Публикации

Параметры микроклимата при проектировании инженерных систем и оценке энергоэффективности здания

 

 

Статья из журнала "АВОК" (март, 2015)

Автор: Bjarne W. Olesen, профессор, канд. наук, директор Международного центра микроклимата и энергосистем зданий Датского технического университета

Ключевые слова: микроклимат, стандарт, качество микроклимата, тепловой комфорт, воздухообмен, расход наружного воздуха

 abok-03.15

Первый общеевропейский стандарт, содержащий рекомендательные значаения параметров микроклимата (тепловой комфорт, акустический комфорт и качество воздуха), был опубликован в 2007 году – это EN15251. Этот стандарт разрабатывался исходя из целей и задач Европейской директивы по энергосбережению. В настоящее время идет общественное рассмотрение нового стандарта prEN16798-1 (далее – стандарт), и, возможно в ближайшее время он будет принят.

Помимо стандарта разрабатывается технический отчет prTR 16798-2, который содержит детальные комментарии к вышеупомянутому стандарту.

Стандарт EN16798-1 будет содержать требования к микроклимату помещений. Как и ранее, все помещения условно разделены на 4 категории (табл. 1). Требования к микроклимату будут опубликованы в Приложении В, имеющем рекомендательный характер. Национальные регулирующие органы стран ЕС смогут самостоятельно решать, желают ли они использовать в локальных требованиях эти рекомендации или хотя бы часть из них. Национальные требования в каждой из стран будут опубликованы в Приложении А, по структуре аналогичном Приложению В общего стандарта.

Таблица 1 Категории зданий по качеству микроклимата

Категория качества микроклимата

Описание уровня качества микроклимата

I

Высокий уровень. Рекомендуется для помещений, в которых присутствуют очень чувствительные люди с особыми требованиями: пожилые люди, инвалиды, больные люди, маленькие дети

II

Нормальный уровень. Следует использовать для вновь строящихся и реконструируемых зданий

III

Удовлетворительный уровень. Может быть использован для существующих зданий

IV

Прочее. Эта категория может использоваться только ограниченное время года

Важно отметить, что требования к микроклимату устанавливаются в зависимости от типа помещения (и имеют своей целью создание благоприятных условий пребывания людей), а не от типа инженерных систем (естественная/механическая вентиляция, печное/водяное радиаторное/воздушное отопление и т. п.).

Проект технического отчета сходен по структуре с самим стандартом, но содержит несколько дополнительных глав и приложений строго добровольного характера с альтернативными концепциями и подходами к вопросу микроклимата помещений.

Параллельно разрабатываются два аналогичных документа ISO-CD17772 и ISO-DTR (технический отчет) 17772. Возможно, позже все эти документы будут объединены в один пакет EN-ISO. Вышеупомянутые документы должны появиться в общем доступе в начале 2015 года.

В этой статье рассматриваются основные подходы и нововведения разрабатываемых документов.

Тепловой комфорт

Разделы, посвященные тепловому комфорту, в целом будут идентичны аналогичным в существующем стандарте. Нововведением станет добавление параметров локального дискомфорта из ENISO 7730: риска возникновения сквозняков, вертикального градиента температуры, локальной ассиметрии радиационной температуры помещения, температуры поверхности пола. Эти параметры не будут учитываться при расчетах энергетической эффективности здания, но должны учитываться при проектировании инженерных систем и при выборе теплотехнических характеристик ограждающих конструкций.

В стандарте появится раздел, посвященный индивидуальным системам поддержания микроклимата (например, индивидуальной системе вентиляции на рабочих местах), но отдельных требований к параметрам микроклимата при использовании такого рода систем не будет. В то же время в приложениях технического отчета можно найти несколько примеров адаптации требований к индивидуальным типам систем (табл. 2).

