Доклад П. Оле Фангера (Технический университет Дании) на 5-й международной конференции Cold Climate HVAC

В странах с холодным климатом естественным является желание сэкономить энергию, поубавив с наступлением холодов вентиляцию, чтобы только поддерживать качество воздуха в помещении на минимально приемлемом уровне. Но что такое качество воздуха в помещении и каковы наши требования к нему? ...

Естественно, мы хотим дышать воздухом, который не сказывался бы негативно на нашем здоровье. Мы также хотим, чтобы этот воздух воспринимался нами как свежий и приятный. А еще мы хотим чувствовать себя бодро, чтобы в помещении легко работалось, чтобы дети в классе, например, чувствовали себя комфортно и хорошо занимались.

Можно ли выразить требования человека к качеству воздуха в каких-то цифрах содержания в нем определенных химических веществ, частиц?

Да, можно. К примеру, на промышленном предприятии, вводя ограничения по запыленности, по наличию в воздухе конкретных веществ, с которыми связано производство, и так далее.

Но как быть в быту, когда в воздухе могут присутствовать, пусть даже в ничтожных концентрациях, сотни и даже тысячи загрязняющих его компонентов? Если принять во внимание индивидуальную чувствительность людей к различным факторам среды, да еще их субъективное отношение к ним, то сложность проблемы "критериев" качества воздуха в помещении становится еще более очевидной. Приходится считаться и с тем, что есть такие "загрязнители воздуха", которые, если их не удалить из помещения, никак не обнаруживают своего присутствия, но сильно сказываются на качестве жизни тех, кто пользуется этим помещением.

Существует много стандартов качества воздуха, которые основываются на определенном проценте людей, оценивающих его как приемлемое. Из этих стандартов исходят при формировании требований к климатическим системам. На практике этот подход гарантирует весьма посредственный уровень качества воздуха. Для того чтобы воздух в помещении благоприятно сказывался на здоровье и работоспособности людей и воспринимался как приемлемый даже самыми чувствительными людьми, существующие стандарты должны быть значительно ужесточены.

За последние 20 лет в экономически развитых странах мира вдвое чаще стали отмечаться аллергические реакции и случаи заболевания астмой. Это заболевание становится одной из важнейших проблем здравоохранения. Требуются огромные средства на лекарства, уход за больными и компенсацию временной нетрудоспособности.

Высказываются гипотезы, что главной причиной этой проблемы является ухудшение качества воздуха в жилых помещениях.

Рост тарифов на энергию и, в особенности, на электроэнергию, масштабные кампании по стимулированию энергосбережения ведут к утеплению и "герметизации" жилищ при одновременном снижении расходов на вентиляцию. В холодное время года во многих домах воздухообмен достиг предельно низкого уровня. Воздух застаивается в помещении, где постоянно возрастает концентрация вредных для здоровья веществ из-за использования различных строительных и отделочных материалов, конструкционных и обивочных материалов мебели, полимеров, пластмасс, бытовой химии, а также множества различных электронных устройств.

Радикально изменить ситуацию сможет только улучшение качества воздуха в 4-7 раз.

Что касается офисных помещений, то, как показывает практика, улучшение качества воздуха здесь резко снижает издержки, связанные с невыходом на работу по болезни и лечением. Но гораздо более важным последствием повышения качества воздуха является прямое влияние на производительность труда.

Исследования, проведенные в Дании и Швеции, показали четкую зависимость производительности типичного конторского труда от качества воздуха. Интересно, что источником загрязнения в одном из случаев служил ковер, в другом - несколько лишних компьютеров с обычными мониторами (плоские экраны в меньшей степени снижают качество воздуха). По данным исследования, разное качество воздуха достигалось как за счет изменения интенсивности вентилирования помещения, так и за счет использования старых и новых фильтров в системе вентиляции. Установлено, что, например, отклонения температуры воздуха от "идеальной" (около 22°С) как в сторону повышения, так и в сторону понижения негативно сказываются на производительности труда. Вместе с тем, повышение производительности труда в офисных помещениях и уменьшение количества ошибок в процессе работы, в конечном итоге, с лихвой окупают дополнительные расходы на установку и эксплуатацию климатического оборудования.

Та же проблема существует и в школах, где качество воздуха зачастую не очень высокое. Зачастую по соображениям экономии системы вентиляции не задействуются вообще и оказываются в запущенном состоянии. Неоднократно высказывались предположения, что плохая вентиляция школьных помещений негативно сказывается на успеваемости учеников. Так, было установлено, что у десятилетних детей на 15% повышалась работоспособность и результативность обучения при увеличении подачи воздуха с 5 л/с до 10 л/с.

Существующие стандарты качества воздуха и руководства по их обеспечению исходят из того, что качество воздуха признается приемлемым, если "всего лишь" 15-30% наиболее чувствительных индивидуумов высказывают свою неудовлетворенность им.

Мало хорошего в том, что сознательно планируются условия, которыми будет неудовлетворено столь значительное количество людей. Но чего бы стоили усилия для сведения этого количества к минимуму, скажем, к 1%?

Если исходить из данных последних исследований в этой области, то для этого потребуется улучшение "стандартного" качества воздуха на один-два порядка. Для достижения этого с помощью только лишь более интенсивной вентиляции помещений потребуются неприемлемые уровни капиталовложений и расходов на энергию.

К счастью, существуют альтернативные способы достижения этой цели: контроль источников загрязнения, очистка воздуха, индивидуальная вентиляция, выбор правильного сочетания температуры и влажности воздуха.

