Gestione ospedaliera sicura delle emergenze infettive

Controllo dei gradienti pressori locale per locale, filtrazione assoluta dell’aria  e integrazione edificio-impianti sono le principali caratteristiche dei nuovi reparti ad alto Bio-contenimento realizzati nel principale ospedale di Pisa.

L’emergenza sanitaria conseguente alla pandemia del 2020/23 ha indotto le autorità nazionali a prevedere l’adeguamento dei pronto soccorso e la realizzazione di reparti per cure intensive e semi-intensive, in grado di accogliere personale e pazienti in condizioni di minimo rischio infettivo (D.Lgs. 34/2020).

Nel policlinico “Santa Chiara” a Pisa Cisanello, afferente l’Azienda Ospedaliero Universitaria Pisana, gli interventi previsti sono stati completati durante il 2024. Si tratta dell’Unità di Bio-contenimento (di seguito UBc), adiacente al pronto soccorso, e del nuovo reparto per Terapia sub-Intensiva (TsI), situato nel corpo principale dell’ospedale.

L’UBc è caratterizzata da soluzioni costruttive all’avanguardia, che hanno accelerato la costruzione riducendone drasticamente l’impatto sulle attività sanitarie. In entrambi i nuovi reparti, gli impianti di ventilazione meccanica svolgono un ruolo fondamentale, creando le condizioni di salubrità e comfort adeguate al funzionamento regolare, sicuro ed efficiente. La progettazione è stata curata da IN.TE.SO. Ingegneria in stretta collaborazione con il Dipartimento tecnico dell’AOUP.

La realizzazione degli interventi è stata aggiudicata all’ATI composta da CEFLA (capogruppo, installazione impianti) e CMSA (opere edili), con la partecipazione di Manni Green Tech (prefabbricazione off-site). In particolare, CEFLA ha curato l’intero processo di installazione degli impianti meccanici, elettrici e speciali, in entrambi gli interventi, coordinando anche la realizzazione dei rinforzi strutturali in fibra di vetro per la ripartizione dei carichi statici (macchinari in copertura, pensili per apparecchi medicali) delle apparecchiature al servizio della nuova TsI. Impianti e controsoffitti di nuova installazione sono stati posati con pendinature e controventature antisismiche.

Aspetti generali della progettazione

Gli interventi sono stati progettati secondo principi di funzionalità, minimizzazione dell’impatto ambientale, sicurezza di persone e strutture, qualità del servizio, affidabilità, economicità di costruzione e gestione, flessibilità, scalabilità, semplicità operativa, facilità d’ispezione e manutenzione. Quest’ultimo aspetto è stato particolarmente curato, facilitando l’accessibilità ai componenti tecnici e prevedendo il telecontrollo del funzionamento.

La tutela della salute di personale e pazienti è affidata alla filtrazione dell’aria con filtri assoluti, in funzione del livello di asepsi previsto in ogni locale e nell’impianto aeraulico, e al controllo delle condizioni microclimatiche (temperatura, umidità). La possibilità di parzializzare il funzionamento zona per zona, in relazione all’effettiva occupazione degli spazi, concorre al contenimento dei costi d’esercizio.

Tutte le principali apparecchiature aerauliche sono situate all’esterno, sulla copertura piana dell’UBc e su un terrazzo prossimo alla TsI. La posizione dei componenti più pesanti e ingombranti è stata studiata per ripartire i carichi statici sulle strutture esistenti, rinforzate dove necessario, e per facilitare l’accessibilità durante l’installazione e la manutenzione.

Le distribuzioni verticali sono installate all’interno di cavedi tecnici, mentre quelle orizzontali percorrono i controsoffitti interni. Staffaggi, ancoraggi e il fissaggio di tutte le apparecchiature sono stati eseguiti con dispositivi antisismici.

In entrambi i casi il progetto degli impianti meccanici ha interessato:

• sezionamento/smantellamento dell’esistente;
• installazione di nuovi generatori termofrigoriferi e UTA dedicati;
• posa in opera di nuove reti di distribuzione idroniche e areauliche, per la climatizzazione a tutt’aria con gestione dei gradienti pressori;
• realizzazione dei nuovi impianti idrico-sanitario e dei gas medicali, collegati a quelli esistenti;
• nuovi impianti elettrici al servizio di quelli meccanici, compreso il sistema di supervisione e regolazione.

