Качество воздуха в жилых зданиях

Макс Шерман, член ASHRAE

Сведения об авторе

Макс Шерман – старший научный сотрудник Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли, Калифорния, занимает должность руководителя группы энергоэкономичных зданий. Он является председателем Комитета по разработке стандарта ASHRAE 62.2Р “Вентиляция и допустимое качество воздуха в малоэтажных жилых зданиях”.

 

Все эти факторы послужили причиной повышения общественного внимания к качеству воздуха и вентиляции жилых зданий. Если раньше было безразличное отношение к микроклимату жилых зданий, то теперь появилась потребность определить нормативы качества воздуха и воздухообмена. Многие государственные и коммерческие учреждения интересуются этой проблемой, но именно ASHRAE как профессиональная ассоциация, занимающаяся вентиляцией более 100 лет, разрабатывала нормативные документы с учетом всех требований. Сейчас такой стандарт готов для публичного обсуждения.

Стандарт ASHRAE 62.2Р “Вентиляция и допустимое качество воздуха в малоэтажных жилых зданиях” определяет область применения и требования к системам естественной и механической вентиляции, а также к ограждающим конструкциям здания с точки зрения обеспечения допустимых параметров микроклимата в помещениях. Стандарт предназначен для частных домов или многоквартирных малоэтажных жилых зданий; общественные здания не рассматриваются.

Две наиболее важные и в то же время противоречивые проблемы, над которыми работает ASHRAE в течение длительного времени, – качество воздушной среды в помещениях и энергосбережение. Каждому читателю ASHRAE Journal известны ANSI/ASHRAE cтандарт 62-1989, “Обеспечение качества воздуха помещений средствами вентиляции” и ANSI/ASHRAE/IESNA 90.1-1989, “Энергоэкономичное проектирование новых зданий (кроме малоэтажных жилых зданий)”, поскольку почти в каждой статье имеются ссылки на эти нормативы. Новый стандарт для жилых зданий разработан на основе стандарта 62-1989.

В начале 90-х годов был создан Комитет для обновления стандарта 62-1989. Одной из очевидных причин, вызывающих необходимость обновления, было включение раздела для жилых зданий. Результатом работы этого комитета стал новый документ, известный под названием “62R” (см. статью Стива Тэйлора в ASHRAE Journal за февраль 1996 г.). Хотя этот злополучный документ просуществовал только до первого публичного обсуждения, в нем был раздел, относящийся к вентиляции жилых зданий, в котором содержались указания, полезные для строителей. Значительное число комментариев, полученных в ходе обсуждения этого раздела, убедили Ассоциацию поручить Комитету по стандартам начать разработку отдельного норматива по жилым зданиям.

В процессе работы над стандартом Комитет принимал во внимание наличие множества различных типов зданий и их конструктивных решений, а также влияние климатических зон. С учетом этого все требования формулировались в различных вариантах для удобства пользователей. Некоторые требования основывались на заданной величине воздухообмена с учетом специфики конкретного варианта. В проекте предусматривалась возможность обеспечения заданного воздухообмена с помощью использования как механической, так и естественной вентиляции.

Проект норматива включает три группы основных требований и ряд второстепенных. Основные требования касаются вентиляции здания в целом, вытяжных  систем и контроля источников загрязнения воздуха. Вентиляция всего здания предназначена для разбавления неизбежных загрязнений – продуктов жизнедеятельности людей, вредностей, выделяемых строительными материалами, и т.п. Местная вытяжка создается с целью удаления загрязнений из таких помещений, как кухни и туалеты, где наличие источников загрязнения воздуха известно заранее. Кроме того, предусмотрен контроль прочих возможных источников загрязнений.

К группе второстепенных требований относятся требования к основному оборудованию, обеспечивающему микроклимат. В качестве примера можно привести  скорость вращения и шум вентилятора. Некоторые требования этой группы, а также приложения к нормативу направлены на то, чтобы технические решения систем вентиляции были согласованы с конструкцией здания и не наносили ущерба. Например, поток влажного воздуха от системы вентиляции, направленный на ограждающие конструкции, может вызвать разрушение даже влагоустойчивых материалов.

Очень часто при чтении нормативов бывает неясным то или иное требование, если для него не приведено обоснование. Даже специалисты в данной области иногда ошибаются при использовании некоторых пунктов. Статьи в прессе также могут давать неправильное описание каких-либо аспектов стандарта. Во время разработки проекта стандарта многие задавали полезные вопросы (в явном или неявном виде). Ниже воспроизводятся наиболее важные вопросы и даются ответы на них.

Зачем нужен новый стандарт? Разве существующий стандарт 62-1989 недостаточно хорош?

