Рис. 1. Кривые температур пола
Рис. 2. Ассиметрия температуры
Останавливая взгляд на происходящем у наших российских соседей, сопоставляешь это с тем, на каком этапе развития находится Украина. Хочется позаимствовать лучшее, перенять позитивное, сделать «еще краше». Такие мысли сегодня озвучивают на государственном уровне и среди специалистов. Однако, одного желания мало, необходимо пройти путь освоения и формирования определенных обязанностей, по которым договорились развиваться страны Евросоюза.
В рамках рассматриваемой нами тематики таковыми обязанностями является выполнение требований Директивы Европейского Парламента и Совета 2002/ ЕС «Энергетические характеристики зданий», а также разработанных на выполнение данной Директивы норм в отоплении, вентиляции, кондиционировании, горячем водоснабжении, теплоснабжении, энергоаудите и т.д. Некоторые положения этих норм уже приняты, некоторые только начали осмысливать, а многие еще предстоит реализовать в самом ближайшем будущем.
Приятно отметить, что уже сегодня министерства, отвечающие за инженерные системы здания, стали активнее изучать и внедрять европейский опыт. Все чаще на повестке дня рассматривают вопросы по сопоставлению европейских и отечественных нормативов. Все чаще в наших новых строительных нормах можно увидеть отражение европейских наработок. В то же время еще не выработана целостная концепция перехода к европейским нормам, и порой новые положения соседствуют с несочетаемыми устаревшими.
Аналогичная постановка задачи впервые была осуществлена авторами еще в 2002 г. на круглом столе «Экология. Ресурсы. Безопасность» в Украинском институте исследований окружающей среды и ресурсов при Совете национальной безопасности и обороны Украины. Тогда было представлено сопоставление отечественных и зарубежных норм в отоплении, как первый шаг для разработки отечественного норматива «Отопление, вентиляция и кондиционирование» [1].
С тех пор многое изменилось, особенно в Европе. В 2002 г. принята Директива 2002/ЕС. С этого момента технические комитеты CEN/TC 228 «Системы отопления зданий», CEN/ TC 247 «Автоматика, контроль и менеджмент в строительстве», ISO/TC 205 «Проектирование в строительстве» и др. подготовили множество нормативных документов по проектированию, наладке, экспертной оценке инженерных систем. Часть этих норм уже принята (EN — европейская норма, EN ISO — международная норма).
Часть — находится в завершающей стадии и ожидании принятия (Final Draft prEN — окончательная версия европейской нормы). В этой статье предоставляется возможность обсудить как те, так и другие. Рассмотрение норм предлагается осуществить в следующей последовательности: параметры микроклимата, теплопотери, тепловая мощность системы, оборудование системы, наладка, энергетическая эффективность.
Основное внимание мы сосредоточим на системе отопления во всевозможных ее проявлениях в жилых и общественных зданиях. Начнем с нормирования микроклимата помещений. Украина, пожалуй, единственная страна в мире, которая значительно отстала в этом направлении. Даже на постсоветском пространстве давно применяют ГОСТ 30494–96 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях», где нормирована не только температура воздуха, влажность и скорость движения, но и результирующая температура помещения, а также ее локальная асимметрия.
Смягчением сложившейся ситуации у нас послужило введение в ДБН В.2.2-15–2005 «Жилые здания. Основные положения» прим. 2 к табл. 4 о допустимости снижения температуры воздуха на 1–2 °C от нормированного значения при проектировании систем отопления с греющим полом, потолком или же стенами, а также п. 2.2 ДБН В.2.5-24–2003 «Электрическая кабельная система отопления» о допустимости снижения нормированной температуры воздуха не более чем на 3 °С.
Но для нормирования всего многообразия систем обеспечения микроклимата этого недостаточно. Наиболее всеобъемлющее нормирование параметров микроклимата помещений представлено в международном стандарте ISO 7730 Third edition 2005-11-15 Ergonomics of the thermal environment — Analytical determination and interpretation of thermal comfort using calculation of the PMV and PPD indices and local thermal comfort criteria [Эргономика тепловых условий — Определение и объяснение теплового комфорта с использованием PMV (прогнозируемое среднее значение теплоощущения) и PPD (прогнозируемый процент неудовлетворенных) показателей и критериев местного теплового комфорта].
Прежде всего, следует обратить особое внимание на то, что третья версия этой нормы отличается не только названием, но и содержанием. Она стала более детализированной и привязанной к соответствующим обогревающим/охлаждающим поверхностям (теплообменным приборам). Приведенные в стандарте положения применяют как для устойчивой, так и неустойчивой температурной обстановки в помещении.
Если отклонение температуры помещения, обеспечиваемое средствами автоматического контроля, не превышает 1 °С, то удовлетворенность человека тепловым комфортом является установившейся и соответствует наивысшему уровню обеспеченности. При резкой смене температурной обстановки либо ее плавном изменении не более чем на 2 °С/ч показатели дискомфорта определяют аналогично стационарному процессу, но по температурным условиям, соответствующим начальным и конечном параметрам микроклимата, ступенчатое изменение параметров микроклимата ощущается мгновенно.
