Filtrazione dell'aria in un rifugio sotterraneo

La progettazione di un riparo efficace deve prevedere i costi di un sistema di filtrazione dell’aria ad alta efficienza. L'unica possibilità per la sopravvivenza collettiva all’interno di un rifugio interrato in caso di necessità, è progettare e realizzare un sistema protetto contro gli agenti NBC, acronimo per l’identificazione dell’agente Nucleare, Biologico, Chimico, in sovrappressione. Gli elementi del sistema di filtrazione NBC, consistono in: un pre-filtro per raccogliere le particelle più grandi, un filtro HEPA per le polveri sottili, ed un adsorbitore a carbone per gas e vapori. Il tutto collegato alla valvola di scoppio che è montata all’ingresso dell'aria di aspirazione, all’interno del locale, del tubo di ventilazione.

I filtri devono essere di altissima qualità. Devono essere facilmente sostituiti con attrezzi semplici o addirittura utilizzando solamente le mani, con un recipiente adatto, come un sacchetto di plastica per posizionare i vecchi filtri contaminati prima di allontanarli.


I pre-filtri sono progettati per estendere la vita del filtro HEPA intrappolando sia le particelle grandi che quelle piccole. Il primo filtro è il filtro di sgrossatura con un rendimento medio che va dal 25 al 30%, per quando testato in conformità con ASHRAE 52.1. Il filtro di sgrossatura allunga la vita del filtro intermedio o pre-filtro e ne riduce la frequenza di sostituzione. Il secondo filtro è il filtro intermedio con un rendimento medio di 80 a 85% quando testato in conformità con ASHRAE 52.1.

Al filtro HEPA è affidato il compito di rimuovere le particelle in sospensione e aerosol dal flusso d’aria in ingresso. Non tutti i filtri HEPA sono adatti per la protezione contro fallout radioattivo per un rifugio efficiente. Ogni filtro deve essere testato singolarmente, con aria campione composta da particelle in sospensione inerti, che simula le proprietà di ciò che si sta tentando di fermare. Tipicamente si utilizza il metodo attraverso l’uso di dispersione della luce. Il filtro HEPA è attraversato da particelle da 0.3 micron di dioctyl-ftalato (DOP). Il filtro HEPA viene sottoposto alle condizioni di ambienti con umidità elevata oltre il 90% UR, un ambiente a temperatura elevata 371°C e in ambiente a bassa temperatura di (-3 gradi °C). Vengono anche esposti a una prova di fiamma spot a 954 °C. Questo dovrebbe far capire quanto siano diversi dai filtri comuni.


L'adsorbitore a carbone è posto dopo il filtro HEPA. Ha scopo di assorbire i gas tossici presenti nell’ aria in ingresso. L'adsorbimento è il meccanismo chimico-fisico per cui molecole, atomi o ioni formano un legame chimico o instaurano un'interazione di tipo chimico-fisico, attraverso forze di Van der Waals, sulla superficie di interfase. L'interfase, cioè la superficie di separazione coinvolta, tra due diverse fasi, in un sistema di questo tipo è spesso del tipo solido-gas. Il tempo di persistenza dell'aria nel letto di carbone granulare deve essere progettato in modo tale che il carbonio abbia il tempo necessario ad assorbire i vapori tossici. I filtri a carboni attivi che incontriamo comunemente in commercio per il controllo degli odori non sono idonei a tali scopi.

Emergenza e Pressione Un efficace sistema di filtrazione NBC avrà un sistema alternativo di funzionamento che ne garantisca il funzionamento anche quando l'alimentazione elettrica viene interrotta. La maggior parte dei sistemi ha un meccanismo manuale di backup. Si può prevedere inoltre un sistema di backup della batteria che permetterà di mantenere il filtro in funzione per un massimo di 24 ore con batteria in dotazione. Una volta garantita una filtrazione adeguata, si deve garantire che tutta l'aria del rifugio fluisca verso l'esterno. E’ necessario disporre di pressione positiva rispetto all'esterno per ridurre il rischio di contaminazione. Questo fenomeno è noto come sovrappressione. Si ritiene 7600 Pa possano essere sufficienti. Questa pressione è relativamente bassa, ma è sufficiente a garantire che le tossine non migrino nel rifugio attraverso eventuali fessure.