В существующем стандарте жилым зданиям уделено полстраницы, при этом в тексте имеется множество недостатков. Во-первых, формулировки не соответствуют принятым для стандартов; во-вторых, они весьма неопределенны. В результате одни полагают, что не имеется никаких четких указаний, другие усматривают в этом же тексте весьма жесткие требования. Наконец, многие существенные для жилых зданий аспекты, отмеченные при обсуждении проекта стандарта “62R” и признанные важными Комитетом по разработке стандартов, вообще не упомянуты. Таким образом, имеющийся раздел не соответствует требованиям, выдвинутым ASHRAE.

Почему для жилых зданий не может быть использован раздел “Постоянное обслуживание”, имеющийся в стандарте 62-1989?

ASHRAE считает целесообразным рассмотрение жилых помещений отдельно от общественных и коммерческих зданий по ряду причин. Целевое назначение помещений жилых и коммерческих зданий весьма различно, однако все пользователи хотят, чтобы были учтены именно их требования. Наконец, основные положения о том, кто отвечает за проектирование, регулирование и обслуживание систем, весьма различны для жилых и общественных зданий. Техническую экспертизу для Комитета по этому вопросу выполняли различные специалисты, и по общему мнению, имеющийся раздел был признан недостаточным.

Как соотносятся нормативы по воздухообмену в стандарте 62.2Р и стандарте 62-1989?

В проекте стандарта воздухообмен для здания в целом в меньшей степени зависит от площади и высоты помещений. В пересчете на объем подаваемого воздуха диапазон допустимого изменения воздухообмена более узкий. В общем случае требования к воздухообмену по сравнению со стандартом 62-1989 уменьшаются для больших зданий и увеличиваются для маленьких зданий. Требования к вытяжным системам практически одинаковы. По этому разделу в новом стандарте содержатся более подробные и ясные указания.

Какая величина воздухообмена для всего здания предусматривается в проекте Стандарта?

В проекте нормируется воздухообмен в расчете на человека или на единицу площади пола, однако с помощью сочетания этих показателей мы можем получить среднюю величину воздухообмена для типового дома. На рис.1 показаны кривые для определения среднего воздухообмена по зданию.

На рис.1 воздухообмен соотносится с типом спальни, а не с количеством людей; как это понимать?

Предполагается, что спальня типа 1 предназначена для двоих людей, во всех других соответственно прибавляется по одному человеку. При известном количестве людей следует выбирать соответствующий тип спальни. Фактическое количество людей может изменяться в ту или в другую сторону.

Рисунок 1 Минимально необходимый вохдухообмен для зданий разного размера

Означает ли это, что при увеличении количества людей по отношению к расчетному вентиляция будет недостаточной?

Нет. В проекте имеется требование запаса по производительности системы вентиляции по отношению к расчетной величине. Это требование предусматривает возможность увеличения производительности при большом количестве людей в помещении, а также в случае уборки или окраски.

В каких случаях стандарт 62.2Р рекомендует открывать окна?

Во всех случаях открывание окон может обеспечить требования по вентиляции здания. В некоторых случаях открывание окон помогает соблюдать другие требования. В стандарте предусматривается некоторая доля инфильтрации в воздухообмене и открывание окон в теплую погоду. Обеспечение требуемого воздухообмена исключительно за счет проветривания возможно только в мягком климате. Компенсация вытяжки из туалетов и подсобных помещений за счет открытых окон возможна практически в любом климате. Препятствием для проветривания могут служить другие факторы, например, уличный шум. Однако осуществлять удаление загрязненного воздуха в требуемом объеме из кухонь и ванных путем открывания окон невозможно.

В таблице 1 приведены рекомендации по использованию проветривания для вентиляции помещений в различных климатических условиях.

Таблица 1 Область применения естественной вентиляции помещений в зависимости от климатических условий

Применение естественной вентиляции Климат Помещение   Теплый Умеренный Суровый Туалет   Да Да Нет Подсобные пом.   Да Да Нет Кухня   Нет Нет Нет Ванная Нет Нет Нет Для здания в целом Да Нет Нет

Предусматривается ли в новом стандарте учет инфильтрации в общем воздухообмене помещения?

Да. Проект стандарта предусматривает возможность в некоторых случаях обеспечивать необходимый воздухообмен частично или полностью за счет инфильтрации. По умолчанию расчетная величина инфильтрации определена исходя из условий малой воздухопроницаемости здания, но в случае проведения соответствующих измерений  могут быть использованы фактические значения воздухопроницаемости.

Для сурового климата доля инфильтрации в воздухообмене выше?

