Специальные системы вентиляции школьных зданий

М. Дж. Карпински, член ASHRAE

Помимо обычных классов, в школах, как правило, имеются специальные помещения, в которых проектируются особые системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (ОВК). К этим помещениям относятся исследовательские кабинеты и лаборатории с препараторскими комнатами, пищевые лаборатории, художественные студии, плавательные комплексы, мастерские, кухни.

Исследовательские лаборатории

Школьные исследовательские лаборатории включают лаборатории общего назначения, химические, физические и биологические кабинеты. В химических кабинетах предъявляются наиболее жесткие требования к системам вентиляции, так как в этих помещениях проводятся эксперименты с выделением дыма и испарениями вредных веществ на рабочих местах студентов, на демонстрационных столах и в вытяжных шкафах. Вытяжные шкафы могут располагаться также и в препараторских, смежных с лабораториями.

Системы ОВК должны проектироваться с учетом архитектурно-строительных решений. Эти системы предназначены для удаления газов, испарений и дыма из помещений, перемещения их за пределы здания и рассеивания в окружающем воздухе таким образом, чтобы предотвратить попадание вредных веществ в воздухозаборные отверстия. Правильно спроектированные системы ОВК обеспечивают безопасные условия воздушной среды на рабочих местах студентов. Кроме того, в лабораториях и препараторских необходимо поддерживать более низкое по сравнению с окружающими помещениями и коридорами давление воздуха. Как правило, лаборатории оборудуются системой общей вытяжной вентиляции и местными отсосами на рабочих местах. Управление вытяжными вентиляторами должно осуществляться непосредственно из обслуживаемых помещений.

Большинство химических лабораторий и препараторских обычно имеют один или два вытяжных шкафа, используемых периодически; для них рекомендуются местные отсосы с постоянным объемом удаляемого воздуха стандартного типа или с подмешиванием незагрязненного воздуха (типа «бай-пасс»). Преимущество отсосов типа «бай-пасс» заключается в поддержании постоянной скорости удаляемого воздуха во входном отверстии вытяжного шкафа при опускании регулирующей заслонки. На рис.1 представлена схема, иллюстрирующая различия в конструкции вытяжных шкафов того и другого типа.

В препараторских комнатах могут находиться контейнеры с легко воспламеняющимися веществами, при этом система вентиляции должна предотвращать накопление в помещении пожароопасных и взрывоопасных испарений. Необходимая информация о проектировании систем вентиляции для таких помещений имеется в Стандарте 30 NFPA «Порядок работы с пожароопасными жидкостями».

Основные требования к проектированию систем ОВК для школьных химических лабораторий следующие:

- Кратность воздухообмена должна находиться в пределах 6-10 л/час.

- Размещение вытяжных отверстий в помещениях должно обеспечивать удаление вредных веществ с рабочих мест.

- Вытяжные вентиляторы следует размещать в конце вытяжных воздуховодов (предпочтительно на кровле здания), чтобы воздуховоды, проложенные в здании, находились под разрежением.

- Верхний конец вытяжных шахт должен находиться на высоте не менее 2 м над кровлей, а скорость выпуска удаляемого воздуха должна быть достаточно высокой, чтобы предотвращать попадание выбросов в открытые окна и в воздухозаборные отверстия.

- Размещать воздуховыпускные отверстия следует на расстоянии не менее 3 м от воздухозаборных отверстий; для лучшей изоляции рекомендуется использовать зонты и колпаки.

- В воздуховодах, удаляющих воздух из вытяжных шкафов, не допускается установка огнезадерживающих клапанов. Если указанные воздуховоды проходят через возгораемые перекрытия и (или) через несколько этажей, необходимо предусматривать устройства, препятствующие распространению пламени. Для этого в местах прохода воздуховодов сквозь перекрытия могут быть использованы негорючие вставки или обертывание воздуховодов негорючим листовым материалом. Следует руководствоваться местными нормативами по проектированию пожаробезопасных каналов и защите отверстий от распространения огня.

- Как правило, системы пожарной сигнализации здания не должны отключать вытяжные вентиляторы. В случае возникновения пожара, эти вентиляторы должны продолжать работать.

