Çevremizde bulunan havadan gelen en basit bir saldırıya karşı savunma bile karmaşık bir havalandırma emniyet planına –veya en azından her açıdan düşünülmüş bir stratejiye-ihtiyaç duyabilir. Sensörlerin kabiliyetleri, yerleştirilmeleri, cevap verme hızları ve genel olarak havalandırma sistemi, kazadan daha kötü bir şey karşısında binada oturanları (ve hatta mülkü) korumaya yönelik önemli unsurlardan bazılarıdır. 

Talep kontrollü havalandırma [demand-con-trolled ventilation (DCV)] gibi gelişmiş havalandırma stratejileri son birkaç yıl içinde önem kazanmışlardır[1,2]. Herhangi bir havalandırma yaklaşımında olduğu gibi iç ortam kalitesi (IEQ) gerek emniyet gerekse konfor bakımından bu tip teknolojilerin uygulanmasında göz önünde tutulan önemli husustur. Bu tip teknolojilerin uygulanmasıyla enerji harcanmasının azalmasıyla elde edilen tasarruf oldukça belirgin olmasına rağmen, binanın tipine, coğrafi mevkiine ve DCV tipine (örneğin çok parametreli  -DCV)[3] bağlı olarak ekonomik kabuller her zaman emniyete nazaran daha az önemli olarak kabul edilmiştir.  

Bu stratejiler, genel ve tesise özel belirli operasyonlar sırasında ve planlanmamış bir kirletme olayı meydana geldiğinde emniyetli ve standartlara uygun (laboratuvarlar ve canlı hayvan ve bitki yetiştirmede kullanılan özel küçük tesisler için özel standartlar olmasına rağmen, genellikle ASHRAE 62.1 için) bir havalandırma sağlamak için tasarlanmışlardır. Bu olaylar insan hatası soncu meydana gelen kazalar (örneğin düşürme, yayılma) veya cihaz arızası (örneğin sızıntı veya emisyon kaçakları) sonucu meydana gelir.
Genel olarak bu kirletici olaylar gerçekten bir kazanın sonucudur; yani çalışanların veya ziyaretçilerin istemeden yaptığı bazı hareketler sonunda meydana gelir. Bu stratejilerin genel olarak muhatap almadıkları olaylar ise kasıtlı bir olaydır, örneğin teröristler veya suç şebekelerince yapılan kimyasal, biyolojik, radyolojik veya nükleer (CBRN) bir hava saldırısıdır. Bu yazı, değişik teknolojik ve stratejik yaklaşımlarca hedef alınan tehdit tiplerini açıklamaya çalışacağından her iki yaklaşımı da kapsamlı bir sistem içinde birleştirmemek için de bir neden yoktur. 

Belirlenen Hedefler

Birinci olarak, acaba hangi hedefler özellikle uluslararası bir terör veya suç örgütü için saldırıya açık hedeflerdir? New York Polis Teşkilatına[4] göre yüksek risk taşıyan binaların bazı karakteristik özellikleri arasında; ulusal olarak tanınabilen mimari özelliği olmaları, diğer yüksek risk taşıyan binalara bitişik binalar, binaya yaklaşan araç trafiğinin perdelenmesi ve kontrolü olmayan binalar, yükseklik (çok katlı ve içinde yaşayanların gideceklere gitmelerinin asansörlere bağlı olduğu yüksek binalar)[5], içinde çok kişinin yaşadığı binalar, yerel, bölgesel veya ekonomik bakımdan özekliği olanlar, beş veya daha fazla demiryolu hattı üzerine inşa edilmiş binalar veya bir köprüye giriş yani özetle kritik bir altyapıya yapılacak başarılı bir saldırının ciddi olarak hizmetleri olumsuz etkileyeceği binalar. 

Belli bir binaya karşı olan tehdidin değerlendirilmesi sadece binanın fiziki özelliklerine bağlanmaz. Aynı zamanda onun faaliyetlerinin niteliği ve bina içinde kullanılan malzemelerden de etkilenir. Örneğin, önemli miktarda potansiyel olarak zararlı kimyasal, radyolojik ve/veya kimyasal malzemenin depolandığı veya depolanan bu binaya çok yakın olan binalar artan bir risk altındadır[6].   