Нет. Расчетная величина инфильтрации определена для условий “критической недели”. В это время погодные условия становятся такими суровыми, что жители перестают открывать окна для проветривания. Для этого периода определяется воздухопроницаемость через ограждающие конструкции здания. В различных климатических областях этот период наступает в разное время по календарю, но расчетная величина инфильтрации принята одинаковой. Однако при этом энергозатраты на компенсацию теплопотерь от инфильтрации зависят от климатических условий.

Возможна ли такая ситуация, когда необходимый вентиляционный воздухообмен обеспечивается только за счет инфильтрации?

Да. В стандарте не приводятся максимальные значения инфильтрации, необходимо проводить измерения фактической воздухопроницаемости. Для вновь строящихся зданий такие решения нецелесообразны, однако многие из существующих зданий характеризуются неплотностью ограждающих конструкций и соответственно большим расходом инфильтрационного воздуха. На рис. 2 приведены значения минимально необходимой воздухопроницаемости для обеспечения потребности в вентиляции здания за счет инфильтрации.

Рисунок 2 Минимально необходимая производительность вентилятора для всего здания в расчете на постоянную работу при наличии инфильтрации

Заменяет ли новый стандарт существующий ANSI/ASHRAE 136-1993, методика расчета воздухообмена в жилых домах типа особняков и коттеджей? 

Да и нет. В том и другом стандартах инфильтрация рассматривается как источник поступления свежего воздуха в здания, но при этом используются различные предпосылки. Стандарт 136-1993 рассматривает круглогодовой или сезонный цикл с учетом загрязнений воздуха и определяет допустимый период минимальной вентиляции. В проекте нового стандарта расчетным циклом является неделя, и применяются более жесткие требования к минимально необходимому объему вентиляции. В результате проект нового стандарта ориентирован на меньшую долю инфильтрации в вентиляционном воздухообмене по сравнению со стандартом 136, особенно для суровых климатических условий.

Какой типоразмер вентилятора нужен для системы механической вентиляции здания?

Расчет проводится с учетом размера здания, но если принять величину инфильтрации, заданную по умолчанию, то для типового здания достаточной производительностью вентилятора является 60-100 фут³/мин (30-50 л/с). При больших расходах инфильтрации требуемая производительность вентилятора соответственно уменьшается. На рис. 3 приведены минимальные значения производительности вентилятора, соответствующие принятому по умолчанию значению инфильтрации.

Какие изменения внесены в отношении вентиляции кухонь?

Согласно представленному проекту стандарта в кухнях и в ванных должен быть установлен вытяжной вентилятор. Предполагается, что проветривание недостаточно для удаления влаги и загрязнений. При малой скорости вытяжной струи эффективность улавливания недостаточна, поэтому если воздухообмен в помещении менее 5 крат, рекомендуется использование зонтов и укрытий.

Введены ли в проекте стандарта новые типы помещений, требующие специальной вентиляции?

Да, такая возможность предусмотрена. Например, помещения, где имеются печи или другие сжигательные устройства без принудительного дутья, нуждаются в вытяжной вентиляции для удаления продуктов сгорания. Домашние прачечные также должны оборудоваться искусственной вытяжкой. Для некоторых климатических зон проветривание прачечных возможно за счет открывания окон. Вентиляционным целям может служить устройство для сушки одежды (см. табл. 2).

Таблица 2 Минимально необходимая производительность вытяжной вентиляционной системы

Помещение Постоянно работающая система вентиляции Периодически работающая система вентиляции Кухня 5 об/ч 100 фут3/мин (50 л/с) Подсобные помещения 20 фут3/мин (10 л/с) 50 фут3/мин (25 л/с) Ванная 20 фут3/мин (10 л/с) 50 фут3/мин (25 л/с) Туалет 20 фут3/мин (10 л/с) 50 фут3/мин (25 л/с)

Можно ли использовать рециркуляционный вентилятор для этих целей?

Нет. Местное воздухоудаление предполагает выброс загрязненного воздуха за пределы помещения. При этом соответствующая инфильтрация для компенсации объема вытяжки не ограничивается. Кроме того, в стандарте также предусматривается удаление из помещения воздуха от сушильных установок.

Означает ли это, что для соответствия требованиям нового стандарта в доме должно быть установлено шесть (или более) вентиляторов?

Нет. В большом доме может оказаться несколько помещений, в которых требуется местная вытяжка, однако даже в этом случае требования стандарта могут быть выполнены с помощью установки одного или двух вентиляторов. При удаленном размещении венткамеры возможна установка вентиляторов на ответвлениях. Разумеется, в конкретном случае можно по требованию заказчика установить шесть вентиляторов, но стандарт допускает широкую возможность выбора технических решений. Проектировщик должен оценить первоначальные затраты и стоимость потребляемых энергоресурсов и предоставить эти данные заказчику для принятия окончательного решения.

