Одной из главных функций здания, в котором осуществляется непроизводственная деятельность (офисы, школы, жилые дома и т. д.), является обеспечение обитателям здоровых и комфортных условий для работы. Качество этой среды в значительной степени зависит от того, правильно ли спроектированы, обслуживаются и функционируют системы вентиляции и кондиционирования здания.

Поэтому эти системы должны обеспечивать приемлемые тепловые условия (температуру и влажность) и приемлемое качество воздуха в помещении. Другими словами, они должны стремиться к подходящему сочетанию наружного воздуха с воздухом в помещении и должны использовать системы фильтрации и очистки, способные устранять загрязняющие вещества, присутствующие в помещении.

Идея о том, что чистый наружный воздух необходим для хорошего самочувствия в помещениях, высказывалась с восемнадцатого века. Бенджамин Франклин признавал, что воздух в помещении здоровее, если он обеспечивается естественной вентиляцией путем открывания окон. Идея о том, что наличие большого количества наружного воздуха может помочь снизить риск заражения такими болезнями, как туберкулез, получила распространение в девятнадцатом веке.

Исследования, проведенные в 1930-х годах, показали, что для разбавления биологических выделений человека до концентраций, которые не вызывают дискомфорта из-за запахов, объем свежего наружного воздуха, необходимый для помещения, составляет от 17 до 30 кубических метров в час на человека.

В стандарте № 62, установленном в 1973 году Американским обществом инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха (ASHRAE), рекомендуется минимальный поток 34 кубических метра наружного воздуха в час на человека для контроля запахов. Абсолютный минимум 8.5 м³/час/чел., чтобы предотвратить превышение концентрации углекислого газа в 2,500 частей на миллион, что составляет половину предела воздействия, установленного для промышленных условий.

Эта же организация в стандарте № 90, установленном в 1975 году — в разгар энергетического кризиса — приняла вышеупомянутый абсолютный минимум, временно отложив в сторону необходимость увеличения вентиляционных потоков для разбавления загрязняющих веществ, таких как табачный дым, биологические выделения и т. д. вперед.

В своем стандарте № 62 (1981) ASHRAE исправил это упущение и установил рекомендацию 34 м.³/час/человек для зон, где разрешено курение и 8.5 м³/час/человек в местах, где курение запрещено.

Последний стандарт, опубликованный ASHRAE, также № 62 (1989 г.), установил минимум 25.5 м.³/час/человек для занятых внутренних помещений независимо от того, разрешено курение или нет. Также рекомендуется увеличить это значение, если поступающий в здание воздух недостаточно перемешивается в зоне дыхания или если в здании присутствуют необычные источники загрязнения.

В 1992 году Комиссия европейских сообществ опубликовала свой Руководство по требованиям к вентиляции в зданиях. В отличие от существующих рекомендаций по стандартам вентиляции, в этом руководстве не указаны объемы вентиляционного потока, которые должны быть обеспечены для данного помещения; вместо этого он предоставляет рекомендации, которые рассчитываются в зависимости от желаемого качества воздуха в помещении.

Существующие стандарты вентиляции предписывают установленные объемы вентиляционного потока, которые должны подаваться на одного человека. Тенденции, отраженные в новых рекомендациях, показывают, что одни только расчеты объема не гарантируют хорошего качества воздуха в помещении для всех условий. Это происходит по трем фундаментальным причинам.

Во-первых, они предполагают, что обитатели являются единственными источниками загрязнения. Недавние исследования показывают, что в качестве возможных источников загрязнения следует принимать во внимание и другие источники загрязнения, помимо жильцов. Примеры включают мебель, обивку и саму систему вентиляции. Вторая причина заключается в том, что эти стандарты рекомендуют одинаковое количество наружного воздуха независимо от качества воздуха, подаваемого в здание. И третья причина в том, что они четко не определяют качество воздуха в помещении, необходимого для данного помещения. Поэтому предлагается, чтобы будущие стандарты вентиляции основывались на следующих трех предпосылках: выборе определенной категории качества воздуха для вентилируемого помещения, общей нагрузке загрязняющих веществ в занимаемом помещении и качестве доступного наружного воздуха. .

Воспринимаемое качество воздуха

Качество воздуха в помещении можно определить как степень удовлетворения требований и потребностей человека. По сути, обитатели помещения требуют от воздуха, которым они дышат, двух вещей: воспринимать воздух, которым они дышат, как свежий, а не грязный, затхлый или раздражающий; и знать, что неблагоприятные последствия для здоровья, которые могут возникнуть в результате вдыхания этого воздуха, незначительны.

