Пример выдающегося достижения в области проектирования чистых помещений для лабораторий

Материал подготовлен компанией "УНИКА инжиниринг" по материалам статьи, опубликованной в журнале «CleanroomTechnology», ноябрь 2016 (www.deanroomtechnology.com)

Сьюзен Бирке

Автор рассказывает о реализации новаторского подхода в проектировании химико-аналитической лаборатории компании «GlaxoSmithKline» в университете г. Ноттингем

Традиционно, химические лаборатории в своей деятельности нуждаются в потреблении большого объёма энергетических и природных ресурсов, а также являются потенциально опасными с точки зрения воздействия на окружающую среду. Нейтрализация потенциально опасных токсичных испарений, которые генерируются в результате экспериментальных исследований, проводимых в вытяжных шкафах - процесс, требующий больших энергетических затрат, также как и вторичная очистка химически загрязненной воды. Подобные дорогостоящие процессы, обусловленные необходимостью защиты окружающей среды, требуют не только правильной организации работы в лаборатории, но и специальных подходов к их рациональному и сбалансированному проектированию.

Научно-исследовательская химическая лаборатория для компании «GlaxoSmithKline» была создана в инновационном центре университета г. Ноттингем с учётом последних научных достижений, целью которых было обеспечение защиты окружающей среды и безопасной работы студентов. Она была построена при помощи английского попечительского фонда в области высшего образования, основной задачей которого является содействие в области решения глобальных проблем и формирования будущего. Кроме того, лаборатория получила грант в объёме 12 млн. фунтов стерлингов от всемирно известной фармацевтической компании «GlaxoSmithKline» в рамках объявленной в 2010 году политики приверженности «зелёным», т.е. экологически безопасным технологиям. Компания была заинтересована в реализации подобного проекта только в том случае, если лаборатория будет эксплуатироваться с нулевым балансом выбросов углерода в здании, построенном по специальному проекту.

Для реализации концепции нулевого баланса выбросов углерода необходимо было добиться, чтобы проектируемое здание ни в коем случае не являлось бы источником парниковых газов, ускоряющих климатические изменения, от всех составляющих объекта, носящих следы углеродосодержащих соединений: внеплановых поступлений сырья, элементов конструкции здания, рода деятельности и возможного сноса здания. Проект должен обеспечить возможность использования лаборатории в течение 25-ти лет.

В рамках подобной концепции необходимо было предусмотреть использование природных или возобновляемых ресурсов, обязательный анализ на содержание углерода для каждой составной части или компонента, использование (по возможности) сборных конструкций и минимальное использование транспорта. В плане энергообеспечения предполагалось использовать возобновляемые источники энергии, такие как солнечные батареи и биотопливо.

Другими словами, в проекте для подобной лаборатории нужно было предусмотреть использование природных материалов, работу на возобновляемых источниках энергии. Избыточная энергия, образующаяся в результате функционирования лаборатории, могла бы использоваться как источник тепла для помещений общего пользования, в том числе офисных.

Выбор материалов

Для организации работы с нулевым балансом выбросов углерода (т.е. минимизации воздействия углеродосодержащих соединений на окружающую среду) необходимо тщательно изучить каждый элемент здания и его конструкции. При выборе материалов, поступающих от сторонних поставщиков, требовалось предпринять все усилия для минимизации такого воздействия и во время самого строительства.

Поэтому для формирования фундаментных свай были использованы каменные колонны; измельчённый гранулированный доменный шлак использовался как заменитель цемента для перекрытия первого этажа. Для создания структуры из клееного ламинированного бруса потребовалось 1 396 тонн древесины альпийской ели - площадь, эквивалентная двум регбийным полям.

Изоляция для стен и крыши была выполнена из древесного волокна. Внутренние перегородки и финишная отделка наружных стен были выполнены из сплошной многослойной древесины и однослойной облицовки из терракотовой плитки. Напольные покрытия - из натурального каучука, отделочные покрытия - с низким содержанием летучих органических соединений.

К другим инженерным решениям, которые были использованы в проекте, относилось использование устройств, оборудования и принадлежностей с низким потреблением воды, в том числе безводные писсуары, светодиодное освещение и полы с подогревом.