При этом повышение температуры помещения позволяет определить обеспеченность комфортных условий сразу, а понижение — требует определенного периода, который должен быть не менее 30 мин. и целиком зависит от исходного состояния микроклимата. Указанные характеристики соответствуют относительной влажности воздуха — 50 %. При более высоких значениях применяют, как правило, следующую зависимость: 10 % увеличение влажности в равной мере влияет на теплоощущение человека, вызываемое увеличением температуры помещения на 0,3 °C.
Обеспеченность теплового комфорта различных типов помещений стали классифицировать тремя категориями — «А», «В» и «С» в зависимости от процентного соотношения удовлетворенных тепловой обстановкой людей. Неудовлетворенность определяют по общему теплоощущению и по локальному дискомфорту вследствие колебания температуры помещения, ощущения сквозняка (подвижности воздуха), изменения температуры воздуха по вертикали, асимметрии радиационной температуры (аналог термина «локальная асимметрия» по ГОСТ 30494–96).
Категориям «А», «В» и «С» соответствует количество удовлетворенных людей тепловым комфортом по общему теплоощущению не менее 94, 90 и 85 % (по ГОСТ 30494–96 оптимальные параметры теплового комфорта удовлетворяют не менее 80 % людей). В зависимости от теплоизоляционных свойств одежды и активности человека, для каждой категории определен диапазон колебания температуры помещения, в пределах которого обеспечивается оптимальное тепловосприятие.
Так, при температуре 20 °C для категории теплового комфорта «А», «В» и «С» допустимое отклонение температуры воздуха в помещении (например, для офиса, аудитории, ресторана, класса) не должно превышать ± 1, ± 2 и ± 3 °C для отопительного периода, соответственно. Для периода охлаждения (данный термин в норме введен по аналогии с отопительным периодом) отклонение составит ± 1, ± 1,5 и ± 2,5 °C, соответственно.
С практической точки зрения обеспечение температуры воздуха помещения в таком узком диапазоне отклонения можно обеспечить только терморегуляторами на отопительных/охлаждающих приборах в помещении. Собственно, для систем отопления наличие терморегуляторов является обязательным по всем нормам, в т.ч. европейским для всех типов зданий и форм собственности. В то же время, применяемые терморегуляторы для соответствующих категорий микроклимата помещения, должны иметь различную зону пропорциональности.
Для проектирования зданий с наивысшими требованиями обеспечения теплового комфорта и узким диапазоном отклонения температуры воздуха необходимо применять терморегуляторы с зоной пропорциональности менее 1 К. Как правило, это терморегуляторы непрямого действия (с термоприводами либо электроприводами). На Украине сложилась практика применения терморегуляторов с зоной пропорциональности 2 К (т.е. с диапазоном отклонения температуры воздуха на 2 °C в сторону увеличения).
Следует также обратить внимание на различие диапазона колебания температуры для систем отопления и охлаждения. В системах охлаждения этот диапазон меньше, поскольку расчетная температура помещения в период охлаждения на несколько градусов выше, чем в период отопления. При повышении температуры помещения ее отклонение более ощутимо для человека, т.е. при выборе терморегуляторов для систем обеспечения микроклимата круглогодичного действия зону пропорциональности терморегулятора необходимо выбирать по условиям периода охлаждения помещения.
Но создание теплового комфорта на высоком уровне в кондиционируемом помещении без терморегулятора, изменяющего подачу холодоносителя в фанкойл, лишь регулированием скорости вращения и периодичности включения вентилятора фанкойла, не является приемлемым техническим решением, особенно при современном нормировании параметров подвижности воздуха. Отечественное нормирование (прил. 5 к СНиП 2.04.05–91) оптимальных параметров скорости движения воздуха в обслуживаемой зоне отвечает самой низкой категории «С» микроклимата.
У нас не нормирована зависимость осредненной местной скорости воздуха va,l от местной температуры воздуха ta,l и степени турбулентности потока воздуха Tu. В мировом стандарте эти параметры взаимоувязаны моделью сквозняка (подвижности воздуха). Результирующим показателем локального дискомфорта от ощущения подвижности воздуха для категорий «А», «В» и «С» является процентное соотношение людей DR, обеспокоенных сквозняком. Их должно быть не более 10, 20 и 30 %.
Технически такие высокие показатели микроклимата обеспечивают потолочными прогонами охлаждения различного конструктивного исполнения (потолочными панелями охлаждения). Особенностью стандарта является нормирование допустимых перепадов температуры во всех проявлениях, вызывающих локальный дискомфорт у человека. В идеале температурный градиент по вертикали должен быть близким к нулю. Для помещений категории «А» изменение температуры воздуха должно составлять не более 2 °С, «В» — не более 3 °С, «С» — не более 4 °С.
Где тогда взаимосвязь с пресловутым принципом теплового комфорта — «ноги в тепле, а голова в прохладе»? Пояснение тому представлено на рис. 1, где по температуре пола Δtf, поддерживаемой системой напольного охлаждения (выделена синим) или отопления (выделена красным), представляется возможным определить процентное количество людей, ощущающих локальный дискомфорт (PD). Причем эту зависимость в равной мере применяют как к стоящим, так и к сидящим либо лежащим на полу людям.