- Необходима установка контрольных приборов, сигнализирующих о прохождении воздуха через вытяжные шкафы.

- Материалы для изготовления вытяжных воздуховодов и вентиляторов должны быть коррозионно-стойкими (нержавеющая сталь, неметаллические покрытия).

- Не следует использовать зонты вместо вытяжных шкафов.

- Размещать приточные отверстия следует таким образом, чтобы не нарушать циркуляцию воздуха вблизи вытяжных отверстий и не оказывать отрицательного воздействия на производительность вытяжных систем.

- При расчете воздухообмена необходимо обеспечивать преобладание вытяжки над притоком, чтобы поддерживалось пониженное давление, препятствующее распространению вредностей за пределы обслуживаемого помещения.

Пищевые лаборатории и художественные студии

В пищевых лабораториях и в художественных студиях обычно возникают запахи, которые следует удалять. И хотя вещества, вызывающие эти запахи, не токсичны, следует не допускать их распространения в другие помещения.

В пищевых лабораториях обычно имеются рабочие места студентов, оборудованные плитой с духовкой. Кроме того, в них могут быть установлены демонстрационные столы с разделочными досками и другими приспособлениями. Для таких помещений рекомендуется общеобменная вентиляция с локальным регулированием. В зависимости от конструкции плиты и духовки возможна также установка укрытий того же типа, что используются в домашних кухнях. В этом случае вытяжные вентиляторы должны управляться с каждого рабочего места.

В художественных студиях часто устанавливаются печи для обжига керамики. Эти устройства являются источниками тепла, которое необходимо удалять из помещения студии. Для этого могут использоваться укрытия в виде зонтов или колпаков, устанавливаемых над печью. При правильном подборе размера укрытия и соответствующем расчете его воздушного режима, можно добиться эффективного удаления теплоизбытков. Необходимые данные для расчетов содержатся в «Руководстве по промышленной вентиляции», изданном Американской Конференцией по гигиене труда в промышленности.

Если в художественных студиях периодически используются краскораспылители, необходимо устраивать местные отсосы для удаления запахов из помещения. В тех случаях, когда распыление красок применяется постоянно и используются легко воспламеняющиеся вещества, следует руководствоваться указаниями Стандарта NFPA-33 «Распыление легко воспламеняющихся материалов».

Плавательные комплексы

Плавательные комплексы становятся все более популярными и используются не только школьниками, но и местными жителями. В плавательных комплексах имеются бассейны для оздоровительного и спортивного плавания, а также устройства для других водных процедур, в том числе установки для гидромассажа.

При проектировании систем вентиляции этих зданий наибольшее значение имеет контроль относительной влажности помещения. В холодном климате переувлажнение строительных конструкций может иметь катастрофические последствия. Наибольший ущерб причиняет коррозия металлических материалов, возникающая из-за конденсации влаги на поверхности, и замерзание влаги внутри несущих и ограждающих конструкций здания.

Рекомендуемые значения относительной влажности в помещении бассейнов составляют 50-60%. Более высокие значения относительной влажности приводят к конденсации влаги на поверхностях помещения, а более низкие значения создают ощущение дискомфорта для пловцов. Рекомендуемые значения параметров воздушной среды в помещениях плавательных комплексов приведены в таблице 1.

Примечания:

1. Если бассейн используется одновременно для оздоровительного и спортивного плавания, то при оздоровительном плавании температура воды 25 ^oC может показаться слишком низкой. Опыт показывает,что температура воды 27 ^oC и температура воздуха 28 ^oC представляют собой оптимальное сочетание параметров, подходящих как для оздоровительного, так и для спортивного плавания. Периодический нагрев и охлаждение воды при переходе от одного режима плавания к другому практически не используется, так как занимает слишком много времени.

2. По данным справочника ASHRAE, приложения, гл. 4.

Для регулирования относительной влажности в помещении может быть использована система вентиляции с подачей до 100% наружного воздуха, однако наибольшее распространение получили системы с механическим осушением рециркуляционного воздуха в сочетании с энергосберегающими мероприятиями. Влагопоглощающие вещества также могут быть использованы для этих целей, однако высокая стоимость оборудования и высокая температура выпускаемого воздуха препятствует их массовому применению в плавательных комплексах.

