Организация микроклимата и качественного воздухообмена в зданиях офисного назначения

В данное время рынок разработки всевозможных проектов предлагает услуги, которые позволяют привести проект, созданный на территории Европейского союза, в соответствие российской нормативной базе. В большинстве случаев задачей инженера по проектированию является максимальное сохранение существующих решений с их последующей проверкой на адаптацию к нормативно-правовым условиям Российской Федерации.

Данная статья посвящена анализу различных методик определения микроклиматических параметров. Основной акцент в ней делается на системы кондиционирования, вентиляции и отопления, способные обслуживать административные здания, поддерживая в них необходимые микроклиматические параметры. Также здесь можно ознакомиться с общими условиями, которые определяют нормы РФ в отношении строительных объектов офисного назначения. В целом нам необходимо обозначить главные различия европейской и отечественной методик.

Предлагаем начать анализ с законодательных требований, касающихся вентиляции, отопления и кондиционирования. В актуализированной версии документа говорится о нормах, на основании которых проектируется кондиционирование, отопление, вентиляция и внутреннее теплообеспечение различных строительных объектов. Теперь вспомним указанные в правилах терминологию и назначение основных инженерных систем.

Вентиляционная система дает возможность наладить воздухообмен внутри помещений, чтобы удалить излишнее тепло, влагу, вредные и другие вещества. В итоге такие мероприятия позволяют обеспечить необходимый микроклимат и качество воздушной массы в обслуживаемом помещении. При этом средняя годовая необеспеченность воздухом в рабочих помещениях должна составлять 400 часов (если работы выполняются круглосуточно) и 300 часов (если предусмотрен односменный режим работ в утреннее и дневное время).

Система кондиционирования воздуха предназначена для установки в помещениях закрытого типа. Она дает возможность в автоматическом режиме поддерживать отдельные воздушные характеристики, в частности, температуру, относительную влажность, качество, скорость движения и чистоту. В дальнейшем это позволяет обеспечить требуемые метеорологические условия, в которых люди чувствуют себя комфортно, материальные ценности сохраняются в необходимом виде, а технологические процессы проходят максимально эффективно.

Отопительная система дает возможность искусственно нагревать помещение в холодное время года, чтобы компенсировать тепловые потери и поддерживать оптимальную температуру с учетом средней годовой необеспеченности не более 50 часов.

Теперь следует ознакомиться с пунктами правил, указывающих на документацию, которой нужно руководствоваться во время определения микроклиматических параметров и качественных показателей воздушной массы.

В первую очередь необходимо ознакомиться с требованиями ГОСТа и СанПиН относительно микроклиматических параметров при организации отопительных и вентиляционных систем.

Также рекомендуется изучить требования к микроклиматическим параметрам систем кондиционирования воздуха в обслуживаемых помещениях зданий административно-бытового, общественного и жилого назначения.

Нужно сказать, что с требованиями к микроклимату и качеству воздушного потока можно ознакомиться непосредственно в документе Своде правил 60.13330, который был утвержден в 2012 году. Для помещений офисного назначения подойдет раздел 30494 Государственного стандарта. Исходя из наших предположений, прочие стандарты можно связать с проектированием современных помещений офисного типа. При этом на их основании могут выполняться лишь работы типа «la». Все дело в том, что разработка положения 12.1.005 Государственного стандарта велась еще в конце 80-х годов прошлого века, поэтому оно считается устаревшим, несмотря на представленные подробности и удобство использования в тех случаях, когда необходимо просчитать максимально допустимое содержание опасных веществ в воздушной массе рабочего пространства.

Таблица 1. Системы кондиционирования, вентиляции и отопления: параметры

Микроклиматические параметры в помещениях зданий жилого и общественного назначения на основании положения Государственного стандарта 30494 (2011 года издания)

Удовлетворительные микроклиматические параметры

Удовлетворительными параметрами считаются те, систематическое и длительное воздействие которых не меняет общий и индивидуальный комфорт, не ухудшает самочувствие и не понижает работоспособность в условиях максимальных нагрузок на терморегулирующее оборудование, а также не ухудшает человеческое здоровье.

Рекомендуемые микроклиматические параметры

Под рекомендуемыми необходимо понимать показатели, регулярное воздействие которых способствует нормальному функционированию человеческих органов в условиях критического напряжения терморегулирующих устройств. При этом ощущать полный комфорт должны как минимум 80 процентов работников.

Рекомендуемое качество воздушной массы

Консистенция воздушной массы внутри помещения, длительное и систематическое воздействие которой не оказывает негативного влияния на человеческий организм.

