KAYNAKLI BİNA TEKNOLOJİSİ ve Bioterörizme Karşı Korunma
BİYOLOJİK SİLAHLAR
Hastalıklara neden olan veya toksin üreten mikroorganizmalar, biyolojik silah olarak kullanılabilir. Tasarım amaçlı, aşağıda sırayla verilmiş olan tüm aracı biyolojik silahlar, gözönüne alınabilir.
Şarbon sporları; nispeten filtrasyonu kolay fakat UVGI’ya karşı dirençlidir (çok yüksek dozların dışında).
Çiçek, filtrelerin içine işleyen en iyi mikroorganizmalardan biridir fakat UVGI’ya karşı oldukça dirençsizdir.
TB basili, ya filtrasyonla ya da UVGI’yla tutulabilen orta büyüklükte bir bakteridir.
Grip, dünya çapında salgına sebep olan, ölümlere yol açan küçük bir virüstür.
Botulinum toksini, bilinen en ölümcül zehirli maddedir ve aracı biyolojik silah olarak kullanılabilecek birçok diğer zehirli maddeleri temsil eder.
Toksinler; bitkiler, hayvanlar, bakteriler ve diğer doğal kaynaklar tarafından üretilen zehirli bileşiklerdir. Genellikle, 0.9 ila 5.8 mikron aralığında partikül büyüklükleri içeren tozlardır. Tozlu toksinlerin büyüklük dağılımı logaritmiktir ve logaritmik ortalama büyüklüğü yaklaşık 2.2 mikrondur. Bu büyüklük aralığındaki partiküllerin % 100’e yakını, MERV 13 ila 15 aralığındaki filtreler ile tutulabilir. Çalışmalar göstermiştir ki; UVGI, bazı toksinleri kimyasal bozunmalara uğratabilmektedir, ancak yetersiz veriler vardır; bu yüzden, botulinum, UVGI etkisi altında kimyasal bozunmalara karşı tamamen dirençli varsayılmaktadır.
Analiz için seçilen, tasarım için temel teşkil eden beş aracı biyolojik silahın özellikleri Tablo 1’de gösterilmektedir. Logaritmik ortalama çaplar, harhangi bir model filtre için filtrasyon oranını belirler. UVGI oran sabitleri, laboratuvar çalışmalarını referans alarak hesaplanmıştır. Çiçeğin, UVGI oran sabiti, çok benzer özellikler gösteren Vaccinia (aşı) virüsüyle aynı varsayılmıştır.
BİNA SALDIRI SENARYOLARI
Genellikle ofis binalarına karşı saldırı senaryoları, dış hava girişi, klima santralı ve binanın herhangi bir alanında, etken olan biyolojik silahların serbest kalmasını içermektedir. Bu serbest kalmalar, bir etkenin giriş havasına karışması gibi aniden olabilir veya bina içerisine bir püskürtme cihazı yerleştirildiği zaman yavaş yavaş meydana gelebilir. Dış hava girişinde biyolojik silahların serbest bırakılması senaryosu, en çok tartışılan senaryolardan birisidir çünkü birçok binanın hava girişi Fotoğraf A’da gösterildiği gibi yer seviyesindedir.
Şekil 1, dış hava girişinde biyolojik silahların serbest bırakılması senaryosunu örneklemektedir. Genellikle, dış hava girişindeki serbest bırakmalar bina sakinlerine diğer serbest bırakmalardan daha büyük tehditler yaratacaktır çünkü, etkenlerden çoğu (eğer hepsi olmazsa) havalandırma sistemine girecek ve sistemin hizmet verdiği tüm bölgelere yayılacaktır.
Eğer bir klima santralı, filtre veya UVGI gibi hava temizleme ekipmanlarına sahipse, konsantrasyonlar etkileyici bir şekilde indirgenebilir. Hem dış havadaki serbest bırakmalarda hemde hava girişindeki serbest bırakmalarda, etken olan biyolojik silahın büyük bir oranı, ilk geçişteki filtre ünitesinde tutulabilir.
