Энергоэффективные системы вентиляции для обеспечения качественного микроклимата помещений 

Olli Seppanen, профессор, президент Финской Ассоциации по отоплению, вентиляции, кондиционированию воздуха, Финляндия

1. Реферат

В статье показано, что стоимость систем вентиляции и кондиционирования воздуха в зданиях сопоставима по величине с затратами, которые являются следствием плохого качества воздуха. Требования обеспечения высокого качества воздуха и экономии энергии часто противоречат друг другу, однако следует отметить, что здания с эффективным энергопотреблением, построенные в Европе, как правило, являются высококачественными в целом. Это подразумевает высокий уровень проектирования, строительства и эксплуатации, обслуживание инженерных систем квалифицированным персоналом, осознающим важность требований как высокого качества воздуха, так и энергосбережения.

В статье рассматриваются различные системы вентиляции, позволяющие повысить качество воздуха без увеличения энергопотребления или добиться экономии энергии без снижения качества воздуха. Предпосылки для этого следующие: корректный выбор расчетных параметров внутреннего и наружного воздуха при проектировании систем, правильное размещение воздухозаборных устройств, очистка приточного воздуха, эффективное воздухораспределение в помещениях, утилизация теплоты удаляемого воздуха, регулирование производительности систем вентиляции в зависимости от качества воздуха, баланс воздушных потоков, контроль источников и эффективное удаление загрязнений, локальное регулирование микроклимата на рабочих местах, использование естественной вентиляции и природных источников холода.

2. Введение

Системы вентиляции играют существенную роль в обеспечении высокого качества воздуха в помещениях. Вентиляционный воздух эффективно удаляет из помещений внутренние загрязнения. При уменьшении объема вентиляционного воздуха энергозатраты уменьшаются, но в то же время качество воздуха ухудшается. Доля затрат на нагрев вентиляционного воздуха в общем энергопотреблении систем микроклимата общественных и жилых зданий составляет приблизительно 33%. Таким образом, совершенствование систем вентиляции ощутимо повлияет на энергопотребление в зданиях. Некоторые расчеты (Econ, 1993; Fisk и Rosenfeld, 1997; Seppanen и Paionen, 1998) показали, что затраты на энергоснабжение систем кондиционирования сопоставимы с потерями от некачественного воздуха в помещении (влияние на здоровье людей, производительность труда и пр.). Это означает, что в некоторых случаях указанные потери могут быть выше, чем затраты на обработку и перемещение приточного воздуха. Таким образом, с экономической точки зрения, энергосбережение и здоровье одинаково важны и не следует экономить энергию, если это приводит к ухудшению состояния воздуха в помещениях.

Снижение качества воздушной среды в помещениях может иметь различные последствия, приводящие в конечном итоге к возрастанию сопутствующих затрат. Наиболее серьезными случаями являются рак легких со смертельным исходом и "болезнь легионеров". В других ситуациях плохое качество воздуха вызывает только временный дискомфорт. Величина затрат, сопутствующих плохому качеству воздуха в помещениях, слагается из следующих составляющих: расходы на амбулаторное и больничное лечение, оплата больничных листов, потери продукции в связи с потерей рабочих дней, снижение производительности труда. Затраты, связанные с ухудшением качества воздуха в зданиях для условий Финляндии, приведены в таблице (расчеты выполнены Seppanen и Paionen, (1998)). При этом учтены следующие последствия плохого качества воздуха:

1. рак легких, вызванный наличием радона;
2. вредное воздействие пассивного курения;
3. аллергические реакции;
4. пропуски рабочих дней, вызванные плохим качеством воздуха;
5. снижение производительности труда из-за высокой температуры воздуха в помещении;
6. снижение производительности труда из-за ощущения дискомфорта в здании.

В таблицу включена также стоимость содержания зданий, стоимость очистки от радоновых загрязнений и плесневых грибков, а также стоимость нагрева. Следует отметить, что затраты, вызванные плохим качеством воздуха, выше, чем годовые затраты на обогрев зданий. Доля энергозатрат на системы кондиционирования (включая перемещение воздуха) составляет для условий Финляндии 40%.

Требования обеспечения высокого качества воздуха и энергосбережения часто кажутся противоречивыми. Однако это далеко не всегда так. Существуют различные способы существенного снижения энергозатрат и одновременного улучшения качества воздуха. Указанные способы рассматриваются в настоящей статье. Они включают, в частности, уточнение расчетных параметров, определяющих качество воздуха, утилизацию тепла, точный расчет и регулирование воздушных потоков, контроль и удаление внутренних загрязнений, локальное регулирование микроклимата на рабочих местах.