Таблица 2 Пример требований к индивидуальным системам микроклимата

Система/параметр

Требования

Отопление

В зоне рабочего места индивидуальная система отопления должна иметь возможность изменять температуру воздуха со скоростью 0,5 К/мин, в интервале температур от +22 до +27 °C

Охлаждение

В зоне рабочего места индивидуальная система охлаждения должна иметь возможность изменять температуру воздуха со скоростью 0,5 К/мин, в интервале температур от +22 до +27 °C

Вентиляция

Расход наружного воздуха на рабочем месте регулируемый и может меняться от околонулевых значений до 7 л/с

Качество приточного воздуха

Требования к системам очистки воздуха см. в Приложении K

Уровень звукового давления

Максимально допустимый уровень звукового давления от индивидуальных систем составляет 35 дБ(А)

 

Качество воздуха

Требования к качеству воздуха, как и в существующем стандарте, в основном выражены через значения минимально допустимого воздухообмена для разных типов помещений. Требования по расходу наружного воздуха на человека идентичны для жилых и нежилых зданий.

Расчет количества наружного воздуха, подаваемого в помещение, должен осуществляется по одному из следующих методов или по нескольким из них:

– по прогнозируемому уровню качества воздуха в помещении;

– по массе выделяющихся вредных веществ;

– по типовым значениям воздухообмена.

Вне зависимости от выбранного метода проектировщику необходимо самостоятельно определить и принять категорию здания и уровень качества микроклимата для проведения последующих расчетов. Все расчеты должны быть задокументированы; более того, выбор того или иного метода расчета необходимо обосновать.

Расчет по прогнозируемому уровню качества воздуха в помещении

Расход наружного воздуха, подаваемого в рабочую зону помещения, определяется по следующей формуле:

qtot = n · qp + AR · qB, (1)

где:

qtot – расход наружного воздуха, л/с;

n – расчетное количество людей в помещении;

qp – расход на одного человека, л/с;

AR – площадь пола, м²;

qB – расход, л/с на м² пола (ассимиляция вредных веществ от строительных материалов).

Типовые значения для использования в (1) приведены в табл. 3 и 4. Важно отметить, что эти значения даны для условия постоянного пребывания людей в помещении. В случае временного пребывания людей в помещении следует использовать технический отчет и его рекомендации.

Таблица 3. Расход наружного воздуха на человека для помещений с постоянным пребыванием людей

Категория качества микроклимата

PPD1, %

Расход наружного воздуха, л/с на чел.

I

15

10,0

II

20

7,0

III

30

4,0

IV

> 30

2,5

Примечание. Категория IV используется для существующих зданий, в которых полноценная модернизация систем технически невозможна.

1PPD (predicted percentage of dissatisfied) – это показатель, который устанавливает прогнозируемый процент недовольных качеством микроклимата людей, которым слишком тепло или холодно. Подробнее об этом см. В. В. Устинов «Микроклимат и качество воздуха в офисных зданиях. Сравнение норм России и ЕС» («АВОК», № 3/2015). – Прим. редакции.

Таблица 4 Расход наружного воздуха по площади в зависимости от уровня эмиссии вредных веществ в помещении

Категория качества микроклимата

Очень малое выделение вредностей, л/с на м2 пола

Малое выделение вредностей, л/с на м2 пола

Большое выделение вредностей, л/с на м2 пола

I

0,5

1,0

2,0

II

0,35

0,7

1,4

III

0,2

0,4

0,8

IV

0,15

0,3

0,6

Минимальный расход наружного воздуха, л/с на чел.

4

4

4

Нововведением стандарта стало закрепление минимально допустимого расхода наружного воздуха в помещении на уровне 4 л/с на чел., вне зависимости от категории помещения, типа строительных материалов и других факторов.

По умолчанию все здания принимаются как «Здания с малым выделением вредностей», если какие-либо процессы и/или особенности эксплуатации не приводят к дополнительному образованию вредностей (например, курение внутри задния). В таких случаях считается, что это здание с «Большим выделением вредностей». Категория «Очень малое выделение вредностей» может использоваться только для зданий, соответствующих национальным и международным критериям к подобного рода помещениям. В качестве примера в Приложении В3 стандарта приведены материалы с «минимальным выделением вредностей». Использование подобных материалов позволяет отнести здание к соответствующей категории.

