Системы вентиляции с управлением по уровню CO2. Проектирование офисных систем вентиляции — Как сделать самому?

При проектировании систем вентиляции в офисных зданиях наибольшеевнимание, как правило, уделяется энергосбережению, в то время каквопросы здоровья и работоспособности сотрудников, а такжеэксплуатационные расходы по поддержанию работоспособности вентиляциипрактически выпадают из рассмотрения. Системы вентиляции с управлениемпо уровню CO₂ (DCV) охватывают все перечисленные вопросы в комплексе.

В любом здании существует как минимум два источника загрязнения. Первым источником являются собственно строительные материалы, применяемые при возведении здания, дающие более 50% всех загрязнений. Вторым источником являются выделения, образующиеся в результатежизнедеятельности людей внутри здания. Именно этот фактор, являясьпеременной величиной, определяет необходимость автоматическогоизменения скорости воздушного потока в помещениях, рациональногоиспользования электроэнергии и, в конечном счете, возможность сниженияэксплуатационных расходов. Поскольку уровень CO₂ в помещенииявляется одним из основных критериев присутствия там людей, он и былвзят за основу при проектировании системы DCV.

Стандарт ASHRAE 62-2001 «Вентиляция для обеспечения приемлемогокачества воздуха внутри помещений» определяет минимальные требования квентиляции помещений, необходимой для обеспечения приемлемого качествавоздуха внутри помещений. Чтобы соответствовать этому стандарту, система вентиляции должна обеспечивать надлежащее растворениеприсутствующих в помещении загрязнителей. Однако, поскольку приемлемыйуровень CO₂ в стандарте не указан, каких-либо однозначных критериев, определяющих соотношение уровня CO₂ и объема поступающего в помещение воздуха, не имеется.

Рисунок 1. Модель двухкамерной системы и расчет объема поступающего воздуха

Чтобы установить эту взаимосвязь, предлагаем рассмотреть математическую модель, описывающую изменение уровня CO₂ и принять некоторые допуски в этом плане. Взаимосвязь между уровнем CO₂и скоростью воздушного потока может быть описана при помощи простейшейдвухкамерной модели, приведенной на рисунке 1. Данная модельустанавливает соотношение уровня CO₂ (внутри помещения и вне его) к объему воздуха из расчета на одного человека при выполнении следующих условий:

находящиеся в помещении люди производят постоянное количество CO₂, обозначенное N (в литр/сек на одного человека), то есть обмен веществ, рацион и уровень активности идентичны;
концентрация CO₂ в наружном воздухе обозначается как Co Воздух подается в помещение в постоянном объеме Vo (в литр/сек на одного человека);
уровень CO₂ внутри помещения обозначен как Cs и является показателем степени заселенности зоны обслуживания.

При скорости V=7,5 литр/сек, при предполагаемом уровне выделения CO₂ N=0,31 литр/мин на человека получаем, что уровень CO₂ внутри помещения приблизительно на 700ppm выше уровня CO₂ вне помещения. Учитывая разницу в уровне CO₂, получаем:

Cs – Co = N/V,

или

0,31/(7,5?60 л/мин) = 700 ppm

Эти расчеты представляют собой математическое обоснованиетребований к вентиляции для обеспечения комфортных условий работы впомещении. Проведенные исследования показали, что для устранениянаходящихся в воздушной среде продуктов жизнедеятельности человеканеобходим воздушный поток, имеющий скорость 7 литр/сек. на человека. Полученное же в расчетах значение 700 ppm является уровнем CO₂,описанным в стандарте ASHRAE 62-2001: «Условия воздушной среды, связанные с содержанием в воздухе продуктов жизнедеятельности человека, считаются комфортными, если система вентиляции обеспечивает уровень CO₂ в помещении ниже 700 ppm над уровнем CO₂ вне помещения».

Рисунок 2. Зависимость выделения CO₂ от уровня физической активности

Как уже говорилось, более 50% всех загрязнителей воздуха впомещении не являются следствием жизнедеятельности человека и не могутопределяться лишь при помощи контроля уровня CO₂.

