Качество микроклимата и энергосбережение – стратегические задачи «АВОК»

Эта статья опубликована в журнале AВОК №4/2002

    Е. О. Шилькрот, вице-президент НП «АВОК»

     Одной из главных задач НП «АВОК» является разработка единой нормативной базы значений показателей микроклимата и чистоты воздуха, интегрирующей нормативные документы по проектированию и эксплуатации систем ОВК, санитарно-гигиенические требования и учитывающей международный опыт.

Причин тому несколько, и все они связаны с современными требованиями к качеству микроклимата и энергосбережению:
1. Системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (ОВК) являются основными потребителями энергии в процессе эксплуатации зданий. Эффективное использование энергии является одной из приоритетных задач государства, лежит в основе жилищно-коммунальной реформы, направленной на повышение качества жизни населения.
Совершенствование систем ОВК и режимов их работы позволяет сократить энергетические затраты в здании на 30–60%.
2. Все энергосберегающие мероприятия предусматривают обязательное требование обеспечения нормируемых значений показателей микроклимата и чистоты воздуха в обслуживаемой (рабочей) зоне помещений.
3. Нормативная база должна содержать требования к показателям микроклимата и чистоты воздуха с учетом их обеспеченности в течение года (периода года, продолжительности технологического процесса) и устанавливать предельные допустимые колебания значений показателей в зависимости от режима эксплуатации. Основой норм могут служить требования CНиП [1, 2, 3], МГСН [4], ГОСТов [5, 6], СанПиН [7, 8], ГН [9–12], аналогичных зарубежных стандартов [13–15] и др.
Основным направлением повышения энергоэффективности систем ОВК, при безусловном обеспечении в обслуживаемых помещениях оптимальных (комфортных) или допустимых условий для жизни, работы и отдыха, является применение технических решений и оборудования, позволяющих устранить или сократить избыточный нагрев, охлаждение и вентилирование обслуживаемых помещений с учетом режимов их эксплуатации.
Мировой опыт проектирования, строительства и эксплуатации энергоэффективных зданий различного назначения показывает, что сокращение затрат энергии на ОВК в основном достигается за счет следующих факторов:
— применения регулируемых систем, позволяющих оптимизировать подачу и потребление энергии;
— устройства локальных систем, позволяющих сократить отапливаемые и вентилируемые площади и объемы здания, предотвратить распространение технологических вредных выделений и обеспечить их эффективную очистку;
— использования утилизации тепла;
— внедрения учетно-биллинговых систем расчетов за потребленную энергию, стимулирующих потребителей к ее экономному расходованию.

 

Нормы минимального воздухообмена в помещениях жилых зданий

Жилые здания
Нормативная база показателей микроклимата и чистоты (качества) воздуха является необходимым условием при разработке технических решений и выборе оборудования систем ОВК.
Существующая нормативная база далека от совершенства: не соответствует современным требованиям обеспечения различных уровней комфортности в зависимости от желания и возможностей заказчиков; содержит ряд противоречивых значений показателей микроклимата, что затрудняет выбор энергоэффективных решений систем.
В качестве примеров можно привести несоответствие расчетной температуры наружного воздуха в СНиП 2.04.05-91* [1] и в СНиП 23-01-99 [2], различные нормы расхода наружного воздуха в жилых помещениях в СНиП 2.08.01-89* [3] и МГСН 3.01-96 [4], различные значения норм допустимой облученности в СНиП 2.04.05-91* [1] и СанПиН 2.2.4.548-96 [5] и т. п.
Не представляется однозначным и вопрос о предельном снижении температуры воздуха в жилых помещениях ниже допустимых значений по желанию проживающего при индивидуальной регулировке теплоотдачи отопительных приборов термостатами.
Достаточно сложно обстоит дело с нормативами чистоты воздуха, обеспечиваемой системой вентиляции. Энергоемкость систем вентиляции существенно больше, чем в системе отопления. Для промышленных зданий это соотношение составляет 90–60%; в жилых зданиях с введением норм повышенной теплозащиты наружных ограждений и герметичных окон примерно 65%. Использование герметичных окон привело к потере работоспособности систем естественной вентиляции, применяющейся в жилье, что стало причиной резкого ухудшения качества воздуха в квартирах, роста заболеваемости, нарушения влажностного режима. Открывание окон, форточек восстанавливает работу естественной вентиляции, но приводит к избыточному вентилированию помещений и перерасходу энергии.
Здесь нам на конкретных примерах хотелось бы продемонстрировать непосредственную связь вопросов комфортности и энергосбережения, использующих основные принципы сокращения затрат энергии на ОВК.