При проектировании системы воздухораспределения для бассейнов необходимо принимать во внимание следующие условия: минимально возможное испарение воды с поверхности бассейна, обеспечение комфорта для пловцов, предотвращение конденсации влаги на внутренних поверхностях ограждений здания. Приточные струи не следует направлять на поверхность воды. Подвижность воздуха у водной поверхности не должна превышать 0,05 м/с, так как при более высокой скорости существенно возрастает испарение воды, ухудшается эффективность регулирования относительной влажности и возрастает потребление энергии системами ОВК. Скорость движения воздуха - у пола помещения вокруг бассейна и в зоне для прыжков в воду, должна быть в пределах 0,13 м/с, чтобы пловцы не испытывали неприятных ощущений от испарительного охлаждения.

Для защиты внутренних поверхностей ограждающих конструкций помещения от конденсации влаги можно использовать обдув этих поверхностей настильными струями приточного воздуха. Теплый и сухой приточный воздух, направляемый вдоль остекления, прогревает поверхность, препятствует конденсации водяного пара и высушивает брызги. При проектировании следует уделить особое внимание дверям и строительным конструкциям с большой поверхностью остекления. Целесообразно использовать подачу приточного воздуха подпольными каналами с выпуском вертикальными струями (снизу вверх) вдоль наружных ограждений. При этом высокие скорости выпуска воздуха не приводят к образованию сквозняков и не создают ощущения дискомфорта. Однако следует принимать меры, защищающие приточные решетки, расположенные на полу, от попадания воды. Забор рециркуляционного воздуха осуществляется из верхней зоны бассейна.

Если окна бассейна расположены высоко над полом, то для эффективной защиты от конденсации приточные устройства следует размещать в непосредственной близости от них. Наибольшую сложность представляет защита от конденсации влаги потолочных светильников и зенитных фонарей. Рекомендуется (по возможности) направлять приточный воздух в места установки светильников.

Общее указание по проектированию систем воздухораспределения может быть сформулировано следующим образом: приточные струи следует формировать настилающимися на внутренние поверхности тех ограждающих конструкций, температура которых может быть ниже точки росы воздуха помещения. Абсолютную влажность воздуха и, соответственно, температуру точки росы во всем объеме помещений плавательных комплексов можно с достаточной степенью точности считать одинаковой. В связи с этим нет необходимости использовать мероприятия по выравниванию параметров воздушной среды по высоте, применяемые обычно для высоких помещений большого объема.

Если в бассейнах есть помещения для зрителей, система воздухораспределения должна быть спроектирована таким образом, чтобы зрители не ощущали высокой влажности и запахов бассейна. Рекомендуется подача воздуха сверху с направлением от зрителей к бассейну и забор вытяжного воздуха в удаленной от зрителей зоне.

Устройства, требующие периодического обслуживания (клапаны, заслонки и пр.) должны быть размещены таким образом, чтобы доступ к ним не вызывал затруднений (т.е. над поверхностью воды эти устройства устанавливать не следует).

Кратность воздухообмена в помещении плавательных комплексов обычно составляет от 4 до 8 л/ч. Согласно стандарту ANCI/ASHRAE 62-1989 «Обеспечение допустимых параметров воздуха в помещениях системами вентиляции» минимально необходимый расход наружного воздуха должен составлять 2,5 л/с•кв.м в расчете на общую площадь бассейна, включающую пол и водную поверхность. Если наружный воздух используется для поддержания заданного уровня относительной влажности, его количество определяется расчетом. При этом полученное значение может превышать минимально необходимую величину, регламентируемую стандартом.

Расчет расхода наружного воздуха для поддержания заданного уровня относительной влажности в помещении

Расчет производится в два этапа. На первом этапе определяется количество испаряющейся влаги, на втором этапе - объем приточного наружного воздуха для ассимиляции влаговыделений.