Какие требования предъявляются к вентиляторам?

Поскольку люди обычно выключают шумящие установки, вентиляторы не должны создавать уровень шума более 1-1,5 сон. Производительность вентилятора, подключенного к конкретной сети воздуховодов, может отличаться от паспортной, поэтому необходимо контролировать производительность вентсистемы после монтажа или строго соблюдать требования по монтажу и размещению вентиляторов, приведенные в техническом паспорте. Кроме того, приточная система должна обеспечивать очистку воздуха на уровне 60 % (по отношению к частицам загрязнения размером 3 мкм).

Может ли агрегатная приточная установка использоваться для вентиляции всего здания?

Да, но при этом необходима установка таймера. Системы, использующие указанное оборудование для подачи наружного воздуха в здание, попадают в категорию установок периодического действия. В проекте стандарта предусматривается возможность таких установок для вентиляции здания в полном объеме. Необходимым условием при этом является контроль длительности работы установки – не менее одного часа из 12-часового периода или заданное время в течение суток. В проекте стандарта даны рекомендации по оптимизации режима работы периодической вентиляции, позволяющего добиться того же эффекта, который дают непрерывно работающие системы.

Требуется ли установка гигрометров или датчиков влажности?

Только как дополнительное средство контроля. В жилых зданиях производительность системы вентиляции очень редко определяется по отношению к какому-либо одному виду загрязнений. Регулирование системы вентиляции по датчику влажности может привести к неоправданному сокращению производительности системы. Наиболее предпочтительным вариантом является постоянно действующая система вентиляции здания.

Имеются ли специальные требования для условий жаркого, влажного климата?

Да. Влажность наружного воздуха в условиях влажного теплого климата является одним из определяющих параметров. Системы вентиляции при этом не уменьшают, а увеличивают влажность воздуха в помещениях. Осушение воздуха с помощью холодильных установок или влагопоглотителей является единственным способом снизить влажность до приемлемого уровня. Местная вытяжная вентиляция используется только в зданиях, выполненных из влагостойких материалов, поскольку существует вероятность конденсации влаги на поверхности или внутри ограждающих конструкций. При отсутствии холодильной установки в здании применение местной вытяжки и естественной вентиляции не ограничивается.

Может ли система механической вентиляции оказать влияние на работу агрегатов, использующих горение с наддувом?

По-видимому, нет. В зависимости от плотности ограждающих конструкций местные вытяжные системы могут создавать некоторое разрежение в помещениях, что приводит к снижению производительности бездутьевых горелочных устройств. Это менее критично для воздухопроницаемых зданий, но даже в помещениях с высокой плотностью ограждений нормируемая производительность вытяжной вентиляции не столь велика, чтобы повлиять на работу горелок. Например, сушки для одежды удаляют из помещения больше воздуха, чем требуется согласно стандарту 62.2Р. Реальная вероятность влияния на работу горелочных устройств существует в помещениях с вытяжкой из нижней зоны или при наличии мощных вытяжных вентсистем для кухонь, пользующихся популярностью в элитных домах. В этом случае объем вытяжки может в 10 раз превышать нормативный уровень.

Какие требования возникают при наличии пристроенных гаражей?

Поскольку проникновение в дом загрязненного воздуха из пристроенного гаража вызывает опасность для здоровья, Комитет по подготовке стандарта разработал ряд специальных требований. Дверь дома должна плотно закрываться во избежание непосредственного контакта между жилыми помещениями и гаражом. В гараже не следует устанавливать вентагрегаты и прокладывать рециркуляционные воздуховоды. Кроме того, в доме должен быть датчик наличия окиси углерода.

Представляется, что в проекте стандарта появилось много новых положений по сравнению с прежними нормативами. Так ли это на самом деле?

Не совсем так. Лишь некоторые из требований, включенных в проект стандарта, не имеют прямой связи с другими действующими нормативными документами и руководствами. Многие из указаний, имеющихся в новом стандарте, уже включены в местные нормативы для некоторых штатов, но, пожалуй, нет таких, которые были бы приняты повсеместно. Комитет по разработке стандарта сделал все возможное для того, чтобы при помощи минимального количества требований обеспечить желаемый результат. По некоторым оценкам, принятие этого норматива повлечет за собой множество новых требований, однако другие эксперты полагают, что новый стандарт является вполне достаточным.

Содержит ли документ что-либо, кроме обязательных требований к системе вентиляции?

