Конструкция систем ОВК повышенной безопасности

J. Coad, член Американского общества инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха (ASHRAE)

В начале проектирования любой системы ОВК устанавливается ряд конструктивных параметров, значения которых затем согласовываются между владельцем здания и группой разработчиков.

Ниже дан характерный список параметров, которые должны устанавливаться при проектировании любого здания или системы. Порядок перечисления параметров не отражает какого-либо приоритетного значения отдельных параметров, т. к. все они одинаково важны:

• Эффективность (тепловая, акустическая, зрительная и т. д.).

• Безопасность.

• Простота.

• Энергопотребление.

• Стоимость сооружения.

• Эксплуатационные затраты.

• Надежность.

• Долговечность, эксплуатационная надежность и удобство обслуживания.

• Операционные характеристики.

• Гибкость.

Несомненно, между всеми этими параметрами существует взаимная зависимость. Учитываемый должным образом, каждый из них способствует оптимальной реализации остальных параметров, поэтому в этом случае нет необходимости в каких-либо компромиссах. Например, более простая система одновременно обычно является и более дешевой системой; более дешевая, должным образом спроектированная система, обычно потребляет меньше энергии и т. д.

Наряду с вопросами защиты от пожара и дыма, обычно в качестве факторов безопасности рассматриваются вопросы, связанные с опасностью, источником которой могут быть компоненты самой системы, например, взрывы котлов, выделение вредных газов, нарушение структурной целостности массивных компонентов и т. д.

Загрязняющие вещества

Озабоченность опасностью, исходящей от терроризма или возникающей в чрезвычайно опасных ситуациях, стала причиной пересмотра нами многих принципов конструирования и эксплуатации систем ОВК в зданиях. Более детальное рассмотрение этих принципов касалось в основном двух моментов.

Во-первых, если в здании или вблизи него происходит выброс смертельно опасного вещества, желательно, чтобы система ОВК не засасывала это вещество внутрь здания и не распространяла его затем по всему зданию. Во-вторых, если выброс происходит внутри здания, как, например, в попытках отравления сибирской язвой в США в конце 2001 года, система в идеальном случае должна ограничить распространение этого вещества, в сущности, она должна вобрать и сохранить его внутри себя.

В прошлом, в зданиях, связанных с повышенным риском, были предприняты значительные усилия по достижению достаточно высокого уровня безопасности от загрязнения. Однако владельцы и проектировщики административных зданий в США обычно не закладывали безопасность от загрязнения в качестве проектировочного параметра.

Вслед за событиями 11 сентября 2004 года и последующими случаями атак с возбудителями сибирской язвы и рицином владельцы зданий, руководители организаций и проектировщики стали воспринимать эту проблему со всей серьезностью.

После случаев с возбудителями сибирской язвы зимой 2001–2002 гг., когда многие владельцы зданий начали предпринимать оправданные, с точки зрения заботы о людях, но плохо продуманные шаги по повышению безопасности, в Американском обществе инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха (ASHRAE) осознали необходимость разработки общих рекомендаций как по эксплуатации уже существующих зданий, так и по проектированию и эксплуатации новых сооружений.

Было осознано, что в современных зданиях основные усилия должны быть направлены на обеспечение максимально возможной безопасности, не мешающей деловой активности в этих зданиях.

В то же время для новых зданий следует изначально закладывать иные проектировочные параметры, определяющие конфигурацию здания и/или выбор применяемого в нем оборудования.

Перед исследованием этих проблем рассмотрим вначале виды загрязнения, от которого должна производиться защита. Во-первых, это летучие газы, которые могут вызывать летальный исход. От многих из этих газов могут защитить заложенные в человеческом организме механизмы обнаружения опасности, например, по запаху или по раздражению кожи.

Проблема загрязнения такими газами может быть решена с помощью системы, которая приводится в режим «опасность», и выполнением заранее разработанного плана вывода людей из помещения. Такая концепция аналогична используемым в настоящее время системам защиты от пожара и дыма.

Однако имеются и другие виды загрязнений, например, биологическое (споры сибирской язвы, бактерии оспы, рицин и т. д.), радиологическое, а также загрязнение газами, которые не имеют запаха, не вызывают раздражения и не обнаруживаются никакими известными методами.

Таким образом, в будущем к проектированию зданий должна привлекаться биологическая группа. Здания должны конструироваться, эксплуатироваться и содержаться таким образом, чтобы в них постоянно обеспечивалась максимально возможная безопасность. Зачастую люди не догадываются о выделении биологического загрязнения, пока через несколько дней не возникают очевидные симптомы воздействия этого загрязнения. Такие моменты очень важны при планировании профилактических мер.