Stratejiler

Şüphesiz ki, herhangi bir gelişmiş havalandırma stratejisi- özellikle hem etkin hem de enerji bakımından tasarruf sağlayanı-  nispeten çok gelişmiş bir HVAC sistemine ihtiyaç duyar. Örneğin çok parametreli bir DCV uygulaması gibi, burada sabit dış hava damperlerinin modülasyonlu damperlerle değiştirilmesi söz konusudur. Binanın HVAC sistemi genellikle kasti yapılan kimyasal, biyolojik veya radyolojik malzeme[7] kullanan bir saldırıya karşı koymada savunmanın ilk hattıdır. 

Bir kaza anında bir üniversite araştırma laboratuvarında bir DNA aspiratörünün onarımı sırasında çok az miktarda alkolün dökülmesi sonucu uçucu organik bileşenler (VOC) kadar zararsız olan bir maddenin açığa çıkması iç ortam kalitesini (IEQ) etkileyebilmektedir. Şekil 1’deki Toplam VOC grafiğinde DP3 olarak görülmektedir. VOC’leri algılama özelliğine sahip bir DCV sistemi ile taze hava ile havalandırma sistemi çalışma oranı ortamı makul bir süre içinde yeterli derecede temizleyecek bir seviyeye yükseltilebilir. DCV sistemlerinde gerek ayırıcı sensörler gerekse hava numunesi alma noktaları düzenli olarak kullanılmakta, içinde insan olan mahallerin birçoğuna yerleştirilmiştir.

Terörist bir saldırı durumunda ise, strateji, binanın havalandırma sistemini dışarıdaki havadan gelen bir saldırıya karşı süratle izole etmek gibi oldukça farklıdır. Bu durum sensörlerin dizildikleri ağın, stratejik olarak HVAC dış hava girişi ve/veya besleme ve emme hava kanallarına yerleştirilmelerini gerektirir, bu durumda sensörler havadan gelen toksin veya radyasyon parçacıklarını tespit edecek ve bina kontrol sistemine (BMS) derhal hava dağıtım sistemin kapatılması emrini vereceklerdir. Kasti olarak yapılan bir zehirli madde gönderilmesinde maksimum hasar meydana gelmeden algılanma şansını en aza indirmek için saldırının çabuk gerçekleşmesi gerektiğini varsaymak makul bir öngörüdür. 

Koruması olmayan bir binada zehirli maddeler HVAC dağıtım sistemiyle bina içine kolaylıkla ve süratle yayılacaklardır. Eğer ortalama havalandırma oranı sadece 4 ach (saatte hava değişimi-örneğimizde her saatte havanın 4 kez değişimi) olan bir iş yeri düşündüğümüzde, bu durumda binanın iç havası 15 dakikada tümden bozulacaktır. 

1 saat x 60 dk/sa / 4 ach = 1 hava değişimi           / 15 dakika
Eğer “ach” 10’a yükseltilirse ki bu bir mahkeme salonu için makul bir değerdir, bu durumda zehirli madde sadece 6 dakikada tamamen yayılmış olacaktır.

 1 saat x 60 dk/sa / 10 ach = 1 hava değişimi                                 / 6 dakika

Şekil 2’de ani olarak kapanan HVAC sisteminin toksinin tepe (pik) seviye konsantrasyonunu sadece havayı saatte 1 kez 1ach oranında değiştiren sisteme göre >%70 oranda azaltabildiğini görmekteyiz. İki saat sonra, iç mekanın toplam olarak zehirli ortama maruz kalması 1 ach ile çalışan sistemin “normal çalışmasına[8]” nazaran hala yarısından daha azdır. 

Kirletici Maddelerin Tanımlanması

Şimdiye kadar bazı saldırıya aday özellikteki binaları belirledik ve iki tip havalandırma sistemi yönetimi için genel stratejileri belirledik, donanımın (ve bunları destekleyen yazılımın) özelliklerini de incelemememiz gereklidir. Şüphesiz bulardan ilk incelenecek eleman sensörlerdir.   