Разница в 700 ppm прекрасно подходит для оценки зоны обслуживанияна предмет адекватной вентиляции помещения и устранения продуктовжизнедеятельности из воздушной среды в соответствии с требованиямисоответствующего стандарта. Принятый в модели уровень выделения CO₂основан на минимальном уровне физической активности (0,31 л/мин начеловека). Поэтому любое увеличение уровня активности сотрудников офиса(N) вызовет рост соотношения уровня CO₂ в помещении, полученного в расчете, и может отрицательно сказаться на ожидаемом снижении эксплуатационных затрат.

Точность результатов будет выше при условии постоянной скоростивоздушного потока и неизменном количестве находящихся в офисесотрудников. Но такой метод лучше всего подходит для бытовойэкспресс-диагностики состояния воздушной среды в закрытых помещениях. Как показано на рисунке 2, уровень CO₂ колеблется взависимости от уровня физической активности находящихся в помещениилюдей. К тому же, он напрямую зависит от их рациона питания и состоянияздоровья. Поэтому пренебрежение этими факторами чревато серьезнымипогрешностями в расчетах.

Система DCV, предназначена для применения в динамически меняющихсяусловиях, которые не всегда можно описать с помощью функциональнойматематической модели. Например, очень важно в каком месте установлендатчик CO₂ и его характеристики.

При установке датчиков CO₂ важно обращать внимание на следующие технологические параметры:

погрешность;
точность измерения;
устойчивость к воздействию температуры;
пыле — и влагозащищенность;
устойчивость к воздействию солнечных лучей;
частота настройки;
устойчивость к механическим вибрациям;
устойчивость к электрическим помехам;
места размещения датчиков;
количество датчиков;
методика усреднения результатов замера группой датчиков;
совокупной погрешности измерений группы датчиков.

Уровень CO₂ на улице во многом зависит отгеографического расположения и времени года. Его обычно не измеряют, поскольку имеющиеся датчики CO₂ обладают большойпогрешностью при высоких скоростях воздушного потока и плохофункционируют при низких температурах. Но при отсутствии внешнихдатчиков, система DCV позволяет решить проблему недостаточнойвентиляции воздуха внутри помещения при помощи специальных датчиковскорости воздушного потока, поступающего в систему извне. Они позволяютустанавливать минимальный уровень скорости потока при отсутствии людейв помещении и максимальный уровень по достижению предельно допустимогоуровня CO₂ в офисе.

При повышении температуры выше 18,3°C, уровень влажности вконструкциях с отрицательным давлением может превышать 70%, то естьминимальный уровень влажности, при котором может образовыватьсяплесень, негативно влияющая на прочность несущих конструкций здания. Известно также, что большинство видов плесени выделяют аллергены, анекоторые могут быть токсичными для человека. Результаты последнихисследований показали, что темпы роста плесени зависят от давлениявнутри здания. Если системы вентиляции не обеспечивают достаточныйприток свежего наружного воздуха и положительной разницы между объемомпоступающего и отводимого воздуха, в здании развивается плесень.

В этой связи, проектировщикам рекомендуется уделять особое вниманиесистемам поддержания необходимого давления в помещении прииспользовании регулируемых систем вентиляции — с управлением по уровнюCO₂ или каких-то других. Погрешность оценки величинывоздушного потока, необходимого для создания положительного давленияснижается при уменьшении общего объема поступающего в помещениевоздуха, что делает чрезвычайно важной точность регулирования входящегопотока воздуха.

Таким образом, снижение эксплуатационных и энергозатрат за счетустановки современной системы вентиляции DCV с регулировкой воздушногопотока по уровню CO₂ возможно только в том случае, когдаколичество сотрудников в помещении и необходимый объем подаваемоговоздуха определены с достаточной точностью, и, кроме того, существуетвозможность поддержания постоянного давления в здании. Успешноевнедрение такой системы зависит также от надежности датчиков исовершенства методики измерений.

Авторы:

Дэвид С. Дуген и Лен Дамиано, члены ASHRAE

Перевод: Нечаев А. В.

Предоставлено журналом Мир климата