Сколько на самом деле нужно приточного воздуха? - УКЦ

При проектировании систем вентиляции приток традиционно рассчитывают исходя из норм подачи наружного воздуха для людей, постоянно и временно находящихся в помещении. При этом забывают, что основная задача систем вентиляции — обеспечить комфортный микроклимат, а не слепо «нагнать» в комнаты заданный объем наружного воздуха.

Вопрос определения производительности приточной установки осложняется тем, что нормы качества воздуха едины во всей стране, нормы подачи наружного воздуха различаются от норматива к нормативу, а химический состав наружного воздуха изменяется от улицы к улице. В данной статье рассмотрены требования различных нормативных документов к определению расхода наружного воздуха, оценим их актуальность и проведем собственные расчеты расхода наружного воздуха.

Нормативная документация, регулирующая качество воздуха в помещениях

Расход, качество и параметры воздуха, а также допустимое содержание вредных веществ в нем определяется следующими нормативными документами:

СП 60.13330.2016 «Актуализированная редакция СНиП 41—01—2003. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха»;

ГОСТ 30494–2011 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях»;

ГОСТ Р ЕН 13779–2007 «Вентиляция в нежилых зданиях. Технические требования к системам вентиляции и кондиционирования»;

СанПиН 2.1.2.2645-10 «Санитарно-эпидемиологические требования к условиям проживания в жилых зданиях и помещениях»;

ГОСТ 12.1.005–88 «Система стандартов безопасности труда. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны»;

множество сводов правил по каждому виду зданий и сооружений, которые носят весьма частный характер, поэтому в данной статье рассматриваться не будут.

Документ СП 60.13330.2016 в этом списке наиболее важен, поскольку ряд его пунктов по интересующей нас тематике включен в Перечень национальных стандартов и сводов правил, в результате применения которых на обязательной основе обеспечивается соблюдение требований Федерального закона от 30.12.2009 № 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений».

Обзор требований СП 60.13330.2016

Согласно п. 7.4.2 СП 60.13330.2016, «расход наружного воздуха в помещении следует принимать не менее минимального расхода наружного воздуха, рассчитанного по приложениям Ж и И; …». В свою очередь Приложение Ж СП 60.13330.2016 предписывает принимать наибольший из расходов воздуха, требуемых для обеспечения санитарно-гигиенических норм, норм взрывопожарной безопасности и условий, исключающих образование конденсата (на каждый из пунктов приводится ряд расчетных формул). Приложение И СП 60.13330.2016 устанавливает конкретные нормы наружного воздуха для людей, находящихся в помещении более двух часов непрерывно (табл. 1).

Обзор требований ГОСТ 30494–2011

Раздел 5 «Качество воздуха» ГОСТ 30494–2011 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях» предписывает определять расход приточного воздуха на основе удельных норм воздухообмена, а также исходя из расчета воздухообмена, необходимого для обеспечения допустимых концентраций загрязняющих веществ.

Кроме того, в разделе 5 ГОСТ 30494–2011 приведена классификация воздуха в помещениях, в рамках которой выделены 4 класса качества воздуха — от 1 до 4, соответственно высокий, средний, допустимый и низкий. Для каждого из них указаны диапазоны содержания углекислого газа СО2 (табл. 2). Также в ГОСТ 30494–2011 приводятся примерные концентрации вредных веществ в наружном воздухе (табл. 3).

Сноска в табл. 2 гласит, что указанные допустимые содержания СО2 в помещениях принимают сверх содержания СО2 в наружном воздухе, которое, очевидно, для примера можно взять из табл. 3. Фактически речь идет о том, что в разной местности устанавливаются различные критерии качества воздуха в помещении. Так, высокое качество воздуха в помещении в сельской местности предполагает концентрацию СО2 не выше 750 см³/м³, а в центре большого города — 800 см³/м³. Позиция весьма неоднозначная, ведь люди-то одинаковы в любой местности. Этот момент будет рассмотрен ниже на конкретном примере.

Стоит отметить и тот факт, что реальный расход наружного воздуха согласно ГОСТ 30494–2011 должен быть не выше расчетного. Насколько — определяет коэффициент эффективности системы воздухораспределения. Согласно табл. 6 ГОСТ 30494–2011 наименее эффективным считается воздухораспределение при естественной вентиляции (коэффициент 1,0). Эффективность воздухораспределения в системах вентиляции с подачей воздуха в рабочую зону принимается равной 0,6–0,8, то есть расчетный расход приточного воздуха может быть снижен в 1,25–1,67 раза.