    Известно, что установка регуляторов температуры на тепловом вводе в сочетании с установкой термостатов позволяет сократить годовой расход энергии на отопление примерно на 20%. Качество воздуха при эффективном использовании энергии может быть обеспечено при использовании систем вентиляции с переменным расходом воздуха. Переменный режим работы вентиляции может быть реализован в системах как естественной, так и механической вентиляции.
Стандарт АВОК «Здания жилые и общественные. Нормы воздухообмена», работа над которым близка к завершению, предусматривает два режима работы вентиляции. Первый режим соответствует положению, когда не происходит приготовление пищи или стирка, не используются ванна, туалет. Второй – когда указанные процессы происходят.
При разработке стандарта в качестве прототипа использован стандарт ASHRAE 62-1999 [13].
В таблице представлены нормы переменного воздухообмена в квартирах жилого здания.
В статье представлен пример расчета воздухообмена в квартире в соответствии с нормами, приведенными в таблице, а также схема организации воздухообмена.

Схема организации воздухообмена в квартире

 Общественные здания

В общественных зданиях сокращение энергопотребления систем кондиционирования воздуха осуществляется за счет устранения избыточной вентиляции помещений путем разделения функций вентиляции и охлаждения помещений. Для охлаждения, как правило, используются рециркуляционные вентиляторные доводчики, сплит-охладители или панельные охладители. Такие системы получили широкое распространение как в зарубежной, так и в отечественной практике. Их применение связано с возможными нарушениями показателей микроклимата в части появления зон помещений с повышенной скоростью движения воздуха и пониженной температурой воздуха в месте входа приточной струи в обслуживаемую зону помещений.   

  Существующая нормативная база [1, 5–8] и методы расчета [16] позволяют рассчитать скоростью движения и температуру воздуха в «опасной точке» и подобрать оборудование и режимы его работы и (или) разместить рабочие места таким образом, чтобы не нарушить условий комфортности.

    Промышленные здания 

    В промышленных зданиях сокращение энергопотребления систем отопления и вентиляции осуществляется за счет устранения избыточности отопления, как правило, перетопов верхней зоны помещения, устройства локальных систем обогрева и вентиляции.
Перспективным является применение газоиспользующих систем, например, систем отопления с газовыми инфракрасными излучателями (ГИИ).
Системы отопления и обогрева с ГИИ представляют собой одни из наиболее совершенных, с точки зрения энергоэффективности, способов отопления производственных помещений. При обогреве отдельных рабочих мест и зон, открытых и полуоткрытых площадок применение лучистых систем практически не имеет альтернативы. К основным достоинствам систем лучистого отопления с ГИИ следует отнести: снижение расхода тепла на отопление благодаря особенностям формирования «лучистого» теплового режима помещения, гибкости управления. Годовой расход тепла в помещениях, обогреваемых ГИИ, по сравнению с традиционными системами отопления, как правило, ниже на 20–40%.
Системы с ГИИ формируют благоприятный тепловой микроклимат, характеризующийся равномерным распределением температуры воздуха в объеме помещения, «теплой» поверхностью пола, малой подвижностью воздуха.
До последнего времени сдерживающим фактором широкого применения систем отопления с ГИИ было отсутствие специфических санитарно-гигиенических требований. Для систем с ГИИ характерно наличие поля интенсивного излучения со стороны излучателей, напряженность которого нормируется для головы и других частей тела человека в зависимости от температуры воздуха в помещении, продолжительности работы и других факторов [7]. При проектировании систем отопления и обогрева c ГИИ следует обязательно учитывать специфику инфракрасного отопления при расчете установочной мощности системы, выборе конструкции излучателей и схемы их размещения в помещении.

Варианты расчета воздухообмена

Общая площадь квартиры – Fобщ=100 м².
Площадь жилых помещений – Fжил=60 м².
Объем квартиры – V=280 м².
Кухня с 4-конфорочной электрической плитой.