3. Энергопотребление и расход вентиляционного воздуха

Определение оптимального объема вентиляционного воздуха для здания - не такая простая задача, как может показаться. Системы вентиляции потребляют энергию на обработку воздуха (нагрев, охлаждение, увлажнение, осушка). Кроме того, расходуется энергия на привод вентиляторов, перемещающих воздух по сети. Для нагрева и охлаждения воздуха необходимо специальное оборудование, что также связано с затратами. Вследствие этого часто стремятся сократить объемы вентиляционного воздуха для снижения капитальных и эксплуатационных расходов. Это стало вполне обоснованным после энергетического кризиса 70-х годов. В этот период здания стали более герметичными и защищенными от инфильтрации. Поскольку расход вентиляционного воздуха напрямую связан с энергопотреблением и затратами на сооружение систем вентиляции, важно не допускать избыточного воздухообмена, хотя, с другой стороны, недостаточная вентиляция может причинить вред здоровью людей. Расчетный объем вентиляционного воздуха должен соответствовать балансу этих факторов.

Энергопотребление, приходящееся на долю жилых и административных зданий, (IEA/AIVC 49 1998) составляет в среднем 39% в 13 странах (включая США), участвующих в программе IEA "Энергосбережение в зданиях и коммунальном хозяйстве". В свою очередь, эта величина распределяется на жилой сектор - 62% и административные здания - 38%. Энергия, потребляемая зданиями указанных категорий, расходуется в основном на обогрев и охлаждение помещений - 68%, а оставшаяся часть - на освещение и горячее водоснабжение. Из составляющей энергозатрат, приходящейся на обогрев и охлаждение, 33% расходуется в системах вентиляции, включая затраты на нагрев инфильтрационного воздуха (под вентиляцией подразумевается подача в помещения санитарной нормы наружного воздуха механическим или естественным путем с целью обеспечения состояния воздушной среды в соответствии с ASHRAE 62 R 1996). Таким образом, согласно этой усредненной оценке, вентиляция играет значительную роль в энергопотреблении зданий. Перемножение вышеуказанных долей позволяет определить расход энергии в системах вентиляции как 9% от общего энергопотребления и 22% энергии, поступающей в здания. Доля энергопотребления системами вентиляции зависит от типа здания, климата и строительных стандартов. Обычно эта доля высока для промышленных зданий и т. п., где имеются значительные загрязнения воздуха. В торговых зданиях, где значительная часть потребляемой энергии расходуется системами освещения и имеется потребность в кондиционировании воздуха, доля вентиляции не столь велика.

Климатические условия оказывают существенное влияние на затраты энергии для обработки воздуха. Как показывают расчеты (Colliver, 1995), удельное годовое энергопотребление системой кондиционирования (на 1 кг/ч обрабатываемого воздуха) составляет 22 МДж в умеренном климате Лос-Анджелеса, штат Калифорния, и 102 МДж в континентальном климате г. Омаха, штат Небраска. В Европе большая часть энергии расходуется на нагрев вентиляционного воздуха, в США - как на нагрев, так и на охлаждение. Во влажном климате штата Майами 86% энергии затрачивается на осушение воздуха.

Для административных и торговых зданий, построенных в американском стиле, характерны системы вентиляции с большим объемом рециркуляции, поэтому потребление энергии вентиляторами, приходящееся на долю наружного воздуха, незначительно; однако существует потребность расхода энергии на термическую обработку воздуха. Были проведены исследования, использующие компьютерное моделирование, с целью выявления зависимости между долей наружного воздуха в воздухообмене и энергопотреблением систем вентиляции для коммерческих зданий Северной Америки (Eto, Meyer, 1988; Eto, 1990; Steel, Brown, 1990; Ventresca, 1991; Mudarri, Hall, 1993, 1996; Zmeureanu, 1993). Полученные результаты существенно различаются в зависимости от типов зданий, разновидностей систем ОВК, количества людей в помещениях, климатических условий. Для многих офисных помещений в США увеличение нормы подачи наружного воздуха от 5 до 10 л/с·чел приводит к увеличению энергозатрат системами ОВК (нагрев, охлаждение, перемещение воздуха) до 10%. Более значительные изменения энергозатрат (от 20 до 40%) характерны для помещений с большим количеством людей (школьные классы, аудитории), находящихся в суровом климате. Данных о возрастании энергопотребления при увеличении нормы подачи наружного воздуха свыше 10 л/с·чел немного, однако есть предположение (Eto, 1995), что зависимость между энергозатратами и расходом наружного воздуха в этом диапазоне будет нелинейной, т. е. ожидается более высокий темп роста энергопотребления системами ОВК.

