Некоммерческое
партнерство
инженеров
Инженеры по отоплению, вентиляции, кондиционированию воздуха, теплоснабжению и строительной теплофизике
(495) 984-99-72 НП "АВОК"

(495) 107-91-50 ООО ИИП "АВОК-ПРЕСС"

АВОК ассоциированный
член
Summary:

О предупреждении переноса в помещении патогенных микроорганизмов воздушным путем в холодном климате

On prevention of penetration of pathogenic microorganisms indoor by air in cold climates

Stephanie H. Taylor, M.D.; C. Michael Scofield, Fellow/Life member ASHRAE; Patricia T. Graef, P.E., Fellow/Life member ASHRAE

Keywords: human health, spreading of viruses, dry indoor air, relative air humidity, climate control systems, adiabatic humidification, fan energy use

Schools and public buildings with mass occupancy located in cold climatic regions usually experience in winter reduction of outdoor air inflow intensity, leading to reduction of relative air humidity indoor. According to the research data, this has a negative impact on academic performance, efficiency of work, and increases the number of sick leaves. The situation can be changes using variable air flow ventilation systems with adiabatic humidification.

Описание:

В расположенных в холодных климатических условиях школах и общественных зданиях с массовым пребыванием людей в зимний период обычно снижается интенсивность притока наружного воздуха, что приводит к уменьшению относительной влажности воздуха в помещении. Согласно данным исследований, это негативно влияет на успеваемость, эффективность работы и увеличивает число больничных листов. Изменить ситуацию позволяют системы вентиляции с переменным расходом воздуха, использующие адиабатическое увлажнение.

О предупреждении переноса в помещении патогенных микроорганизмов воздушным путем в холодном климате

В расположенных в холодных климатических условиях школах и общественных зданиях с массовым пребыванием людей в зимний период обычно снижается интенсивность притока наружного воздуха, что приводит к уменьшению относительной влажности воздуха в помещении. Согласно данным исследований, это негативно влияет на успеваемость, эффективность работы и увеличивает число больничных листов. Изменить ситуацию позволяют системы вентиляции с переменным расходом воздуха, использующие адиабатическое увлажнение.

Установлена связь между завышенной кратностью воздухообмена и турбулентностью внутреннего воздуха в зоне дыхания людей, что может привести к интенсивному распространению вирусов и заражению здоровых людей от человека – носителя вируса. Воздухо-воздушные теплообменники используются для рекуперации теплоты вытяжного воздуха здания. Экономичное увлажнение в здании обеспечивается при помощи адиабатического охладителя/увлажнителя (АУ), расположенного в центральной установке системы кондиционирования воздуха.

Увлажнение воздуха для сохранения здоровья человека

Здоровье человека даже более важный фактор, чем комфорт. В регионах с холодным климатом люди проводят не менее 85 % времени в помещении, поэтому не вызывает удивления, что внутренняя среда оказывает ощутимое влияние на их самочувствие.

Когда холодный наружный воздух подается в здание и нагревается до температуры, комфортной для легко одетых людей, относительная влажность внутреннего воздуха, особенно зимой в регионах с умеренным климатом, может снижаться до уровня 20 % или ниже. Новые результаты исследований позволяют выявить масштаб проблем со здоровьем пользователей, связанных с низким уровнем относительной влажности внутреннего воздуха. Хотя многие из этих проблем были известны ранее, теперь им уделяется больше внимания, поскольку новые данные указывают на важность этой взаимосвязи.

Существенная часть новых данных о взаимосвязи сухости воздуха и здоровья вытекает из лучшего понимания сосуществования микробов и людей. Новые медицинские диагностические исследования применяют инструменты, использованные для секвенирования генома человека в 2003 году. Эти исследования направлены на глубокое изучение причин острых инфекций, хронических воспалений и автоиммунных нарушений. Генетический анализ позволил получить революционные данные о сосуществовании большого числа микробов, болезнетворных бактерий, вирусов и грибков на теле человека и внутри него.

Данная информация ставит под сомнение общепринятую гигиеническую теорию, согласно которой микробы – это болезнетворные микроорганизмы, которые необходимо устранить как можно быстрее. Теперь известно, что большинство микробов в нашей личной экосистеме, называемой микробиомом, не только полезны для здоровья, но и важны для выживания человека.