Eğer, etken biyolojik silah, lobi veya atrium gibi binanın herhangi alanında serbest kalırsa konsantrasyonlar serbest bırakılan yerin civarında yüksek olabilir, fakat başka yerde oldukça düşüktür. Etken; tekrar dolaşabilmesine rağmen, aynı zamanda binanın dış hava miktarı kadar ayrıca filtre edilebilir veya temizlenebilir. Diğer alanlardaki konsantrasyonlar, giriş havasındaki serbest bırakma senaryolarındaki gibi yüksek seviyelere ulaşmazken, serbest bırakılan alandaki konsantrasyonlar, etken temizleninceye kadar yüksek kalabilir. Bu her zaman büyük oditoryumlarda ve atriumlarda veya baca etkisinin büyük rol oynadığı tekrar dağıtmalı sistem havasında doğru olmaz. Genelde, klima santralı içerisindeki filtrelerden akış esnasında serbest bırakma, bir binada en yüksek mikrop konsantrasyonunu üretecektir ki bu da ekipman odasının kilitlenip, erişimin kısıtlanması için iyi bir sebeptir.
HAVA TEMİZLEME SİSTEMLERİ
Bugün başlıca üç hava temizleme teknolojisi kullanımdadır: havanın arındırılması, filtrasyon ve UVGI. Havanın arındırılması, dış hava kullanan herhangi bir havalandırma sisteminin parçasıdır. Birçok özel sağlık birimlerinde olduğu gibi, %100 dış hava kullanan sistemler hava değişim oranlarına bağlı olarak iç ortamdaki serbest bırakmalara karşı bir avantaja sahiptir. Eğer, biz çökelen ve dökülen miktarları dikkate almazsak, sulu havalandırmayla tutmalar, tüm etken biyolojik silahları aynı oranda arındırır. Dökülenler uzun dönemli tehlikelere neden olabilir ve saldırının kötü sonucundaki çareleri etkiler; ancak, bu inceleme sadece ilk etkileri göstermektedir. Bu örnekte, dış hava miktarı, toplam havalandırma sistemi havasının % 15’idir.
Filtrasyon; birçok etken biyolojik silahın tutulmasında oldukça etkin olabilir. Herhangi bir filtrenin tutma oranı, satıcı performans eğrilerinden ve minimum verimlilik test rapor değerleri (MERV) sonuçlarından tahmin edilebilir. Tablo 2, altı tip MERV filtrenin tahmin edilen filtrasyon oranlarını göstermektedir (iki filtre üreticisinin MERV test sonuçlarına dayanarak).
Tablo 2, aynı zamanda, UVGI oranları değerleriyle (URVs) karakterize edilen, UVGI etkilerinin değişik seviyelerinin tutma veya yok etme oranlarını özetlemektedir. Doz, birçok UVGI sistemini temsil eden, 0.5 saniye etki süresiyle çarpılan ortalama yoğunluktur. URV, ortalama UVGI yoğunluk derecesi 20 olan sistemin tavsiye edilen oranıdır. MERV oranlarına paralel URV oranları, aerobiyolojik uygulamalar için, filtrelerin ve UVGI sistemlerinin seçiminde uygun bir yol sağlamaktadır. Benzer MERV ve URV oranlarına sahip hava temizleme cihazlarının kullanımı, mümkün olan tüm etken biyolojik silahlar karşısında dengeli bir tutma oranı sağlar (etki süresi yaklaşık 0.5 saniye).
Filtrelerin ve UVGI’nın kombinasyonları, kullanım kolaylığı açısından MERV/URV sistemler olarak gösterilmiştir. Farklı MERV/URV sistemlerinin hava temizleme verimleri Tablo 2’de gösterilmektedir. Hava temizleme verimi (Rtop); filtreye (Pf) ve UVGI sistemine (Pu) nüfuz eden kısmın çarpımlarının tümleyenidir.