В европейских зданиях обычно используются системы вентиляции без рециркуляции, поэтому существует непосредственная связь между объемом вентиляционного (наружного) воздуха и затратами энергии на его обработку и перемещение, однако благодаря утилизации тепла удаляемого воздуха общее возрастание энергопотребления в зданиях невелико.

По данным проекта "Европейский аудит" - оптимальное сочетание качества воздуха в служебных помещениях и энергопотребления (Bluyssen и др., 1995; Bluyssen и др., 1996) - отсутствует корреляция между затратами энергии и расходом вентиляционного воздуха. Измеренная величина воздухообмена находилась в пределах 0,5-5 обм/ч, годовой расход энергии при этом составлял 500-2 000 МДж/м² (Roulet и др., 1995). Причины такого соотношения весьма просты. Величина энергозатрат на другие цели, помимо вентиляции, неодинакова в различных зданиях, кроме того, имеет место использование разных типов систем ОВК; технические решения этих систем, например, наличие или отсутствие утилизации тепла удаляемого воздуха, оказывают существенное влияние на энергопотребление.

4. Воздухообмен и здоровье людей

Недавно был проведен обзор и анализ литературы по вопросу влияния вентиляционного воздухообмена и концентрации углекислого газа на состояние здоровья и самочувствие людей (Seppanen и др., 1999) для нежилых и непромышленных зданий (в основном для офисов). В 20 исследованиях, охватывающих около 30 000 испытуемых, изучалось влияние величины вентиляционного воздухообмена на самочувствие людей, 21 исследование на основе более 30 000 испытуемых касалось влияния концентрации углекислого газа.

Из имеющихся данных о комплексной связи между вентиляционным воздухообменом и качеством воздуха в помещении нелегко выделить фактор влияния воздухообмена на состояние здоровья, однако во всех исследованиях, включенных в обзор, указано, что при норме подачи наружного воздуха менее 10 л/с·чел преобладают негативные оценки качества воздуха. В исследованиях отмечается, что при снижении воздухообмена риск респираторных заболеваний увеличивается (1,5-2), возрастает значение показателя "синдром дискомфортного здания (SBS)" (1,1-6). Большинство исследований были проведены в конторских помещениях. Их результаты показывают, что при увеличении нормы подачи свежего воздуха от 10 до 20 л/с·чел субъективная оценка качества воздуха улучшается, а "синдром дискомфортного здания" снижается. Многочисленные данные позволяют определить влияние нормы подачи вентиляционного воздуха (до 25 л/с·чел) на объективные и субъективные показатели самочувствия в долевом отношении; однако данных недостаточно, для того чтобы определить количественные параметры. По мере возрастания объема подаваемого воздуха влияние этого возрастания на самочувствие ощущается все меньше, поэтому необходимы дополнительные исследования. Однако имеющиеся данные и выявленные устойчивые зависимости для нормы подачи наружного воздуха около 10 л/с·чел и весьма важны для здоровья людей. В стандартах по системам вентиляции должно быть упоминание о благоприятном воздействии на здоровье определенной нормы подачи свежего воздуха и количественная оценка этого воздействия, сопоставленная с затратами на дополнительную вентиляцию. Это станет новым положением, поскольку существующие в настоящее время стандарты содержат требования подачи наружного воздуха, не приводя их гигиенического обоснования.

Исследования, касающиеся влияния концентрации углекислоты, подтверждают приведенные выше выводы. Около половины полученных результатов позволяют предположить, что риск возникновения "синдрома дискомфортного здания" значительно снижается, если концентрация углекислого газа не превышает 0,08% (800 частей на миллион).

5. Обоснованный выбор воздухообмена

Первоначально считалось, что основным источником загрязнения воздуха в помещении являются люди. Однако позднее было установлено, что выделения вредных веществ строительными материалами и компонентами систем ОВК весьма значительны и оказывают существенное воздействие на качество воздуха в помещении (Fanger и др., 1988).