Опасность сухого воздуха в помещениях

Находясь внутри здания, люди распространяют свои микробы во внутренней среде через прямой контакт, частички кожи и капельки воды в выдыхаемом воздухе. Скапливающиеся микробы от пользователей объединяются с микробами от наружных источников, создавая динамические микробные сообщества, известные как микробиом здания. Этот микробиом здания далее определяется выделениями от пользователей, организацией вентиляции и качеством отделочных материалов (рис. 1). Кроме того:

Схема влияния влажности на здоровье человека (оптимальная относительная влажность 40–60 %)

Рисунок 1. (увеличить)

Схема влияния влажности на здоровье человека (оптимальная относительная влажность 40–60 %)

  • Когда относительная влажность внутреннего воздуха меньше 40 %, нарушается эффективная естественная иммунологическая защита дыхательных путей, глаз и кожи человека. Потеря влаги с этих тканей значительно повышает восприимчивость к инфекционным, воспалительным и аллергическим заболеваниям (рис. 2).
  • Воздушная среда с низкой относительной влажностью (сухой воздух) переносит больше инфекционных биоаэрозолей, чем увлажненный воздух. Воздушные патогены дольше сохраняют способность парения в воздухе и жизнеспособность в сухой атмосфере и могут более интенсивно распространяться в помещении в зоне дыхания человека.
  • При низкой относительной влажности окружающего воздуха вирусы и бактерии в аэрозольных каплях становятся, по не до конца понятным пока причинам, более заразными для вторичных носителей.
  • Человек теряет существенное количество воды через дыхание и кожные покровы. В сухом воздухе эти неощущаемые потери влаги приводят к умеренному обезвоживанию, которое нарушает работоспособность мозга, естественный иммунитет дыхательных путей, ухудшает здоровье кожи и заживление ее нарушений, а также стимулирует повышенное свертывание крови, что ассоциируется с более неблагоприятными последствиями инфарктов и инсультов.

Причины игнорирования проблемы сухого воздуха

В целом сухой воздух вреден для здоровья, так как вызывает потери воды кожей и слизистой оболочкой и создает в здании условия, усиливающие жизнеспособность и передачу патогенных микроорганизмов. Таким образом, выбор системы вентиляции однозначно связан со здоровьем людей в искусственной среде. Несмотря на этот факт, выявление и устранение сухости микроклимата практически всегда игнорируется. Дело в том, что:

  • Нервные окончания в коже быстро реагируют на температуру окружающего воздуха, а уровень сухости ими не ощущается и, как следствие, не воспринимается как дискомфорт.
  • Острые инфекционные заболевания, вызванные патогенами, которые передаются воздушными инфекционными аэрозолями в сухом воздухе, ранее ошибочно приписывались только контактной передаче.
  • Хронические заболевания, возникающие из-за сухого воздуха, обычно развиваются медленно, и поэтому причина их возникновения – микроклимат с низким уровнем влажности – выявляется с опозданием.
  • Для увлажнения необходимо отдельное оборудование системы ОВК – увлажнители, которое должно эксплуатироваться с расходом воды и энергии и обслуживаться специалистами для обеспечения его безопасности.
  • Вспышки «болезни легионеров»1 обратили внимание общественности на опасность, связанную с системами водоснабжения и ОВК здания.

Сбалансированное увлажнение внутреннего воздуха – плюсы и минусы

Добавление водяного пара для увлажнения внутреннего воздуха до 40–60 % приносит пользу сразу по нескольким направлениям. Во-первых, сбалансированное увлажнение воздуха поддерживает здоровье и функционирование кожи и слизистых барьеров, необходимые для сопротивления инвазивным патогенам и для эффективной реакции иммунной системы на микробов и, во-вторых, снижает выработку кожей гормонов стресса, улучшает когнитивные способности, что повышает производительность сотрудников и эффективность обучения студентов и поддерживает здоровую физиологию глаз. Кроме того, относительная влажность на уровне 40–60 % стимулирует образование микробиома здания с сообществами микроорганизмов, полезных для здоровья человека.

