Качество воздушной среды помещений неразрывно связано с вентиляцией.
Разработанная сегодня новая концепция ставит под сомнение решения
прошлых лет и представляется более функциональной в деле обеспечения
гигиеничности среды.
По оценкам Всемирной
Организации Здравоохранения (ВОЗ) третья часть вновь строящихся или
реконструируемых зданий может содержать загрязненный воздух. В этой
связи Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH) по
результатам обследования более 1 000 случаев неудовлетворительного
качества воздуха в помещениях (IAQ) составил следующий перечень
основных источников загрязнения:
- 50%
случаев — неэффективность самой вентиляционной системы (например,
недостаток наружного воздуха, неэффективное распределение воздуха,
показатели температуры и относительной влажности не соответствуют
значениям, установленным для комфортного самочувствия, наличие
загрязняющих источников непосредственно в системе);
- 30%
случаев — наличие в воздухе специфических загрязняющих веществ (к
примеру, формальдегида, паров растворителей, пыли и микробиологических
составов);
- 10% — внешние источники загрязнения
(например, выхлопные газы автотранспорта, пыльца растений, грибок, дым,
пыль дорожных и строительных работ);
- в остальных 10% явную причину выяснить не удалось.
Если
говорить о внутренних источниках загрязнения воздуха, то около 5%
случаев связаны с подозрением на микробиологическое загрязнение, и еще
в 5% можно говорить о загрязняющих веществах, выделяемых мебелью,
элементами обстановки и тканями.
Проблемы
неудовлетворительного качества воздуха в некоторых случаях имели
тяжелые последствия для владельцев зданий из-за материальных
компенсаций, потребованных персоналом предприятий вследствие различного
рода заболеваний, причиной которых были признаны либо сами здания, либо
установленные в них системы жизнеобеспечения. Агентство охраны
окружающей среды ЕРА классифицировало неудовлетворительное качество
воздуха (IAQ) в качестве одного из пяти основных факторов риска для
общественного здоровья.
Пути проникновения загрязняющих веществ в здание:
Есть
факторы, оказывающие непосредственное влияние на работу вентиляции:
давление ветра, гравитационный напор, негерметичность здания, и
предусмотреть их весьма нелегко. Целый ряд других факторов обусловлен
функциональной программой самой системы вентиляции: например, давление
вентилятора, степень открывания/закрывания воздушных заслонок,
регулируемых с пульта управления системами жизнеобеспечения здания
(BMS) и проч.
Большинство загрязняющих веществ
проникают внутрь здания и обратно вместе с воздухом. Воздух
перемещается, как правило, от участков с высоким давлением на участки с
низким давлением. Негерметичность перекрытий, открытые проемы вкупе с
работающими вентиляторами, вытяжными коробами и проч. могут явиться
причиной произвольного поступления в здание определенных объемов
наружного воздуха.
Нежелательные поступления
воздуха могут происходить через отверстия и трещины в наружных
конструкциях здания из-за разрежения, создаваемого работой вентиляции.
Поступающий снаружи воздух оказывается неконтролируемым и может
переносить выхлопные газы автотранспорта, отработанные выбросы, пары
углеводородов, дорожную пыль, запахи мусорных полигонов и др. Еще один
фактор, заслуживающий пристального внимания, - это влажность и тепловая
нагрузка на отопительно-вентиляционную систему, связанная с произвольно
поступающим воздухом.
Не меньшее значение имеет
разница давления воздуха в различных помещениях. Центральное помещение
имеет отрицательное давление по отношению к двум смежным комнатам,
следовательно, именно туда устремляются потоки загрязненного воздуха, и
этим вынуждены дышать работающие там люди. В частности, остановка
вытяжного вентилятора или его отсутствие приводит к росту давления до
показателей, превышающих давление в соседнем помещении. Поэтому
перемещение воздуха между комнатами происходит не так, как
предусмотрено проектом. Стабильная работа вытяжного вентилятора
восстанавливает в обеих комнатах положительный режим давления по
отношению к улице, в результате чего прекращается произвольное
поступление воздуха из производственного в административные помещения.
Кроме этого, необходимо тщательно проанализировать и другие возможные
последствия разницы давления в помещениях. К примеру, в холодную погоду
помещения, где по какой-либо причине давление становится положительным,
могут испытывать проблемы с повышенной влажностью, появлением плесени,
грибков и т. п.
Проблемы иного рода могут
возникнуть, если целый ряд помещений или целое здание будут иметь
отрицательное или положительное давление. Например, в летний период,
когда заслонка наружного воздуха отопительно-вентиляционной установки
остается закрытой на ночь, а вытяжки в туалетных и служебных комнатах
продолжают работать, возникающее разрежение создает через незакрытые
проемы и микротрещины приток теплого и влажного наружного воздуха,
который становится причиной увлажнения здания или отдельного участка.
Традиционные схемы вентиляции
Основная
концепция обеспечения надлежащей вентиляцией помещения или здания в
соответствии с требованиями стандарта ASHRAE 62-1989 или ему подобных.
Схема
наглядно показывает, что объем наружного воздуха QI, необходимого для
нужд вентиляции, должен компенсироваться суммой значений объемов
отводимого воздуха QE1 и QE2 плюс показатели эксфильтрации (свободной
утечки) QEX, в основе которых поддержание в помещениях небольшого
позитивного давления, не превышающего 13 Па. В аналитической форме это
утверждение можно представить следующим уравнением:
QI = QE1 + QE2 + QEX.
