О нормах воздухообмена общественных зданий и последствиях их завышения

Предложение к дискуссии

В. И. Ливчак, вице-президент НП «АВОК», начальник отдела энергоэффективности строительства Мосгосэкспертизы

В редакции стандарта ASHRAE 62–1–2004 заявлен новый подход в определении расчетного воздухообмена в помещениях общественных зданий за исключением больниц. Норма воздухообмена определяется суммированием потребности подачи свежего наружного воздуха непосредственно для дыхания человека и для разбавления вредностей, выделяемых в помещении, где он находится, с учетом заданной площади, приходящейся на этого человека. Как ни странно, норма воздухообмена на одного человека для большинства характерных помещений при этом стала ниже рекомендованной в пре-дыдущих редакциях стандарта ASHRAE за 2002 и 1999 годы, о чем свидетельствует нижеприведенная таблица.

Так, если в предыдущих нормах принималась норма воздухообмена в офисных помещениях 36 м³/ч (10 л/с) на человека при норме площади 14 м²/чел., то есть 36/14 = = 2,6 м³/ч на м² площади, то в нормах 2004 года принимается 9 м³/ч (2,5 л/с) на человека плюс 1,08 м³/ч (0,3 л/с) на м² площади, или при той же норме 14 м²/чел., это будет 9 + 1,08 • 14 = 24 м³/ч на человека или 24/14 = 1,7 м³/ч на м² площади помещения, т. е. в 2,6/1,7 = 1,5 раза меньше.

Таким образом, намечается общемировая тенденция к снижению расчетного воздухообмена для большинства общественных зданий. На этом фоне странным является убежденность разработчиков наших норм в отстаивании завышенных нормативов воздухообмена – на примере офисных помещений в 2 раза (60 м³/ч на человека против 30 м³/ч в американских нормах).

Что это – стремление задавить объемом из-за опасения возможности его неправильного распределения? Но ведь это во столько же раз приведет к увеличению расхода тепловой энергии на вентиляцию, а в летнее время – к увеличению количества холода для охлаждения избыточного расхода наружного воздуха до температуры помещения.

Таблица 1 (подробнее) Нормы воздухообмена в основных помещениях общественных зданий

Причем практика показывает, что в большинстве случаев вследствие неправильного распределения таких больших объемов воздуха в довольно невысоких офисных помещениях из-за ощущения дутья (сквозняка) люди требуют выключения вентиляции. Примером такого неудачного проектного решения может служить новое офисное 16-этажное здание в центре Москвы, где 2,5 этажа занимает Мосгосэкспертиза, подчеркиваю это потому, что такая организация могла бы добиться качественного отношения к выполнению поставленной задачи – значит, приведенный пример это не единичный случай.

Реализована такая система создания микроклимата: водяное отопление низкими конвекторами без индивидуального авторегулирования теплоотдачи отопительных приборов; общеобменная централизованная механическая приточно-вытяжная вентиляция с подачей приточного воздуха в анемостаты размером 400 х 400 мм, местное на 3 комнаты охлаждение или нагрев рециркуляционного воздуха в подвесном агрегате, включающем вентилятор и охладитель-нагреватель, с подачей охлажденного или нагретого воздуха в тот же анемостат.

Поддержание желаемой температуры воздуха в помещении осуществляется по задатчику, индивидуальному на каждую комнату, путем сокращения расхода охлажденного/нагретого воздуха. Причем, переключение на охлаждение или нагрев выполняется централизованно службой эксплуатации. В результате кабинет, офисное помещение на 6 человек и буфет, куда приносились готовые обеды, были объединены одной рециркуляционной системой – чтобы избежать запахов столовой в служебных помещениях пришлось заклеить рециркуляционный анемостат в буфете, но возможные бациллы, не обладающие запахом, продолжали распространяться между помещениями.

Далее, в офисном помещении из-за ощущения дутья установили задатчик на максимальную температуру (по совету службы эксплуатации), воздушный клапан закрылся и всякое регулирование внутренней температуры прекратилось (в буфете оно и не начиналось) – регулирование осуществлялось открыванием дверей, так как окна первоначально были установлены неоткрывающимися, и только потом были врезаны фрамуги, но их можно было открыть, когда все люди покинут помещение.

Хозяин кабинета еще пытался восстановить работо-способность систем, поскольку даже при наружной температуре –10 °С и холодных отопительных приборах (из-за завоздушивания горизонтальной ветки, к которой был подключен прибор, циркуляция теплоносителя в нем прекратилась) температура воздуха достигала 25 °С (зачем вообще нужна была система отопления?). Такой парадокс наблюдался то ли из-за теплопоступления от соседних перегретых комнат, то ли из-за перегрева приточного воздуха общеобменной вентиляции, хотя служба эксплуатации уверяла, что у них температура притока 18 °С.

