Summary:

Качество воздуха в аэропортах

Описание:

Следствием применения больших объемов наружного воздуха в вентиляционно-отопительных системах зданий и сооружений аэропортов может стать не уменьшение, а, напротив, увеличение риска негативного воздействия загрязняющих веществ. В качестве одного из решений проблемы качества воздуха в таких помещениях предлагается использование газовых фильтрующих систем. Объем перевозок грузов воздушным транспортом имеет устойчивую тенденцию к росту (от 40 до 100% в год). Однако данный вид грузоперевозок не является полностью безопасным для окружающей среды. Главной задачей авиапредприятий является минимизация вредного воздействия на окружающую среду и, в особенности, уровня шума. В США санитарно-гигиенические параметры воздуха в помещениях установлены стандартом ASHRAE 62 - 1989 г. Однако, для обеспечения требований этого стандарта с помощью вентиляции необходимо, чтобы качество наружного воздуха также отвечало нормативным требованиям. Недавние исследования показали, что наивысший уровень загрязнения обнаруживается на подветренных участках аэропорта, в залах отправления и прилета и билетных кассах. Таким образом, когда требуется повысить качество воздуха в помещениях, применение больших объемов наружного воздуха может увеличить, а не уменьшить риск для здоровья людей. При проектировании систем вентиляции в аэропортах должны быть учтены как уровень загрязнения наружного воздуха, так и вредные вещества, выделяющиеся внутри помещений.

Ключевые слова: качество воздуха, микроклимат, вентиляционные системы

Качество воздуха в аэропортах

Brian Monk

Объем перевозок грузов воздушным транспортом имеет устойчивую тенденцию к росту (от 40 до 100% в год). Однако данный вид грузоперевозок не является полностью безопасным для окружающей среды. Главной задачей авиапредприятий является минимизация вредного воздействия на окружающую среду и, в особенности, уровня шума.

Сертификация аэропортов по воздействию на среду жизнедеятельности

Многие авиапредприятия совместно с компаниями-авиаперевозчиками стремятся к комплексному решению проблем состояния среды, разрабатывая специальные программы, направленные на уменьшение вредных выбросов и сокращение потребления энергоресурсов. Во многих аэропортах уже действует система EMS (Environmental Management System - система управления экологией). Среди них, в частности, миланский аэропорт Мальпенса и римский - Фьюмичино. Аэропорт Дублина, а также авиапредприятия Кореи и Тайваня могут похвастаться первыми сертификатами соответствия нормативам ISO 14001 установленных экологических систем управления. Некоторые авиапредприятия имеют еще более честолюбивые планы - внедрение европейских правил EMAS, которые помимо сертификации системы управления предусматривают аудит всех технических параметров и обязательную публикацию весьма подробной экологической декларации. До сих пор правила EMAS применялись только в промышленности. Ныне новое издание правил будет распространяться и на сектор услуг. В их основе - результаты исследований, проведенных во многих странах Европы. Одно из таких исследований было организовано Фондом корпорации ЭНИ в сотрудничестве с университетами Сиджена и Бредфорда. Его предметом стала экспериментальная эксплуатация экосистем аэропортов Мальпенса, Казелле в Турине, в Мюнхене и Дублине.

В США санитарно-гигиенические параметры воздуха в помещениях установлены стандартом ASHRAE 62 - 1989 г. Однако, для обеспечения требований этого стандарта с помощью вентиляции необходимо, чтобы качество наружного воздуха также отвечало нормативным требованиям. Недавние исследования показали, что наивысший уровень загрязнения обнаруживается на подветренных участках аэропорта, в залах отправления и прилета и билетных кассах. Таким образом, когда требуется повысить качество воздуха в помещениях, применение больших объемов наружного воздуха может увеличить, а не уменьшить риск для здоровья людей. При проектировании систем вентиляции в аэропортах должны быть учтены как уровень загрязнения наружного воздуха, так и вредные вещества, выделяющиеся внутри помещений.

Источники загрязнения воздуха

При оценке качества воздуха в помещениях аэропорта основная забота проектировщика вентиляционных систем - загрязняющие вещества, обуславливающие состояние воздуха в нижних слоях. На данном уровне действуют два источника загрязнений: выхлопы самолетов и автотранспортных средств. На воздушных судах основной источник загрязнений - двигатель. Состав и количество загрязняющих веществ меняется в зависимости от типа двигателя и его рабочих характеристик. При работе двигателей на низких оборотах (стоянка, руление, приземление) в воздух выбрасывается большое количество оксида углерода и углеводородов, а на высоких оборотах (взлет и набор высоты) образуется большое количество оксидов азота.