Существующие здания

Давайте вернемся к проблемам уже существующих зданий.

Прежде всего, говоря о существующих зданиях, следует отметить, что нет способа выработки универсальных мер, которые должны быть приняты при возникновении инцидента, т. к. характеристики системы безопасности в большой степени зависят от вида и расположения здания. То, что может быть хорошо в одном здании, может ухудшить ситуацию в другом.

Однако одним из существенных выводов, полученных при исследовании существующих зданий, было то, что реакция системы на действия оператора редко была именно такой, как планировалось. И это из-за того, что большинство систем по ряду причин содержались или эксплуатировались не так, как это было запроектировано.

В связи с этим была выведена рекомендация для всех владельцев зданий – проведение повторной проверки эксплуатационных характеристик системы ОВК. Такая проверка необходима для того, чтобы оператор систем здания был уверен в том, что все системы и устройства в здании надежно работают и выполняют свои функции именно так, как это было для них изначально назначено.

Ниже приведены примеры некоторых элементов и характеристик системы, для которых должна быть уверенность в определенной реакции на соответствующие действия:

• средства включения, выключения и блокировки;

• средства обеспечения безопасности и уведомления о неисправностях;

• средства регулирования температуры и производительности;

• все регулируемые устройства, такие как электродвигатели, заслонки, вентили, реле и т. д.;

• блокирующие уплотнения заслонок;

• ременные приводы;

• воздуховоды и другие каналы распределения воздуха должны быть в исправном состоянии и герметичны, в них не должно быть препятствий для свободного потока воздуха;

• воздушные фильтры должны быть чистыми, они должны быть правильно установлены, их тип должен соответствовать типу, заданному для конкретного приложения;

• корпус здания должен быть герметизирован.

После того как персонал здания убедится в том, что системы и устройства работают подобающим образом, некоторое время должно быть потрачено на то, чтобы понять, как они должны работать при обычных условиях. Как только это будет проделано, должен быть составлен план работы оборудования, обеспечивающий наиболее безопасный режим.

Этот план может включать тщательный выбор и техническое обслуживание фильтров, надежное определение характеристик и структуры воздушных потоков, тщательную, максимально возможную герметизацию здания, обеспечение безопасности каналов забора наружного воздуха и т. д. Кроме того, по возможности должна быть проведена проверка активирования системы аварийной сигнализации при обнаружении ею загрязнения определенного вида.

Для этого может понадобиться привлечение высококвалифицированного инженера ОВК, специалиста по вводу в эксплуатацию систем или специалиста, имеющего опыт работы с соответствующим оборудованием и пользующегося полным доверием владельца и руководства.

Возможно, что в ходе указанных работ у владельца может возникнуть желание произвести некоторую небольшую реконструкцию, но если обнаружится, что финансирование этой реконструкции или проведение связанных с ней работ представляют проблему, следует остановиться на планировании указанных мер в той конфигурации здания и оборудования, которая имеется на текущий момент.

Целью такого плана должно быть предотвращение засасывания загрязняющих веществ извне здания или ограничение и изолирование таких веществ, а затем и их удаление их здания.

Как только такой план будет составлен, настоятельно рекомендуется дать его на ознакомление непосредственным исполнителям, которые и будут обслуживать системы здания. В некоторых случаях они могут помочь составить такой план.

С высокой степенью вероятности можно предсказать, что в результате проведения владельцами здания и руководителями персонала, обслуживающего здание, указанных мероприятий улучшится климатическийкомфорт в здании, и система вентиляции будет работать лучше, чем в прошлые годы.

Проект нового здания

Ниже мы кратко представим концепцию проектирования систем, обеспечивающих должную безопасность. При этом следует отметить, что такая концепция касается не каких-то отвлеченных понятий – она определяет основное ядро конфигурации и экономические параметры системы.

В привлекающих внимание зданиях, связанных с повышенной опасностью, должна быть заплачена высокая цена за защиту от рассматривавшихся выше опасностей, т. к. связанный с ними риск настолько велик, что оправдывает эти затраты. Однако для обычных зданий вероятность подобных инцидентов невелика, поэтому соответствующие затраты экономически не могут быть оправданными.

Итак, приступим к рассмотрению концепции безопасности новых зданий.