Определение вентиляционного воздухообмена обычно основано на площади помещения и количестве людей, находящихся в нем. Как правило, расчетные значения воздухообмена, определяемые по площади помещения, находятся в пределах 1-5 л/с·м² (в зависимости от субъективного мнения проектировщика). При расчете воздухообмена на количество людей получаются значения от 4 до 25 л/с·чел. В проекте "Европейский Аудит" указываются средние значения воздухообмена 1,8 л/с·м² или 25 л/с·чел (Bluyssen и др., 1995; Bluyssen и др., 1996; Roulet и др., 1995). Практически выбор величины воздухообмена производится экспертно и не основывается на величине фактического загрязнения воздуха.

Существующую практику проектирования систем вентиляции можно сравнить с таким расчетом систем отопления, когда во все помещения подается одинаковое количество тепла независимо от температуры и потребности в обогреве. Однако эта практика постепенно изменяется. В последнем европейском стандарте по проектированию содержится методика расчета систем вентиляции, в которой воздухообмен определяется исходя из фактического загрязнения (неприятный запах) - уравнение (1) и по концентрации вредных веществ - уравнение (2) (CEN 1752 1998). В проекте используется наибольшее из полученных значений.

Q_c = 10 · G_c/(G_c.i-G_c.0)/e_v, (1)

где
Q_c - расход воздуха, необходимый для получения допустимого качества воздуха в помещении, л/с;
G_c - выделение запахов всеми источниками, олф;
G_c.i - показатель допустимого качества воздуха в помещении, деципол;
G_c.0 - показатель качества наружного воздуха, деципол;
e_v - эффективность вентиляции (e_v=1 смесительное воздухораспределение, e_v=2 - идеально равномерное воздухораспределение).

Q_c = 10 · G_h/(G_h.i-G_h.0)/e_v, (2)

где
Q_h - воздухообмен, необходимый для ассимиляции химических загрязнений, л/с;
G_h - интенсивность выделения химических загрязнений, мг/с;
C_h.i - допустимая концентрация химических загрязнений в воздухе помещения, мг/м³;
C_h.0 - концентрация химических загрязнений в наружном воздухе, мг/м³;
e_v - эффективность вентиляции (e_v смесительное воздухораспределение, e_v - идеально равномерное воздухораспределение).

Эффективность вентиляции в уравнениях 1 и 2 зависит от эффективности воздухообмена. Эффективность воздухообмена 50% (e_v=1) соответствует воздухораспределению смесительного типа, 100% (e_v) - идеально равномерному воздухораспределению. Для систем вытесняющей вентиляции эффективность находится в диапазоне 1-2, а для систем с "коротким" контуром циркуляции (вытяжные отверстия вблизи приточных) - менее 1.

Рассмотренная методика расчета в принципе не отличается от предлагаемой стандартом ASHRAE по проектированию систем вентиляции (ASHRAE 62R 1996). В указанном стандарте эффективность вентиляции названа эффективностью воздухообмена. Численные значения этой величины не отличаются от приведенных выше. Использование уравнений (1) и (2) означает, что воздухообмен в зданиях определяется рационально, на основании реальных показателей загрязнения воздуха. Улучшение качества воздуха достигается без перерасхода энергии в системе вентиляции. Использование предлагаемого метода подразумевает, однако, увеличение трудозатрат на определение источников загрязнений и их интенсивности; это вносит существенные изменения в сложившуюся практику проектирования.

6. Принципы проектирования вентиляции для улучшения качества воздушной среды в помещениях

Даже если потребление энергии системой вентиляции не является определяющим фактором в энергопотреблении здания, повышение эффективности вентиляции весьма важно для обеспечения качественного микроклимата во всем объеме здания. Существуют различные способы улучшения микроклимата при экономном расходовании энергии. Эти способы можно сгруппировать следующим образом:

1) Способы улучшения качества воздушной среды без сокращения расхода энергии:

Корректный выбор расчетных параметров внутреннего и наружного воздуха.

Использование приточных установок, не загрязняющих воздух.

Повышение степени очистки приточного воздуха.

Сбалансированный воздухообмен.

Повышение эффективности вентиляции.

Правильное размещение воздухозаборных устройств.

2) Способы энергосбережения без ухудшения качества воздушной среды:

Утилизация тепла удаляемого воздуха.

Местное регулирование параметров воздуха в помещении.

