Рис. 3. Пример подачи ПВ из выходного отверстия вблизи персонального компьютера на рабочем месте в помещении умственного труда с применением ПЭВМ
Итак, в последнее время опубликован ряд статей дискуссионного характера, посвящённых нормированию воздухообмена в общественных зданиях. Статьи вызвали огромный интерес у специалистов, что связано с актуальностью проблемы. Её решение является сложным, но одновременно необходимым, так как требуется выполнение двух условий: первое — нормируемый воздухообмен должен быть оптимальным для обеспечения санитарно-гигиенических условий и комфортного микроклимата; второе — необходимо соблюдать требования по энергосбережению и стремиться к минимизации потребления энергоресурсов.
В статьях [1, 2, 3] говорится о необходимости пересмотра норм в отношении требуемого воздухообмена. Количество вентиляционного воздуха по зарубежным нормам [4] значительно ниже, чем в отечественных нормативных документах. Намечается общемировая тенденция к снижению расчётного воздухообмена для большинства общественных зданий.
Прежде чем рассматривать концептуальную схему создания и обеспечения нормируемых параметров микроклимата и качества воздушной среды в помещении, необходимо разобраться, для чего (кого) мы подаём воздух в помещение? Рассмотрим офисное помещение и ответим на ранее поставленный вопрос. В настоящее время используются две методики для определения минимально необходимого воздухообмена, достаточного для обеспечения в помещении допустимого качества воздуха [5-7]: методика на основе удельных норм воздухообмена и методика на основе расчёта допустимых концентраций загрязняющих веществ.
Покажем потребность в расходе вентиляционного воздуха (рис. 1). Согласно [6, прил. Л] расход воздуха следует определять отдельно для тёплого и холодного периодов года и переходных условий, принимая большую из величин.
Сразу отметим, что, приняв за расчётный воздухообмен большую из величин (например, для ассимиляции избытков теплоты), мы не гарантируем разбавление (удаление) расчётным расходом воздуха (при данной схеме воздухораспределения) других вредностей в помещении. Расчёт количества воздуха, необходимого для дыхания человека, отвода от него тепла и разбавления концентраций углекислого газа и влаги приведён в работе [8].
Требуемый расход приточного вентиляционного воздуха: дыхание человека Lвдых = 5 м3/ч (с запасом 100 %); на ассимиляцию теплоизбытков от человека Lвохл = 56 м3/ч; разбавление углекислого газа (СО2), выделяемого человеком, LвCO2 = 36,7 м3/ч.
Прежде чем рассматривать концептуальную схему создания и обеспечения нормируемых параметров микроклимата и качества воздушной среды в помещении, необходимо разобраться, для чего мы подаём воздух в помещение?
Определим отношения расходов воздуха по формуле:
Анализ данных показывает, что для дыхания человека требуется свежий воздух в гораздо меньшем количестве, чем количество воздуха, необходимого для ассимиляции теплоизбытков или разбавления вредностей.
Так какой же расход вентиляционного воздуха принять за расчётный? Совершенно понятно, что он должен зависеть от схемы организации воздухообмена в помещении и, соответственно, от эффективности работы этой схемы.
Из [4] следует, что норма воздухообмена определяется суммированием потребности подачи свежего наружного воздуха непосредственно для дыхания человека и для разбавления вредностей, выделяемых в помещении, где он находится, с учётом площади, приходящейся на этого человека. Из [6] следует, что расход воздуха необходимо определять отдельно для тёплого, холодного и переходного периодов года по избыткам теплоты и вредностям, а затем принимать большую из этих величин.
Зачастую в большинстве зданий организуется смешивающая вентиляция, представленная на (рис. 2).
В помещение поступает приточный воздух (I) в объёме, необходимом для ассимиляции выделяющихся вредностей. В результате перемешивания с внутренним воздухом (II) одна часть наружного воздуха удаляется вместе с вытяжным, а другая часть наружного воздуха поступает в зону (III) дыхания человека. Человек вдыхает смесь приточного и внутреннего воздуха (III) с концентрацией углекислого газа, примерно равной ПДК, и выдыхает количество воздуха (IV) с концентрацией углекислого газа, значительно большей ПДК. Затем этот воздух (IV) снова смешивается с внутренним воздухом (II), поступает к вытяжным отверстиям и удаляется (V) из помещения.
Заметим, что удаляемый воздух из помещения в количестве Lуд = Lпр с параметрами tуд и суд зачастую является не столь насыщенным загрязняющими веществами.
Можно отметить два основных недостатка данной общеобменной схемы организации воздухообмена: человек дышит не чистым воздухом с низкой концентрацией углекислого газа, а смесью приточного воздуха с продуктами дыхания; расход приточного воздуха в десятки и более раз больше, чем объём воздуха, необходимый человеку для дыхания.
Бесспорно, значительное сокращение расхода наружного воздуха, подающегося для обеспечения жизнедеятельности людей, приведёт и к адекватному сокращению энергии на его обработку. Достаточно отметить, что расход тепловой энергии на обогрев приточного воздуха превышает расход энергии на системы отопления здания. Поэтому задача сокращения общего воздухообмена зданий весьма актуальна.