Объем испарения рассчитывается по формуле:

W_p = 0.1A (P_w - P_a),

где

W_p - количество испаряющейся воды, л/ч (кг/с);

A - площадь поверхности испарения, кв. футов (кв. м);

P_a - давление насыщенного водяного пара при температуре точки росы воздуха помещения, мм рт. ст. (Па);

P_w - давление насыщенного водяного пара при температуре воды, мм рт. ст. (Па).

Минимальное количество наружного воздуха, необходимое для ассимиляции избыточной влаги, определяется по формуле:

Q = Wp / 60r (W_i - W_o),

где

Q - количество воздуха, куб. футов/мин (л/с);

r - плотность воздуха при нормальных условиях, 0,075 фунтов/куб.фут (1,204 кг/м³);

W_i - расчетное влагосодержание воздуха помещения, фунт/фунт (кг/кг);

W_o - расчетное влагосодержание наружного воздуха, фунт/фунт (кг/кг).

Уравнения составлены для бассейнов с нормальными условиями воздушной среды, где подвижность воздуха у поверхности воды находится в пределах 0,05-0,15 м/с, а удельная теплота парообразования при температуре воды бассейна составляет приблизительно 1000 BTU/фунт (2330 кДж/кг).

Министерством энергетики США опубликована серия документов и компьютерных программ в помощь проектировщикам для расчетов влаговыделений, определения необходимого объема вентиляционного воздуха для их ассимиляции и сравнения различных вариантов проектов с целью выбора оптимальных решений.

Поскольку в зданиях плавательных комплексов возможно переувлажнение строительных конструкций, проектировщики систем ОВК должны работать в тесном контакте с архитекторами при определении мероприятий по тепло- и влагоизоляции наружных ограждений.

При расчетных наружных условиях для зимнего периода изоляция ограждающих конструкций должна обеспечивать поддержание на их внутренней поверхности температуры более высокой, чем температура точки росы воздуха помещения.

При холодном климате рекомендуется делать пароизоляцию под наружной облицовкой ограждений. При этом влага, проникающая внутрь стен, будет конденсироваться в зоне с положительной температурой. На рис. 2 показана конструктивная схема стены с пароизоляцией. Конструкция окон должна предусматривать теплозащиту переплетов. Поскольку наиболее вероятным местом конденсации является поверхность оконных стекол, рекомендуется использовать окна с тройным остеклением.

Кухни

Школьные кухни могут быть различными: одни используются только для подогрева готовых обедов, другие работают на коммерческой основе и приготовление пищи осуществляется в полном объеме.

Главными элементами системы вентиляции кухонь являются местные отсосы от плит и духовок с соответствующей компенсацией удаляемого воздуха. Кроме того, могут быть местные отсосы от посудомоечных машин, водонагревателей и другого оборудования.

Кондиционирование воздуха в кухнях используется достаточно часто, в том числе и в северных странах. Однако заказчиков следует предупреждать о дополнительных затратах, связанных с обеспечением комфортных условий для персонала.

Проектировщик систем вентиляции может использовать для местных отсосов стандартные укрытия, отвечающие обычным требованиям, или укрытия специального типа по UL Standard 710. В таблице 2 приведены данные о нормативном количестве удаляемого воздуха. Укрытия, сконструированные по UL-710 и имеющие марку UL, рассчитаны на меньший объем удаляемого воздуха. Такие укрытия должны проектироваться применительно к кухонному оборудованию для каждого конкретного случая и монтироваться по инструкции изготовителя. Строительные нормативы обычно допускают некоторое уменьшение расчетного объема удаляемого воздуха, если испытания подтверждают эффективность улавливания выделяющихся вредностей.

Существует два основных типа укрытий для местных отсосов от жаровен и плит: колпаки и плоские зонты или навесы. Колпаки могут устанавливаться у стен или изолированно (одиночные или сдвоенные). Тип укрытий выбирается в зависимости от расположения кухонного оборудования и должен согласовываться с технологом. Обычно плоские навесы устанавливаются в тех случаях, когда малая высота помещения не позволяет использовать колпаки. Поскольку с точки зрения улавливания вредностей плоские навесы менее эффективны, их не рекомендуется использовать для больших жаровен.