Çok parametreli bir DCV sistemi için başlangıç olarak algılanacak kirletici maddeleri belirlememiz gerekmektedir. CO2 seviyelerinin insanların metabolizma faaliyetleriyle bağlantısı olduğu uzun zamandır bilinmektedir, bu nedenle iç ortamdaki kirletici maddelerin önemli bir kısmının seviyesi yerine insanların faaliyetleri güvenilir olarak koyulabilir. 

Klasik DCV stratejisinde, CO2 tüm ortamda bulunan insan kaynaklı biyo kirleticiler yerine kullanılabilir. Bu nedenle CO2 orada bulunanların hem sayıca hem de faaliyet olarak seviyelerinin bir temsilcisidir ve dış ortamın havasıyla havalandırma oranını dış ortamda bizi çevreleyen CO2 seviyesine göre sabit bir CO2 seviyesi farkını muhafaza etmek için oransal olarak ayarlamak maksadıyla kullanılabilir. Dış havadaki CO2 seviyeleri sabit olmadığından havalandırma kontörü ortamdaki havalandırma oranını sürekli olarak ayarlamalıdır. Şekil 3, 24 saatlik bir zaman dilimi içinde tipik bir dış hava CO2 seviyelerini göstermektedir. Ticari (ve aynı zamanda laboratuar) seviyesinde birçok iyi CO2 sensörleri yayıcı olmayan kızılötesi teknoloji kullanırlar. Herhangi bir ışık kaynağında olduğu gibi hassasiyet değişebilir ancak ±75 ppm görülmedik bir seviye değildir.İnsan kaynaklı olmayan algılanması gereken kirleticileri içinde (özellikle belirtilmeyen) Uçucu organik bileşenler (VOC) bulunur. Bunlara tipik örnekler; boyalarda, lak kaplayıcılarda ve boya sökücülerde, temizlik maddelerinde, bulaşıcı maddelerde, inşaat malzemeleri ve mobilya, halı gibi aksesuarlar, fotokopi ve yazıcılar gibi ofis malzemeleri, grafik ve sanat için kullanılan malzemelerde bulunanlar ve depolanmış yakıt ve otomotiv ürünlerinde bulunanlar, büyüklükleri çap aralığı olarak ≤ 2.5 µm (PM 2.5) arasında olan solunabilir küçük parçacıklar ki bunlar arasında küçük aerosol (örneğin deodorantlar) parçacıkları bileşenleri söylenebilir ve bunlar uzun süredir enfeksiyonun birinci derecede taşınmasına yardım eden etmenler olarak bilinmektedir ve CO, 35 ppm in üzerindeki konsantrasyonları insanlar üzerinde belirli semptomlar oluşturabilir ve 3.200 mppm üzerindeki konsantrasyonları öldürücü olabilir (halen yürürlükte olan Meslek Güvenliği ve Sağlığı İdaresinin (OSHA) belirlediği CO için müsaade edilen maruz kalma sınırı 50 ppm9 dir.

Bu uygulamalar için VOC sensörleri genel olarak metal dioksit yarı iletkenler (MOS), foto-iyonizasyon detektörleri (PID) veya bunların ikisinin kombinasyonudur. Fotoiyonizasyon detektörleri küçük bir kalibrasyon aralığında daha yüksek hassasiyete ve çözünürlüğe sahiptir. Partiküllerin izlenmesi ortak olarak elektrokimyasal sensörler kullanan optik (lazer) partikül sayıcılarla ve com detektörlerce yapılabilir. Tüm bu DCV sensörlerinin ortak özellikleri belli bir derecede hassasiyet ve kararlılığa sahip olmalarıdır. DCV sensörlerinde hassasiyet doğrulaması için önerilen aralık- ve gereken kalibrasyon- genellikle altı aydır[10].