В техническом отчете приводится табл. 5 для быстрого подбора, учитывающая требования табл. 3 и 4 и плотность посадки персонала в помещении.

Как уже упоминалось выше, в техническом отчете содержатся рекомендации для помещений с временным пребыванием людей. К таким помещениям можно отнести переговорные, аудитории и т. п. Особенность этих помещений в том, что, как правило, люди одновременно входят и заполняют его в течение 15 мин, после чего активность людей минимальна и человек способен адаптироваться к плавному и постепенному снижению уровня качества воздуха. В качестве примера можно привести значения для подобных помещений из стандарта ASHRAE standard 62.1 (табл. 6). При этом в проекте стандарта prEN16798-1 вводится требование о минимально допустимом расходе наружного воздуха в пересчете на одного человека (4 л/с) вне зависимости от категории помещения и качества здания. Если посмотреть табл. 5, расход наружного воздуха в персчете на одного человека ниже 4 л/с теоретически был возможен только в нескольких случаях для помещений категории IV. В случае помещений с временным пребыванием людей (табл. 6) расход наружного воздуха в пересчете на одного человека составляет больше 4 л/с только в помещениях категории I (расчетные значения ниже 4 л/с указаны в скобках).

Расчет расхода наружного воздуха по массе выделяющихся вредных веществ

Расчет расхода наружного воздуха по массе выделяющихся вредных веществ должен определяться по следующей формуле:

, (2)

где:

Qh – расход наружного воздуха, л/с;

Gh – расход каждого из вредных веществ, поступающих в воздух помещения, мкг/с;

Ch,i – предельное значение вредного вещества по Приложению B6, мкг/м³;

Ch,o – концентрация вредного вещества в воздухе, подаваемом в помещение, мкг/м³;

εv – эффективность системы вентиляции.

Обратите внимание: Ch,i и Ch,o могут быть выражены в % PPM2. В этом случае Gh должен выражаться в л/с.

2PMV (predicted mean vote) – это прогнозируемая средняя оценка уровня теплового комфорта. Подробнее об этом см. В. В. Устинов «Микроклимат и качество воздуха в офисных зданиях. Сравнение норм России и ЕС» (с. 4, текущего номера). – Прим. редакции.

 

При расчете по (2) должны учитываться все вредные вещества, опасные для здоровья человека. Обязательно использование в расчетах концентрации CO2. Допустимые значения CO2 в зависимости от типа помещения приведены в Приложении B2. Максимально допустимые значения по концентрации прочих вредных веществ, основанные на информации от Всемирной организации здравоохранения, опубликованы в Приложении B6. Выделение вредных веществ строительными материалами следует принимать по каталогам сертифицированных производителей или по Приложению В3. Концентрацию вредных вещества в наружном воздухе следует принимать на основе локальных данных и тестов.

Таблица 5 Помещения с постоянным пребыванием людей. Пример рекомендаций стандарта с учетом плотности посадки людей в помещении

Тип здания/помещения

Категория качества микроклимата

Площадь пола, м2/чел.

qp

qp

qв

qtot

qв

qtot

qв

qtot

Минимальный расход наружного воздуха

л/с на м2 пола

л/с на чел.

л/с на м2 пола

л/с на м2 пола

л/с на чел.

л/с на м2 пола

л/с на м2 пола

л/с на чел.

л/с на м2 пола

л/с на м2 пола

л/с на чел.