Rtop = 1- (1-Pf) (1-Pu)
SİMÜLASYON SONUÇLARI
İç hava kullanan hava dağıtım sistemi tarafından hizmet verilen, iyi karışım sağlanmış tek bir bölge, farklı hava işleyiş stratejilerinin etkinliğini test etmek için model olarak kullanılmıştır. Tek bölge modelinde toplam havanın %15’i kadar dış hava kullanılmıştır ve klima santrali veya binanın iç yüzeylerinde tutunmalardan dolayı tutma oranları için hiçbir emniyet alınmamıştır. Gerçekte çoğu bina, merdiven boşluğu, asansör şaftı, duvar sızıntıları ve baca etkisinin olduğu çok bölgeli sistemlerle daha doğru bir şekilde modellenmelidir, ancak şimdiki model sadece ilk yaklaşım için idealleştirilmiş modeldir. Ancak, binaların çok bölgeli olarak modellemesinde kullanılan, CONTAMW iç hava kalitesi ve havalandırma analizi bilgisayar programları benzer sonuçlar göstermektedir ve hava temizleme sisteminin boyutlarıyla ilişkili olarak aynı genel sonuçları vermektedir.
Bu simülasyondaki saldırı senaryosu, dış hava girişinde biyolojik silahların aniden serbest kalmasıdır. Geçici tek bölge modeli kullanıldı çünkü her bölge havadan gelen aynı toz konsantrasyonunu görecekti. Tahmini kazazedeler, temel şartı %99 kazazede üretmek olan aynı türdeki salgın hastalıklara maruz kalmış modellere dayandırılmıştır. Temel şart olarak bina içerisinde % 99 kazazede üretecek kadar biyolojik silah bina içerisinde serbest bırakılmıştır. Kullanılan gerçek miktarlar burada yayımlanmamıştır.
Tahmini kazazedeler sadece ilk enfeksiyonu göstermektedir, ikinci bir enfeksiyon bu modelde kullanılmamıştır. Tahmini kazazedeler, tüm bina sakinleri için nefes alma oranı 0.02 cu m (0.71 cu ft) /dakika ve akciğer absorpsiyon verimliliği %90 olarak varsayılarak belirlenmiştir. Modelleme, binaya havadan gelen mikrop konsantrasyonları dakika dakika değerlendirilerek hesaplamalı olarak yapılmıştır.
Şekil 2, simülasyon sonuçlarını göstermektedir. %99’u temel teşkil eden kazazedeler MERV/URV sistemleriyle indirgenmiştir. MERV 13/URV 13 kombinasyonu tüm etken biyolojik silahlar için yaklaşık sıfır kazazede ile sonuçlanmıştır ve hava temizleme veriminde daha fazla artış olmamaktadır. Açıkca, bu kombinasyon dış hava girişinde biyolojik silahların serbest kalması senaryosu altında bina sakinleri için uygun koruma sağlamaktadır. Diğer saldırı senaryoları ve bina tipleri simülasyonlarının tamamı sıfır kazazede üretmez fakat hava temizleme sisteminin performans seviyeleri (MERV 15/ URV 15 sistemlerine ulaşmadan önce) hakkında fikir verir. Herhangi bir bina için Şekil 2’de gösterilen azalan verim etkisi, sadece bir tane uygun hava temizleme boyutunun varlığıyla sonuçlanmaktadır ve bu boyut, test edilen etken biyolojik silah ve düşünülen saldırı senaryosundan bağımsızdır. MERV/URV sisteminin ilk boyutu, havalandırma miktarı ve bina hacminin fonksiyonudur. Tutma oranı, toplam hava miktarı veya dış hava miktarını artırarak artırılabilir, ancak; bu maliyetlidir.