L’unità di Bio-contenimento in sintesi

La nuova UBc (superficie circa 300 m2) è un edificio monopiano di nuova costruzione, armonizzato per dimensioni e immagine architettonica al contesto ospedaliero, che amplia gli spazi esistenti per l’isolamento situati sul lato opposto della camera calda rispetto al pronto soccorso (Edificio 31).

Scopo principale dell’UBc è consentire la presa in carico e l’erogazione delle cure intensive a pazienti infetti e sospetti, evitandone l’accesso al resto del presidio, attraverso l’ottimizzazione dei percorsi e nel rispetto delle condizioni di sicurezza e delle misure anti-contagio.

L’UBc è quindi un fabbricato autonomo dal punto di vista funzionale e costruttivo, equipaggiato con impianti di climatizzazione/ventilazione completamente indipendenti.

Gli spazi interni sono articolati in:

• 

  area per bio-contenimento (visita, osservazione, attesa) con connettivo interno (ingresso dalla camera calda, servizi igienici comuni) e 6 box per pazienti (tutti con doppio accesso dedicato dall’interno e dall’esterno);

• locali per lavoro del personale (con ingresso indipendente), spazi per vestizione/svestizione con filtro pressurizzato (tutti con porte ad accesso controllato), depositi e servizi igienici;
• uffici, deposito e servizio igienico dedicato (con ingresso indipendente e non comunicanti con gli altri ambienti);
• locali tecnici accessibili dall’esterno.

Flussi e percorsi sono concepiti per minimizzare le interferenze e il rischio clinico. Ciascuno dei box per pazienti è dotato di lavabo con comando non manuale, di porte a doppia anta da 120÷210 cm e di tutta l’impiantistica necessaria per le cure intensive.

Nonostante le numerose complessità dell’intervento (ridotte dimensioni dell’area cantierabile, assenza di spazi per la logistica, prossimità ad attività critiche con necessità di minimizzare le interferenze, tempistica molto contenuta per la costruzione), l’edificio è stato completato in soli 9 mesi, nei termini previsti, grazie a:

• sistema costruttivo a secco Light Steel Frame, con pre-assemblaggio off-site di alcuni componenti portanti;
• modularità delle soluzioni impiantistiche e tecnologiche.

L’impianto di ventilazione meccanica contribuisce in modo determinante all’abbattimento del rischio di contagio, grazie a:

• presenza di locali (filtri, disimpegni, spogliatoi) per vestizione/svestizione dei dispositivi di protezione individuale, da parte del personale;
• possibilità di differenziare il regime pressorio negli ambienti destinati ai pazienti;
• filtrazione assoluta dell’aria;
• componenti impiantistici realizzati con materiali dotati di superficie autopulente e antimicrobica.

L’UBc è quindi adattabile alle esigenze di ogni singolo paziente infettivo e immunodepresso: attraverso il sistema di supervisione e controllo il personale può modificare le condizioni operative per ospitate contemporaneamente entrambe le tipologie di pazienti.

Bio-contenimento: impianto di climatizzazione

I fabbisogni termici per il dimensionamento sono stati stimati ipotizzando il funzionamento senza il recupero del calore sull’aria (presenti con sistema di recupero a batteria). A valle dell’allacciamento alla rete idrica e della stazione di trattamento dell’acqua tecnica, il gruppo polivalente multifunzione (122 kWt, 115 kWf) è condensato ad aria, con recupero totale e ultra-silenziato: produce fluidi termovettori a 55 °C (ΔT -5 °C) e a 7 °C (ΔT +5 °C) accumulati in serbatoi inerziali distinti (entrambi 2.000 l).

Due elettropompe dotate di inverter, una di riserva all’altra, spillano i fluidi dal collettore principale e, tramite tubazioni in acciaio nero, alimentano le batterie dell’UTA e la linea di post-riscaldamento delle batterie in campo, lungo le canalizzazioni.