Удовлетворительное качество воздушной массы

Воздушная масса, состав которой в течение длительного периода времени не способен кардинально менять самочувствие работника. Если брать во внимание классификацию Государственного стандарта, данный случай применим для помещений, относящихся к категориям 2 и 3 с индексом «а».

Таблица 2. Качество воздушной массы в помещениях офисного назначения: нормативная база

Микроклиматические параметры

При организации микроклимата в помещениях жилого и общественного назначения необходимо учитывать:

1. Температуру воздушного потока.
2. Скорость перемещения воздушной массы (среднее значение скорости перемещения воздушного потока с учетом объема обслуживаемого пространства).
3. Относительную влажность воздушной массы.
4. Комплексную температуру помещения, в которую входит радиационная температура помещения и температура воздушной массы внутри помещения.
5. Локальную асимметрию комплексной температуры, которая складывается из разности комплексных температур. Для этого берется шаровой термометр и указываются два разнонаправленных потока, после чего вычисляется точка измерения.

Как показала практика, комплексную температуру и локальную асимметрию комплексной температуры не рассчитывают и не учитывают во время проектных разработок. В третьей и четвертой таблице стандарта 30494 можно узнать информацию о назначении данных параметров. На основании положения 4.6 вышеуказанного ГОСТа различные сегменты обслуживаемого пространства не должны быть подвержены:

• температурным перепадам свыше 2 градусов Цельсия (применительно к оптимальным показателям) или 3 градусов Цельсия (применительно к допустимым показателям);
• перепадам комплексной температуры более 2 градусов Цельсия по вертикали обслуживаемого пространства;
• изменению скорости перемещения воздушного потока свыше 0,07 метра в секунду (если показатели оптимальные) и 0,1 метра в секунду (если показатели допустимые);
• изменению относительных влажностных параметров воздушной массы больше 7 процентов (применительно к оптимальным показателям) и 15 процентов (применительно к допустимым показателям).

На основании таблицы А.1 Свода правил 60.13330, скорость перемещения воздушной массы в теплый период допускается на уровне:

• 0,5 метра в секунду, если помещение является административно-бытовым или общественным;
• 0,2 метра в секунду, если помещение относится к производственному (в нем выполняются работы категории «la») или офисному.

Обязательное Приложение Б к указанным правилам описывает предельную скорость перемещения струи приточной воздушной массы в направлении рабочей зоны. Для расчета максимальной скорости необходимо использование повышающих коэффициентов. Также следует учитывать категорию работ (для этого можно использовать таблицу Б.1).

Таблица 3. Указание допустимых и оптимальных микроклиматических параметров в холодное время года

Таблица 4. Указание допустимых и оптимальных микроклиматических показателей в теплое время года (применительно к помещениям, где постоянно находятся люди)

Европейская методика

Основным нормативным документом Европейского союза, на основании которого выполняется проектирование вентиляционных систем в строительных объектах нежилого назначения, является EN 13779. Он касается не только вентиляции зданий, но и систем кондиционирования воздуха. Мы уже говорили о том, что наши соотечественники выполнили русскоязычный перевод данного стандарта и внесли представленную в документе информацию в Государственный стандарт Р. Следует подчеркнуть, что в европейском стандарте можно ознакомиться лишь с основными требованиями относительно вентиляционных систем и систем кондиционирования. Также документ взаимосвязан с требованиями других положений EN, многие из которых в данный момент не имеют русскоязычной версии.

Некоторые требования к микроклиматическим параметрам можно просмотреть в документе EN 15251. Он содержит информацию об исходных микроклиматических параметрах, которые используются с целью создания проектов и анализа энергоэффективности строительных объектов с учетом акустических, световых и тепловых параметров, а также качественных показателей воздушной массы. Изначально документом EN 13779 руководствуются при определении качественных микроклиматических категорий в помещениях (более подробно с ними можно ознакомиться в Таблице 5). Реальная заинтересованность проявляется только в первой (высококачественный микроклимат) и второй (нормальный микроклимат) категориях, так как на них принято ориентироваться, когда возводятся строительные объекты, модернизируются инженерные системы и реставрируются здания. Однако для полного понимания предмета рекомендуется ознакомиться и с другими категориями, представленными в следующей таблице.