Герметичность
современных зданий, возведенных по новейшим технологиям, обеспечивает
общий уровень эксфильтрации (свободной утечки) не выше 5% от
производительности приточных вентсистем. Множество проблем, возникающих
в зданиях с недостаточным притоком наружного воздуха либо ненадлежащим
уровнем давления в помещениях, являются результатом ошибок в
проектировании, когда разработчики не сумели заложить в проект
отопительно-вентиляционной системы базовые параметры вентиляции
помещений.
В последние годы наиболее
распространенной является так называемая двухвентиляторная схема
вентиляции. Такое решение позволяет обеспечить более благоприятный
уровень давления на обслуживаемых участках и в целом по зданию. Однако,
к сожалению, при такой схеме возникают проблемы иного рода. Одна из них
заключается в том, что при определенных функциональных условиях
(минимальные объемы поступающего наружного воздуха) воздух из
смесительного воздуховода (plenum) может вытягиваться через тот же
воздухозаборник наружного воздуха! Легко догадаться, к каким
последствиям ведет такое решение - это произвольный приток наружного
воздуха через имеющиеся в здании незакрытые проемы и негерметичные
створы.
Выбор между «вторичной» и «первичной» вентиляцией
Во
всех описанных случаях вентиляция наружным воздухом является вторичной
системой, или подсистемой, обрабатывающей лишь небольшую часть
первичного (наружного) воздуха, имеющую своей основной задачей
поддержание в помещениях требуемых показателей температуры и
относительной влажности.
В качестве "вторичной"
система вентиляция может быть пассивной или активной. В первом случае
система не требует никакого управления за исключением балансировки с
целью обеспечения подачи минимальных объемов наружного воздуха.
Активная
система, напротив, предусматривает установку одной или нескольких более
или менее сложных регулировок, предназначенных для активной регулировки
объемов наружного воздуха, подаваемого в здание.
Примерная
схема активной системы, показывает, насколько сложной она является. В
ее составе имеется вентилятор для обеспечения отбора минимальных
объемов наружного воздуха и соответствующий измерительный блок. Здесь
есть также измерительные блоки на участках перезапуска и подачи воздуха
в систему. В смесительном воздуховоде установлен датчик давления.
Наконец, все заслонки имеют электропривод и запускаются с пульта
управления системами жизнеобеспечения здания.
Следует
особо сказать о работе вентилятора минимальных объемов наружного
воздуха, который запускается, когда возникает потребность обеспечить
подачу в здание некоторого минимального количества наружного воздуха.
Двигатель этого вентилятора имеет несколько рабочих режимов.
Наиболее
явными недостатками описанной системы активной вентиляции являются ее
сложность в части управления и регулировки, высокая начальная
стоимость, относительно невысокая надежность, а также необходимость
нести определенные расходы по ее техническому обслуживанию. Чтобы
избавиться от указанных недостатков впоследствии была разработана более
современная концепция регулируемой механической вентиляции, которую
назвали "первичной". Она в корне отличается от вышеописанных
"вторичных" систем. Эта система уже не такая сложная и дорогая, как
вторичная активная система, она оснащена надежным блоком управления,
обеспечивающим непрерывное управление независимо от типа
воздухообрабатывающей установки и режима тепловой нагрузки, в котором
эта установка функционирует.
"Первичная" система
регулируемой механической вентиляции реализуется посредством установки,
оснащенной отдельной воздухообрабатывающей станцией, которая работает
только в режиме обработки наружного воздуха и распределения его по
вентиляционно-отопительным подстанциям, обслуживающим отдельные участки.
Либо — как альтернатива — наружный воздух может подаваться непосредственно в помещения при нейтральной температуре.
Эта
система показала себя с выгодной стороны в плане начальной стоимости
для вновь возводимых зданий, где необходимо организовать регулируемое
распределение наружного воздуха по группам центральных кондиционеров
сходных типоразмеров. Рабочие характеристики в свою очередь также
оказались весьма неплохими. Все проблемы, связанные с возможным
замораживанием системы, фильтрованием и чистотой наружного воздуха,
контролем показателей влажности в летний и зимний периоды,
ограничиваются рамками одной лишь станции обработки наружного воздуха,
забирающей на себя наибольший объем работ по техническому обслуживанию,
которые в противном случае должны были бы охватывать систему в целом. В
такой системе кроме обычных воздухообрабатывающих станций могут
использоваться различные виды кондиционеров: вентиляторные конвекторы
(fan coil), тепловые насосы с водяным кольцом, автономные кондиционеры
и проч.
В системах с регулируемыми объемами
наружного воздуха для помещений средних размеров в центральной
установке кондиционирования вентилятор рециркуляции обычно не
требуется, следовательно, нет нужды использовать сложные системы
регулирования. Воздух можно распределять в помещениях посредством
обычных регулируемых терминалов.
Несмотря на свою
простоту, система весьма эффективна и может применяться в
реконструируемых зданиях, когда имеющиеся воздухообрабатывающие станции
недостаточно эффективны в силу того, что горловины воздухозабора
наружного воздуха неправильно расположены либо сам воздухозабор не
отвечает возросшим потребностям.
Нельзя
переоценить и тот факт, что когда обработку наружного воздуха
обеспечивает специальная станция, то высвобождается дополнительная
мощность, направляемая на центральные кондиционеры.
В
любом случае концепция описанной выше вентиляционной системы не только
отвечает нормам, установленным для вентиляции помещений, но и
предоставляет дополнительные ресурсы по отоплению и кондиционированию,
существующим системам кондиционирования, когда их работа становится
малоэффективной в силу морального старения или перепрофилирования
помещений.