I singoli circuiti idronici sono indipendenti e dispongono di valvole di bilanciamento dinamico a pressione differenziale, per ottimizzare le prestazioni. L’impianto a 4 tubi consente di riscaldare e raffrescare contemporaneamente ambienti distinti, a vantaggio del comfort e del risparmio energetico.

In tutti i locali dell’UBc a destinazione sanitaria la climatizzazione è del tipo a tutt’aria esterna, a portata variabile, con condizioni termoigrometriche pari a 22÷26 °C con U.r. 40÷60% (ricambio 12 vol/h; filtrazione H14). Fanno eccezione:

• la zona d’attesa nel fabbricato esistente, con ventilazione ad aria primaria (3 vol/h; filtri F9 ePM1 90%);
• i servizi igienici, con solo riscaldamento invernale (20 °C) senza controllo di umidità ed estrazione (10 vol/h);

Gli uffici e il locale UPS sono equipaggiati con impianti distinti a espansione diretta senza ventilazione meccanica, perciò dal punto di vista della climatizzazione il loro funzionamento è indipendente rispetto al resto dell’UBc.

Bio-contenimento: ventilazione in dettaglio

L’UTA è articolata in due sezioni distinte per mandata (2 x 6.250 m³/h) e ripresa (2 x 8.500 m³/h). La sezione di mandata comprende:

• presa dell’aria esterna con serranda motorizzata;
• prefiltri a cella e filtri a tasche rigide (F7 – EN779)
• batterie pre-riscaldamento/raffrescamento (alimentata dal recuperatore di calore), calda e fredda;
• umidificatore a vapore con resistenza elettrica;
• doppio ventilatore tipo plug-fan;
• silenziatore;
• filtro H14.

Tutte le canalizzazioni (classe tenuta B) sono realizzate con lamiera d’acciaio zincato (termoisolata ove necessario), a sezione rettangolare o circolare. I tratti interni sono di spessore differente (da 8/10 a 14/10) in relazione alla lunghezza del lato maggiore e alla pressione dell’aria prevista. Ciascun ramo è equipaggiato con serrande tagliafuoco (ove necessarie), batteria di post-riscaldamento e cassetta per la regolazione della pressione.

L’immissione dell’aria negli ambienti avviene mediante diffusori ad alta induzione con lancio elicoidale / uni-multidirezionale, da incasso a controsoffitto, mentre le griglie di ripresa sono installate a parete (2/3 nella parte inferiore del locale, 1/3 nella parte superiore).

Sonde combinate di temperatura/umidità, situate nei pressi delle griglie, provvedono al controllo dei parametri operativi. L’ottimizzazione del funzionamento è demandata al BMS, con regolazione locale mediante dispositivi digitali.

Anche le canalizzazioni di ripresa sono dotate di cassette per la regolazione della pressione e convergono verso il plenum dell’altra sezione dell’UTA, che comprende:

• dispositivo di contenimento tipo canister, per la sostituzione in sicurezza dei filtri ad alta efficienza HEPA H14 secondo la procedura “bag-in/bag-out”;
• silenziatore;
• recuperatore di calore, con circuiti idronici diretti alla batteria nella sezione di mandata;
• doppio ventilatore tipo plug-fan;
• espulsione dell’aria esausta con serranda motorizzata.

Per minimizzare i livelli acustici, oltre al contenimento della velocità dell’aria sono stati utilizzati silenziatori dissipativi su mandate e riprese (con predisposizione su presa ed espulsione dell’aria), plenum silenziati e terminali di diffusione a bassa rumorosità.

Bio-contenimento: altri impianti meccanici

Le acque fredda potabile, calda sanitaria compreso ricircolo e per l’impianto antincendio sono fornite già pressurizzate dalle reti esistenti. La conformazione ad anello chiuso dei circuiti idrico-sanitari limita i tratti in cui l’acqua può ristagnare, sfavorendo l’eventuale proliferazione batterica nei pressi delle utenze. Le reti di adduzione sono realizzate con tubazioni in acciaio nero, mentre quelle di scarico sono in pead e convergono nella fognatura esistente.