П. Оле Фангер в статье «Качество внутреннего воздуха в XXI веке: в поисках совершенства» [9] отметил: «В будущем, однако, я предвижу такие вентиляционные системы, которые будут подавать относительно малые количества чистого воздуха в зону дыхания каждого человека... Почему бы не подавать воздух высокого качества в небольших количествах напрямую каждому потребителю вместо того, чтобы прогонять через помещение огромные количества воздуха посредственного качества? Персонализированный воздух (ПВ) следует подавать таким образом, чтобы человек вдыхал чистый, прохладный и сухой воздух из сердечника воздушной струи, где подаваемый воздух не перемешан с загрязнённым воздухом помещения» (рис. 3).
До недавнего времени в отечественных нормативных документах отсутствовало понятие о системах персональной вентиляции. И лишь с выходом редакции [10] в разделе 5 «Качество воздуха» появилась поправка на необходимый расход наружного воздуха [м3/ч] в системе вентиляции в зависимости от эффективности системы воздухораспределения. Его следует определять по следующей формуле:
L = ηLδ, (1)
где η — коэффициент эффективности системы воздухораспределения, определяемый расчётом или принимаемый по табл. 1; Lδ — расчётное минимальное количество наружного воздуха, м3/ч. Ориентировочные значения коэффициента эффективности приведены в табл. 1.
Авторами предлагается принципиальная схема обеспечения требуемых параметров микроклимата в помещениях умственного труда
С точки зрения авторов, применительно к помещениям умственного труда с применением ПЭВМ, где рабочие места стационарны, необходимо подавать свежий чистый воздух непосредственно в зону дыхания каждого человека в количестве, необходимом для дыхания, с запасом 100 % (приблизительно 5 м3/ч). Что же касается избытков теплоты и вредностей, то их надо не ассимилировать и разбавлять до уровня ПДК рабочей зоны, а компенсировать холодом (фанкойлы, сплит-системы и т.д.) и абсорбировать в установках различного конструктивного исполнения. Авторами предлагается следующая принципиальная схема обеспечения требуемых параметров микроклимата в помещениях умственного труда с применением ПЭВМ (рис. 4). Остановимся подробнее на устройстве ГКПМ [11]. Схема представлена на (рис. 5). Устройство может быть использовано для создания комфортных параметров микроклимата на постоянных рабочих местах людей умственного труда, в том числе с применением ПЭВМ. Устройство для создания комфортных параметров микроклимата на постоянном рабочем месте состоит из элементов, показанных на рис. 5.
Технический результат устройства для создания комфортных параметров микроклимата на постоянном рабочем месте заключается в следующем:
1. Устройство производит подачу приточного воздуха непосредственно в зону дыхания работающих людей (персональная вентиляция), следствием чего являются низкие эксплуатационные расходы на тепловую и электрическую энергии.
2. Увеличивается КПД системного блока ПЭВМ и срок его службы за счёт эффективного теплосъёма с рабочих элементов.
3. Параметры приточного воздуха регулируются в зависимости от индивидуальных потребностей работающих.
4. Улучшается качество воздуха в локальном объёме помещения и повышается работоспособность людей.
5. Устройство позволяет обеспечить различные режимы работы: с параметрами от центральной приточной вентиляционной установки; с дополнительным подогревом воздуха после центральной вентиляционной установки; с регулируемой скоростью приточного воздуха на выходе из воздухораспределителя; с использованием рециркуляции. В помещении для улучшения качества внутреннего воздуха возможна установка ионизирующих и озонирующих устройств. Итак, первоначальное графическое изображение потребности в расходе вентиляционного воздуха (рис. 1) с учётом вышеизложенного преобразуется в следующую схему (рис. 6).
Таким образом, в предлагаемой схеме обеспечения требуемых параметров микроклимата в помещениях умственного труда с применением ПЭВМ приточный воздух в количестве, необходимом для дыхания человека, при помощи центральной вентиляционной установки подаётся в генератор комфортных параметров микроклимата, где приводится в соответствие с индивидуальными предпочтениями потребителей, приобретая заданные параметры. Далее приточный воздух подаётся непосредственно в зону дыхания человека. Удаление вытяжного воздуха осуществляется непосредственно от рабочего места пользователя ПЭВМ. Все вредности, поступающие и образующиеся в помещении, утилизируются (рис. 6).
У данной схемы имеются свои достоинства и недостатки. К достоинствам можно отнести следующее:
1. Качество вдыхаемого человеком воздуха выше, так как он не перемешан в объёме помещения, следовательно, работоспособность людей повысится, уменьшится количество ошибок. Снизится риск аллергических заболеваний.
2. При реализации данной схемы мы одновременно «боремся» с избытками тепла, влаги и различными вредностями (СО2, пыль, эмиссия строительных материалов и т.д.).
3. Персональная вентиляция позволит регулировать температуру и скорость воздушного потока на постоянных рабочих местах по потребности пользователя.
4. Значительно снизятся эксплуатационные затраты (экономия тепла, холода, электроэнергии).
К недостаткам относятся:
1. Вентиляционный воздух, требуемый для дыхания человека и подаваемый в соответствующую зону, должен подвергаться тщательной подготовке. Необходимо использование высококачественных и эффективных фильтров.
2. Необходимость регенерации установок, утилизирующих загрязняющие вещества.
3. Данная схема создания и обеспечения комфортных параметров микроклимата в помещениях умственного труда мало изучена.
На взгляд автора, это принципиальное схемное решение по созданию и обеспечению комфортных параметров микроклимата является перспективным. В настоящее время на кафедре «Жилищно-коммунального хозяйства» Воронежского ГАСУ проводятся научные исследования.