Когда инженер приступает к проектированию системы ОВК в здании, он составляет перечень параметров, которые должны учитываться в проекте. Успешным проектом может считаться только такой, в котором должным образом учтены все параметры.

Как уже указывалось во введении, до недавнего времени в этом перечне отсутствовала защита от чрезвычайных событий.

Но теперь мы обязаны учитывать соответствующие требования для всех зданий, т. к. вероятность подобных инцидентов определяет просто уровень принимаемых мер безопасности. Для иллюстрации рассмотрим пример офисного здания, для которого вероятность инцидентов невелика, и выясним, каким образом параметр обеспечения безопасности от подобных событий может влиять на проект при небольшом или даже при полном отсутствии влияния на стоимость проекта (и напомним, что это только пример):

• Для предотвращения распространения вредных веществ при внутреннем выбросе система просто не смешивает воздух из одного помещения с воздухом из других помещений и не распространяет его затем по всему зданию. Это означает, что регулирование температуры и перемещения воздуха в помещении обеспечивается установкой или устройствами внутри помещения, например, вентиляторными конвекторами, тепловыми насосами, использующими воду в качестве источникатеплоты, или устройствами циркуляции воздуха, соединенными с отопительными или охлаждающими панелями.

• Для достижения вышеуказанного может понадобиться применение вентиляционного агрегата кондиционирования воздуха, называемого также специальным агрегатом обеспечения наружного воздуха, снабжающего все здание нужным количеством вентиляционного воздуха, отфильтрованного, освобожденного от излишней влаги в теплом и влажном климате или нагретого в холодном климате.

• Вентиляционный воздух вначале кондиционируется, а затем доставляется непосредственно в комнаты или помещения, в которых отработанный воздух выводится непосредственно в атмосферу. В таких помещениях с повышенным риском загрязнения вытягивается немного большее количество воздуха, чем нагнетается, тем самым предотвращается загрязнение окружающих помещений в случае внутреннего выброса.

• Как приточные, так и вытяжные вентиляционные системы могут конфигурироваться с учетом будущей дополнительной установки химических фильтров и/или высокоэффективных пылепоглощающих фильтров при помощи надлежащего выбора вентиляторов и конфигурации стоек для оборудования.

• Для предотвращения умышленного загрязнения забираемого для вентиляции воздуха должно быть тщательным образом определено расположение всех входных вентиляционных отверстий вдалеке от вытяжных отверстий и от уровня земли, в защищенных, трудных для доступа местах.

• Для снижения вероятности загрязнения здания из внешнего «выброса» (умышленного или случайного) корпус здания должен быть хорошо защищен от проникновения пара, он должен быть спроектирован и построен с обеспечением низкой инфильтрации. Кроме этого, вентиляционная система кондиционирования воздуха должна подавать больше воздуха, чем выводится из здания системой вытяжки, для поддержания в здании положительного давления.

• Все заслонки приточного и вытяжного воздуха должны при необходимости обеспечивать полное перекрытие воздушного канала.

• Должен обеспечиваться тщательный и строгий ввод в эксплуатацию здания и системы.

Это просто примеры тех мер, которые могут быть приняты и оказывают влияние не на стоимость проекта, а на выбор системы и на конструкцию. Такие меры обеспечивают более безопасную систему, создающую более высокий комфорт. Такая система может быть модернизирована в будущем для еще более высокой степени безопасности.

Холодильные системы

Все меры предосторожности, рассматривавшиеся для систем ОВК, должны применяться к работе существующих и к проектированию новых холодильных систем. Для существующих систем должна производиться повторная проверка эксплуатационных характеристик, и соответствующие органы должны давать заключения о том, что системы работают должным образом. При разработке новых конструкций основным конструктивным параметром должна стать повышенная надежность.

Заключение

Этот краткий обзор основных моментов, связанных с текущим положением, и направлений развития в области национальной безопасности, касающейся систем ОВК, можно свести к следующему.

Во-первых, что касается работы таких систем, мы должны более строго подходить к поддержанию высокого уровня их производительности, т. к. речь теперь идет не просто о тепловом комфорте и нормальных бытовых условиях, но о защите жизни людей.

Во-вторых, при проектировании мы должны включить в список основных проектных параметров улучшенную защиту в чрезвычайных случаях. Такие изменения в нашей работе требуют проведения постоянных исследований, обмена информацией и, конечно, инженерных инноваций.

Перепечатано с сокращениями из журнала «ASHRAE».

Перевод с английского Л. И. Баранова.