Только по людям

Очень малое выделение вредностей

Малое выделение вредностей

Большое выделение вредностей

Кабинет

I

10,00

1,00

10,0

0,50

1,5

15

1,0

2,0

20,0

2,0

3,0

30

II

10,00

0,70

7,0

0,35

1,1

11

0,7

1,4

14,0

1,4

2,1

21

III

10,00

0,40

4,0

0,20

0,6

6

0,4

0,8

8,0

0,8

1,2

12

IV

10,00

0,25

2,5

0,15

0,4

4

0,3

0,6

5,5

0,6

0,9

9

Офис открытой планировки

I

15,00

0,70

10,0

0,50

1,2

18

1,0

1,7

25,0

2,0

2,7

40

II

15,00

0,50

7,0

0,35

0,8

12

0,7

1,2

17,5

1,4

1,9

28

III

15,00

0,30

4,0

0,20

0,5

7

0,4

0,7

10,0

0,8

1,1

16

IV

15,00

0,20

2,5

0,15

0,3

5

0,3

0,5

7,0

0,6

0,8

12

Конференц-зал

I

2,00

5,00

10,0

0,50

5,5

11

1,0

6,0

12,0

2,0

7,0

14

II

2,00

3,50

7,0

0,35

3,9

8

0,7

4,2

8,4

1,4

4,9

10

III

2,00

2,00

4,0

0,20

2,2

4

0,4

2,4

4,8

0,8

2,8

6

IV

2,00

1,25

2,5

0,15

(1,4) 1,8

(3) 4

0,3

(1,6) 2,0

(3,1) 4,0

0,6

1,9

4

Аудитория

I

0,75

13,30

10,0

0,50

13,8

10

1,0

14,3

10,8

2,0

15,3

12

II

0,75

9,30

7,0

0,35

9,7

7

0,7

10,0

7,5

1,4

10,7

8

III

0,75

5,30

4,0

0,20

5,5

4

0,4

5,7

4,3

0,8

6,1

5

IV

0,75

3,30

2,5

0,15

(3,5) 4,7

(3) 4

0,3

(3,6) 5,3

(2,7) 4,0

0,6

(3,9) 4,7

(3) 4

Таблица 6 Помещения с временным пребыванием людей. Пример рекомендаций для аудиторий и конференц-залов

Тип здания/ помещения

Категория качества микроклимата

Площадь пола, м2/чел.

qp

qp

qв

qtot

qв

qtot

qв

qtot

Минимальный расход наружного воздуха

л/с на м2 пола

л/с на чел.

л/с на м2 пола

л/с на м2 пола

л/с на чел.

л/с на м2 пола

л/с на м2 пола

л/с на чел.

л/с на м2 пола

л/с на м2 пола

л/с на чел.

Только по людям

Очень малое выделение вредностей

Малое выделение вредностей

Большое выделение вредностей

Конференц-зал

I

2,00

1,75

3,5

0,50

2,25

4,5

1,0

2,75

5,5

2

3,75

7,5

II

2,00

1,25

2,5

0,35

1,60

(3,2) 4,0

0,7

1,95

(3,9) 4,0

1,4

2,65

5,3

III

2,00

0,75

1,5

0,30

1,05

(2,1) 4,0

0,4

1,15

(2,3) 4,0

0,8

1,55

(3,1) 4,0

IV

2,00

0,50

1,0

0,25

0,75

(1,5) 4,0

0,3

0,80

(1,6) 4,0

0,6

1,10

(2,2) 4,0

Аудитория

I

0,75

4,67

3,5

0,50

5,17

(3,9) 4,0

1,0

5,67

4,3

2,0

6,67

5,0

II

0,75

3,33

2,5

0,35

3,68

(2,8) 4,0

0,7

4,03

(3,0) 4,0

1,4

4,73

(3,6) 4,0

III

0,75

2,00

1,5

0,30

2,30

(1,7) 4,0

0,4

2,40

(1,8) 4,0

0,8

2,80

(2,1) 4,0

IV

0,75

1,33

1,0

0,25

1,58

(1,2) 4,0

0,3

1,63

(1,2) 4,0

0,6

1,93

(1,5) 4,0

Метод типовых значений

Этот метод используется в основном для жилых помещений, в т. ч. для индивидуальных жилых домов. Типовые значения и использование этого «упрощенного» метода могут быть законодательно закреплены на национальном уровне.

