Организация воздухообмена в помещениях

8.1 Типы потоков воздуха

Возможные типы потоков воздуха в здании и системах вентиляции и кондиционирования воздуха показаны на рисунке 2.

В чертежах систем вентиляции и кондиционирования воздуха для указания типа потока воздуха следует применять сокращения и условные обозначения в соответствии с требованиями ГОСТ 21.602—2016 (таблица 1).

Рекомендуемые цветовые обозначения потоков воздуха, приведенные на рисунке 2:

• наружный воздух, поступающий в системы вентиляции и кондиционирования, — зеленый;
• приточный воздух, подаваемый в помещения системами приточной вентиляции и кондиционирования воздуха после подготовки, — красный;
• вытяжной воздух, удаляемый из помещения, — синий;
• воздух в помещении — серый;
• рециркуляционный воздух (часть вытяжного воздуха, возвращаемого в систему вентиляции и кондиционирования) — оранжевый;
• вторичный воздух (воздух, отбираемый из помещения и возвращаемый в то же помещение, например после обработки в вентиляторном конвекторе) — оранжевый;
• перетекающий воздух — серый;
• вытяжной воздух, удаляемый в атмосферу, — коричневый;
• удаляемые продукты горения системами вытяжной противодымной вентиляции при пожаре — фиолетовый;
• наружный воздух, подаваемый в помещения здания системами приточной противодымной вентиляции, в том числе на компенсацию удаляемых продуктов горения, — оранжевый.

Рисунок 2 — Типы потоков воздуха

1 — наружный воздух (Н); 2 — приточный воздух (П); 3 — воздух в помещении (В); 4 — перетекающий воздух; 5 — вытяжной воздух (В); 6 — рециркуляционный воздух (Р); 7 — удаляемый воздух (У); 8 — вторичный воздух; 9 — утечка; 10 — инфильтрация; 11 — эксфильтрация; 12 — воздушная смесь.

8.2 Классификация потоков воздуха

8.2.1 Общие положения

Разработчики проекта, заказчики и другие стороны (при необходимости) должны согласовывать основные требования к параметрам воздуха. При этом используют классификацию, приведенную в 8.2.4. Рекомендации по проектированию приведены в приложении А.

8.2.2 Наружный воздух

При проектировании систем вентиляции следует учитывать качество наружного воздуха вблизи здания или предполагаемого места расположения здания. Возможны два основных способа снижения влияния загрязненного наружного воздуха на среду внутри помещения:

• располагать приемные устройства наружного воздуха в наименее загрязненных местах, если уровень загрязнений вблизи здания не является равномерным (см. А.2 приложения А);
• предусматривать очистку воздуха (см. А.3 приложения А).

Для очистки воздуха допускается использовать различные методы в зависимости от требований к качеству воздуха в помещении и от степени загрязнения наружного воздуха газами, частицами или тем и другим, а также в зависимости от размеров частиц, имеющих значение для конкретного случая.

Концентрация вредных веществ в наружном (атмосферном) воздухе, используемом для вентиляции, не должна превышать ПДК в воздухе населенных мест, установленных в [1] и [2].

Значения ПДК вредных веществ, наиболее часто присутствующих в атмосферном воздухе, представлены в таблице 9.

При совместном присутствии в атмосферном воздухе нескольких вредных веществ, обладающих суммацией действия, сумма их относительных концентраций не должна превышать 1:

Σ (C_j / C_j,ПДК) ≤ 1, (5)

где C_j — величина концентрации j-го загрязняющего вещества в наружном воздухе, мг/м³.

Перечень веществ, обладающих эффектом суммации, приведен в [1].

Таблица 9 — ПДК вредных веществ в воздухе населенных пунктов

* ПДК для углекислого газа не нормируется, данная величина является справочной.

Примерная классификация наружного воздуха приведена в таблице 10.