Farklı farklı gerçek binaları (hava kaçakları, baca ve filtre baypas etkilerini içeren binalar) incelemek için daha fazla araştırma gerekmesine rağmen, nispeten gösterişsiz hava temizleme sistemleriyle uygun korunmanın elde edilebileceği görünmektedir. Tablo 2’deki herbir cihazla elde edilen tutma oranlarını ve %15 dış havanın sulandırılmasının etkisini düşündüğümüzde bunun hiçte şaşırtıcı olmadığını görmekteyiz. MERV/URV sisteminde, hava temizlemenin ne kadarının filtre, ne kadarının UVGI tarafından yapıldığını bilmek yararlı olur. Şekil 3, MERV 15/URV 15 sisteminin tutma oranlarını göstermektedir. Dikkat edilmelidir ki; filtre şarbon için, UVGI çiçek için, işin büyük bir kısmını yapmaktadır.
Burada özetlenen simülasyon, belirli bir bina tipi için örnektir. Sonuçlar, diğer binalarda, hava şartlarında, saldırı senaryonalarında ve özellikle büyük oditoryumlarda değişebilir. Hem diğer tip binalar ve saldırı senaryoları hem de kimyasal ve etken biyolojik silahlarla ilgili diğer teknolojiler hakkında bilgiler bu makalenin sonundaki referans listesinden elde edilebilir. MLGW (Memphis Light, Gas and Water)
Bioterör endişesine karşılık, yönetim binalarındaki havalandırma sistemindeki hava temizleme sistem ekipmanlarını (yuvarlak önfiltre, yüksek verimli pliseli filtre ve karbon absorberleri) artırmaktır. Monte edilen 10 UV lambası (herbiri toplam 204 UV Watt gücte) klima santrali bina dönüş havası hattı üzerindeki beş katlı hava delikleri boyunca dağıtılmıştır. Uygun alan ve bakımda kolayca yürüyebilme avantajı sağlanmıştır. Monte edilen lambalar, yoğunluğu artırmak ve daha düzgün bir şekilde dağıtmak için 4x6 ft ebatlarında cilalı alüminyum yansıtıcı plakalarla çevrelenmiştir.
Klima sanrali içerisine UV lambaları için ikinci bir pil ilave edilmiştir (Fotoğraf B). Klima santrali içerisindeki hava debisi 12200 cfm ila 92600 cfm arasında değişirken, toplam UV gücü 816 ila 1632 W arasında değişmektedir. Her sistemdeki tasarım hızı yaklaşık 500 fpm’tir. Klima santralindeki toplam etki süresi yaklaşık 0.3 saniyedir.
UVGI ve filtrelerin kombinasyonu, şarbon sporlarının en azından %70’ini yok etmesi veya tutması için hesaplanmıştır. Sistem aynı zamanda tahminen çiçek virüsünün %99,99’unu ve TB basilinin %99,999’unu parçalamaktadır. Tek bölge simülasyonuna dayanarak, bu sistem birçok bina sakinlerine uygun, gelişmiş koruma sunmaktadır.
ÖZET - SONUÇ
Burada özetlenen analizin sonuçları göstermiştir ki; gösterişsiz hava temizleme ve UVGI hava dezenfeksiyon sistemleriyle bina sakinlerine yeterli koruma sağlanabilir. Bu, tüm olası terörist saldırılara karşı tam koruma sunamamasına rağmen, potansiyel kazazede sayısı minimuma indirgenebilir.
Bina havalandırma sistemi karakteristiklerinin kabul ettirdiği sınırlandırmalardan dolayı, azalan verimi elde etmek için, yüksek tutma oranlı hava temizleme sistemleri gösterilmiştir. Bu, herhangi bir bina için sadece tek bir boyutta hava temizleme sisteminin uygun olduğu sonucunu çıkarmaktadır. Birçok bina ve senaryolar için hava temizleme sistemi seçeneklerini azaltmaktadır. Bu, herhangi bir binada sadece bir soğutma ve ısıtma bataryasının uygun olduğu gibi benzerlik gösterir. Yukarıda bahsedilen analizden çıkartılan sonuç zorlamalı havalı ofis binaları için doğru olacaktır, fakat tüm binalar veya tüm havalandırma sistemi tipleri için doğru olmayabilir.
Yazan : W.W. Kowalski, W.P. Bahnfleth
Çeviren : Mustafa Kemal Sevindir