Расход наружного воздуха должен выбираться исходя из одного либо нескольких типовых значений для проектируемого типа зданий:

– типовой расход по количеству людей и типу строительных материалов (qtot);

– типовой расход по площади пола (qm²); по количеству людей (qp);

– типовой расход по кратности (ach, ч-1);

– типовые значения полной площади сечения отверстий для установки вытяжных устройств (Atot) (естественная вентиляция).

Типовые значения приведены в Приложении B2.

Воздухообмен в жилых помещениях

Для жилых помещений каждая из стран членов ЕС может законодательно утвердить применение одного или нескольких типовых значений:

– общая кратность воздухообмена;

– расход приточного воздуха для жилых зон;

– расход вытяжного воздуха для кухни, санузла и подобных помещений.

В Приложении В2 приведен рекомендательный пример типовых значений (табл. 7). Основная концепция вентиляции для жилых помещений заключается в организации притока в жилые зоны помещения и удалении воздуха через «влажные» помещения, такие как кухня и санузел. Стандарт рекомендует проверять типовые значения по общей кратности воздухообмена и по расходу вытяжного воздуха и принимать большую из величин.

В стандарте описывается и концепция организации естественной вентиляции, где при расчете необходимого воздухообмена учитывается уровень CO2 в помещении. В Приложении В2 можно ознакомиться с примером рекомендательных значений по площади отверстий для удаления воздуха (табл. 8).

Таблица 7 Типовые значения расхода наружного воздуха

Категория качества микроклимата

Общий расход наружного воздуха, включая инфильтрацию

Расход на человека

Расход наружного воздуха для помещений с временным пребыванием людей

Расход наружного воздуха для спальных комнат

Вытяжка, л/с

 

л/с на м2

ч1

л/с на чел.

л/с на чел.

л/с на м2

л/с на чел.

Кухня (3a)

Ванная (3b)

Туалет (3c)

I

0,49

0,7

10

3,5

0,25

10,0

28

20

14

II

0,42

0,6

7

2,5

0,15

8,0

20

15

10

III

0,35

0,5

4

1,5

0,10

4,0

14

10

7

IV

0,23

0,4

 

2,5

10

6

4

Примечание: Указанный расход наружного воздуха должен подаваться в помещения в период, когда там находятся люди. Это стоит учитывать при расчете расхода воздуха на спальни в дневное время.

Категория IV используется для существующих зданий, в которых полноценная модернизация систем технически невозможна.

Расход наружного воздуха для метода 3 основан на (1).

Таблица 8 Типовые значения площади сечения отверстий для удаления воздуха в жилых помещениях при естественной вентиляции. Значения могут приводиться на м2 площади пола либо, как в этой таблице, на одну комнату

 

Вытяжка. Кухни, ванные и туалеты, см2 на помещение

Приток. Спальные комнаты и жилые зоны, см2 на комнату

Типовое значение площади отверстия

100

60

Фильтрация и очистка

Требования к фильтрации и очистке воздуха изложены в третьей части стандарта. Проекты стандарта EN16798-3 (взамен EN13779) и технического отчета 16798-2 содержат ряд рекомендаций по фильтрации и очистке. В стандарте рассматриваются следующие подходы:

– снижение количества загрязняющих веществ, переносимых по воздуху, за счет применения фильтров в приточных установках;

– применение фильтров в устройствах рециркуляции воздуха в помещении;

– очистка и обеззараживание воздуха в помещении и в системе вентиляции при помощи устройств ионизации, озонации и т. п.

Требования к системам очистки и фильтрации воздуха при проектировании вентиляции изложены в документах prEN16798-3 и ISODIS 16814. В техническом отчете 16798-2 можно подробно ознакомиться с методами снижения расхода наружного воздуха при применении систем очистки и обеззараживания рециркуляционного воздуха.