На уровень загрязнений аэропортов влияет множество факторов: тип и количество самолетов, тип и количество установленных двигателей, особенности использования взлетно-посадочных полос и организация руления, относительная маневренность и конфигурация территории аэропорта. Следует отметить одну интересную особенность: исследования, проводившиеся независимо друг от друга, показали, что пиковые концентрации, проявляющиеся, как правило, в определенные дни недели (четверг) и месяцы (август), сопоставимы вблизи структур аэропортов и не зависят от самого аэропорта (к примеру, разряд аэропорта). Следовательно, в качестве исходных данных необходимо рассматривать уровень качества наружного воздуха в наихудшие дни и часы.

Аэропорт в Болонье

Для систем ОВК нового аэропорта Маркони в Болонье сооружено отдельно стоящее здание холодильной станции, где производится первичный агент (холодная вода), и три машинных зала вентиляции, размещенные в здании аэровокзала. В составе холодильной станции - три агрегата по 1160 кВт каждый с водяным охлаждением (имеется возможность установки четвертого агрегата той же мощности), предназначенные для производства воды, охлажденной до 7°С. В настоящее время агрегаты работают на фреоне R12, но в ближайшем будущем предусмотрен их перевод на фреон R134a. Два агрегата оснащены конденсаторами с регенерацией тепла для производства горячей воды, имеющей температуру 45°С. Циркуляция охлажденной воды в направлении машинных залов обеспечивается четырьмя электронасосами производительностью по 200 м³/ч, циркуляция конденсационной воды - четырьмя электронасосами производительностью по 224 м³/ч.

Регенерируемая горячая вода сначала проходит через два теплообменника мощностью 1160 кВт, в первичном контуре которых идет горячая вода от теплоэлектроцентрали, затем подается потребителям тремя электронасосами производительностью по 90 м³/ч. Теплообменники "подправляют" температуру, если производительность охлаждающих агрегатов оказывается недостаточной. Теплоэлектроцентраль имеет следующее оборудование: четыре отопительных котла по 1160 кВт каждый, оснащенные газовыми горелками (метан), пять электронасосов, обеспечивающих подачу горячей воды как в первичный контур теплообменников, так и на машинные залы к системам вентиляции. Один машинный зал располагается на третьем этаже аэровокзала и обслуживает зону, занимаемую пассажирами, а также представительствами авиакомпаний. Другие два машинных зала обслуживают системы, установленные в служебных помещениях аэропорта. Система кондиционирования пассажирской зоны осуществляется от центральных установок с регулируемой мощностью и состоит из пяти высокоскоростных агрегатов обработки воздуха мощностью от 65000 до 75 000 м³/ч каждая, обслуживающих различные участки. Окончательная обработка воздуха производится в зональных теплообменниках. В общей сложности в системе имеется сто семьдесят моноканальных редукционных кассет с автоматическим электронным регулированием и зональным теплообменником. Установки работают с минимальным расходом наружного воздуха. При его определении принято наибольшее значение из двух величин: воздухообмен, равный двум обменам в час, и воздухообмен из расчета 32 м³/ч на человека при условной плотности 1 человек на 4 м² площади. В системе предусмотрена возможность функционирования в полном режиме наружного воздуха в переходный период. Кроме того, все установки оснащены рекуператором тепла статического типа, использующим тепло вытяжного воздуха для нагрева наружного. Воздух подается в помещения через круглые диффузоры, расположенные симметрично по модулю 4,8 м.

Вытяжной воздух частично подается на рециркуляцию, частично - отводится через санузлы, обеспечивая таким образом их принудительную вентиляцию. Для представительств авиакомпаний предусмотрены четырехтрубные вентиляторные доводчики с подачей первичного воздуха, также оснащенные рекуператором тепла.

Все вентустановки имеют двухступенчатую фильтрацию. Первичная фильтрация обеспечивается фильтрами предварительной очистки из регенерируемого волокна, имеющими КПД 85% по AFI (Eurovent 3). На второй ступени очистки установлены фильтры карманного типа с КПД 85% по NBS (Eurovent 7). Степень запыленности контролируется посредством дифференциального реле давления, посылающего аварийный сигнал на пульт управления. На станциях с регулируемой мощностью прогрессивное увеличение сопротивления, обусловленное засорением фильтров, автоматически компенсируется регулировкой "мощность/давление" вентиляторов. Все воздухозаборники наружного воздуха выведены на крышу. Их горловины обращены к городу в сторону от выхлопных газов воздушных судов. Горловины выбросных воздуховодов направлены в противоположном направлении, причем скорость движения отработанного воздуха рассчитана таким образом, чтобы исключить попадание отводимого воздуха в воздухозаборные устройства. Система была смонтирована компанией "Эдоардо Лосса спа" по проекту профессора Болонского университета Сальвиньи.