Hedeflenen bir birime olacak bir hava saldırısına karşı koruyacak sensörlerin ise diğer taraftan biyolojik zehirleyici veya radyolojik tehlikeleri maddeleri geniş bir spektrumda tespit edecek kapasitede olması gerekir. Bu sensörler ticari hizmetlere kullanılacak kadar güvenilir ve dayanıklı olmalıdır, geçerli kabul edilen algoritmaları kullanarak yanıltıcı pozitif cevapları ortadan kaldırmada >%99,5 oranında bir güven seviyesi sağlamaları gerekir. Bu sensörler belirlenen maddelere maruz kaldıktan sonra uygun bir geri kazanım süresi sonunda eski hallerine geri dönebilir olmalı ve sıcaklık ve sinyaldeki sapmalara karşı kendilerini kalibre edecek özellikte olmalıdır. 

Kimyasal maddelere (CA) ilave olarak Hastalık Kontrol Merkezleri (ve diğer ilgili birimlerce) maruz kalınabilir bir tehdit olarak kabul edilen- özellikle öldürücü silah veya insanlara karşı ciddi zarar verici olarak tasarlanan kimyasal maddeler, örneğin hardal gazı olarak da bilinen Sarin gazı gibi- zehirli sanayi kimyasallarından (TIC) kaynaklanan belirgin bir tehdit de mevcuttur. 

Bu uygulamada, tipik bir kimyasal sensör düzeni bu maddeleri algılayabilecek kapasitede olmalıdır. Bu sensör düzenleri N+1 fazlalık katsayısı tasarımı ile uyumlu olmalıdır ve bunlar iletken polimer, MOS [Metal Oxide Semiconductor - Metal Oksit Yarıiletgen], hacimli akustik dalga (bulk acoustic wave (BAW) ve yüzey akustik dalgası (Surface Acoustic Wave -SAW)[11] gibi değişik teknolojiler kullanabilirler. Örneğin dışarıdan gelen bir tehdit senaryosunda klor gazı (Cl2) gibi çok kullanılan bir sanayi gazının havalandırma sisteminin temiz hava girişlerinden binaya verilmesini içerebilir, bunun yanında bina içinden kaynaklanan bir tehdit senaryosu da temelde bir arsenik gazı bileşeni olan Arsin (AsHw) gazını binanın içine bırakmak olabilir. Bu iki tehdide de karşı koymak için, kimyasal sensör düzeneklerinin hem dışarıdan gelen temiz hava giriş kısımlarına hem de çıkış havasının toplandığı plenum olarak adlandırılan daha yüksek basınçlı bölmeye koyulması ve bir tehdidin algılanması ile hemen binanın hava devridaim sisteminin kapatması ve uygun acil duruma karşı alınacak tedbirler protokolünü uygulaması gerekir. 

Radyaolojik sensörler binada oturanları ve mülkü havadan gelen radyoaktif malzemelere karşı korumak amacıyla koyulurlar. Bu tarz bir saldırıya karşı uygun şekilde koruma için sensörlerde hem kılıflı hem de kılıfsız olmak üzere 100-150 izotop arasında bir olgun izotop kütüphanesi olmalı, (sensörlerin perdelemeyi sınırlamak için Beta salıcılarını ortadan kaldırması gerekir), özel bir izotop kategorisini (örneğin tıbbi veya endüstriyel) belirleyebilmeli ve özel izotop karışımlarını tanıyabilmeli ve içinde (ilk haline getirme protokolü için) spektral bir başlık dosyası ve temel yaşam bilimi dosyası olmalıdır. Bu işlem için kullanılan birçok sensör, geri plana otomatik olarak ayarlanmak için, Potasyum-40 (40K) gibi uzun ömürlü izotoplarla kararlı hale getirilir. 