Принято считать, что степень качества воздуха в помещении больше зависит от компонентов этого воздуха, чем от воздействия этого воздуха на находящихся в нем людей. Таким образом, может показаться, что легко оценить качество воздуха, предполагая, что, зная его состав, можно установить его качество. Этот метод оценки качества воздуха хорошо работает в промышленных условиях, где мы находим химические соединения, которые используются или образуются в процессе производства, и где существуют измерительные устройства и эталонные критерии для оценки концентраций. Однако этот метод не работает в непромышленных условиях. Непромышленные объекты — это места, где можно обнаружить тысячи химических веществ, но в очень низких концентрациях, иногда в тысячу раз ниже рекомендуемых пределов воздействия; оценка этих веществ по одному приведет к ложной оценке качества этого воздуха, и воздух, вероятно, будет признан высококачественным. Но есть недостающий аспект, который еще предстоит рассмотреть, а именно отсутствие знаний о совместном воздействии этих тысяч веществ на человека, и это может быть причиной того, что этот воздух воспринимается как грязный, спертый. или раздражает.

Был сделан вывод о том, что традиционные методы, используемые для промышленной гигиены, недостаточно приспособлены для определения степени качества, воспринимаемой людьми, вдыхающими оцениваемый воздух. Альтернативой химическому анализу является использование людей в качестве измерительных приборов для количественной оценки загрязнения воздуха с привлечением судейской коллегии для проведения оценок.

Человек воспринимает качество воздуха двумя органами чувств: обонянием, расположенным в носовой полости и чувствительным к сотням тысяч пахучих веществ, и химическим чувством, расположенным на слизистых оболочках носа и глаз и чувствительным к одинаковое количество раздражающих веществ, присутствующих в воздухе. Именно совместная реакция этих двух органов чувств определяет, как воспринимается воздух, и позволяет субъекту судить о приемлемости его качества.

Олф юнит

один олф (от латинского = обоняние) – интенсивность выброса загрязняющих веществ в атмосферу (биосточных вод) от условного человека. Один нормативный человек – это средний взрослый человек, работающий в офисе или на аналогичном непромышленном рабочем месте, сидячий и в тепловом комфорте с гигиеническим нормативом до 0.7 ванны/сутки. Загрязнение от человека было выбрано для определения термина олф по двум причинам: во-первых, хорошо известны биологические выделения человека, а во-вторых, имеется много данных о неудовлетворенности, вызванной такими биологическими выделениями.

Любой другой источник загрязнения может быть выражен как количество стандартных лиц (olfs), необходимых для того, чтобы вызвать такое же количество неудовлетворенности, как и оцениваемый источник загрязнения.

На рис. 1 изображена кривая, определяющая olf. Эта кривая показывает, как загрязнение, производимое стандартным человеком (1 olf), воспринимается при различных скоростях вентиляции, и позволяет рассчитать долю неудовлетворенных лиц, другими словами, тех, кто будет воспринимать качество воздуха как неприемлемое сразу после они вошли в комнату. Кривая основана на различных европейских исследованиях, в которых 168 человек оценили качество воздуха, загрязненного более чем тысячей мужчин и женщин, которое считается стандартным. Аналогичные исследования, проведенные в Северной Америке и Японии, показывают высокую степень корреляции с европейскими данными.

Рисунок 1. Кривая определения Олфа

Единица дециполя

Концентрация загрязнения в воздухе зависит от источника загрязнения и его разбавления в результате проветривания. Воспринимаемое загрязнение воздуха определяется как концентрация биологических выделений человека, которая может вызвать такой же дискомфорт или неудовлетворенность, как и оцениваемая концентрация загрязненного воздуха. Один деципол (с латинского загрязнение) представляет собой загрязнение, вызванное стандартным человеком (1 olf) при скорости вентиляции 10 литров незагрязненного воздуха в секунду, так что мы можем написать

1 деципол = 0.1 олф/(литр/сек)

Рисунок 2, полученный из тех же данных, что и предыдущий рисунок, показывает соотношение между воспринимаемым качеством воздуха, выраженным в процентах неудовлетворенных людей и в дециполах.

Рисунок 2. Соотношение между воспринимаемым качеством воздуха, выраженным в процентах неудовлетворенных лиц и в дециполях.

Чтобы определить скорость вентиляции, требуемую с точки зрения комфорта, важно выбрать желаемую степень качества воздуха в данном помещении. В таблице 1 предложены три категории или уровня качества, полученные из рисунков 1 и 2. Каждый уровень соответствует определенному проценту неудовлетворенных людей. Выбор того или иного уровня будет зависеть, прежде всего, от того, для чего будет использоваться пространство, и от экономических соображений.