Таблица 10 — Классификация наружного воздуха

При классификации учитывают наиболее критические загрязнения в газообразной форме и в виде частиц (включая твердые частицы и соляной туман). Воздух считается чистым, если выполнены требования [4] и национальных стандартов по качеству воздуха:

• твердые частицы — рекомендуемые значения для частиц менее 2,5 мкм (ТЧ_2,5): 10 мкг/м³ среднегодовое значение, 25 мкг/м³ — среднесуточное значение; для частиц, которые попадают в дыхательные пути (ТЧ₁₀): 20 мкг/м³ — среднегодовое значение, 50 мкг/м³ — среднесуточное значение;
• озон — рекомендуемые значения О₃: 100 мкг/м³ усредненное значение за 8 ч;
• двуокись азота — рекомендуемые значения NO₂: 40 мкг/м³ — среднегодовое значение, 200 мкг/м³ — усредненное значение за 1 ч;
• двуокись серы — рекомендуемые значения SO₂: 20 мкг/м³ — среднесуточное значение, 500 мкг/м³ — усредненное значение за 10 мин.

Концентрация загрязнений считается высокой, если она превышает установленное значение, но не более чем в 1,5 раза. Концентрация считается очень высокой, если она превышает установленное значение более чем в 1,5 раза.

При проектировании следует также оценивать виды загрязнений, не учтенные нормативными документами (при необходимости). Следует учитывать влияние не только отдельных загрязнений, но и влияние их комбинаций.

Типичными загрязнениями в газообразной форме, которые следует учитывать при проектировании систем вентиляции и кондиционирования воздуха, являются оксид углерода, двуокись углерода, двуокись серы, оксиды азота и летучие органические соединения (бензол, растворители, полиароматические углеводороды и пр.).

Влияние этих загрязнений наружного воздуха на воздух в помещениях зависит от степени их химической активности.

Например, оксид углерода относительно стабилен и плохо абсорбируется на поверхностях внутри помещений. Содержание в наружном воздухе озона, напротив, не учитывают при проектировании, так как он обладает высокой активностью и его концентрация резко снижается в системе вентиляции и в помещении. Другие загрязнения в газообразной форме занимают промежуточное положение.

К частицам относятся все твердые или жидкие объекты в воздухе от видимой пыли до объектов субмикронных размеров. Во многих случаях чистоту воздуха оценивают концентрацией частиц с размерами (аэродинамическим диаметром) более 10 мкм (индекс РМ₁₀). Для целей охраны здоровья следует учитывать и частицы меньших размеров. При необходимости защиты от инфекций или иммунном риске следует, в первую очередь, учитывать частицы биологической природы.

Уровни загрязнения наружного воздуха приведены в таблице 11.

Таблица 11 — Примеры содержания загрязнений в наружном воздухе

Примечание — Приведенные значения являются среднегодовыми. Их не следует использовать при проектировании, так как максимальные концентрации будут выше. Для более подробной информации следует выполнить оценку загрязнений на месте или пользоваться соответствующими нормативными документами.

При превышении в наружном воздухе ПДК, установленных в [1] и [2], должны быть приняты меры по устранению источников выделения вредных веществ или, при невозможности их устранения, должна быть предусмотрена очистка приточного воздуха до ПДК загрязняющих веществ.

8.2.3 Приточный воздух

8.2.3.1 Классификация приточного воздуха

Классификация приточного воздуха приведена в таблице 12.

Таблица 12 — Классификация приточного воздуха

Примечание — Рециркуляционный воздух может принудительно подаваться в приточный воздух либо попадать в него путем утечки. Особое внимание следует уделять рекуператорам (в части возможных перетоков воздуха).

Качество приточного воздуха должно обеспечивать соответствующее требованиям качество воздуха в помещениях с учетом выделения загрязнений от человека, технологических процессов, строительных материалов, мебели, самой системы вентиляции и пр.

При задании требований к качеству приточного воздуха рекомендуется учитывать загрязнения, выделяемые в самом помещении, и, по возможности, увязывать их с требованиями стандартов.

8.2.3.2 Расход приточного воздуха

При определении расхода наружного и приточного воздуха следует учитывать:

• присутствие курящих и некурящих людей;
• другие известные источники выделения загрязнений;
• избыток тепла или холода, который должен быть удален средствами вентиляции.