Radyolojik/nükleer bir tehdit senaryosu ise bir radyoaktif bir bombanın şehrin yerleşim bölgesinin merkezi bir iş bölgesinde patlamasını içerebilir. Stratejik ve Uluslararası İncelemeler Merkezinde Uluslararası Güvenlik programının eş başkanı olan Phil Anderson’a göre böyle bir bombada[12] kullanılabilecek en olası radyoaktif element Cesium-137 (137Cs) dir. Bu element çevre için en tehlikeli radyo izotop olarak kabul edilir, yarılanma ömrü yaklaşık 30 yıldır ve tererist veta suç örgütlerince temin edilebilir. ABD’de, değişik tıbbi ve endüstri uygulamalarında-2 milyondan fazla Cesium-137 kaynağı mevcuttur. İlave olarak en iyi bilinen kullanım yeri, ulusun esas zaman ve frekans standardı olan ve NIST-F1 olarak bilinen atomik saattir. Cesium-137 kanser tedavisinde yaygın olarak kullanılır, endüstride yaygın kullanım yeri ise tahribatsız muayenede kaynakların röntgeninin çekilerek kontrolüdür. Ayrıca sıvı sintilasyon (ışıldama) spektrometrelerinde ve tıbbi cihazları, et, taze sebze ve diğer yiyecek maddelerini sterilize eden enstrümanlarda da yaygın olarak kullanılır. 

Cesium-137 maddesinin basit bir silindiri, bir bilgisayar kasasına sığacak kadar küçüktür, radyoaktivitesi 25 gigabekerel (GBq) yaklaşık 0,68 küri (Ci) olabilir. Bu senaryoda kirlilik taşıyan bulut hava giriş kısmının dış kısmında bulunan radyolojik sensör ile temas edince diğer senaryolarda olduğu gibi derhal havalandırma kapatılır ve acil durum cevap verme protokolü devreye girer. Bu binada kalanların radyoaktif malzemeyle temasını önemli ölçüde azaltacak ve binanın kendisinin de kurtulmasını sağlayacaktır. Açık olarak herhangi bir havalandırma senaryosunda, emniyet unsuru esas kumanda eden unsurdur. Fakat konfor ve sürdürülebilirlik de ayrıca dikkate alınmalıdır. Neyse ki ticari olarak piyasada mevcut olan havalandırma teknolojileri- enerji kullanımını azaltarak sağladığı enerji tasarrufu çok iyi sergilenen, çok gelişmiş havadan gelen toksin algılayıcılı hemen örnek verebileceğimiz çok değişkenli DCV deki gibi- binalar için emniyetli ve sürdürülebilir bir iç ortam kalitesi sağlayabilmektedir. 

Kaynaklar

1. Roth, K., J. Dieckmann, ve J. Brodrick. “Talep Kontrollü Havalandırma.” ASHRAE dergisi 45(7):91–9

2. 2003.2. McKenney, K., J. Dieckmann, veJ. Brodrick. “DCV yaklaşımlarına güncel bakış.” ASHRAE dergisi. Ekim 2009.

3. Clark, L. “Çok değişkenli talep kontrollü havalandırma.” HPAC Engineering. Ağustos 2009.

4. New York City Polis Müdürlüğü. “Mühendislik güvenliği: Yüksek risktaşıyan binalar için koruyucu tasarım. 2009.

5. Challinger, D. “Yerden yukarı doğru: yüksek binalar için güvenlik.” ASIS Foundation, Inc. 2008.

6. Thatcher, T. L., E.E. Wood, E.C. Edelsohn, R. Sextro. “İnşaatın kimyasal, biyolojik ve radyolojik maddelerin serbest  kalmalarına karşı bozulup bozulmayacağı değerlendirmesinin basitleştirilmesi LLBNL-56780. Lawrence Berkeley National Laboratory. 2005.

8. Yukarıda adı geçen eser.

9. Yukarıda adı geçen eser.

10. Sicil memuru bürosu. Federal kuralar yasası (29 CFR tablo Z-1). 2006.

11. ANSI/ASHRAE Standart 62.1-2007, kabul edilebilir İç Hava Kalitesi için Havalandırma

12. Ulusal Adalet Enstitüsü . “Kimyasal etmenleri seçme kılavuzu ve toksin madde algılama cihazları acil durumda ilk cevap verecekler için” NIJ Guide 100-00. 2000.

13. Anderson, P. “Radyolojik bir bomba senaryosu: Daha büyük Washington kriz planlama çalışması için yapılan bir workshop üzerine rapor. Stratejik ve Uluslar arası Çalışmalar Merkezi 2002. 

*Yazan: Larry CLARK, LEED® AP

Kaynak: www.esmagazine.com