В результате спроектированное здание представляло из себя 2-х этажное сооружение общей площадью 4 500 м² с лабораторным корпусом на 100 человек работающих, со специализированными инструментальными помещениями, учебными классами для особо одарённых студентов и пространством для целого ряда информационных мероприятий.

Необычная поэтажная планировка

Поэтажные планы лабораторного корпуса включали в себя: естественно вентилируемые лабораторные помещения и зоны для обработки результатов экспериментов с открытой планировкой (с минимальным количеством перегородок) и естественной вентиляцией, а также изолированные помещения для проведения особо опасных работ с вентиляцией, организованной механическим побуждением.

Все три МР-томографа располагались в одном техническом помещении, которое было спроектировано так, что в нем не было необходимости в организации вытяжной тяги как в обычных лабораторных помещениях, однако это было единственное помещение, в котором происходило выделение тепла от оборудования и требовалось охлаждение.

Для каждой вышеперечисленной группы лабораторных помещений была спроектирована отдельная вентиляционная система, которая, как и вытяжные шкафы, могла быть отключена при необходимости. В некоторых лабораторных помещениях потребление электроэнергии возможно снизить при использовании вентилируемых шкафов с механическим отключением и специальных шкафов для хранения химреактивов со своей собственной вытяжкой.

Низкое энергопотребление вытяжных шкафов достигалось за счёт снижения скорости вращения вентилятора, автоматического контроля воздушного потока и автоматической регулировки положения вентиляционной заслонки.

В подвесные потолки были вмонтированы специальные, влагозащищённые светильники. Лаборатории также были оснащены системой снабжения охлажденной рециркуляционной водой, которая не может использоваться для бытовых целей.

Проект лаборатории предполагал двойное остекление стен для того, чтобы максимально использовать естественное освещение. Таким образом, контрастируя схолодными и тёмными лабораториями, которые иногда встречались в предыдущей практике, деревянная структура обеспечивала «воздушное», светлое пространство с отсутствием эффекта эха. Светодиодные светильники включались автоматически в том случае, когда чувствительный элемент сообщал о недостатке естественного освещения, также как и датчики, реагирующие на дым и на тепло в случае задымления или возгорания.

Что касается наружной отделки, то на северной стороне крыши были установлены клумбы с дикими цветами, а на южной стороне - солнечные батареи. Кроме того, здание использовало тепло от рукотворного озера с подземными источниками.

Котёл для биомассы, поставленный компанией «Fleetsolve», использовал собственные отходы лаборатории в качестве биотоплива, поэтому не было необходимости в использовании нефтепродуктов.

Естественная вентиляция

Проектом было предусмотрено использование энергии господствующих ветров в дополнение к вентиляционным системам, необходимым для удаления вредных газообразных веществ, образующихся при эксплуатации лаборатории. Такое комбинированное решение для эффективной работы общеобменной вентиляции здания достигалось за счёт использования установленных на крыше вентиляционных кожухов, в то время как вредные испарения удалялись через специальные вытяжные зонты, установленные непосредственно над источником выделения вредных веществ.

Данные о климатической ситуации на крыше, связанные с силой и направлением ветра, поступали в систему управления зданием, которая, при необходимости, регулировала скорость вращения вентиляторов для предотвращения образования нежелательных завихрений.

Использование одного вытяжного вентилятора, поставляемого компанией «Ventaxia», для 10-ти вытяжных шкафов одновременно оказалось экономически более эффективным, чем использование отдельного вентилятора для каждого вытяжного шкафа. Постоянный контроль за включением и отключением электропитания также осуществлялся в зависимости от климатических условий.

Структура здания была спроектирована таким образом, чтобы имелась максимальная возможность изменения или перепрофилирования лабораторного пространства в течение нескольких часов, поскольку отсутствие подвесных потолков в некоторых лабораторных помещениях обеспечивало не только максимальное естественное освещение, но также и упрощённый доступ ко всем коммуникациям и их обслуживанию.

Лаборатория оказалась уникальной с точки зрения детализации и усилий, направленных на поддержание экологически чистого статуса лаборатории; реализация подобного проекта является большим достижением, принимая во внимание то, что первоначальная попытка его осуществления оказалась неудачной из-за случившегося пожара. Его мощность была такой сильной, что пришлось переделывать всё, включая фундамент. ■