Таблица 1. Уровни качества воздуха в помещении

¹ Предположим, что наружный воздух чистый, а эффективность системы вентиляции равна единице.

Источник: ЦИК, 1992 г.

Как отмечалось выше, данные являются результатом экспериментов, проведенных с судейской коллегией, но важно иметь в виду, что некоторые из обнаруженных в воздухе веществ, которые могут быть опасны (канцерогенные соединения, микроорганизмы и радиоактивные вещества, для например) не распознаются органами чувств, и что сенсорные эффекты других загрязняющих веществ не имеют количественной связи с их токсичностью.

Источники загрязнения

Как указывалось ранее, одним из недостатков современных вентиляционных норм является то, что они учитывают только жильцов как источники загрязнения, тогда как признано, что будущие стандарты должны учитывать все возможные источники загрязнения. Помимо жильцов и их деятельности, в том числе возможности курения, существуют и другие источники загрязнения, которые вносят значительный вклад в загрязнение воздуха. Примеры включают мебель, обивку и ковровое покрытие, строительные материалы, изделия, используемые для отделки, чистящие средства и саму систему вентиляции.

Что определяет нагрузку загрязнения воздуха в данном пространстве, так это совокупность всех этих источников загрязнения. Эта нагрузка может быть выражена как химическое загрязнение или сенсорное загрязнение, выраженное в olfs. Последний объединяет действие нескольких химических веществ, как они воспринимаются людьми.

Химическая нагрузка

Загрязнение, которое исходит от данного материала, может быть выражено как скорость выделения каждого химического вещества. Общая нагрузка химического загрязнения рассчитывается путем сложения всех источников и выражается в микрограммах в секунду (мкг/с).

В действительности может быть трудно рассчитать нагрузку загрязнения, потому что часто имеется мало данных о скорости выбросов для многих широко используемых материалов.

Сенсорная нагрузка

Нагрузка загрязнения, воспринимаемая органами чувств, вызвана теми источниками загрязнения, которые влияют на воспринимаемое качество воздуха. Заданное значение этой сенсорной нагрузки можно рассчитать, сложив все виды различных источников загрязнения, существующих в данном пространстве. Как и в предыдущем случае, информации о olfs на квадратный метр (olfs/м²) из многих материалов. По этой причине оказывается более практичным оценивать сенсорную нагрузку всего здания, включая находящихся в нем людей, обстановку и систему вентиляции.

В таблице 2 показана загрязняющая нагрузка на людей, находящихся в здании, при выполнении ими различных видов деятельности, в процентах от курящих и некурящих, а также производство различных соединений, таких как двуокись углерода (CO₂), угарный газ (CO) и водяной пар. В Таблице 3 приведены некоторые примеры типичной заполняемости различных помещений. И последнее, т.в состоянии 4 отражает результаты сенсорной нагрузки, измеряемой в олфах на квадратный метр, в различных зданиях.

Таблица 2. Загрязнение от лиц, находящихся в здании

¹ 1 мет - скорость метаболизма человека, ведущего малоподвижный образ жизни в состоянии покоя (1 мет = 58 Вт/м).² поверхности кожи).
² Среднее потребление 1.2 сигареты в час на одного курильщика. Средняя скорость эмиссии, 44 мл СО на одну сигарету.
³ От табачного дыма.
⁴ Применимо к людям, близким к тепловому нейтралитету.

Источник: ЦИК, 1992 г.

Таблица 3. Примеры степени заполнения различных зданий

Источник: ЦИК, 1992 г.

Таблица 4. Загрязнение здания

¹ Данные получены в 24 офисах с механической вентиляцией.
² Данные получены в 6 школах с механической вентиляцией.
³ Данные получены в 9 детских садах с механической вентиляцией.
⁴ Данные получены в 5 операционных с механической вентиляцией.
⁵ Цель, которую должны достичь новые здания.

Источник: ЦИК, 1992 г.

Качество наружного воздуха

Еще одна предпосылка, которая завершает исходные данные, необходимые для создания стандартов вентиляции в будущем, — это качество доступного наружного воздуха. В публикации приведены рекомендуемые значения воздействия для определенных веществ как внутри помещений, так и снаружи. Руководство по качеству воздуха для Европы ВОЗ (1987).

В таблице 5 показаны уровни воспринимаемого качества наружного воздуха, а также концентрации нескольких типичных химических загрязнителей, обнаруживаемых вне помещений.

Таблица 5. Уровни качества наружного воздуха

¹ Значения воспринимаемого качества воздуха представляют собой среднесуточные значения.
² Величины загрязняющих веществ соответствуют среднегодовым концентрациям.