Несмотря на пользу сбалансированного увлажнения наружного воздуха для здоровья, увлажнение внутреннего воздуха создает риски для здания. Вода в зданиях, даже в виде пара, обычно имеет плохую репутацию, поскольку при плохой изоляции ограждающих конструкций или наличии холодных поверхностей возможна непреднамеренная конденсация. Такая конденсация и связанное с ней развитие плесени вызывают озабоченность владельцев и управляющих зданий.

В то время как вода в жидкой форме поддерживает развитие плесени, в виде пара она этого не делает, так как грибковые микроорганизмы не поглощают влагу при уровне относительной влажности в диапазоне 40–60 %. Эффективное и рациональное решение, направленное на ограничение роста плесени, подразумевает качественную теплоизоляцию холодных поверхностей здания и применение пароизоляции для предотвращения высокой водной активности во внутрипоровом пространстве. В результате не должен получаться избыточно сухой микроклимат, негативно влияющий на здоровье.

Рекуперация теплоты

Более трех десятилетий для утилизации выделяемого в здании тепла и выполнения минимальных требований по вентиляции в зимнее время согласно стандарту ASHRAE 62.1.19 использовались воздухо-воздушные теплообменники. Эти традиционные системы с переменным расходом воздуха подают воздух в здание при уставке температуры 13 °C. Новый метод подготовки воздуха при температуре 21 °C и относительной влажности 40 % с использованием рекуперации теплоты и адиабатического охлаждения/увлажнения (АУ) показан на психометрической диаграмме (рис. 3).

Психометрическая диаграмма)

Рисунок 3. (увеличить)

Психометрическая диаграмма

Поскольку в наиболее холодные дни системы с переменным расходом воздуха подают в здание минимальный объем наружного воздуха, соответствующего нижней границе нормативных требований, необходимо предусмотреть рекуперацию теплоты. Минимальный нормативный расход воздуха может превысить требуемое значение при температуре 7 °C по сухому термометру для обеспечения нагрузки по охлаждению в основных конференц-залах и зонах по периметру вдоль северной стороны (в северном полушарии). Для этих VAV-регуляторов потребуется местный подогрев. Исследовательский проект ASHRAE RP-1515 показал, что при эффективных всасывающих потолочных диффузорах снижение расхода доводчика с переменным расходом воздуха до 10 % не приведет к утрате контроля воздушных потоков и «сбросу» холодного воздуха в помещение. И наоборот, когда были устранены проблемы с холодными помещениями при снижении энергопотребления вентилятора, стало меньше жалоб на избыточное охлаждение в испытываемых зданиях.

В холодных климатических регионах северного полушария высотные здания с остеклением с южной стороны испытывают расчетные нагрузки по охлаждению в январе и феврале из-за малой высоты солнца над горизонтом и излучаемой энергии на южной стороне здания. Во время таких пиковых нагрузок по охлаждению подача воздуха на эти доводчики переменного расхода при температуре 7 °C по сухому термометру обеспечивает комфортный внутренний микроклимат и снижение энергопотребления вентиляторов.

Если мы можем поддерживать относительную влажность внутреннего воздуха зимой на уровне не ниже 40 %, то уставки комнатных термостатов можно уменьшить до 21 °C или ниже, что позволяет экономить тепловую энергию. Это обусловлено тем фактом, что интенсивность испарения влаги через кожу человека при относительной влажности 40 % меньше, чем при 20 %. Восприятие комфорта в соответствующей зоне будет лучше при более низких температурах внутреннего воздуха и более низких потоках воздуха через VAV-регуляторы. Здания в холодных климатических регионах часто оснащаются системой лучистого обогрева по периметру здания для нагрева холодных наружных стен и увеличения средней радиационной температуры (СРТ). Эта отдельная система отопления также позволяет создавать зоны наружного пространства для снижения уставки температуры в помещении.

