Системы вентиляции с управлением по уровню CO2
При проектировании систем вентиляции в офисных зданиях наибольшее внимание, как правило, уделяется энергосбережению, в то время как вопросы здоровья и работоспособности сотрудников, а также эксплуатационные расходы по поддержанию работоспособности вентиляции практически выпадают из рассмотрения. Системы вентиляции с управлением по 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 результате жизнедеятельности людей внутри здания. Именно этот фактор, являясь переменной величиной, определяет необходимость автоматического изменения скорости воздушного потока в помещениях, рационального использования электроэнергии и, в конечном счете, возможность снижения эксплуатационных расходов. Поскольку уровень CO2 в помещении является одним из основных критериев присутствия там людей, он и был взят за основу при проектировании системы DCV.
Стандарт ASHRAE 62–2001 "Вентиляция для обеспечения приемлемого качества воздуха внутри помещений" определяет минимальные требования к вентиляции помещений, необходимой для обеспечения приемлемого качества воздуха внутри помещений. Чтобы соответствовать этому стандарту, система вентиляции должна обеспечивать надлежащее растворение присутствующих в помещении загрязнителей. Однако, поскольку приемлемый уровень CO2 в стандарте не указан, каких-либо однозначных критериев, определяющих соотношение уровня CO2 и объема поступающего в помещение воздуха, не имеется.
Чтобы установить эту взаимосвязь, предлагаем рассмотреть математическую модель, описывающую изменение уровня CO2 и принять некоторые допуски в этом плане. Взаимосвязь между уровнем CO2 и скоростью воздушного потока может быть описана при помощи простейшей двухкамерной модели, приведенной на рисунке 1. Данная модель устанавливает 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 обоснование требований к вентиляции для обеспечения комфортных условий работы в помещении. Проведенные исследования показали, что для устранения находящихся в воздушной среде продуктов жизнедеятельности человека необходим 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".
Как уже говорилось, более 50% всех загрязнителей воздуха в помещении не являются следствием жизнедеятельности человека и не могут определяться лишь при помощи контроля уровня CO2.
Разница в 700 ppm прекрасно подходит для оценки зоны обслуживания на предмет адекватной вентиляции помещения и устранения продуктов жизнедеятельности из воздушной среды в соответствии с требованиями соответствующего стандарта. Принятый в модели уровень выделения CO2 основан на минимальном уровне физической активности (0,31 л/мин на человека). 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 скорости воздушного потока и неизменном количестве находящихся в офисе сотрудников. Но такой метод лучше всего подходит для бытовой экспресс-диагностики состояния воздушной среды в закрытых помещениях. Уровень CO2 колеблется в зависимости от уровня физической активности находящихся в помещении людей. К тому же, он напрямую зависит от их рациона питания и состояния здоровья. Поэтому пренебрежение этими факторами чревато серьезными погрешностями в расчетах.
Система DCV, предназначена для применения в динамически меняющихся условиях, которые не всегда можно описать с помощью функциональной математической модели. Например, очень важно в каком месте установлен датчик 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 от географического расположения и времени года. Его обычно не измеряют, поскольку имеющиеся датчики CO2 обладают большой погрешностью при высоких скоростях воздушного потока и плохо функционируют при низких температурах. Но при отсутствии внешних датчиков, система DCV позволяет решить проблему недостаточной вентиляции воздуха внутри помещения при помощи специальных датчиков скорости воздушного потока, поступающего в систему извне. Они позволяют устанавливать минимальный уровень скорости потока при отсутствии людей в помещении и максимальный уровень по достижению предельно допустимого уровня CO2 в офисе.
При повышении температуры выше 18,3°C, уровень влажности в конструкциях с отрицательным давлением может превышать 70%, то есть минимальный уровень влажности, при котором может образовываться плесень, негативно влияющая на прочность несущих конструкций здания. Известно также, что большинство видов плесени выделяют аллергены, а некоторые могут быть токсичными для человека. Результаты последних исследований показали, что темпы роста плесени зависят от давления внутри здания. Если системы вентиляции не обеспечивают достаточный приток свежего наружного воздуха и положительной разницы между объемом поступающего и отводимого воздуха, в здании развивается плесень.
В этой связи, проектировщикам рекомендуется уделять особое внимание системам поддержания необходимого давления в помещении при использовании регулируемых систем вентиляции — с управлением по уровню CO2 или каких-то других. Погрешность оценки величины воздушного потока, необходимого для создания положительного давления снижается при уменьшении общего объема поступающего в помещение воздуха, что делает чрезвычайно важной точность регулирования входящего потока воздуха.
Таким образом, снижение эксплуатационных и энергозатрат за счет установки современной системы вентиляции DCV с регулировкой воздушного потока по уровню CO2 возможно только в том случае, когда количество сотрудников в помещении и необходимый объем подаваемого воздуха определены с достаточной точностью, и, кроме того, существует возможность поддержания постоянного давления в здании. Успешное внедрение такой системы зависит также от надежности датчиков и совершенства методики измерений.