Совершено очевидно, что прежде всего необходимо заняться источниками загрязнения воздуха в помещении, в том числе, самими HVAC-системами. И здесь особое внимание следует обратить на фильтры, строительные материалы и внутреннее убранство помещений (мебель, ковры, декорация), персональные компьютеры.

Так, увеличение расхода воздуха при старых фильтрах еще больше загрязняет поступающий в помещение воздух. Поэтому рекомендуется частая замена традиционных фильтров, а еще лучше - использование новых технологий очистки воздуха, для чего необходимо расширение научно-исследовательских работ в этой области.

При выборе строительных и отделочных материалов исключать те из них, которые выделяют в атмосферу вредные вещества, например, фталаты. Коврами лучше не пользоваться вообще или пользоваться только теми, которые прошли строгую проверку. Серьезный источник загрязнения - компьютер, особенно его монитор с электронно-лучевой трубкой. Желательно пользоваться экологически безопасными компьютерами и мониторами на жидких кристаллах.

При четком выполнении рекомендаций по контролю за источниками загрязнения можно повысить качество воздуха в помещении в 5 раз.

Очистка поступающего в помещение воздуха от газообразных поллютантов - весьма многообещающий способ повышения качества воздуха. Изучаются, в частности, такие методы очистки, как сорбция и фотокатализ. Последний показал высокую эффективность в отношении ряда веществ. Сочетание двух методов позволяет удалять свыше 80% вредных веществ, которые могут присутствовать в помещении в слабых концентрациях. Таким образом, достигается пятикратное улучшение качества воздуха без дополнительных затрат на вентиляцию. Естественно, требуются дальнейшие научные исследования для совершенствования упомянутых методов.

Если в офис подается, например, 10 литров наружного воздуха в секунду на человека, то из этого количества вдыхается всего 1%. Неоправданный расход сил и средств! Но и этот 1% "не безгрешен": он загрязнен различными биологическими выделениями, строительными материалами, работающими компьютерами и другими источниками загрязнения.

Традиционная практика обработки воздуха предусматривает полное перемешивание поступающего чистого воздуха с загрязненным воздухом помещения. То, что хотелось бы видеть в будущем - это системы, которые подают гораздо меньшие объемы воздуха, но "адресно", то есть непосредственно в зону дыхания каждого человека в помещении. Идея - подать каждому свежий воздух, который в максимально возможной мере защищен от загрязнения источниками такового в самом помещении. В офисе несложно организовать гибкую раздачу чистого воздуха из основной струи до его перемешивания с воздухом помещения. Скорость и турбулентность подаваемого воздуха не должны производить даже впечатления сквозняка. Такие системы уже разрабатываются и испытываются. Первые результаты этих испытаний дают основание полагать, что такой подход позволит повысить качество воздуха на целый порядок. Ощущение комфортности значительно возрастет, если пользователь сможет легко контролировать положение "отдушины", скорость и даже температуру поступающего воздуха.

Обстоятельные исследования показали, что восприятие человеком качества окружающей атмосферы зависит от температуры и влажности вдыхаемого им воздуха. Мы отдаем предпочтение более сухому и прохладному воздуху. Нам нравится, когда вдыхаемый воздух несколько "холодит", вызывая ощущение приятной свежести. Повышенное теплосодержание воздуха не вызывает такого приятного ощущения свежести и сказывается на субъективной оценке человеком качества воздуха в целом.

Опыты показали, что снижение температуры воздуха на пару-тройку градусов (например с 24°С) вызывает ощущение "удвоения" качества воздуха. Снижение относительной влажности воздуха (но не более чем до значения 20%, так как слишком сухой воздух человек начинает "чувствовать" кожей и глазами) также положительно сказывается на восприятии качества воздуха.

Так что же произойдет, если мы прибегнем к одновременному использованию всех перечисленных выше методов?

Для сравнения возьмем типичный офис с температурой воздуха 23-24°С, где обеспечивается подача в помещение 10 литров наружного воздуха в секунду на человека. С помощью контроля источников загрязнения воздуха, очистки подаваемого воздуха, индивидуальной вентиляции мы можем сократить загрязнение воздуха в 4х5х10=200 раз без каких-либо дополнительных усилий по вентилированию помещения. Разумеется, в этой грубой оценке мы исходим из предположения, что наружный воздух чистый. Снизив температуру и влажность воздуха, мы можем еще вдвое улучшить показатель восприятия качества воздуха, то есть в общей сложности в 400 раз по сравнению со стандартным офисом.

Таким образом, улучшение качества воздуха в помещении в 2-7 раз, по сравнению с типичным уровнем в странах с холодным климатом, поведет к снижению риска заболевания астмой, повышению производительности труда служащих и успеваемости учащихся. Потенциальная польза для общества неоценима. Улучшение качества воздуха на 1-2 порядка снизит количество неудовлетворенных им с 15-30%, допускаемых сегодняшними нормативами, до очень незначительной величины. Предлагаемые методы для достижения требуемых улучшений позволят одновременно сократить усилия по вентилированию помещений и экономить на расходах на энергию. Достижение такого качества воздуха в помещениях, что даже самые чувствительные индивидуумы будут находить его удовлетворительным, потребует определенного изменения подхода к проблеме. Можно ожидать коренного изменения в подходах к этой проблеме и к системе ценностей как таковой. Мы научимся обрабатывать воздух таким образом, что люди будут воспринимать его качество как столь же приятное и освежающее, как и на природе, например, у моря. В перспективе - создание такого воздуха в помещениях, по сравнению с которым даже горный воздух будет казаться недостаточно свежим и чистым!



Источник: материалы 5-й международной конференции Cold Climate HVAC