Столь же важную роль играет уровень выхлопов автотранспорта, влияющих на качество воздуха в нижних слоях атмосферы в окрестностях аэропортов. Во многих исследованиях отмечалось, что число автотранспортных средств в зоне аэропортов постоянно увеличивается. Это автомобили и автобусы, используемые для доставки пассажиров, товарные грузовые автомобили, служебные автотранспортные средства, занятые персоналом аэропорта для различных видов служебной деятельности. Основные загрязняющие вещества, образующиеся в результате работы дизельных и бензиновых двигателей автотранспорта, весьма схожи с выхлопами двигателей воздушных судов. Величина значений вредных выбросов у разных автомобилей разная (возраст автомобиля, тип двигателя, производитель и проч.).

Стратегия контроля

В распоряжении проектировщиков для защиты среды помещений от загрязняющих веществ имеются три основных методики контроля: контроль источников загрязнения, т. е. параметров наружного воздуха, контроль приточного вентиляционного воздуха и контроль фильтрации. В Соединенных Штатах в соответствии с Актом о чистоте воздуха от 1990 года (Clean Air Act) различные правительственные организации, такие как FAA и EPA, рекомендуют в качестве первоочередных мер, направленных на устранение загрязняющих веществ, контроль источников загрязнения. Благодаря этой правительственной директиве наметились существенные сдвиги в контроле за концентрацией загрязняющих веществ в наружном воздухе, ведется работа по контролю за источниками загрязнения (более эффективные двигатели, руление на буксире, а не на двигателе, работающем на низких оборотах, применение более чистых видов топлива, использование для служебных нужд автотранспортных средств с электроприводом). К сожалению, с ростом воздушных перевозок и увеличением плотности посетителей аэровокзалов для обеспечения чистоты среды внутри аэропортов недостаточен лишь один контроль за источниками загрязнения.

Контроль вентиляции предусматривает использование наружного воздуха для разжижения загрязняющих веществ, образующихся в помещениях. Однако, этот способ нельзя признать столь же эффективным ни с энергетической, ни с экономической точек зрения. Кроме того, контроль вентиляции предполагает, что наружный воздух имеет должное качество. Таким образом, как было отмечено выше, нагнетание больших объемов наружного воздуха в помещения аэровокзалов нельзя считать наилучшим решением в данном случае. Если ни контроль источников загрязнения, ни контроль вентиляции не являются в полной мере эффективными, следует обратить внимание на контроль фильтрации вентиляционного воздуха. Фильтрующие установки должны задерживать как твердые частицы, так и газообразные вредности.

Примерное фильтрующее устройство состоит из фильтра предварительной грубой очистки, предназначенного для улавливания рассеянных в воздухе твердых частиц, и фильтрующего химического элемента, вставленного в перфорированный блок, для улавливания газообразных веществ. Данная конструкция успешно применяется на существующих станциях обработки воздуха, а также в качестве составной части многих вновь строящихся систем.

Фильтрация газов

Наиболее эффективные методы удаления из наружного воздуха газообразных загрязняющих веществ - это адсорбция и химическая абсорбция.

Адсорбция - это процесс, при котором одно вещество притягивается к поверхности другого и там удерживается. Очищающая способность адсорбирующего вещества зависит от общей площади поверхности фильтра. Наиболее распространенным адсорбирующим фильтрующим средством является гранулированный активированный уголь (GAC), имеющий сложную пространственную пористую структуру.

Химическая абсорбция предполагает химическую реакцию на поверхности абсорбирующего вещества. Тип химического абсорбирующего вещества обусловлен химической природой загрязняющих веществ. Для газообразной фильтрации требуется, как правило, определенное сочетание химических составляющих, и оптимальный состав варьируется в зависимости от концентрации и состава загрязняющих веществ. Для фильтрации наружного воздуха, предназначенного для вентиляции зданий и сооружений аэропортов, оптимальной считается смесь 50% активированного угля и 50% перманганата калия, пропитанного активным оксидом алюминия. Помимо фильтрации твердых частиц и газообразных веществ существует третий способ контроля загрязнения в системах очистки воздуха - электростатическая фильтрация. В зависимости от конструкции и фирмы-производителя оборудования в качестве составной части систем вентиляции могут использоваться также фильтры, принцип действия которых основан на биполярной ионизации (BPI).