Психометрическая диаграмма (рис. 3) иллюстрирует процесс рекуперации теплоты (красная линия), обеспечиваемый высокоэффективным роторным рекуператором по явной теплоте. Адиабатический процесс (синяя линия) АУ с высокой эффективностью насыщения обеспечивает увлажнение наружного воздуха до точки росы 7 °C. Высокая эффективность адиабатической установки критична. При адиабатической установке с эффективностью психометрической разности (ЭПР) 95 % можно точно измерить температуру по сухому термометру на выходе, и она всегда будет в пределах 0,6 °C от точки росы на выходе. В данном случае не рекомендуется использовать датчики точки росы (энтальпии) промышленного класса, так как при установке внутри воздуховода после увлажнители они требуют частого обслуживания и калибровки.

При нормальных тепловых нагрузках в зданиях с большим количеством людей, таких как учебные классы, в помещениях можно поддерживать целевой уровень относительной влажности в диапазоне 40–60 %.

Центральная установка системы с переменным расходом воздуха

На схеме центральной установки системы с переменным расходом воздуха (рис. 4) роторный рекуператор расположен между приточным и вытяжным трактами. Параметры роторного рекуператора основываются на требованиях охлаждения всего воздушного потока и выбираются для эффективности по явному теплу 75 %. Так как требования к расходу воздуха снижаются при низких наружных температурах, эффективность роторного рекуператора по явному теплу увеличивается до 87 % при 50 % от номинального расхода воздуха. Это обусловлено уменьшенным массовым потоком воздуха через неподвижную поверхность и увеличенным «временем пребывания».

При холодных наружных условиях, когда заслонка С открыта, а заслонка D закрыта, заслонки А и В модулируются для подачи воздуха от АУ при температуре 7 °С, используя на 100 % наружный воздух. Водяной калорифер добавляет дополнительную теплоту при экстремально холодных наружных условиях, когда температура наружного воздуха ниже –5 °С по сухому термометру. Когда заслонка А закрыта, а заслонка В полностью открыта, воздух обходит роторный рекуператор, тем самым устраняя избыток статического давления с приточной стороны для рекуперации теплоты. По мере увеличения температуры приточного воздуха от АУ выше 7 °C приточный вентилятор 100 % наружного воздуха с переменным расходом ускоряется, чтобы обеспечить внутреннюю нагрузку по охлаждению при более высокой температуре подачи. Когда температура приточного воздуха превышает 13 °C, активируется система охлаждения и открывается клапан охлаждающего змеевика, чтобы обеспечить достаточное охлаждение отводом явной теплоты для поддержания температуры притока на уровне 13 °C по сухому термометру.

Во влажных климатических зонах, где температура на протяжении многих часов превышает точку росы 13 °C, рекомендуется использовать энтальпийный роторный рекуператор (полной теплоты), а также экономайзер с воздушной стороны и минимальную подачу наружного воздуха. Требования стандарта ASHRAE 62.1–2019 можно выполнить, если температура наружного воздуха превышает 24 °C по сухому термометру, при помощи регулировки заслонок А и D при закрытой заслонке В.

У заслонки А требуется датчик потока наружного воздуха (ДПВ). Энтальпийный роторный рекуператор активируется, чтобы уменьшить температуру и влажность теплого наружного вентиляционного воздуха.

ДПВ используется для подтверждения минимального расхода наружного вентиляционного воздуха в соответствии со стандартом ASHRAE 62.1–2019, который также поддерживает положительное давление в здании. АУ выбирается на расчетный расход воздуха и минимум 90 % ЭПР. Максимальная поправка статического давления должна составлять 0,14 дюйма водяного столба (35 Па). Данный показатель увеличится до 95 % ЭПР при 50 % от расчетного потока, при этом статическое давление уменьшится до 0,05 дюйма водяного столба (12 Па). Объединение роторного рекуператора и АУ в системе с переменным расходом воздуха обеспечивает существенную экономию энергии, так как при уменьшении массового расхода воздуха повышается эффективность и снижаются паразитные потери. Владелец здания получает выгоду от повышенной эффективности теплообмена и увлажнения наружного воздуха при холодной погоде.