Количество воздуха, необходимое для обеспечения нормативных параметров воздушной среды в рабочей зоне, следует определять расчетным методом, учитывая неравномерность распределения вредных веществ, тепла и влаги в объеме помещений, в частности:

• в помещениях с тепловыделениями расчет ведется по избыткам явного тепла;
• в помещениях с тепло- и влаговыделениями расчет ведется по избыткам явного тепла, влаги, скрытого тепла с учетом необходимого предупреждения конденсации влаги на поверхностях строительных конструкций и оборудования;
• в помещениях с одновременным выделением в воздух нескольких вредных веществ расчет ведется по тому веществу, которое требует наибольшего расхода воздуха для обеспечения его ПДК (при однонаправленном действии вредных веществ расход воздуха определяется по каждому веществу с последующим их суммированием);
• в помещениях с одновременным выделением вредных веществ, тепла и влаги расчет ведется по каждому виду выделений, при этом для проектирования используются результаты расчета с наибольшим расходом воздуха.

Количество выделяющихся в помещениях вредных веществ, тепла и влаги следует принимать по данным технологической части проекта, нормам технологического проектирования или паспорта на технологическое оборудование.

При отсутствии необходимых сведений проводят исследования по оценке валовых выделений вредных веществ, тепла и влаги от технологического оборудования, работающего с полной нагрузкой в натурных или лабораторных условиях, допускается использование результатов натурных исследований на аналогичных объектах или данных, полученных путем расчетов, что должно быть отражено в проекте.

Определение количества воздуха, необходимого для обеспечения нормативных параметров воздушной среды в рабочей зоне по кратности воздухообмена, не допускается, за исключением случаев, обоснованных нормативными документами, утвержденными в установленном порядке.

Содержание вредных веществ в приточном воздухе (при выходе из воздухораспределителей и других приточных отверстий) следует определять расчетным методом с учетом фоновых концентраций этих веществ в местах размещения воздухоприемных устройств, но не более 30 % ПДК в воздухе рабочей зоны помещений.

Содержание пыли в приточном воздухе, подаваемом механической вентиляцией после соответствующей очистки, не должно превышать ПДК для атмосферного воздуха населенных пунктов при его подаче в помещения общественных зданий.

Воздуховоды должны быть герметичными (см. А.8 приложения А) для предотвращения непредусмотренных потерь приточного воздуха.

Расход приточного воздуха q_v,п, м³/с, необходимого для удаления выделяемых загрязнений с учетом допустимой концентрации загрязнений в помещении, вычисляют по формуле

q_v,п = m_E / (C_пдк – C_п), (6)

где m_E — интенсивность выделения загрязнений в помещении, мг/с;
C_пдк — допустимая концентрация выделения загрязнений в помещении, мг/м³;
C_п — концентрация загрязнений в приточном воздухе, мг/м³.

Следует определить все возможные источники выделения загрязнений. Снижение выделения загрязнений является предпочтительным решением по сравнению с вентиляцией.

По формуле (6) расход приточного воздуха вычисляют для установившегося состояния с продолжительными постоянными выделениями. Если период выделения загрязнений краток, то равнозначное значение концентрации может быть не достигнуто, или расход воздуха может быть снижен с учетом заданного максимального уровня концентрации. Зависимость концентрации от времени (расход приточного воздуха равен расходу вытяжного воздуха) вычисляют по формуле

C(t) – C_п = (C(0) – C_п) · e^{-q_v · t / V_a} + (m_E / q_v) · (1 – e^{-q_v · t / V_a}), (7)

где C(t) — концентрация загрязнений в помещении в момент времени t, мг/м³;
C_п — концентрация загрязнений в приточном воздухе, мг/м³;
C(0) — концентрация загрязнений в помещении в начальный момент времени, мг/м³;
m_E — интенсивность выделения загрязнений в помещении, мг/с;
q_v — расход приточного воздуха, м³/с;
V_a — объем помещения, м³;
t — время, с.

В ряде случаев расход воздуха определяется по избыткам теплоты или холода, которые должны быть ассимилированы средствами вентиляции. Если расход воздуха для этой цели значительно выше, чем устанавливаемый по настоящему пункту, то более эффективным может оказаться другой метод удаления избытков теплоты или холода.

Расход приточного воздуха для удаления избытков теплоты или холода q_v, м³/с, вычисляют по формуле

q_v = Q / [ρ · c_p · (t_в – t_п)], (8)

где Q — тепловая нагрузка от источников тепла в помещении, Вт;
ρ — плотность воздуха, кг/м³;
c_p — удельная теплоемкость воздуха, Дж/(кг·К);
t_в — нормируемая температура в помещении, °C;
t_п — температура приточного воздуха, °C.