Обзор требований ГОСТ Р ЕН 13779–2007

ГОСТ Р ЕН 13779–2007 «Вентиляция в нежилых зданиях. Технические требования к системам вентиляции и кондиционирования» является переводом европейского стандарта EN13779:2005 «Ventilation for non-residential buildings. Performance requirements for ventilation and room-conditioning systems». Данный документ является первоисточником для выявления 4 классов качества воздуха в помещениях в ГОСТ 30494–2011. При этом ГОСТ Р ЕН 13779–2007 предусматривает классификацию качества воздуха по ряду критериев: не только по диоксиду углерода, но и по общей загрязненности воздуха и по расходу наружного воздуха на одного человека. На втором критерии остановимся подробнее (табл. 4).

Итак, ГОСТ Р ЕН 13779–2007 даже для первого класса качества воздуха декларирует предельный расход не ниже 54 кубических метров в час (по-нашему, это будет «допустимый» расход) и номинальное значение 72 кубических метров в час («рекомендуемый» расход). Для обеспечения низкого качества воздуха рекомендуется подавать лишь 18 кубометров наружного воздуха в час.

Иными словами, ГОСТ Р ЕН 13779–2007 позволяет существенно сэкономить на приточном воздухе, указав не самый высокий класс качества воздуха. Но и это еще не все. Общий расход приточного воздуха, как известно, равен произведению расхода воздуха для одного человека на количество людей в офисе. При определенном подходе ГОСТ Р ЕН 13779–2007 позволяет сэкономить и на втором параметре, поскольку при отсутствии должной информации предлагается использовать типовые цифры по плотности рабочих мест в офисах. Так, для крупных помещений на одного человека должно приходиться от 7 до 20 квадратных метров с типовым значением 12 квадратных метров на человека, для малых помещений диапазон составляет от 8 до 12, а типовое значение — 10 квадратных метров на человека (см. табл. 22 ГОСТ Р ЕН 13779–2007).

Эти цифры заведомо выше привычной в России нормы в 6 квадратных метров на человека. Впрочем, плотность фактической рассадки сотрудников (особенно в современных опенспейсах) превосходит любые рекомендации нормативных документов. На деле хорошим показателем считаются 4 квадратных метра на одного человека, встречаются офисы с плотностью рассадки 3–3,5 квадратных метра на человека.

Таким образом, нормы ГОСТ Р ЕН 13779–2007 в 3–4 раза выше среднестатистических российских, а потому расчетный расход наружного воздуха может оказаться в 3–4 раза ниже привычного. Если на уровне технического задания прописать низкий или приемлемый класс качества воздуха, расход наружного воздуха окажется в 6–12 раз ниже привычного.

Приведем простой пример из жизни. В одном из офисных помещений площадью 58 квадратных метров, которое периодически посещает автор данного материала, насчитывается 13 постоянных рабочих мест и 4 кресла для посетителей. Если подобную планировку выдать инженеру-проектировщику, он оценит требуемый объем приточного воздуха в 13 · 60 + 4 · 20 = 860 кубометров в час (13 человек по 60 и 4 посетителя по 20 кубометров в час соответственно).

Расчет средней плотности рабочих мест, исходя из 6 квадратных метров на человека, даст 10 постоянных рабочих мест и расход наружного воздуха 10 · 60 = 600 кубометров в час.

Если же принять, что рассадка людей в помещении неизвестна, а заказчик требует обеспечить приемлемый уровень качества воздуха в помещении, то в соответствии с ГОСТ Р ЕН 13779–2007 получим численность рабочих мест в помещении 58/12 ≈ 5. Для приемлемого качества воздуха согласно табл. 4 требуется расход наружного воздуха 29 кубометров в час на человека. Общий расход составит 5 · 29 = 145 кубометров в час.

ГОСТ Р ЕН 13779–2007 позволил снизить расход приточного воздуха почти в 6 раз!

Обзор требований СанПиН 2.1.2.2645-10

СанПиН 2.1.2.2645–10 «Санитарно-эпидемиологические требования к условиям проживания в жилых зданиях и помещениях» в явном виде выдвигает требования только к температуре, влажности и скорости движения воздуха (см. табл. 5).