3) Способы улучшения качества воздушной среды при одновременной экономии энергии:

Контроль источников загрязнения воздуха и уменьшение объема загрязнений.

Использование локализующего воздухоудаления.

Нормированная подача наружного воздуха.

Использование естественной вентиляции и охлаждения.

Усовершенствование системы регулирования и обслуживания.

6.1 Выбор параметров воздушной среды

Хорошо известно влияние температуры воздуха на тепловой комфорт, но влияние этого фактора на ощущаемое качество воздуха менее изучено. Исследования показывают, что в теплом и влажном воздухе ощущается духота (Berg-Munch, 1980), при теплом воздухе в помещении в зимнее время чаще возникает "синдром дискомфортного здания", чем при прохладном (Seppanen, Jakkola, 1989). Зависимость между количеством случаев ощущения дискомфорта и температурой помещения близка к линейной в диапазоне изменения температуры воздуха 20-26°С.

Последние лабораторные исследования (Fang и др., 1998) показали, что воспринимаемое качество воздуха при наличии загрязнений зависит от энтальпии. В лабораторных исследованиях воздух загрязнялся веществами, которые выделяют обычные строительные материалы. Натурные исследования не показали столь явно выраженной зависимости между этими показателями (Fang и др., 1997). Тем не менее, влияние энтальпии весьма существенно. Это позволяет предположить, что в холодный период года целесообразно задавать более низкую температуру и относительную влажность в помещении, что позволит обеспечить как улучшение воспринимаемого качества воздуха, так и экономию энергии в системах вентиляции.

Расчетное значение подвижности воздуха в помещении также связано с расходом энергии в системах вентиляции. Высокая подвижность воздуха приводит к интенсификации конвективного теплообмена, поэтому максимально допустимое по комфортным условиям значение подвижности следует принимать в период охлаждения, минимально допустимое - в период обогрева. Обычно среднее значение подвижности воздуха возрастает при возрастании потребности охлаждения помещения вместе с объемом подаваемого воздуха (Fitzner, 1996). Таким образом, расход приточного воздуха при охлаждении помещения целесообразно принимать более высоким, чем при обогреве. Регулировать подвижность воздуха можно также с помощью системы воздухораспределения и путем использования комнатных перемешивающих вентиляторов (типа тропических потолочных вентиляторов). Система вентиляции по принципу замещения (вытеснения) обычно создает более низкую подвижность воздуха в помещении, чем система перемешивающей вентиляции (Fitzner, 1996).

Расчетное значение относительной влажности оказывает большое влияние на энергопотребление в теплом и влажном климате. Увеличение расчетного значения относительной влажности, например, с 40 до 60%, приводит к существенному снижению холодильной нагрузки. Так, для условий Майами энергозатраты в СКВ при относительной влажности в помещении 60% составляют только 56% от энергозатрат при заданной относительной влажности 40% (IEA/AIVC 47 1995).

6.2 Приточные установки, не загрязняющие воздух

Основная задача систем вентиляции - подача в помещение чистого воздуха для разбавления и замещения загрязненного. Для выполнения этой задачи приточный воздух должен быть как можно более чистым. От степени чистоты подаваемого воздуха зависит эффективность вентиляции с точки зрения ассимиляции загрязнений. Таким образом, приточный воздух должен содержать минимальное количество взвешенных пылевых частиц и химических примесей, а также не обладать неприятным запахом.

Однако обследования, проводимые в рамках проекта "Европейский аудит", показали, что воспринимаемое качество приточного воздуха во многих случаях гораздо ниже, чем аналогичный показатель для наружного воздуха. Практически в большинстве случаев воздух в приточной установке загрязняется гораздо сильнее, чем в обслуживаемом помещении. Отсюда вытекает следующий вопрос: что является источником загрязнения в оборудовании приточной камеры? Для того чтобы это выяснить, были произведены измерения качества воздуха на всех этапах обработки (Bluyssen, 1990; Hujanen и др., 1991; Pjetersen, 1994; Европейская база данных, 1997). Измерения показали ухудшение качества воздуха на каждом этапе. Результаты экспериментов, проведенных в Финляндии (Bjorkroth, 1998), свидетельствуют о том, что основным источником загрязнения является фильтр, улавливающий взвешенные частицы. Однако, ощущаемое качество воздуха, поступающего в помещение, все же лучше, чем непосредственно за фильтром. Причиной этого может быть рассеяние запахов при перемещении воздуха или химические реакции.