Источник: ЦИК, 1992 г.

Следует иметь в виду, что во многих случаях качество наружного воздуха может быть хуже, чем уровни, указанные в таблице или в рекомендациях ВОЗ. В таких случаях воздух необходимо очищать перед подачей в жилые помещения.

Эффективность систем вентиляции

Другим важным фактором, который будет влиять на расчет потребности в вентиляции для данного помещения, является эффективность вентиляции (E_v), который определяется как отношение между концентрацией загрязняющих веществ в вытяжном воздухе (C_e) и концентрации в зоне дыхания (C_b).

E_v = C_e/C_b

Эффективность вентиляции зависит от распределения воздуха и расположения источников загрязнения в данном помещении. Если воздух и загрязнения полностью перемешаны, эффективность вентиляции равна единице; если качество воздуха в зоне дыхания лучше, чем у вытяжного воздуха, то КПД больше единицы и желаемое качество воздуха может быть достигнуто при меньших скоростях вентиляции. С другой стороны, большие скорости вентиляции потребуются, если эффективность вентиляции меньше единицы, или, иначе говоря, если качество воздуха в зоне дыхания уступает качеству вытяжного воздуха.

При расчете эффективности вентиляции целесообразно разделить помещения на две зоны, в одну из которых подается воздух, а в другую — остальную часть помещения. Для систем вентиляции, работающих по принципу смешения, зона подачи воздуха обычно находится выше зоны дыхания, а наилучшие условия достигаются при настолько тщательном перемешивании, что обе зоны становятся одной. Для вентиляционных систем, работающих по принципу вытеснения, воздух подается в зону, занятую людьми, а зона вытяжки обычно располагается над головой; здесь наилучшие условия достигаются, когда смешивание между обеими зонами минимально.

Таким образом, эффективность вентиляции зависит от расположения и характеристик элементов, подающих и удаляющих воздух, а также от расположения и характеристик источников загрязнения. Кроме того, это также функция температуры и объемов подаваемого воздуха. Эффективность вентиляционной системы можно рассчитать с помощью численного моделирования или проведения измерений. Если данные недоступны, значения на рис. 3 можно использовать для различных систем вентиляции. Эти контрольные значения учитывают влияние распределения воздуха, но не местонахождение источников загрязнения, предполагая вместо этого, что они равномерно распределены по всему вентилируемому пространству.

Рисунок 3. Эффективность вентиляции в зоне дыхания при разных принципах вентиляции

Расчет требований к вентиляции

На рис. 4 показаны уравнения, используемые для расчета потребности в вентиляции с точки зрения комфорта и защиты здоровья.

Рисунок 4. Уравнения для расчета потребности в вентиляции

Требования к вентиляции для комфорта

Первым шагом в расчете требований к комфорту является определение уровня качества воздуха в помещении, который желательно получить для вентилируемого помещения (см. Таблицу 1), и оценка качества доступного наружного воздуха (см. Таблицу 5).

Следующий шаг состоит в оценке сенсорной нагрузки с использованием таблиц 8, 9 и 10 для выбора нагрузок в зависимости от обитателей и их деятельности, типа здания и уровня занятости на квадратный метр поверхности. Общее значение получается путем сложения всех данных.

В зависимости от принципа работы вентиляционной системы и по рисунку 9 можно оценить эффективность вентиляции. Применение уравнения (1) на Рисунке 9 даст значение требуемой степени вентиляции.

Требования к вентиляции для охраны здоровья

Процедура, аналогичная описанной выше, но использующая уравнение (2) на рис. 3, даст значение вентиляционного потока, необходимого для предотвращения проблем со здоровьем. Для расчета этой величины необходимо выделить вещество или группу критических химических веществ, которые предполагается контролировать, и оценить их концентрации в воздухе; также необходимо учитывать различные критерии оценки, принимая во внимание воздействие загрязнителя и чувствительность людей, которых вы хотите защитить, например детей или пожилых людей.

К сожалению, по-прежнему сложно оценить потребности в вентиляции для охраны здоровья из-за отсутствия информации о некоторых переменных, входящих в расчеты, таких как скорость выброса загрязняющих веществ (G), критерии оценки внутренних помещений (C_v) и другие.

Исследования, проведенные в полевых условиях, показывают, что в помещениях, где требуется вентиляция для достижения комфортных условий, концентрация химических веществ невелика. Тем не менее, эти помещения могут содержать источники загрязнения, представляющие опасность. Наилучшей политикой в ​​этих случаях является устранение, замена или контроль источников загрязнения, а не разбавление загрязняющих веществ общей вентиляцией.

Назад