Таблица 5. Уровень качества микроклимата в помещении

Таблица 6. Тепловой комфорт с ориентиром на качественное разделение микроклиматических категорий

Предполагаемый средневзвешенный уровень теплового комфорта

Ознакомимся с показателем PMV, который является предполагаемым средневзвешенным уровнем теплового комфорта. В чувствительности человека к тепловой обстановке главную роль играет тепловой баланс тела. Последний зависит не только от одежды и физической активности, но и от параметров окружающего пространства: температуры воздушного потока, радиационной температуры помещения, относительной влажности и подвижности воздушной массы. Для достижения температурного баланса необходимо, чтобы производимая человеком тепловая энергия сравнялась с тепловыми потерями тела в окружающем пространстве (с более подробной оценкой комфорта можно ознакомиться в седьмой таблице). Если на улице или в помещении наблюдается умеренная среда, терморегуляция организма выполняет автоматическую корректировку температуры внешних покровов и потоотделения. Это необходимо, чтобы температурный баланс тела поддерживался в норме. Для расчета показателя PMVиспользуют следующую формулу:

PMV = (0,028 + 0,303e^-0,0036M)·((M - W) – 3,05 · 10³ · (5733 – 6,99· (M - W) - p_a) – 0,42· ((M - W) – 58,15) – 1,7 · 10^-5·M· (5867 – p_a) – 0,0014·M· (34 - t_a) – 3,96 · 10^-8 ·f_cl· ((273 + t_cl)⁴ – (273 + t_r)⁴) – f_cl· h_c· (t_cl - t_a);

Исходя из представленной формулы, М является метаболизмом, измеряемым в ваттах; Wобозначает энергетические издержки на выполнение определенных работ человеком, измеряемые в ваттах; p_а является парциальным давлением водяного пара, измеряемым в паскалях; t_a обозначает температуру воздушной массы в градусах по шкале Цельсия; f_cl является коэффициентом части тела, которую прикрывает одежда; t_cl обозначает температуру, приобретенную поверхностью одежды и измеряемую в градусах по Цельсию; t_r является средней радиационной температурой помещения, измеряемой в градусах Цельсия; h_c позиционируется в качестве коэффициента конвективного обмена теплом, измеряемого как отношение энергетических издержек на произведение площади и температуры по Цельсию.

При этом:

f_cl = 1,00 + l_cl· 0,2, еслиl_cl < 0,5 кло;

h_c = 12,1 · 0,5 · v_r, если (t_cl - t_a)^0,25 · 2,38 < v_r^0,5 · 12,1;

f_cl = l_cl· 0,1 + 1,05, если l_cl > 0,5 кло;

h_c = (t_cl - t_a)^0,25 · 2,38, если (t_cl - t_a)^0,25 · 2,38 > v_r^0,5 · 12,1;

Ориентируясь на указанные формулы, l_cl является коэффициентом тепловой изоляции одежды, измеряемым в кло; v_r обозначает относительную скорость воздушного потока внутри помещения, которая измеряется в метрах за секунду и равна (М-58) ·0,005 + v (здесь vпозиционируется в качестве средней скорости воздушной массы внутри помещения, измеряемой в метрах за секунду).

Необходимо обратить внимание на то, что одну метаболическую единицу приравнивают к 58 ваттам на метр, а одну единицу одежды – к одному кло или 0,155 метрам на градусы Цельсия, разделенные на ватты.

Таблица 7. Анализ человеческих ощущений в зависимости от баллов

Долевой прогноз критического недовольства микроклиматическими параметрами

PPDявляется показателем, устанавливающим долевую оценку отрицательного качества микроклиматических параметров со стороны людей, чувствующих сильный холод или чрезмерное тепло.

Недовольные микроклиматической обстановкой считаются люди, которым необходимо оценить окружающее пространство по следующим параметрам: «холод», «прохлада», «тепло», «жара». Для оценки используется шкала, представленная в седьмой таблице. В качестве основы для расчета PPDберется показатель PMV. В итоге PPDрассчитывается по формуле:

PPD = 100 – 95e^{-(0,03553PMV4 + 0,02179PMV2)}.

Каждый человек чувствует теплоту по-разному. Отметим, что самая совершенная вентиляция и самый современный кондиционер не способны полностью удовлетворить микроклиматические прихоти по крайней мере пяти процентов людей, находящихся в обслуживаемом помещении. Невзирая на внушительную замысловатость расчета показателей PPDи PMV с помощью представленных формул, на практике его можно выполнить достаточно оперативно и просто. Это объясняется наличием достаточного количества компьютерного софта и всевозможных онлайн-калькуляторов, размещенных на специальных веб-ресурсах. Пользуясь некоторыми программами, можно получить помощь для выполнения правильных расчетов. Документ EN 15251 является не только источником подсказок по уровням PPDи PMV. Он помогает правильно определить температуру (восьмая таблица) и влажность (девятая таблица) воздушной массы с учетом категории качества микроклиматических параметров в помещении. В целом влажность воздуха предпочтительно сохранять в пределах 12 грамм на 1 килограмм воздушной массы. В случае невозможности достижения оптимального показателя влажности без увлажнителей или осушителей рекомендуется ориентироваться на девятую таблицу, предварительно ознакомившись с устройством инженерной системы.