Плотность и теплоемкость воздуха зависят от его температуры и давления. Следует определить их значения в конкретных условиях.

8.2.3.3 Источники тепла внутри помещения

При проектировании систем вентиляции и кондиционирования следует правильно определить тепловыделения от источников внутри помещения в зависимости от времени.

Примечание — Переоценка тепловыделений внутри помещений может привести к неоправданным капитальным и текущим затратам, недооценка — к превышению температуры в сезон, когда работает система охлаждения.

Тепловыделение от персонала состоит из явной теплоты (излучение и конвекция) и скрытой теплоты (испарения). На повышение температуры влияет только явная теплота. В таблице 13 приведены значения тепловыделений при температуре воздуха 24 °C.

Таблица 13 — Тепловыделения от персонала при различных видах физической активности

Примечание — В таблице приведены округленные значения для тела человека с площадью поверхности 1,8 м²/чел.

При более высокой температуре общие тепловыделения остаются такими же, но значения скрытого тепла уменьшаются (при t = 26 °C) на 20 %.

При проектировании систем вентиляции следует учитывать тепловыделение от светильников. Типовой диапазон значений освещенности приведен в таблице 14. Эти значения являются средними для всего помещения.

Таблица 14 — Освещенность, принимаемая при проектировании

Расходы электроэнергии на освещение зависят от принимаемых технических решений. Типовые значения для энергоэффективных систем приведены в таблице 15.

Таблица 15 — Расход электроэнергии на освещение для энергоэффективных систем

Примечание — При использовании систем освещения с низкой эффективностью расход электроэнергии может увеличиться в два раза и более. Дополнительная мощность может потребоваться на местное освещение, при использовании других специальных систем освещения или поверхностей помещений темных цветов.

При проектировании систем вентиляции и кондиционирования воздуха следует учитывать все существенные выделения от оборудования, находящегося в помещениях, и периодичность их проявления.

В офисах тепловыделение от оборудования обычно составляет в среднем 25—200 Вт/рабочее место в течение рабочего дня. В качестве номинального значения принимают 100 Вт/рабочее место в течение восьмичасового рабочего дня.

8.2.4 Воздух в помещениях

8.2.4.1 Классификация воздуха в помещениях

Основные классы воздуха в помещениях приведены в таблице 16 (для помещений, в которых находятся люди).

Таблица 16 — Классификация воздуха в помещениях

Точное определение каждого класса зависит от характера источника загрязнений и воздействия этих загрязнений. Например, источники загрязнений могут быть:

• локализованными или распространенными по всему зданию;
• действующими непрерывно или периодически;
• выделяющими частицы (неорганические, жизнеспособные, органические) или газы (пары — органические или неорганические).

Влияние качества воздуха (например, на слизистые поверхности) может быть различным для людей с разными индивидуальными особенностями и состоянием здоровья. Оно может проявляться в виде реакций на токсичные и канцерогенные вещества и аллергических реакций. Это влияние на взрослых, детей и больных, находящихся в медицинских организациях, может иметь индивидуальный характер.

Исчерпывающее определение качества воздуха в помещениях является сложной задачей и не рассматривается в настоящем стандарте.

Для практических целей используются четыре класса качества воздуха в помещениях. Количественные показатели для одного и того же класса могут быть различными в зависимости от рассматриваемого вида загрязнений.

Выбор показателя и метода его оценки зависит от назначения помещения и предъявляемых к нему требований. Требуемый расход наружного воздуха может различаться для одного и того же класса в зависимости от принятого показателя. Допускается использовать и другие методы оценки качества воздуха в помещениях.

8.2.4.2 Классификация по концентрации СО₂

В таблице 17 приведена классификация воздуха в помещениях по концентрации СО₂, соответствующая результатам исследований и принятой практике. СО₂ является хорошим индикатором биологических выделений от человека. Классификация по концентрации СО₂ широко применяется для тех помещений, в которых находятся люди, но запрещено курение, и загрязнения являются, в основном, следствием метаболизма человека. Типовые концентрации СО₂, добавляемого к наружному воздуху находящимися в помещении людьми, приведены в таблице 17.

Таблица 17 — Содержание СО₂ в помещениях

8.2.4.3 Классификация по ощущаемому загрязнению воздуха в дециполах

Метод классификации применяется для помещений, в которых находятся люди, но отсутствует риск загрязнений опасными неощущаемыми людьми загрязнениями, например СО, радоном. Типовые значения приведены в таблице 18.