Однако фильтр - не единственный источник загрязнения в приточной системе. Широко распространенным компонентом вентсистем являются металлические воздуховоды. Как правило, площадь поверхности воздуховодов составляет около 10% площади здания. Воздуховоды также могут быть источником неприятного запаха. В лабораторных экспериментах исследовались старый и новый воздуховод длиной 20 м и площадью внутренней поверхности 5 м²; ухудшение качества воздуха при прохождении такого участка воздуховода было эквивалентно загрязнению от пребывания в помещении одного "стандартного" человека (Torkki, Seppanen, 1996). Причиной загрязнения воздуха при прохождении участка нового воздуховода было смазочное масло, оставшееся на внутренней поверхности. Этот источник загрязнения может быть устранен путем промывки воздуховодов после изготовления, а при прохождении чистого воздуховода качество воздуха даже улучшается (Torkki, Seppanen, 1996; Европейская база данных, 1997).

Измерения, выполненные в проекте "Создание Европейской базы данных по источникам загрязнения воздуха в зданиях", показали, что все недостаточно чистые компоненты приточной установки могут стать источником неприятного запаха. Эти измерения проводились для сухого, незагрязненного оборудования, установленного прямо со склада завода-изготовителя или поставщика.

Значительно более серьезные проблемы возникают при конденсации влаги, если элементы приточной установки не имеют дренажа, неправильно смонтированы или плохо обслуживаются. Неправильно обслуживаемые охладители воздуха с выпадением конденсата на поверхности могут стать источником бактериального загрязнения воздуха в зданиях. Ряд исследований (Flannigan, Morey, 1996) выявил важность очистки поверхности воздухоохладителей. Например, исследования, проведенные в Южной Калифорнии, обнаружили, что одна треть теплообменников в крупных приточных системах и две трети в небольших системах не очищаются (Byrd, 1996).

Важность чистоты оборудования для обработки воздуха зафиксирована в государственных стандартах и нормативных документах многих стран (финский Классификатор 1995, ASHRAE 62R 1996, VDI 6022 1997).

Поскольку чистота оборудования имеет столь существенное значение для качества приточного воздуха, в Финляндии было проведено тестирование приточной установки, находящейся в эксплуатации длительное время (примерно 10 лет). Было проведено измерение ощущаемого качества воздуха до и после очистки (Bjorkroth и др., 1998). Результаты тестирования показали значительное улучшение качества воздуха после очистки оборудования. Несмотря на то, что фильтр по-прежнему являлся источником загрязнения, после прохождения всей установки качество воздуха до некоторой степени улучшалось.

Влияние чистоты поверхности сети воздуховодов на качество воздуха также немаловажно. В процессе тестирования приточный воздух после обработки пропускался по старому воздуховоду длиной 30 м и, для сравнения, по новому чистому длиной 10 м. Качество воздуха в последнем случае улучшалось, а после прохождения участка старого воздуховода отмечалось значительное ухудшение.

6.3 Очистка наружного воздуха

Для того чтобы обеспечить наибольшую эффективность ассимиляции загрязнений в помещении, приточный воздух должен быть возможно более чистым. Очистка наружного воздуха имеет наибольшую значимость в зонах с загрязненной атмосферой. Как видно из уравнений (1) и (2), объем притока прямо пропорционален степени очистки наружного воздуха.

Фильтры для удаления механических загрязнений широко используются в СКВ. Они предназначены как для предохранения оборудования СКВ от загрязнения, так и для очистки приточного воздуха. Характеристики этих фильтров весьма различны. Фильтры, отнесенные к одному и тому же классу, могут иметь различную эффективность пылеулавливания по фракциям и различные эксплуатационные характеристики. Эту проблему предполагается устранить после ввода в действие нового стандарта (ASHRAE 52.2) по сертификации воздушных фильтров.

Фильтры, отнесенные к классу EU5 (эффективность пылеулавливания 60%), снижают общее содержание пылевых частиц наполовину, а фильтры класса EU7 (эффективность пылеулавливания 90%) - до 30% от первоначальной концентрации. Воздуховоды и теплообменные поверхности загрязняются в основном крупными частицами, которые в первую очередь оседают на поверхностях. Фильтры класса EU7 обеспечивают как защиту оборудования, так и очистку приточного воздуха (Fransson, 1996). Для обеспечения более высокого качества воздуха рекомендуется двухступенчатая фильтрация. Фильтры грубой очистки (1 ступень) улавливают основную массу пылевых частиц и в связи с этим их необходимо заменять чаще, чем фильтры тонкой очистки (2 ступень); такой порядок эксплуатации обеспечивает более высокое качество приточного воздуха (Hujanen и др., 1991).

