Підказка: це пов’язано з O2 і CO2
Ви думали про те, як працює система подачі повітря в цих закритих об’єктах?
Коли ми наближаємося до проектування таких складних систем, ми повинні брати до уваги багато різних питань, одне з них полягає в тому, як створити умови, які дозволять людям функціонувати та жити в цьому закритому просторі протягом відносно тривалих періодів часу.
Будь то підводний човен, космічний корабель чи захисне укриття, стіни конструкції зазвичай служать для того, щоб відокремити людей від навколишнього середовища чи ворожих умов за межами ізольованої території. Але коли ми створюємо таку ізольовану територію, ми повинні взяти до уваги, як підтримувати базову потребу людей продовжувати функціонувати як у «нормальних» умовах.
Для початку поговоримо, навіщо в сховищі чи бункері потрібен режим повної ізоляції?
Цей режим роботи зазвичай використовується в укриттях спеціального призначення або укриттях, які розташовані в зонах з високим ризиком пожежі, потенційно небезпечних промислових підприємствах і зонах з високим потенціалом стихійних лих, таких як небезпека затоплення. У всіх цих укриттях режим повної ізоляції необхідний для захисту людей, поки їх не можна буде евакуювати, або небезпека не мине.
Якщо не опустити всі технічні деталі та принципи роботи систем, загалом такі укриття можуть працювати в наступних режимах:
1. Режим природної вентиляції – цей режим зазвичай використовується у звичайний час, двері та люки відкриті, повітря циркулює без додаткової допомоги з боку систем подачі повітря.
2. Режим чистої вентиляції – цей режим використовується, коли укриття працює, але немає загрози ХБРЯ зараження зовні, двері та люки закриті, а подача повітря контролюється системою подачі повітря, яка виштовхує повітря всередину укриття, створюючи циркуляцію повітря в сховищі. У цьому режимі повітря зазвичай фільтрується тільки фільтрами грубої очистки (попередніми фільтрами).
3. Режим ХБРЯ фільтрації/фільтровентиляції – коли існує ризик ХБРЯ події або зараження повітря зовні, двері та люки укриття закриваються та герметично закриваються, а повітря, що забирається ззовні, проходить через спеціальні фільтри-поглиначі. Укриття має бути герметичним, а система подачі повітря сконструйована таким чином, щоб усередині створювався надлишковий тиск повітря, що запобігає потраплянню зараженого повітря всередину. В укритті постійно змінюється повітря і створюються «нормальні» умови.
4. Режим повної ізоляції – цей режим зазвичай використовується на початку інциденту, коли не зовсім відомо, який стан ззовні, а також пізніше в критичних ситуаціях, наприклад, коли концентрація забруднювачів зовні або їх склад не можуть ефективно очищатися системою фільтрації повітря. Інші сценарії можуть включати затоплення водою або сильну пожежу на вулиці. У цьому режимі подачу повітря та надлишковий тиск необхідно підтримувати іншими засобами, оскільки немає можливості подавати свіже повітря ззовні.
Давайте заглибимося в процес подачі повітря в режимі повної ізоляції:
Як ми знаємо, процес дихання складається з двох основних етапів: у спрощеному прикладі люди вдихають повітря, багате киснем, і видихають повітря з більшим вмістом вуглекислого газу (CO2). Сьогодні у звичайному середовищі зовнішній рівень CO2, як правило, становить близько 400 частин на мільйон, а рівень у приміщенні може зрости значно більше, до 1000 частин на мільйон або навіть 2000 частин на мільйон, але високий рівень понад 5000 частин на мільйон може негайно стати небезпечним для здоров’я та життя, і в будь-якому випадку погіршити працездатність осіб, які знаходяться в укритті.
У звичайних умовах рівні кисню та вуглекислого газу є стабільними, але проблема виникає, коли нам потрібно підтримувати такі умови в герметичних приміщеннях без подачі повітря ззовні. Одразу після перемикання укриття в режим повної ізоляції, рівень кисню буде знижуватися, а рівень вуглекислого газу всередині укриття почне зростати, оскільки фільтрація повітря не використовується, і свіже повітря не надходить в укриття.
Крім того, необхідно підтримувати надлишковий тиск всередині сховища, щоб компенсувати втрату об’єму повітря крізь отвори та нещільності в огороджувальних конструкціях.
Нижче наведено деякі з рішень, які зараз використовуються:
Додавання кисню:
1. Кисень (або стиснене повітря) можна зберігати в спеціальних балонах. Його можна тримати у вигляді газу під тиском або у вигляді рідкого кисню та випускати з цих резервуарів, коли це необхідно;
2. Хімічний генератор кисню може відокремлювати кисень від твердої хімічної речовини в процесі хімічної реакції (киснева свічка).
Видалення вуглекислого газу CO2:
1. Скрубери на основі натронного вапна. Натронне вапно – це суміш хімічних речовин (гідроксиду натрію та гідроксиду кальцію), яка зазвичай використовується для зниження концентрації вуглекислого газу в закритих приміщеннях. Основними недоліками таких систем є низька ефективність, створення тепла та води в процесі та великий простір, необхідний для зберігання фільтрів або матеріалу. Інший варіант систем може бути заснований на гідроксиді літію.
2. Регенеративна система видалення вуглекислого газу на основі твердого амінного матеріалу. Така система зазвичай використовується на космічних кораблях і підводних човнах і має явні переваги в експлуатації та вимогах до простору.
Одним із провідних світових виробників у цій галузі є фінська компанія TEMET, яка розробляє таку технологію регенеративної системи видалення CO2 та інтегрована по всьому світу в укриття спеціального призначення.
Спеціальний очисний елемент пасивного типу для очищення повітря від оксиду карбону (ІV)
Регенеративна установка Temet CO2-Filtration Unit
Система видалення вуглекислого газу не є окремою системою і повинна бути інтегрована як частина загального рішення в поєднанні з системою подачі кисню та іншими рішеннями, пов’язаними з укриттями та засобами порятунку. Важливо підтримувати достатньо високий рівень кисню, інакше існує небезпека посилення негативних наслідків для працездатності людини. Не менш важливим є процес видалення надлишку тепла.
Таким чином, тепер ви знаєте, що спільного у сховища цивільного захисту, підводного човна та космічного корабля. Усі вони є засобами захисту людей від небезпеки, яка може виникнути з-за змін у середовищі. Укриття цивільного захисту призначене для захисту людей від радіації, хімічних речовин та інших шкідливих речовин у випадку надзвичайних ситуацій. Підводний човен забезпечує безпеку екіпажу та пасажирів під час подорожі під водою, де є багато небезпек, таких як тиск, холод, відсутність повітря і т.д. Космічний корабель також забезпечує захист астронавтів від небезпек космічного середовища, таких як відсутність гравітації, висока радіація, космічне сміття і т.д.