Да. Стандарт содержит приложение, по объему превышающее основной раздел. В приложении имеются руководящие указания и необходимые разъяснения для пользователей по выбору альтернативных проектных решений. В проекте стандарта имеются также такие приложения, как “Руководство по эксплуатации и техническому обслуживанию”, “Очистка воздуха”, “Перечень источников загрязнения воздуха и методы контроля загрязнений”, справочник по системам отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.

Какие данные послужили основой для разработки стандарта?

Как и в других аналогичных документах, в основе лежит опыт и знания технических экспертов, входящих в Комитет. Помимо этого, используются данные, полученные от сотен других специалистов. Значительное количество архивных материалов по данному вопросу обсуждалось на ежегодной конференции “ASHRAE-1999” и было включено в опубликованные материалы этой конференции (см. обзор, подготовленный  Гримсрудом и Хэдлишем).

Затронуты ли в проекте документа вопросы энергосбережения?

Только косвенно. Кондиционирование воздуха, безусловно, связано с затратами энергии, которые могут быть весьма значительными в очень холодном или влажном и жарком климате. В Комитете обсуждались вопросы энергопотребления, но только в наиболее очевидных случаях энергосбережение принималось во внимание при формулировке требований. Многие допускаемые стандартом системы вентиляции (естественная вентиляция, инфильтрация или механическая вентиляция периодического действия) могут быть при некоторых обстоятельствах неэффективны с точки зрения потребления энергии. Сами вентиляторы также имеют различную эффективность. В некоторых случаях целесообразно использовать системы утилизации тепла удаляемого воздуха. В любом случае добросовестный проектировщик всегда оценивает принимаемые решения с точки зрения энергосбережения, однако в предлагаемом стандарте эти вопросы специально не рассматриваются.

Можно ли считать разработку стандарта законченной?

Нет. Проект стандарта должен подвергнуться публичному обсуждению, целью которого является получение разработчиками информации о тех вопросах, которые могут возникнуть у пользователей. Хотя члены Комитета по разработке стандарта были бы рады, если бы он был принят в представленном виде, они понимают, что каким-то вопросам, возможно, уделено недостаточно внимания, а что-то могло быть упущено из рассмотрения. Поэтому все конструктивные замечания и предложения были бы весьма ценны для разработчиков.

В целом стандарт ASHRAE 62.2Р представляет собой большой шаг вперед в деле разработки нормативных документов для жилых зданий. В зданиях, построенных в соответствии с этим стандартом, будет обеспечено более высокое качество воздушной среды, уменьшатся проблемы, создаваемые влажностью; такие здания будут обладать большей ценностью для их владельцев и большей привлекательностью для жильцов.

Использованная литература

1. ASHRAE Стандарт 119-1988. Определение воздухопроницаемости для односемейных жилых зданий.

2. ASHRAE Стандарт 136-1993. Методика расчета воздухообмена для жилых зданий типа особняков и коттеджей.

3. Гримсруд Д.Т., Хэдлиш Д.Е. “Борьба с загрязнением воздуха в жилых зданиях средствами вентиляции: летучие органические вещества и радон”. Сборник трудов ASHRAE (по материалам ежегодной конференции 1999 г.).

4. Хэдлиш Д.Е., Гримсруд Д.Т. “Борьба с загрязнением воздуха в жилых зданиях средствами вентиляции: влажность и продукты сгорания”. Сборник трудов ASHRAE (по материалам ежегодной конференции 1999 г.).

5. Тэйлор С. “Определение воздухообмена: рецензия на Стандарт 62.” ASHRAE Journal, февраль 1996 г.

Примечание

Работу курирует помощник секретаря по вопросам энергосбережения отдела Технологии строительства государственного Департамента энергетики США.

ПОРЯДОК ОБЩЕСТВЕННОГО ОБСУЖДЕНИЯ

Стандарт 62.2Р должен пройти общественное обсуждение в соответствии с требованиями Национального Комитета по стандартизации для всех нормативных документов ASHRAE. Обсуждение состоится не позднее лета текущего года, и о нем будет объявлено в ASHRAE Journal. Инструкции по представлению замечаний публикуются вместе с обсуждаемым документом и могут быть получены через Интернет по адресу: www.ashrae.org в разделе Стандарты/Общественное обсуждение. В настоящей статье рассмотрены отзывы, полученные по проекту стандарта. Эти вопросы также будут обсуждаться на заседании Комитета по разработке стандарта в рамках очередной конференции ASHRAE в Сиэтле 20 июня 1999 года.

Перепечатано из журнала ASHRAE (май 1999 г.).

Перевод с английского О.П. Булычевой