Стратегия управления утренним предварительным увлажнением и подогревом здания

В зданиях, расположенных в холодном климате и эксплуатируемых только в дневное время, обычно предусматривается «утренний прогрев» (натоп) после периода, когда они не функционируют (ночь, праздничные или выходные дни) и для экономии энергии допускается падение температуры внутреннего воздуха до 16 °C или ниже. В периоды простоя здания (особенно длительные) также возможно уменьшение относительной влажности воздуха до 20 % или ниже. Поэтому утренний прогрев должен включать в себя предварительное увлажнение здания.

Для предварительного увлажнения здания можно использовать АУ с рециркуляционным воздухом из здания. На рис. 5 показан психометрический процесс увлажнения рециркуляционного воздуха здания. На рис. 4 заслонки А, В и С закрыты, роторный рекуператор отключен, заслонка D открыта, а приточный вентилятор с переменным расходом воздуха работает. Повторный нагрев можно обеспечить при помощи калорифера, установленного после АУ в центральной установке, или калориферов второго подогрева доводчиков с переменным расходом воздуха в каждой зоне здания.

Схема установки с переменным расходом воздуха и ее компонентов и средств управления)

Рисунок 4. (увеличить)

Схема установки с переменным расходом воздуха и ее компонентов и средств управления

Статья в журнале ASHRAE за сентябрь 2017 года под названием «It’s All Relative» («Все относительно») описывает механизм, при помощи которого водяной пар может скапливаться в здании на гигроскопичных материалах. Его молекулы аккумулируются в парообразном состоянии на внутренних «накопительных поверхностях», а затем выпускаются в помещение, когда относительная влажность в помещении падает. Эта «влагоемкость здания» может быть восстановлена после ночного простоя во время цикла утреннего предварительного увлажнения. Выпуск молекул водяного пара в помещение в дневное время позволяет поддерживать значительно более стабильный уровень относительной влажности внутреннего воздуха в периоды пребывания в здании людей.

Психометрический процесс предварительного увлажнения и утреннего подогрева)

Рисунок 5. (увеличить)

Психометрический процесс предварительного увлажнения и утреннего подогрева с использованием рециркуляционного воздуха здания для восстановления влагосодержания перед использованием здания после его закрытия на ночь или выходные. Повторный нагрев обеспечивается по необходимости в установке подготовки воздуха или в распределительной коробке переменного расхода воздуха

Принцип управления: адиабатический испарительный охладитель/увлажнитель с жесткой средой

Испарительный охладитель/увлажнитель с жесткой средой АУ представляет собой простое устройство, способное непрерывно охлаждать и увлажнять воздух очень близко к границе насыщения в широком диапазоне значений расхода воздуха. Эффективность среды при различных потоках воды меняется незначительно, поэтому регулирование количества подаваемой воды для обеспечения заданных условий не требуется. На рис. 6 приведена иллюстрация мокрой секции АУ со смоченной средой с идентификацией всех критических компонентов.

Поскольку испарение воды происходит на поверхности испарительной среды, избыточная неиспарившаяся вода не переносится далее по системе, а переносятся только водяные пары, поступающие в воздух. Загрязнения в воде, такие как минеральные частицы, остаются в рециркулирующей воде и удаляются при помощи непрерывного выпуска и/или регулярных циклов промывки и слива.

Во время работы АУ естественным способом охлаждает воду до температуры воздуха по мокрому термометру. Для данной системы температура по мокрому термометру находится в диапазоне от 7 до 13 °C. Бактерии легионеллы неактивны, если температура воды ниже 25 °C, и быстро размножаются при 25–42 °C.

Техническое обслуживание АУ выполняется просто:

  • Если необходимо, используйте неокисляющие биоциды, одобренные производителем испарительной среды и уполномоченными органами. Окисляющие биоциды, такие как хлор, разрушают среду.
  • Промывку среды, системы распределения воды и приямка необходимо проводить ежеквартально.
  • Ежемесячные инспекции среды, системы распределения воды и приямка покажут обслуживающему персоналу, нужно ли проводить очистку более часто. Если воздух фильтруется и используется вода хорошего качества, ежеквартальной очистки обычно достаточно.
  • Ежемесячно необходимо проверять регулировку и работоспособность подпиточного клапана.
  • Ежемесячно требуется проверять проводимость воды или минерализацию, чтобы убедиться, что из системы спускается достаточно воды.