I. Постоянный воздухообмен (жилые помещения)
1. В квартире проживает 5 человек (заселенность 100/5 = 20 м² на чел.).
Объем притока:
L_жил.1 (по кратности)=280х0,35=98 м³/ч;
L_жил.3 (по нормативу)=3х60=180 м³/ч.
Расчетный воздухообмен следует принять L_{расч.нар.}=180 м³/ч.

2. В квартире проживает 4 человека (заселенность 100/4=25 м² на чел.>20 м² на чел.).
Объем притока:
L_жил.2 (по кратности)=280х0,35=98 м³/ч;
L_жил.2 (по числу проживающих)=30х4=120 м³/ч.
Расчетный воздухообмен следует принять L_{расч.нар.}=120 м³/ч.

3. В квартире проживает 2 человека (заселенность 100/2=50 м² на чел.>20 м² на чел.).
Объем притока:
L_жил.2 (по кратности)=280х0,35=98 м³/ч;
L_жил.2 (по числу проживающих)=30х2=60 м³/ч.
Расчетный воздухообмен следует принять L_{расч.нар.}=98 м³/ч.

II. Максимальный воздухообмен

1. Объем вытяжки:
   L_кухни=180 м³/ч; L_ванны=90 м³/ч;
   L_{туалета}=90 м³/ч; L_клад.=10 м³/ч;
   L_{постир.}=100 м³/ч;
   L_удал.S=470 м³/ч; L_{удал.Sрасч.}=470х0,4=190 м³/ч.
   Расчетный воздухообмен в квартире следует принять L_{расч.нар.}=190 м³/ч при любой заселенности.

III. Минимальный воздухообмен
Объем вытяжки:
L_кухни=45 м³/ч; L_ванны=10 м³/ч;
L_{туалета}=10 м³/ч; L_клад.=10 м³/ч;
L_{постир.}=20 м³/ч; L_удал.S=105 м³/ч.
Расчетный воздухообмен в квартире следует принять:
L_{расч.нар.}=180 м³/ч при заселенности 5 человек;
L_{расч.нар.}=120 м³/ч при заселенности 4 человека;
L_{расч.нар.}=105 м³/ч при заселенности 2 человека.

Литература

1. СНиП 2.04.05-91* (изд. 1998 г.). Отопление, вентиляция и кондиционирование.
2. СНиП 23-01-99. Строительная климатология.
3. СНиП 2.08.01-89*. Жилые здания.
4. МГСН 3.01-96. Жилые здания.
5. ГОСТ 30494-96. Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях.
6. ГОСТ 12.01.005-88. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны.
7. СанПиН 2.2.4.548-96. Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений.
8. СанПиН 2.12.1002-00. Санитарно-эпидемиологические требования к жилым зданиям и помещен.
9. ГН 2.1.6.695-98, ГН 2.1.6.789-99, ГН 2.1.6.981-00. Предельно-допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест.
10. ГН 2.1.6.696-98, ГН 2.1.6-790-99, ГН 2.1.6-982-00. Ориентировочные безопасные уровни воздействия (ОБУВ) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест.
11. ГН 2.1.6.683-00. Гигиенические требования к обеспечению качества атмосферного воздуха населенных мест.
12. ГН 2.1.6.711-98. Предельно-допустимые концентрации (ПДК) микроорганизмов-продуцентов, бактериальных препаратов и их компонентов в атмосферном воздухе населенных мест.
13. ASHRAE 62-1999. ASHRAE STANDART. Ventilation for Acceptable Indoor Air Quality. Стандарт ASHRAE 62-1999. Вентиляция для обеспечения приемлемого качества воздуха.
14. DIN 1946. Part 2. 1994. Ventilation and Air Conditioning Technical Health Requirements. CIBSE GUIDE A. Revision Section 2. 1993. Environmental Criteria for Design. Chspter Institute of Building Service Engineers. UK.
15. CEN prENV 1752. 1996. Ventilation for Building Design Criteria for the Indoor Enviroment.
16. Справочник проектировщика. Внутренние санитарно-технические устройства. Ч. 3. Вентиляция и кондиционирование воздуха. Кн. 2. М.: Стройиздат, 1992