Приведенные данные несколько отличаются от значений в наших нормах. Так, по СНиП 2.04.05– 91 температура пола должна быть не более 26 °С, а по ДБН В.2.5-24–2003 — не более 28 °С, в то время как по рассматриваемому стандарту для самой высшей категории обеспечения теплового комфорта «А» и для средней категории «В» — не более 29 °С, а для низшей категории «С» — не более 31 °С. Для систем напольного охлаждения температура пола у нас не нормирована.
По рассматриваемому стандарту для категории «А» и «В» — не менее 19 °С, «С» — не менее 17 °С. С технической точки зрения создание системы отопления в полу (водяная либо электрическая) — довольно простая задача. Для систем охлаждения в пределах допустимых температур — тоже простая. Несколько иные требования к тепловому комфорту помещений с системами, встроенными в потолок либо стены.
Стеновые и потолочные системы отопления и охлаждения составляют отдельную группу в обеспечении теплового комфорта, что вызвано возникающей асимметрией радиационной температуры Δtpr. Под этим термином подразумевают разницу между радиационной температурой с противоположных сторон тела/ помещения [2].
В отечественном нормировании систем обеспечения микроклимата такого термина пока нет. По ГОСТ 30494–96 (Украина его не подписала) локальная асимметрия результирующей температуры — разность (по сторонам человека/шарового термометра) комплексного показателя температуры воздуха и осредненной по площади температуры нагретых/охлажденных внутренних поверхностей ограждений и отопительных/охлаждающих приборов — т.е. для обеспечения теплового комфорта необходимо учитывать не только температуру воздуха и температуру нагретых/ охлажденных поверхностей в помещении, но и разницу температур противоположно расположенных поверхностей.
Данным стандартом уточнено, что люди наиболее чувствительны к асимметрии радиационной температуры, вызываемой теплым потолком, а также прохладной стеной (окном), что подтверждено крутизной кривых 1 и 2 на рис. 2. Существенное влияние температуры потолка на теплоощущение человека с практической точки зрения ограничивает применение потолочного отопления низкими температурами потолка.
Если принять температуру пола, например, равной температуре воздуха (20 °С), то температура потолка не должна превышать 25 °C при обеспечении категории теплового комфорта «А» и «В», 27 °С — для категории «С» (по СНиП 2.04.05–91 температура потолка не должна превышать 28 °C при высоте потолка от 2,5 до 2,8 м; 30 °С — при 2,8–3 м; 33 °С — при 3–3,5 м; 36 °С — 3,5–4 м; 38 °С — 4–6 м).
Более пологий наклон кривой 3 в сравнении с 2 при обеспечении теплового комфорта дает преимущество системам потолочного охлаждения и приборам охлаждения в верхней зоне помещения по отношению к приборам охлаждения у наружных стен и в нижней зоне помещения. В то же время, допускаемую возможность применения более низкой температуры потолочного охлаждения на практике зачастую не реализуют из-за образования конденсата.
По кривой 4 даны разъяснения: она соответствует боковому восприятию радиационной температуры (левому либо правому расположению человека к теплой стене); другое расположение человека относительно теплой и холодной поверхностей (спереди/сзади и наоборот) не приводит к более высокому дискомфорту по асимметрии. Также следует учитывать отрицательное воздействие самой низкой температуры в помещении на поверхности окон.
Если рассматривать теплую внутреннюю стену, противоположную окнам (при средней температуре наружной стены 17 °C), то ее средняя по площади температура не должна превышать 40 °C для категорий комфорта «А» и «В», либо 52 °C для категории «С». У нас температура обогревающих/охлаждающих поверхностей, расположенных сбоку либо сверху человека, рекомендована в прил. 4 к СНиП 2.0405–91. Эти данные являются более жесткими в сравнении с рассматриваемым международным стандартом.
Но, поскольку они рекомендуемы и только для рабочей зоны, а не обязательны, то это приводит иногда к применению систем, встроенных во внутренние перегородки школ и других зданий, без должной оценки влияния асимметрии радиационной температуры, в особенности — на детей. Нормированная температура поверхности наружной стены со встроенной системой отопления по нашим нормам обязательна для выполнения. По СНиП 2.04.05–91: от уровня пола до 1 м эта температура должна быть не больше 95 °С, а от 2,5 м и выше — не больше значений, принимаемых как для потолков.
Итак, выводы: нормирование систем микроклимата не в полной мере отвечает современному уровню теплового комфорта; на тепловой дискомфорт влияет больше факторов, чем рассматривают в отечественном проектировании (степень турбулентности воздуха, радиационная температура нагревающих/охлаждающих поверхностей, и асимметрия радиационной температуры); установка даже современного оборудования в здании не означает достижение приемлемого теплового комфорта; система изначально может быть запроектирована и эксплуатируема по высоким показателям обеспечения теплового комфорта, однако это не является гарантией удовлетворения микроклиматом; в основе современного создания теплового комфорта лежит обеспечение индивидуальных потребностей человека при помощи местного авторегулирования систем микроклимата.
