrangement, once the patient is discharged, the foul air trapped inside the room is purged by simply opening the windows and stepping-up the speed of the toilet exhaust fan (2-speed fan). The foul air is extracted out of the room through the toilet and discharged externally. The room air is completely replaced with clean and fresh air before the next patient moves in. During the purging mode, air-conditioning to the room is shut off to avoid condensation. With this arrangement, IAQ in the room is improved without additional equipment since every attached toilet and bathroom is provided with a mechanical ventilation system.

As mentioned earlier, there is a direct relationship between the filtration efficiency and the size of pathogens that need to be arrested. Studies have shown a relationship between improved air filtration and viable pathogen concentrations and patient infection rates.

Proper pressurisation, to prevent exfiltration/ infiltration of pathogens, is an absolutely essential strategy for many of the critical areas in a hospital. But, there can be significant energy penalties for increasing ventilation to maintain the required pressurisation levels.

In addition to ventilation, filtration and pressurisation, air distribution assumes an import criteria for maintaining the IAQ.

How some of the above factors come into play can be seen in the design of the most critical room in a hospital: operating theatre (OT).

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Design of an Operating Theatre

HVAC system design for an operating theatre starts with a reminder of the following key objectives:
– To control the concentration of harmful bacteria;
– To prevent infiltration of less clean air into the operating theatre;
– To create an air flow pattern that carries contaminated air away from the operating table;
– To provide a comfortable environment for the patient and operating team;
– To ensure uninterrupted operations;
– To save energy.

The operating theatres are categorised as 'general' and 'ultraclean'. Ultra-clean OTs, used for procedures, such as, organ transplant, orthopaedic surgery, neurosurgery, etc., where bacterial contamination is relatively more critical.

Table 3 shows basic design parameters for HVAC design of an OT.

Figure 1 shows a schematic diagram for HVAC system for a general OT. The system used is CAV (constant air volume) type. The fans, both on the supply and exhaust side, however, are provided with Variable Speed Drive (VSD). The VSD basically helps to maintain the flows against varying static (filter clogging, etc.) and also for set back for unoccupied hours. The supply air passes through an energy wheel before treatment by a dedicated set of AHUs. The treated air is supplied through terminal HEPA (99.997% efficient) filters. In the past, the return air was collected through return air openings provided near the floor level at the four corners of the OT. The current designs, however, are allowing the return air to be collected from the adjacent rooms. This change stems from the fact that there was practically very little return air collection within the OT and most air was exfiltrating to the surrounding rooms, basically to maintain the pressure differential. In addition, the practice of collecting return air from the OT itself was prone to infiltration of outside air when the OT doors were opened for any reason. OTs are provided with relief dampers for maintaining positive pressure. The humidity is maintained by using heaters.

Unlike general OT, an ultra-clean OT allows recirculation of air within the OT. The return air for these OTs passes through 80- 90% efficiency filters before passing through 99.997% efficient terminal HEPA filters and discharged vertically to provide a laminar downflow pattern. The low turbulence downward airflow combines the effect of both, air dilution and room air displacement.

Besides operating theatres, the others areas of the hospital, which require similar control of the aseptic conditions are the postoperative recovery rooms, ICUs, burn wards, isolation units. Other areas, which require high rates of ventilation and pressurisation control are radiology department, laboratories, infectious disease and virus laboratories, autopsy rooms and animal quarters.

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Energy Recovery

In today's competitive world, saving lives and providing high quality medical services are not the only parameters for the success of a hospital. Energy efficiency is a major factor in hospital's financial well-being and eventually its affordability for the patients. Energy efficiency is a broad term, which includes strategies such as using efficient chillers within their most optimum performance zone, using variable speed drives for pumps and air handling units, maximising areas with natural ventilation, etc. one of the strategies, however, is to recover waste energy. Energy recovery has been found to be an effective way of saving energy cost and the following discussion pertains to the practices that have been successfully used for hospitals in Singapore.

An energy analysis of a 800 bed hospital (120,000 sq. m gross floor area, 2 basements, 9 storeys) showed that the energy cost for HVAC system was about 50% of the total energy cost of the hospital (Fig 2). The total energy cost included, besides HVAC, cost for other systems, such as, lighting, power (medical equipment, office, etc.), lifts, fire, sewage, gas, etc.