L’impianto di protezione interna ed esterna comprende rispettivamente idranti UNI45, posizionati a parete, e idranti UNI70, situati in soprassuolo e sottosuolo. L’edificio dispone di un impianto di rilevamento di fumo e calore e dispone di estintori portatili a polvere e a CO₂.

L’impianto dei gas medicali (aria compressa, vuoto endocavitario, O2) è collegato a una linea in media pressione (8÷10 bar) ed è stato dimensionato per assicurare:

• quantità di prese doppia per ciascun posto letto, con adduzione mediante prese a parete, nelle travi testaletto o nei pensili, a seconda della configurazione;
• portata media pari a 40 litri/min per ciascuna presa;
• totale contemporaneità d’uso della fornitura di aria compressa e O2;
• contemporaneità pari a 0,5 per il vuoto endocavitario.

I nuovi quadri di riduzione di secondo stadio sono equipaggiati con doppio riduttore per ciascun gas e quadretto d’allarme. Tubi e raccordi sono realizzati in rame (diametri esterni: 22 mm per aria compressa e O2; 28 mm per vuoto) e uniti mediante saldatura.

La nuova terapia sub-intensiva

Risultato della ristrutturazione del preesistente reparto di degenza ordinaria, la nuova TsI è situata nell’Edificio 30, al primo piano dell’ala C, a breve distanza dal Pronto soccorso. Obiettivo dell’intervento era ottimizzare l’operatività assistenziale dei settori a elevata intensità di cure dell’area medica, senza modifiche ad accessi e percorsi interni. Le modifiche all’assetto spazio-funzionale hanno reso disponibili 12 posti letto, distribuiti in 4 camere, e tutti gli altri locali per il personale e le attività di supporto e servizio, con rifacimento integrale degli impianti esistenti, oltre al rinforzo statico di alcuni elementi portanti e l’adeguamento di manufatti destinati alla sicurezza. La realizzazione dell’intervento non ha comportato sospensioni dell’attività sanitaria.

Ogni camera è equipaggiata con tecnologie biomedicali per le cure intensive, sollevatore meccanico per la movimentazione dei pazienti. L’accesso è mediato da un filtro pressurizzato, dimensionato per la vestizione/svestizione del personale e dotato di un lavabo di decontaminazione.

La nuova TsI dispone di un impianto di climatizzazione a tutt’aria esterna a portata variabile, che opera a 20÷24 °C con U.r. 40÷60% (ricambio 15 vol/h; filtrazione H13 in UTA, H14 su terminale). Le principali caratteristiche tecniche sono in tutto simili a quelle dell’impianto di climatizzazione dell’UBc.

La nuova UTA (mandata 2 x 11.000 m³/h; ripresa 2 x 20.000 m³/h) è alimentata dalle reti idroniche esistenti e anche in questo caso può operare in tre modalità:

• sovrappressione (pazienti immunodepressi) mediante modulazione in chiusura della cassetta VAV di ripresa
• depressione (pazienti infetti) con modulazione in totale apertura della cassetta;
• sanificazione (chiusura ermetica di tutte le componenti dell’impianto).

La rete di ripresa converge verso un dispositivo a canister per la sostituzione in sicurezza dei filtri ad alta efficienza, dimensionati all’80% della portata nominale. La loro sostituzione è prevista al verificarsi di una caduta di pressione finale pari a 2,5 volte quella iniziale, con procedura “bag-in/bag-out”.

L’impianto dei gas medicali prevede doppie prese per aria compressa (portata media 40 l/min), O2 (40 l/min) e vuoto endocavitario (60 l/min) per ogni posto letto.

Controllo locale dei gradienti pressori

Nella nuova UBc e nel rinnovato reparto TsI, tutte le camere e i box per i pazienti dispongono di impianti di ventilazione meccanica a pressione invertibile, con distribuzione dell’aria in grado di garantire un controllo della pressione di almeno ±5 Pa (connettivo, filtri pressurizzati) e di almeno ±10 Pa (camere) rispetto ai locali con pressione neutra.