Не включать охлаждение даже при температуре на улице –10 °С было нельзя, но из-за закрытия воздушных клапанов в смежных помещениях рециркуляционный вентилятор стал работать только на один кабинет и скорость выпуска воздуха из анемостата увеличилась. Пришлось часть щелей анемостата забить тряпками. В довершении ко всему автоматика работала таким образом, что при уставке в 22 °С температура воздуха опускалась до 20 °С, и это не от того, что сбилась настройка, а от того, что такова неравномерность авторегулирования, и из-за перерегулирования неизбежны длительные дискомфортные периоды.

Вывод в том, что «неблагополучно в нашем королевстве» климатизации, а не так много жалоб от безысходности – люди привыкли и не надеются, что может быть лучше. А происходит это оттого, что все внимание уделено производству и продаже оборудования (посмотрите на рекламу в журналах, она посвящена, в основном, котлам, вентиляторам, насосам, теплообменникам, кондиционерам), и до устройств распределения воздуха это внимание не доходит. Их, как и десятки лет назад, даже называют не приточными клапанами, не воздухораспределителями, а решетками, которые не предусматривают осуществления какого-то регулирования потока воздуха. По сути, в упомянутых помещениях был установлен не анемостат, а нерегулируемая решетка с веерным направлением подаваемого через нее приточного воздуха.

О важности правильного распределения воздуха в помещении свидетельствует таблица энергоэффективности распределения воздуха, приводимая в стандарте ASHRAE 62–1–2004. Эффективность принимается равной 1 при подаче теплого воздуха под потолком и при удалении вытяжного – над полом; при подаче также под потолком теплого воздуха с температурой, превышающей температуру помещения менее чем на 8 °С, и удаляемого тоже под потолком при условии, что струя приточного воздуха, подаваемого со скоростью 0,8 м/с на расстоянии 1,4 м, достигнет уровня пола (при более низкой скорости подачи приточного воздуха либо подачи его с температурой, превышающей температуру помещения более чем на 8 °C, и при такой же организации удаления вытяжного воздуха эффективность распределения воздуха следует принимать равной 0,8).

Эффективность распределения воздуха принимается равной 1 также при подаче теплого воздуха и удалении вытяжного над полом, а при удалении вытяжного воздуха под потолком эффективность распределения падает до 0,7. При осуществлении рециркуляции воздуха в рассматриваемом помещении эффективность распределения воздуха также снижается до 0,8, если рециркуляционный воздух забирается с противоположной стороны помещения от размещения вытяжных отверстий, и до 0,5, если рециркуляционный воздух забирается вблизи них.

При подаче холодного воздуха под потолком либо над полом и размещении вытяжки под потолком при условии, что струя приточного воздуха, подаваемого со скоростью 0,8 м/с, достигает уровня над полом 1,4 м и выше, эффективность распространения воздуха оценивается как 1. При применении вытесняющей вентиляции, когда обеспечивается поток холодного воздуха от пола вверх в одном направлении, эффективность распределения воздуха повышается до 1,2.

Понижение эффективности распределения воздуха ниже 1 означает, что на такую долю должно быть увеличено нормативное количество требуемого наружного воздуха и, соответственно, энергопотребление приточной вентиляцией и наоборот (здесь под потолком понимается любая точка выше зоны дыхания человека, а над полом – ниже зоны дыхания).

Возвращаясь к нормам воздухообмена, необходимо заметить, что в обеспечении человека определенным количеством свежего воздуха для дыхания не может быть «национальных особенностей» и следует ориентироваться на американские нормы как более обоснованные (в журнале «АВОК» уже приводилась дискуссия и американских, и европейских специалистов в этой области), за исключением, может быть, заполняемости ресторанов – в США, как правило, в выходные дни семьи дома не обе-дают, а проводят время в ресторанах, где с 13 часов уже образуются очереди посетителей.

Поэтому с учетом приведенной таблицы целесообразно пересмотреть нормы воздухообмена для общественных зданий различного назначения, принятые при расчете их теплозащиты (см. СНиП 23–02–2003, Приложение Г, п. Г.4). В связи с этим рекомендуются следующие значения воздухообмена:

– 4 м³/ч/м² расчетной площади (без лестниц, коридоров, лифтовых холлов, помещений инженерного обеспечения и т. д.) для офисов, административных зданий исполнительной власти и предприятий, супермаркетов;

– 5 м³/ч/м² для магазинов шаговой доступности, больниц, поликлиник, комбинатов бытового обслуживания, спортивных арен, музеев, выставок;

– 7 м³/ч/м² для детских дошкольных учреждений, школ, среднетехнических и высших учебных заведений;

– 10 м³/ч/м² для физкультурно-оздоровительных и досуговых комплексов, ресторанов, кафе, вокзалов.