Объем приточного воздуха для кухонь следует рассчитывать, исходя из условия поддержания в кухне более низкого давления по сравнению с окружающими помещениями. Расход приточного (наружного) воздуха, определенный для компенсации вытяжки (с учетом вышеуказанного ограничения), обычно превышает санитарную норму наружного воздуха для персонала кухни.

При отсутствии системы кондиционирования воздуха приточный воздух подается в верхнюю зону помещения через систему воздухораспределения. Приточные устройства должны быть расположены таким образом, чтобы не оказывать отрицательного влияния на работу местных отсосов.

Приточные устройства можно конструктивно совмещать с местным отсосом. Возможные способы подачи воздуха: горизонтально, вертикально сверху вниз, комбинация этих вариантов; кроме того, можно использовать укрытия типа «сокращенная циркуляция» (компенсационные). В последнем случае приточный воздух может подаваться подогретым или неподогретым, в зависимости от климата. При использовании компенсационных укрытий следует проконсультироваться с их изготовителем, так как количество компенсационного воздуха зависит от конструктивного исполнения укрытия. Использование укрытий компенсационного типа позволяет уменьшить общий объем воздуха, удаляемого из помещения.

Для подачи приточного воздуха в смежные с кухней обеденные залы может использоваться та же приточная установка, что и для кухни, а выпуск воздуха при этом осуществляется со стороны перегородки, разделяющей кухню и обеденный зал.

В кухнях, оборудованных кондиционерами, подача нагретого приточного воздуха производится горизонтально или сверху вниз с малой скоростью выпуска, а кондиционеры подают только охлажденный воздух.

Системы вытяжной вентиляции проектируются с учетом требований NFPA 96 и местных нормативов. Ниже приведены основные требования к системам удаления воздуха местными отсосами от жаровен и духовок, для более подробных указаний следует обращаться к вышеупомянутым нормативным документам.

Воздуховоды изготавливаются из углеродистой стали марки 16 или нержавеющей стали марки 18.

Все соединения элементов вытяжной сети должны быть сварными, влагонепроницаемыми.

Необходимо предусматривать технологическое отверстия и отверстия для очистки воздуховодов.

Для плоских элементов стандартом NFPA-96 не допускаются сварные соединения встык. Необходимо выполнять сварку внахлест или использовать фланцевые соединения.

Скорость воздуха в вытяжных воздуховодах должна быть не менее 7,6 м/с. Некоторые нормативные документы, например, стандарт BOCA Mechanical, вводят максимально допустимое значение скорости (11 м/с). Это ограничение связано с увеличением потерь давления при увеличении скорости.

Вытяжные вентиляторы должны устанавливаться в конце сети для того, чтобы большая часть соединений вытяжных воздуховодов находилась под разрежением.

Вытяжные вентиляторы, установленные на кровле, для выпуска воздуха должны иметь патрубок, поднятый над уровнем кровли на высоту не менее 1 м.

Минимально необходимые зазоры между воздуховодами и строительными конструкциями (сгораемыми, трудносгораемыми и несгораемыми) следует принимать, руководствуясь указаниями стандарта NFPA. Для уменьшения величины требуемых зазоров указанным стандартом допускается применение листовых материалов, изолирующих воздуховоды от строительных конструкций. При использовании этого способа необходимо руководствоваться данными предприятий - изготовителей изоляционных листовых материалов.

Стандартом NFPA-96 регламентируется минимально допустимое расстояние между воздуховыпускными и воздухозаборными отверстиями, расположенными на кровле и в наружных стенах. Кроме того, при определении мест выпуска удаляемого воздуха следует принимать во внимание преобладающее направление ветра.

В дополнение к вышеперечисленным условиям проектировщикам следует предусматривать средства регулирования работы местных отсосов и противопожарные мероприятия. Система автоматического регулирования должна поддерживать воздушный баланс помещения (отключать приточные системы при отключении вытяжных) и при срабатывании пожарной сигнализации перекрывать подачу электроэнергии и газа к кухонному оборудованию.

Вытяжная ветиляция при включении системы автоматического пожаротушения должна оставаться включенной. Приточная система также может работать до тех пор, пока не будет отключена встроенным детектором дыма. Такими детекторами снабжаются вентиляторы производительностью 940 л/с и более.