На практике часть воздуха может проходить мимо фильтров через неплотности в конструкции приточной камеры. Таких ситуаций, создающих поток неочищенного воздуха, следует избегать - необходимо уплотнять конструкцию воздухозабора. По аналогичной причине требуется уплотнение элементов приточной установки между фильтром и вентилятором, находящихся под разрежением.

Новые технологии очистки воздуха предоставляют совершенно новые возможности. Совмещая электрические способы очистки и волокнистые фильтры, можно добиться высокой эффективности без значительного увеличения расхода энергии в системе. Электрофильтры не создают такого аэродинамического сопротивления, как волокнистые фильтры, расход энергии на перемещение воздуха составляет 1-2 Вт на 50-100 л/с. Использование электрофильтров совместно с волокнистыми существенно повышает эффективность очистки от мелкодисперсных фракций (Hotokainen, 1994).

Химические очистители воздуха могут быть использованы для удаления загрязняющих воздух химических веществ. Такие очистители до сих пор не нашли широкого применения в практике из-за высокой стоимости и малой производительности. Эффективность химических фильтров может резко снизиться, когда состояние реагента-поглотителя близко к насыщению. Время эффективной работы поглотителей сравнительно невелико и в значительной мере определяется начальной концентрацией загрязнений в приточном воздухе (Strindehag, 1996).

Затраты на химическую очистку воздуха можно сопоставить с затратами на вентиляцию. Очистка воздуха становится предпочтительным вариантом при больших удельных энергозатратах в системе вентиляции. В материалах EPA (1998) приводится оценка стоимости годовой эксплуатации угольного фильтра - 1,72$ на расход воздуха 1 м³/с. Эти затраты того же порядка, что годовая стоимость энергии на нагрев такого же количества вентиляционного воздуха в холодном климате (отопительный период - 5 000 градусо-дней) при продолжительности работы системы 50% года, стоимость тепловой энергии - 8$/ГДж.

6.4 Сбалансированный воздухообмен

Вентиляционный воздухообмен, определенный в расчете на 1 человека или на единицу площади, может оказаться существенно различным. Во время выполнения проекта "Европейский аудит" было установлено, что расход наружного воздуха в расчете на единицу площади помещения изменялся от величины, близкой к нулю, до 5 л/с·м² и более. В зданиях с естественной вентиляцией расход наружного воздуха в 80% случаев составлял менее 1 л/с·м². В помещениях с механической вентиляцией в 80% случаев расход наружного воздуха превышал 1 л/с·м². Средняя норма подачи наружного воздуха составляла 25 л/с·чел (Roulet и др., 1995). Однако даже если расход наружного воздуха для здания в целом определен корректно, распределение воздуха по помещениям может оказаться неравномерным из-за несбалансированности воздушных потоков, в т. ч. рециркуляции.

Инспекция по надзору за состоянием окружающей среды и здоровьем людей г. Хельсинки провела обследование офисных помещений с общим числом сотрудников 1 782 чел. в 33 случайно выбранных зданиях. Средний расход приточного воздуха составил 17,2 л/с·чел, что явно превышает нормативную величину для Финляндии (10 л/с·чел). При этом было обнаружено большое различие конкретных значений расхода приточного воздуха для разных зданий и по помещениям в пределах здания. Типичный разброс величины расхода воздуха составил 11,6 л/с·чел (Teijonsalo и др., 1996). В 10 зданиях разброс величины воздухообмена по помещениям превысил половину среднего значения этого показателя. В этих случаях баланс воздухообмена был признан неудовлетворительным. Несбалансированность воздухораспределения по помещениям здания означает, что в одних помещениях будет иметь место избыточная вентиляция и, следовательно, перерасход энергии, а в других - плохое качество воздуха. Такая ситуация обычно возникает в тех случаях, когда используются системы вентиляции без рециркуляции. Равномерное распределение подачи наружного воздуха позволит улучшить качество воздуха в целом по зданию и сократить общее потребление энергии. Слишком низкий удельный расход наружного воздуха может иметь место в системах вентиляции с переменным расходом при отсутствии ограничения минимального расхода наружного воздуха.

Перевод с английского О. П. Булычевой