For the same hospital, it was calculated that about 70% of the total HVAC cost was due to the chiller plant - chillers, pumps and cooling towers. The high concentration of energy in the chiller plant necessitates consideration of using a heat pump system for recovering condenser heat for heating domestic water. Such a system was recently used for a hospital where two heat pumps were coupled to the condenser water circuit from the chillers. With this arrangement, the waste condenser heat is reclaimed to generate sufficient hot water for the whole hospital. Boilers are not required as a result.

For the same hospital, it was identified that operating theatres (total 14 in number, 2 ultra clean and rest general type) alone contributed about 200 TR air-conditioning load, which was slightly less than 10% of the overall load (2250 TR). Again, it shows that energy recovery from the operating theatres is also an important area to focus on as part of the overall energy efficiency efforts.

Energy recovery wheel or enthalpy wheel, which can recover both sensible and latent energy, has been used for the operating theatres. The wheel, installed upstream of supply air AHU, recovers energy by allowing transfer of heat (sensible and latent) from the outdoor air to the exhaust air. To get an idea of the performance just in terms of the sensible energy, the outdoor air can be expected to cool from 32°C to 26°C when passing through the wheel and transferring energy to the exhaust air (typically at about 21°C).

System Reliability

HVAC system reliability in hospital context is a very important issue. Unreliable systems can lead to highly undesirable situations, such as, cross-contamination, high temperature, high humidity, etc. Apart from selecting reliable equipment and following proven practices, providing standby HVAC equipment is a crucial element of the overall system reliability.

While deciding the extent of standby HVAC equipment, one invariably has to strike a balance between ensuring required level of system reliability and keeping the capital cost down. The following discussion provides insight on the practices used for ensuring system reliability for chiller plant and air-handling system for hospitals in Singapore:

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Chiller Plant

Chiller plant is the heart of an HVAC system. The configuration adopted for the chiller plant (chillers, pumps and cooling tower), as elaborated in Table 4, for one of the recently constructed hospitals in Singapore is n+1+1. The objective behind this arrangement is to ensure 100% system availability in the event when one piece of equipment (chiller/pump/cooling tower) is under preventive maintenance and one more piece of equipment is under breakdown.

With the above arrangement, at the most 4 chillers will be working with 2 chillers remaining as standby.

Air Handling System

The reliability of air handling system is critical for areas like operating theatre (OT), intensive care unit (ICU), radiology lab, etc. The standby provision ranges from 100% standby AHU to merely providing a standby motor.

The practice used for OT is to provide two AHUs in parallel with each rated at 75% of the total requirement. Both would work under normal circumstances. In the event of a failure of one of the AHUs, the other AHU would be capable of supporting OT, though at a reduced performance level (75%). The fans for exhausting the OT air are also configured on the same lines. This arrangement, though not ideal, seeks to balance the conflicting needs of highest reliability, smallest plant foot print and lowest cost. It also serves a very important purpose, especially in the context of OT, which is to ensure uninterrupted airconditioning/ ventilation.

An alternative to providing a complete standby AHU is to provide only the standby motor for the AHU. For areas like, ICU, radiology, etc., this approach has been adopted which shields against prolong break in airconditioning due to the breakdown of AHU motor. Unlike parallel AHU configuration, the areas served with this arrangement would be prone to interruption in air-conditioning supply, even though it may be for small periods - the time required for replacing an AHU motor. The main advantage of this arrangement is saving on space and, of course, cost.

Conclusion

HVAC system design for a hospital is a challenging undertaking. It involves deep appreciation of the relationship between the performance of HVAC system and the health of patients, care givers and visitors. So, IAQ is of prime importance. Besides IAQ, energy recovery and system reliability demand special attention. A well-rounded HVAC design would adopt without compromise all the proven practices and principles for these three pillars of hospital HVAC design.

References:

1. 1999 ASHRAE Handbook: HVAC Applications
2. Health Technical Memorandum 2025
3. Manufacturers'/suppliers' catalogues and literature

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