Обычно применяемые системы автоматического пожаротушения используют влажные или сухие химикаты. Новые системы пожаротушения для ресторанов следует проектировать с учетом требований UL-300. Процедура тестирования систем ОВК по стандарту UL-300 в большей мере, соответствует современной технологии приготовления еды в ресторанах, чем прежние стандарты. Конструктивные решения укрытий, приведенные в UL-300, предусматривают возможность встраивания системы пожаротушения. Во всех случаях при проектировании систем пожаротушения следует руководствоваться соответствующими разделами NFPA и местными нормативами.

Мастерские

В настоящее время в школьном производственном обучении вместо традиционной работы в столярных, слесарных и автомобильных мастерских существует тенденция уделения основного внимания ознакомлению учащихся с современными высокотехнологичными производствами. Этой работой школьники занимаются во время каникул, причем одни и те же помещения мастерских часто используются несколькими школами. Проектировщику следует ознакомиться со школьной программой производственного обучения и определить требования к системам ОВК для производственных помещений: пылеуборка, местные отсосы от сварочных аппаратов и станков, пневмосеть, боксы для установки краскопультов.

При проектировании системы вакуумной пылеуборки рекомендуется пользоваться материалами Американской конференции по гигиене труда в промышленности «Руководство по системам промышленной вентиляции» и данными заводов - изготовителей оборудования для этих систем. Воздуховоды этих систем допускается размещать как внутри, так и вне обслуживаемого помещения; для поддержания воздушного баланса помещения воздух после очистки от пыли может использоваться как рециркуляционный.

В «Руководстве по системам промышленной вентиляции» содержатся указания по выбору скоростей движения воздуха в воздуховодах систем пылеуборки для различных видов загрязнений, рекомендации по проектированию местных отсосов для оборудования мастерских и по конструктивным решениям сети воздуховодов. Кроме того, проектировщики могут пользоваться справочником ASHRAE 1995 - Приложения «Системы вытяжной вентиляции промышленных зданий» и ASHRAE 1997 - Основная часть «Проектирование систем вытяжной вентиляции промышленных зданий».

Помимо местных отсосов, в воздуховодах систем пылеудаления вблизи пола в местах скопления пыли и мелкого мусора следует предусматривать всасывающие ответстия.

Конструктивные решения по прокладке воздуховодов вытяжной вентиляции, связанной с местными отсосами от сварочных агрегатов и других станков, не имеют принципиальных отличий от рассмотренных выше для систем пылеуборки. Указания по проектированию этих систем также содержатся в названных справочниках и нормативах.

Общая задача, решаемая при проектировании специальных систем ОВК для школьных зданий в современных условиях, состоит в обеспечении комфортного и безопасного микроклимата при минимальном

Литература

1. Американская конференция по гигиене труда в промышленности; Промышленная вентиляция - практическое руководство. 23 издание, 1998 г., Цинциннати, ОН.

2. Стандарт ASHRAE 62-1989 Обеспечение допустимых параметров микроклимата в помещениях системами вентиляции; ASHRAE Атланта, GA.

3. Справочник ASHRAE Приложения; 1995 г., гл. 4, 26, 28; ASHRAE Атланта, GA.

4. Справочник ASHRAE Основная часть; 1997 г., гл. 22, 23; ASHRAE Атланта, GA.

5. NFPA-30 Правила работы с легковоспламеняющимися и сгораемыми жидкостями, издание 1996 г.; Национальная ассоциация по пожарной безопасности, Куинс, МА.

6. NFPA-33 Руководство по работе с установками распыления легковоспламеняющихся и горючих материалов; издание 1995 г., NFPA.

7. NFPA-45 Правила пожарной безопасности для химических лабораторий; издание 1995 г., NFPA.

8. NFPA-96 Регулирование систем вентиляции и пожарная безопасность для кухонь предприятий общественного питания; издание 1994 г., NFPA.

 

Перепечатано из приложения к ASHRAE Journal, июнь 1998 г.

Перевод с английского О.П.Булычевой