Таблица 8. Температура воздушной массы в помещениях офисного назначения (конференц-холлы, коллективные офисные помещения, деловые кабинеты) с учетом категоризации

Таблица 9. Уровень влажности в помещениях социального назначения (исключая религиозные учреждения, музеи и т.д., а также помещения со специальными условиями организации микроклимата) с учетом категоризации

Подведение итогов анализа отечественной и европейской методик

Обратим внимание на факторы, определяющие качество микроклиматической обстановки. Ориентируясь на десятую таблицу, можно смело заявить о схожести методик. Отсутствующие в российской нормативной базе показатели (например, степень энергетических издержек, коэффициент, характеризующий тепловую защиту одежды) включены в рекомендации по разновидностям помещений. Таким образом, расчеты выполняются с использованием указанных показателей. Отсутствующие в нормативной базе Европейского союза показатели (в первую очередь это касается локальной асимметрии комплексной температуры) находятся в отдельной категории и автономном документе ENISO 7730.

Данный стандарт помогает выбрать необходимую локальную асимметрию комплексной температуры, вертикальный температурный градиент, оценить риск сквозных воздушных потоков, а также выбрать другие показатели, характерные для отдельных категорий строительных объектов. Отметим, что европейская классификация подразумевает выбор ориентиров на тепловой комфорт с учетом оптимальных климатических параметров. Из этого следует, что показатель PPDдолжен составлять меньше 20 процентов, в то время как на территории РФ бывают случаи получения PPDбольше указанного значения. Также выделим, что европейская стандартизация направлена на сравнение экономического эффекта с уменьшением качества микроклиматической обстановки в случае необходимости. При этом на первое место выдвигается комфорт находящихся в помещении людей. Такие нормы способствуют существенному уменьшению расходования электричества инженерными системами.

Качество воздушной массы

При определении расхода уличной воздушной массы в Европе руководствуются двумя главными методиками:

1. Использование рекомендованных расходных значений на душу населения с учетом площади пола.
2. Использование расчетного расхода, благодаря которому будет поддерживаться необходимый уровень углекислого газа.

С вышеуказанными методиками можно ознакомиться в Государственном стандарте Р ЕН 13779. Однако, чтобы добиться целевых результатов, необходимо измерить содержание диоксида углерода во внешней воздушной массе на территории появления объекта строительства (во время первых стадий проектировочных работ). В дальнейшем требуется контроль углекислого газа в помещениях (после строительства объекта). На территории Российской Федерации подобные мероприятия являются большой редкостью. В связи с этим мы ориентируемся на первой методике, которая в большей степени соответствует Своду правил 60.13330.

Таблица 10. Сравнительный анализ законодательных требований, предъявляемых к микроклимату на территории РФ и Европейского союза

Таблица 11. Степень расхода воздушной массы внутри помещения с учетом категоризации, измеряемая в метрах кубических на человека

Рекомендации по расходу уличной воздушной массы исходя из норм ЕС

При определении расхода воздушного потока необходимо учитывать его расход на одного работника (ориентируясь на уровень микроклиматических показателей внутри помещения и человеческий комфорт) и квадратный метр пола (учитывая степень вредности строительных материалов, используемых при возведении и отделке строительного объекта).

Сравнительный анализ расходных норм внешней воздушной массы на основании законодательства Евросоюза и РФ

Проведем сравнительный анализ, взяв офисную площадку открытого типа, где отсутствует естественное проветривание. Предположим, что для расчета расхода уличного воздушного потока мы будем руководствоваться санитарными нормами, а не потребностью в тепло-влажностных показателях. В таком случае расход составит 600 метров кубических в час. Если делать акцент на нормах Европейского союза, такое офисное помещение требует:

1. Минимум: 25,2 * 10 + 100 * 1,26 = 378 метров кубических в час воздуха (с учетом принадлежности помещения ко второй категории и незначительного выделения вредных веществ).
2. Максимум: 36 * 10 + 100 * 7,2 = 1,08 тысячи метров кубических в час воздуха (принадлежность к первой категории и значительная эмиссия вредных веществ).

На основании того, что в нормах ЕС учитывается выделение опасных для человеческого здоровья компонентов, диапазон расходных параметров является значительно шире.

Для подведения итогов следует руководствоваться тринадцатой таблицей (в ней представлен диапазон рекомендуемых микроклиматических параметров).

Таблица 12. Расход воздушного потока с ориентиром на выделение опасных для человека компонентов, содержащихся в строительных материалах, из расчета метра кубического в час на метр квадратный пола

Таблица 13. Итоговая таблица по микроклиматическим показателям

На основе материалов из журнала "АВОК"