Sopravvivenza – La ventilazione

La ventilazione dell’aria all’interno del rifugio di sicurezza, percorre un cammino, procede dall’esterno verso l’interno, essendo ripulita, e una volta utilizzata, espulsa verso l’esterno. Una ventilazione adeguata garantisce il rifornimento di ossigeno necessario alla sopravvivenza e diluisce l'anidride carbonica e l’umidità concentrata a causa dell’attività umana degli occupanti. Lo studio dei flussi di dinamica fluida e della distribuzione dell’aria, in un locale confinato, il CFD (Computational Fluid Dynamics), è un altro aspetto importante che può garantire il corretto defluire del medio, all’interno del rifugio, senza permettere cortocircuiti e sacche d’aria ristagnante. Anche se questo non è sempre possibile, si deve comunque prestare molta attenzione e collocare i sistemi d’aspirazione e di immissione dell’aria di rinnovo, installati nei punti diametralmente opposti e più lontani tra loro nel rifugio.

Dimensionamento: Qual è il calcolo della portata d’aria del sistema di ventilazione in situazione d’emergenza? Quante volte e per quanto tempo, l'unità di trattamento aria deve essere azionata per mantenere le condizioni di sopravvivenza di progetto? La risposta dipende naturalmente dalle dimensioni del rifugio, dal numero degli occupanti, e la capacità totale del locale. Le norme Svizzere per il calcolo dei sistemi di ventilazione dei rifugi, chiariscono bene il metodo analitico. In caso d’emergenza, la mancanza di corrente, è una condizione facilmente prevedibile in cui il sistema deve automaticamente rispondere. Nel caso di una abitazione privata, la ventilazione deve essere garantita manualmente. Se per puro "divertimento", prendessimo in considerazione l’aspetto psicologico della vita in "cattività" all’interno di un rifugio antiatomico e ipotizzassimo un caso in cui per una famiglia di sei persone fosse disponibile un rifugio di 111 m3 dovremmo pensare ad un sistema che possa essere azionato non più di un’ora ogni sei; questo schema di funzionamento, non è molto vicino al livello di disperazione, ed è ritenuto sufficientemente valido per mantenere alto il morale degli abitanti del rifugio ed è abbastanza comodo per occuparsene. Se invece l’ipotesi cadesse su un rifugio occupato da venti o trenta persone, lo stesso ventilatore dovrebbe essere avviato e fermato per venti minuti, ad intermittenza costante. Il numero di occupanti cambia la prospettiva per l’uso di un sistema di ventilazione. Dimensionare correttamente la ventilazione, l’indice d’affollamento, il materiale di contenimento della struttura, l’isolamento termico, il carico latente d’umidità, concorreranno ad evitare disagi in aumento all’interno del rifugio,fino a raggiungere livelli di disconfort intollerabili. Se tutto rientra all’interno delle aspettative di progetto, sarà possibile permanere anche per lunghi periodi all’interno del rifugio.

Dislocamento: Se si dispone di più camere all’interno del rifugio, l'aria deve essere instradata attraverso il maggior numero di stanze possibili. La stanza in cui risiede il filtro NBC deve essere implementata con almeno una valvola di sovrappressione tra essa e il resto del riparo. Nel caso in cui avvenga una caduta di pressione all’interno del riparo, dovuta a malfunzionamenti dei ventilatori, mancanza di corrente al sistema di ventilazione, mancanza di alimentazione dalle batterie, ecc. la valvola di sovrappressione aiuta il sistema di filtrazione e di ventilazione a creare e mantenere la sovrappressione necessaria, limitando e regolando il deflusso dell'aria. La stessa agisce anche come valvola di ritegno, non permettendo all'aria esterna di ritornare o fluire nel locale protetto. Una volta che l'aria lascia la stanza in cui risiede la ventilazione, essa deve attraversare tutto il rifugio fino a quando non viene espulsa in una zona opportunamente predisposta. Il sistema di deflusso deve consistere: in una valvola di sovrappressione, una valvola di esplosione, e un tubo di ventilazione di espulsione.

Qualità – Nonostante tutto, ambienti sani

I rifugi sotterranei sono noti per essere ambienti umidi con problemi di cattivi odori. Per ridurre l’insorgenza di questi problemi, si utilizza un sistema automatico di ventilazione del rifugio, che utilizza i condotti di aspirazione, le valvole e i ventilatori per fornire l’aria fresca esterna quotidiana nel rifugio. Viene attrezzato con timer che distribuisce il funzionamento nell’arco delle 24 ore e ne comanda l’accensione automatica del rinnovo dell’aria, salvaguardando i sistemi di filtrazione che vengono by-passati.