Таблица 18 — Ощущаемое загрязнение воздуха в помещениях, в которых находятся люди

Метод не нашел широкого применения из-за его сложности для практического использования. Его следует применять только в тех случаях, когда есть вся необходимая информация об интенсивности выделения загрязнений.

8.2.4.4 Косвенная классификация по расходу наружного воздуха на одного человека

Этот метод широко используется для тех помещений, в которых находятся люди. В таблице 19 приведен расход наружного воздуха, подаваемого системой вентиляции на одного человека, имеющего показатель метаболизма 1,2 мет, при нормальной работе в офисе или дома. Эти значения учитывают выделения от людей и материалов помещений (для материалов с низкой интенсивностью выделения загрязнений). При более активной работе (показатель метаболизма превышает 1,2 мет) расход наружного воздуха следует увеличить путем умножения значений по таблице 19 на дробь (показатель метаболизма/1,2).

Таблица 19 — Расход наружного воздуха на одного человека

Рекомендуется применять материалы с низкой интенсивностью выделения загрязнений (для мебели, ковровых покрытий и т. п.). Это дает больший эффект, чем повышение расхода наружного воздуха систем вентиляции и кондиционирования воздуха для разбавления выделяемых загрязнений.

Зоны, в которых запрещено или разрешено курение, рекомендуется разделять.

8.2.4.5 Классификация по уровням концентраций для отдельных видов загрязнений

Этот метод применяется при наличии значительных выделений загрязнений отдельных видов. Если информации о выделениях внутри помещения достаточно, то параметры системы вентиляции могут быть рассчитаны по формуле (6). Если интенсивность выделений неизвестна, то требуемое качество воздуха может быть задано косвенно по расходам воздуха, основанным на опыте.

8.2.4.6 Косвенная классификация по расходу воздуха на единицу площади пола

Этот метод может быть использован при проектировании помещений, не предназначенных для постоянного нахождения в них людей, в том случае, когда не задан уровень загрязнений исходя из назначения помещений (например, склады). В этом случае расход воздуха задается на единицу площади пола (см. таблицу 20) в предположении, что система вентиляции работает в течение 50 % рабочего времени, а высота помещения не превышает 3 м. Если система работает в течение меньшего времени, а высота помещения превышает 3 м, то расход воздуха следует увеличить.

Таблица 20 — Расход наружного или перетекающего воздуха на единицу площади пола для помещений, в которых не предусмотрено постоянное нахождение людей

* Для класса В 1 данный метод не применяется.

8.2.5 Вытяжной и удаляемый воздух

Классификация вытяжного и удаляемого воздуха приведена в таблице 21. Если общий поток удаляемого воздуха складывается из потоков воздуха из различных помещений, то общему потоку присваивается класс, характеризуемый наибольшим уровнем загрязнений.

Класс вытяжного воздуха устанавливается для воздуха, прошедшего предусмотренную очистку. Метод очистки воздуха (при ее наличии) и ее эффективности должны быть четко определены, причем эффективность очистки должна проверяться при пусконаладочных работах и в процессе эксплуатации системы. Следует принимать во внимание и фактор стоимости, особенно если предусмотрена очистка воздуха более чем на один класс.

Таблица 21 — Классификация вытяжного (удаляемого) воздуха

8.2.6 Расход вытяжного воздуха

В системе вентиляции, сбалансированной с применением механических средств, расход вытяжного воздуха определяется расходом приточного воздуха и требуемым давлением в помещении.

Типовые значения расхода вытяжного воздуха для встроенных кухонь, туалетов и комнат для умывания приведены в таблице 22. Вытяжной воздух может заменяться наружным воздухом или воздухом из других помещений (см. таблицу А.2 приложения А). В отдельных областях применения расход вытяжного воздуха следует определять с учетом возможности влияния на окружающую среду (в настоящем стандарте данный вопрос не рассматривается).

Таблица 22 — Проектные значения расхода вытяжного воздуха

* Вентиляция работает в течение не менее 50 % всего времени. При меньшем времени работы требуется больший расход воздуха. Меньшие значения допускаются при непосредственной вытяжке воздуха из туалета (типовые значения — от 10 до 20 м³/ч на туалет).