Новый аэропорт в Осло

Новый комплекс аэропорта в Осло, открывшийся 8 октября прошлого года, имеет две взлетно-посадочные полосы, здание пассажирского терминала (площадью 137000 м²) с железнодорожным вокзалом, многоэтажную автомобильную парковку, служебные сооружения, гостиницу и конгресс-центр. Весьма интересной и оригинальной представляется система производства и распределения тепловой и охлаждающей энергии (см. схему). В основу системы положены холодильные агрегаты, оснащенные тепловым насосом "вода-вода", а также свойства тепловой аккумуляции почвы, в которой оборудован целый ряд "горячих" и "холодных" колодцев. В зимний период из "горячих" колодцев с помощью тепловых насосов берется вода, имеющая температуру 30°С, которая используется для отопления помещений. Затем вода отводится в "холодные" колодцы, здесь ее температура равна 4,5°С. Тепловая мощность тепловых насосов равна 8 МВт. Для удовлетворения потребностей в тепле в полном объеме - 64 МВт - предусмотрено использование и других источников тепла. Это электрический котел мощностью 10 МВт, четыре масляных котла общей мощностью 26 МВт и четыре теплообменника, подключенных к сети централизованного теплоснабжения, общей мощностью 20 МВт. Топливом для станции централизованного теплоснабжения служит биомасса из древесных опилок. Горячая вода на выходе с теплостанции поступает к пользователям, имея температуру 70°С, на обратном пути - 40°С. В летний период вода забирается из "холодных" колодцев при температуре 4,5°С. Такая вода посредством теплообменника может создавать охлаждающую мощность до 3,3 МВт. Эту мощность дополняют два холодильных агрегата, оснащенных несколькими компрессорами, которые работают на аммиаке и имеют общую мощность 6,3 МВт.

Схема теплоохлаждающей станции:

1 - газовый котел;

2 - электрический котел;

3 - теплообменник;

4 - тепловые насосы;

5, 6, 7 - теплообменники;

8 - градирня;

9 - горячие колодцы;

10 - холодные колодцы;

11 - циркуляционные насосы (теплоснабжение);

12 - циркуляционные насосы (холодоснабжение);

13 - насосы контура конденсатора;

14 - насосы контура испарителя;

15 - насосы контура градирни;

16 - колодезная вода.

Холодная вода поступает к пользователям при температуре 7°С, обратная вода нагревается до 17°С. В целом объем воды, забираемой из колодцев, составляет 735 миллионов литров зимой и 90 миллионов литров в летний период. Энергопотребление составляет 5 200 МВт-ч/год для охлаждения и 32 600 МВт-ч/год для отопления.

Устройства BPI прошли полевые испытания и доказали свою эффективность в деле контроля за ростом микробов, таких как плесень и бактерии. Кроме того, устройства BPI весьма эффективны для увеличения действия химических реагентов, поскольку разбивают сложные молекулы на составные части, которые таким образом легче абсорбируются.

С целью обеспечения нормального функционирования блоков химической фильтрации необходима периодическая проверка фильтрационных элементов специализированными лабораториями.

Последние тенденции

Полученные к сегодняшнему дню результаты показали, что включение в состав системы вентиляции устройств фильтрации газообразных веществ повышает эффективность контроля за многими загрязняющими веществами, присутствующими в помещениях пассажирских терминалов и в наружном воздухе. Учитывая, что в ближайшие десять лет объем воздушных перевозок будет интенсивно расти, большую часть аэропортов, если не все, следует оборудовать устройствами фильтрации газообразных веществ с целью обеспечения приемлемого качества воздуха в помещениях аэропорта. Во многих аэропортах уже установлены такие системы, которые повышают качество среды для пассажиров и способствуют поддержанию здоровья персонала наземных служб. В качестве примера можно привести аэропорты в Сан-Франциско, Хьюстоне, Вашингтоне и Монреале.

Комментарий к статье

В Российской Федерации проектирование аэропортов регламентируется следующими документами:

СНиП 2.04.05-91* "Отопление, вентиляция, кондиционирование воздуха".
СНиП 2.08.02-89* "Общественные здания и сооружения".
ГОСТ 12.1.005-88 "Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны".
Рекомендации по проектированию вокзалов. Минстрой России, Москва, 1997 г.
Ведомственные и отраслевые нормы проектирования.

В соответствии с [4] при расчете воздухообменов в помещениях с большим количеством людей (операционные и кассовые залы, залы ожиданий и т. п.) норма наружного воздуха на одного человека не менее 20 м³/ч и при невозможности естественного проветривания - 60 м³/ч в отличие от данных, приведенных в статье (32 м³/ч).

Безусловного внимания заслуживает практика химической очистки воздуха и инженерные сооружения аэропорта в г. Осло, использующие альтернативные источники тепло- и холодоснабжения.

Статья перепечатана из журнала RCI, № 12, 1998.

Научное редактирование статьи и комментарий выполнены

Ф. А. Шилькрот - гл. специалистом МОСПРОЕКТ-3

Тел. (095) 292-4419

Перевод с итальянского С. Н. Булекова.