Что касается загрязнений, то пункт 4.10 данного документа гласит «Концентрация химических веществ в воздухе жилых помещений при вводе зданий в эксплуатацию не должна превышать среднесуточных предельно допустимых концентраций (далее — ПДК) загрязняющих веществ, установленных для атмосферного воздуха населенных мест, а при отсутствии среднесуточных ПДК не превышать максимальные разовые ПДК или ориентировочные безопасные уровни воздействия (далее — ОБУВ)».

При этом источником данных о ПДК является ГН 2.1.6.1338-03 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест», а источником данных об ОБУВ является ГН 2.1.6.2309-07 «Ориентировочные безопасные уровни воздействия (ОБУВ) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест».

Обзор требований ГОСТ 12.1.005–88

Если СанПиН 2.1.2.2645-10 декларирует требования к воздуху в жилых зданиях, то в ГОСТ 12.1.005–88 «Система стандартов безопасности труда. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны» речь идет о производственных помещениях. При этом нормируются оптимальные и допустимые показатели по температуре (на постоянных и непостоянных рабочих местах), относительной влажности и скорости движения воздуха в зависимости от тяжести выполняемой работы (см. таблицу 1 ГОСТ 12.1.005–88).

Кроме того, в ГОСТ 12.1.005–88 приведены методики контроля и измерения уровня загрязнения воздуха в рабочей зоне. Наконец, в Приложении 2 к ГОСТ 12.1.005–88 представлена таблица предельно допустимых концентраций вредных веществ в воздухе рабочей зоны с их классификацией по классам опасности и особенностям действия на организм человека.

Влияние углекислого газа на состояние человека

Напомним, что ГОСТ 30494–2011 устанавливает не полную концентрацию СО2 в воздухе, а лишь ее превышение над концентрацией СО2 в наружном воздухе. То есть один и тот же уровень комфорта формально будет обеспечен различными концентрациями СО2. Однако физиология человека говорит о том, что разные концентрации углекислого газа формируют разное самочувствие человека (табл. 6).

Как видно из табл. 6, независимо от места, где встречается та или иная концентрация углекислого газа, хорошая вентиляция обеспечивает комфортное и благоприятное состояние человека. Это достигается путем поддержания уровня СО2 не выше 800 см³/м³ (800 ppm — 800 долей из миллиона). Таким образом, проектируя «вентиляцию для людей», следует работать над тем, чтобы концентрация СО2 не превышала 800 см³/м³ в абсолютном выражении, а не над величиной концентрации углекислого газа в помещении сверх фоновой концентрации наружного воздуха и не над подачей 60 кубометров воздуха в час на каждого сотрудника.

Иными словами, требования к расходу приточного воздуха в экологически чистых регионах должны быть ниже, чем в загрязненных областях. Соответственно расход приточного воздуха в офисных зданиях с окнами на заводы и автомагистрали должен быть выше, чем в офисах, расположенных в лесопарковых зонах.

Расчет приточного воздуха по углекислому газу на объектах в разных экологических зонах

В качестве примера рассмотрим вышеупомянутое офисное помещение площадью 58 квадратных метров (высота потолков 2,85 метра, объем 165 кубометров) с 13 рабочими местами. Допустим, в одном случае здание расположено в экологически чистом районе (концентрация СО2 в наружном воздухе 350 см³/м³), в другом случае — в центре Москвы на Садовом кольце (концентрация СО2 в наружном воздухе 500 см³/м³). Целью системы вентиляции является поддержание концентрации углекислого газа на уровне не выше 800 см³/м³.

Каждый человек в среднем выделяет около 25 литров СО2 в час. 13 человек выделяют 325 литров СО2 в час, или, другими словами, каждый час увеличивают концентрацию углекислого газа в помещении на 325 · 1000/165 = 1970 см³/м³.

Итак, теоретически в абсолютно герметичном помещении с весьма плотной рассадкой сотрудников (4,5 квадратных метра на одного человека) люди всего за один час «надышат» абсолютную духоту и доведут себя до состояния апатии и головокружения.

В действительности в любом помещении есть неплотности, утечки и перетечки, а объем выделяемого людьми углекислого газа меняется в зависимости от концентрации углекислого газа во вдыхаемом воздухе. Оказывает влияние и тот факт, что молярная масса СО2 (44 г/моль) больше молярной массы воздуха (29 г/моль), поэтому СО2 оседает в нижних слоях воздуха помещения, то есть как раз в зоне нахождения человека. Не углубляясь дальше в подробности, подведем итог: при отсутствии вентиляции в помещении через час станет душно, через два часа — критически душно. Данные в табл. 6 подтверждают правильность наших расчетов.