Si possono quindi accogliere anche contemporaneamente, in locali differenti:

• pazienti infettivi (le condizioni pressorie negative evitano la propagazione degli agenti patogeni all’esterno delle camere, a protezione del personale e degli altri ricoverati);
• pazienti immunodepressi (le condizioni pressorie positive evitano l’ingresso degli agenti patogeni all’interno delle camere, a protezione dei pazienti stessi.

Allo scopo sono stati installati:

• diffusori di mandata a portata costante, nei box e nelle camere;
• griglie di ripresa, nel filtro e nel bagno.
• cassette VAV per la regolazione del flusso d’aria, lungo le canalizzazioni di mandata e ripresa.

Le UTA sono inoltre equipaggiate con la modalità “sanificazione”, da attivare per ripristinare le condizioni originarie di igiene e asepsi, che comporta la chiusura ermetica di tutte le componenti dell’impianto di ventilazione durante lo svolgimento delle operazioni.

Perfetta integrazione dei componenti strutturali, edili e impiantistici

Maurizio Amato è stato project manager dell’intera commessa per CEFLA: «Il risparmio di tempo durante la costruzione è il principale vantaggio del sistema prefabbricato utilizzato per l’Unità di Bio-contenimento, che ha anche permesso il pre-assemblaggio off-site e la posa immediata di alcuni componenti.

In questo caso la sfida principale è consistita nella progettazione costruttiva che, a causa della complessità dei sistemi tecnologici previsti e della necessità di garantire in opera le prestazioni sanitarie di bio-contenimento, ha richiesto circa tre mesi di lavoro per la perfetta integrazione dei componenti strutturali, edili e impiantistici. Se aggiungiamo che si è trattato della prima applicazione italiana del sistema Light Steel Frame in ambito ospedaliero, è facile comprendere l’impegno messo in campo da tutti gli attori interessati, per garantire il miglior risultato nel rispetto di un cronoprogramma senza margini.

La realizzazione della Terapia sub-Intensiva ha posto le tipiche problematiche dei progetti negli edifici ospedalieri funzionanti, in particolare per la riduzione delle interferenze con l’attività sanitaria e della produzione di polveri, vibrazioni e rumore. Fortunatamente le soluzioni tecniche e organizzative sono state facilitate dalla fattiva collaborazione della stazione appaltante, che ha supportato la risoluzione delle numerose problematiche consentendo, ad esempio, la suddivisione dei lavori in più fasi per permettere un’effettiva integrazione fra progettazione, costruzione e ingegneria clinica».

Progettare la manutenzione

Il per. ind. Marco Gnesi è Energy manager dell’AOUP e ha curato la direzione dei lavori della Terapia sub-intensiva: «In sede di progettazione esecutiva abbiamo attivato un confronto sulle modalità di realizzazione e gestione dell’impianto di climatizzazione/ventilazione ai fini del bio-contenimento. È stato il caso, ad esempio, della perfetta sigillatura dei serramenti esistenti e dei divisori al grezzo dei singoli locali, per garantire il gradiente di pressione differenziale.

La gestione di portate d’aria e di sistemi di filtrazione aggiuntivi ha comportato un’oculata previsione di spazi accessibili e di facile manutenzione. Quest’ultima è apparsa subito di fondamentale importanza per entrambi i reparti. Allo scopo sono stati ridotti al minimo i componenti d’impianto nei locali a destinazione sanitaria (ambulatori e degenze), limitando anche i sezionamenti nei connettivi. Questi risultano accessibili dall’esterno, in modo che la manutenzione interferisca in meno possibile con l’attività sanitaria.

Le modalità operative sono state accuratamente dettagliate nel piano di manutenzione, prevedendo ottimali condizioni di sicurezza per gli operatori tecnici. In fase di costruzione, la notevole distanza (circa 70 m) fra TsI e le principali apparecchiature di nuova istallazione (unità trattamento aria, collettori di distribuzione, canister) è stata fra gli aspetti più interferenti con l’attività sanitaria limitrofa, in orizzontale e in verticale.

Il dialogo proattivo e costante con la compagine sanitaria ha contribuito successo dell’operazione».