Здесь норма для офисов принята выше, чем в стандарте ASHRAE 62–1–2004, чтобы дать время для адаптации наших норм к общемировым, а также потому, что возможно более скученное размещение сотрудников в комнатах. По ряду других зданий есть отклонения в меньшую сторону, но при этом следует иметь в виду, что в таблице приводятся воздухообмены по основным помещениям, а с учетом наличия других подсобных помещений в целом по зданию норма воздухообмена должна быть ниже.

Как видно из предлагаемых рекомендаций, перечень общественных зданий по сравнению со СНиП 23–02–2003 расширился и задаваемые величины воздухообмена более обоснованы. Это позволяет перейти к нормированию потребления тепловой энергии на вентиляцию и кондиционирование воздуха за отопительный период. Расчетные расходы (максимально часовые) не могут в полной мере демонстрировать эффективность использования энергии на цели вентиляции и кондиционирования воздуха, поскольку они служат для установления максимального значения при расчетной наружной температуре, максимального заполнения помещений людьми и без учета отключения систем в нерабочее время.

Оценка эффективности использования тепловой энергии на вентиляцию и кондиционирование воздуха выполняется за отопительный период следующим образом: после оценки эффективности теплозащиты здания в соответствии со СНиП 23–02–2003 и с учетом приведенных здесь уточнений нормативного воздухообмена общественных зданий определяют их потребность в тепловой энергии на отопление, вентиляцию, кондиционирование воздуха Q_h•v^y и тепловые завесы Q_h•тз^y за отопительный период, кВт • ч. Величину Q_h•v^y следует определять с учетом проектного значения расчетного расхода тепловой энергии на вентиляцию и кондиционирование воздуха (без тепловых завес) Q_v, кВт и с учетом эффективности устройств энергосбережения при нагреве приточного воздуха h, подставляя в формулу 3.6б МГСН 2.01 средней кратности воздухообмена здания за отопительный период n_a, ч^-1, вместо L_v следующее значение:

L_v = Q_v • (1– h) / [0,28 • c • r_a ^ht • (t_int – t_ext)],

где Q_v – проектный расчетный расход тепловой энергии на вентиляцию и кондиционирование воздуха, определяемый по СНиП 41–01, кВт;

h – коэффициент эффективности устройств энерго-сбережения при нагреве приточного воздуха (например, утилизации тепла вытяжного воздуха, назначается разработчиком);

c – удельная теплоемкость воздуха, равная 1 кДж/(кг • °C);

r_a^ht – средняя плотность наружного и внутреннего воздуха за отопительный период, кг/м³; r_a^ht = 353/ [273 + 0,5(t_int + t_ext)];

t_int – расчетная температура внутреннего воздуха в здании, °C;

t_ext – расчетная температура наружного воздуха в холодный период года.

Далее продолжить расчет по формулам 3.6–3.9 МГСН 2.01, где в 3.9 вместо Q_h^y будет уже стоять Q_h•v^y, означающее потребность здания в тепловой энергии на отопление, вентиляцию и кондиционирование воздуха за отопительный период при проектной производительности установок.

Потребность в тепловой энергии на тепловые завесы Q_h•тз^y находится из выражения:

Q_h•тз^y = Q_h•тз • n_тз • (t_int – t_ht)/( t_int – t_ext),

Где Q_h•тз – проектный расчетный расход тепловой энергии на тепловые завесы, кВт;

n_тз – число часов работы тепловой завесы за отопительный период;

t_ht – средняя за отопительный период температура наружного воздуха, °C.

При применении электрических тепловых завес вместо Q_h•тз подставляется N_тз • 2,5, где N_тз – электрическая мощность тепловой завесы, и тогда Q_h•тз^y = 2,5 N_тз • n_тз.

Затем определяется удельный расход тепловой энергии на отопление, вентиляцию, кондиционирование воздуха и тепловые завесы общественного здания за отопительный период q_h•v^des , кВт • ч/м², который будет равен:

q_h•v^des = (Q_h•v^y+ Q_h•тз^y) / A_h,

где A_h – полезная площадь общественного здания.

Если полученная величина удельного расхода тепловой энергии на отопление, вентиляцию, кондиционирование воздуха и тепловые завесы здания превышает более чем на 25 % значение, указанное в таблице 3.3* МГСН 2.01 (в процессе использования подлежит уточнению), то система вентиляции здания имеет недостаточную энергоэффективность; в этом случае следует предусмотреть дополнительные энергосберегающие мероприятия и повторить расчет при новом значении Q_v, h или при увеличенном нормируемом значении сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции, либо выбрать систему отопления с более высоким коэффициентом эффективности авторегулирования z.