Перейдем к расчету вентиляции для рассматриваемого офисного помещения. Объем необходимого приточного воздуха для поддержания заданной концентрации углекислого газа определяется по формуле Ж.2 Приложения Ж СП 60.13330.2016:

где L_{w, z} — расход воздуха, удаляемого из обслуживаемой или рабочей зоны помещения системами местных отсосов, и на технологические нужды, м³/ч; в нашем случае L_{w, z} = 0;

m_po — расход каждого из вредных или взрывоопасных веществ, поступающих в воздух помещения, мг/ч; при плотности СО2 1,97 кг/м³ и объеме выделения 325 л/ч получим m_po = 325 · 1,97 · 1000 = 640250 мг/ч;

q_{w, z} — концентрация вредного или взрывоопасного вещества в воздухе, удаляемого из обслуживаемой зоны помещения, мг/м³; при L_{w, z} = 0 интереса не представляет;

q_l — концентрация вредного или взрывоопасного вещества в воздухе, удаляемого из рабочей зоны помещения, мг/м³; q_l = 800 · 1,97 = 1576 мг/м³;

q_in — концентрация вредного или взрывоопасного вещества в воздухе, подаваемого в помещение, мг/м³; q_{in_парк} = 350 · 1,97 = 690 мг/м³; q_{in_город} = 500 · 1,97 = 985 мг/м³.

Подставляя значения в формулу (1), для офиса в экологически чистом районе получим расход приточного воздуха:

В случае центра крупного города имеем:

Классический расчет «по людям» исходя из 60м³/час на человека дает результат L_люди = 13 · 60 = 780 м³/ч.

Сравнивая результаты, получаем, что классический расчет «по людям» дает результаты, схожие с расчетом на удаление углекислого газа для экологически чистых районов.

К слову, норма в 60 кубометров в час на человека была выработана несколько десятилетий назад, когда уровень СО2 в атмосфере был заведомо ниже сегодняшних значений (содержание СО2 в атмосфере на сегодняшний день составляет порядка 410 см³/м³, а, например, в 1980-е годы было около 340 см³/м³).

Сегодня эта норма актуальна лишь в экологически чистых районах. Для большинства объектов в крупных городах приточного воздуха требуется больше нормативного количества.

Исходя из проведенного расчета для концентрации углекислого газа в наружном воздухе в размере 500 см³/м³ (расход воздуха составил 1083 м³/ч, на одного человека приходится 1083/13 = 83 м³/ч) имеем, что в действительности на одного человека требуется не менее 80 кубометров наружного воздуха в час.

Важно отметить, что формирование тех или иных требований к системе вентиляции — это не прихоть инженеров, не дань моде и не желание продать более мощное и, следовательно, дорогое оборудование. В первую очередь речь идет о комфорте людей, о производительности труда, их внимательности, здоровье, частоте больничных и других факторах, не имеющих прямого финансового эквивалента, но имеющих прямое отношение к успешному выполнению служебных обязанностей.

Заключение

В России одновременно действуют несколько нормативных документов, оговаривающих расход воздуха приточных систем вентиляции, качество воздушной среды внутри помещений, параметры внутреннего воздуха. Основным из них следует признать СП 60.13330.2016, поскольку его требования включены в перечень обязательных к исполнению для обеспечения Федерального закона от 30.12.2009 № 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений».

В зависимости от избранного пути расчета расхода приточного воздуха результат может получиться различным, причем не на несколько процентов, а в несколько раз. Занижение производительности систем вентиляции ведет к значительному росту концентрации углекислого газа и быстрой утомляемости людей.

Нормы подачи наружного воздуха на одного человека едины на всей территории страны и не учитывают различную фоновую концентрацию углекислого газа в зависимости от экологичности района строительства. Согласно проведенным расчетам, норма в 60 кубометров в час на человека позволяет обеспечить качественную воздушную среду только в экологически чистых районах. В загрязненных районах и крупных городах рекомендуется выполнять уточняющие расчёты.

В статье проведён анализ качества воздуха в зависимости от концентрации углекислого газа. В реальном проекте следует изучить и другие загрязнители.

Юрий Хомутский,
технический редактор журнала
«Мир климата»