Освещение

К параметрам микроклимата, определяющим уровень комфорта пребывания в помещении, можно отнести и освещение. Нормируемые значения освещенности и рекомендации по проектированию естественного и искуственного освещения подробно изложены в стандартах EN12464-1 (на рабочих местах) и EN12193 (спортивные помещения). В проекте стандарта prEN16798 приводятся лишь основные моменты, связанные с расчетом энергопотребления системы освещения при оценке энергоэффективности здания.

Нововведением стало включение в текст стандарта таблицы с рекомендуемыми значениями коэффициента естественной освещенности (табл. 9).

Таблица 9 Типовые значения освещенности DCa,j и DSNA

Вертикальные фасады, фактор DCa3,j, %

Световые фонари, фактор DSNA4, %

Уровень обеспеченности естественным освещением

DCa,j > 6

7 < DSNA

Высокий

6 > DCa,j > 4

7 > DSNA > 4

Средний

4 > DCa,j > 2

4 > DSNA > 2

Низкий

DCa,j < 2

2 > DSNA > 0

Нулевой

Значений DSNA > 10 % необходимо избегать ввиду угрозы перегрева

3DCaкоэффициента естественной освещенности при боковом освещении, при верхнем освещении. – Прим. редакции.

4DSNA коэффициента естественной освещенности при боковом освещении, при верхнем освещении. – Прим. редакции.

Шум

Требования к акустическому комфорту в помещении приводятся в стандарте EN12354, часть 5. При проектировании инженерных систем необходимо использовать средства по снижению шума от машин и оборудования, если их работа приводит к превышению допустимых значений уровня звукового давления в рабочей зоне помещений. В информационных приложениях стандарта приводятся типовые значения (уровень звукового давления, время реверберации, звукопоглощение различных материалов) и методики акустических расчетов.

График эксплуатации здания для энергомоделирования

Фактический график эксплуатации здания будет очень сильно влиять на энергопотребление. Точно спрогнозировать этот график на этапе проектирования довольно затруднительно, поэтому в проекте стандарта prEN16798-1 приводятся общие рекомендации и сценарии по типам зданий: школы, офисные центры, рестораны, жилые помещения и т. п.

При проработке этих сценариев расчеты производились по зданиям категории II с «Очень малым выделением вредностей». В части энергопотребления инженерных систем учитывались работы ассоциации REHVA в этом направлении.

Дополнительные разделы в техническом отчете

Нижеследующие разделы были перенесены из ныне действующего стандарта в проект технического отчета практически без изменений:

– оценка качества микроклимата, долгосрочные индикаторы качества микроклимата;

– инспекция и измерение качества микроклимата в существующих зданиях;

– классификация и сертификация уровня качества микроклимата зданий.

Выводы

Новый стандарт и технический отчет, скорее всего, будут более краткими и лаконичными.

Приложения будут носить рекомендательный характер, национальные органы вправе применять приведенные типовые значения и методики либо разработать свои собственные в рамках предложенной концепции.

Добавление в стандарт типовых графиков эксплуатации позволит увеличить объективность сравнения энергетических моделей различных зданий схожего назначения.

Литература

1. CEN/TC156/WG19/N84: prEN16798-1 Indoor environmental input parameters for design and assessment of energy performance of buildings addressing indoor air quality, thermal environment, lighting and acoustics.

2. CEN/TC156/WG19/N89: draft prCEN/TR 16798-2 WD: Guideline for using indoor environmental input parameters for the design and assessment of energy performance of buildings.

3. prEN16798-3: Energy performance of buildings – Part 3: Ventilation for non-residential buildings – Performance requirements for ventilation and room conditioning systems; see also article by Claus Händel.

Перевод и редактирование выполнены В. В. Устиновым

 Опубликовано в журнале "АВОК", март 2015