Анализ погодных данных для трех групп северных городов США

На рис. 3 приведена психометрическая диаграмма рекуперации тепла/увлажнения, разделенная на три холодных климатических зоны с температурой окружающего воздуха по мокрому термометру ниже 13 °C. Последовательность управления для центральной установки с переменным расходом воздуха при температуре окружающего воздуха от 7 до 13 °C позволяет АУ обеспечивать диапазон точек росы от 7 до 13 °C. Система охлаждения в климатических зонах 1–3 отключена.

В климатической зоне 3 весь наружный воздух подается на АУ через заслонку В при закрытых заслонках А и D. Роторный рекуператор будет отключен, а паразитическая потеря из системы с приточной стороны исключается. Значения коэффициента энергоэффективности (КЭЭ) охлаждения при помощи АУ в климатической зоне 3 приближаются к 100.

При более высоких температурах подачи воздуха с переменным расходом интенсивность вентиляции здания будет существенно превышать минимальные требования стандарта ASHRAE 62.1–2019 к наружному воздуху – 7 л/с на человека. В помещении будет поддерживаться относительная влажность в диапазоне 40–60 %.

В климатическую зону 2 попадают в среднем 44,6 % часов в год для северных городов (табл.). Вращающийся теплообменник способен переносить тепло, требуемое для поддержания точки росы 7 °C на выходе из установки АУ, с использованием 100 % наружного воздуха при помощи регулирования заслонок А и В, чтобы получить температуру по мокрому термометру 7 °C.

В климатическую зону 1 попадает только 9,2 % средних часов в год, требуя дополнительного нагрева водяным калорифером для обеспечения точки росы 7 °C и уровня влажности в здании на уровне 40 %.

Очевидно, что больше всего выгоды стратегия увлажнения наружного воздуха системами с переменным расходом приносит в климатических зонах западной части США и в сухом климате.

Простая окупаемость за счет экономии на стоимости увлажнения на примере Сиэтла

Стоимость установленного производителем высокоэффективного роторного рекуператора и АУ с жесткой испарительной средой глубиной 305 мм для центральной установки производительностью 18 878 л/с и стоимостью 267 350 долл. США оценивается в 68 000 долл. США (1,70 долл. США за каждые 28 л расхода приточного воздуха). Для оценки экономии энергии за счет увлажнения, обеспечиваемого роторным рекуператором в климатических зонах 1, 2 и 3, в условиях Сиэтла использовалось количество часов в год с заданной средней температурой по сухому термометру (СТСТ) и соответствующей средней температурой по мокрому термометру (ССТМТ).

Данная экономия энергии не учитывает экономию на энергопотреблении вентилятора в климатических зонах 2 и 3, когда температура на выходе в здание из системы с переменным расходом воздуха находится ниже стандартной уставки в 13 °C по сухому термометру. Если доводчики с переменным расходом воздуха в здании отрегулированы на обеспечение нагрузки помещения по охлаждению при температуре подачи 13 °C, расход воздуха через вентилятор в каждую основную зону с относительно постоянной нагрузкой по охлаждению и из нее при температурах ниже 13 °C уменьшится. Типичные или средние условия для климатических зон 2 и 3 в Сиэтле: 8 °C СТСТ/7 °C ССТМТ. Воздух из воздушной камеры с переменным расходом будет подаваться с температурой 7 °C по сухому термометру при точке росы 7 °C. Если заданная комнатная температура составляет 24 °C по сухому термометру, расход воздуха в эту зону уменьшится на 33,3 % в сравнении с ситуацией, когда температура приточного воздуха составляет 13 °C. Поскольку в климатические зоны 2 и 3 попадает 6 561 ч/год, экономия на энергопотреблении вентилятора будет значительной.

Используя те же условия, 8 °C СТСТ/7 °C ССТМТ, для Сиэтла и предполагая 50 %-ный расход воздуха через систему с переменным расходом объемом 9 439 л/с в течение 2 747 ч/год в климатической зоне 3, а также учитывая энергопотребление центральной установки на охлаждение в размере 0,8 кВт/т (0,2 кВт/кВт), экономия энергии на охлаждении отводом явной теплоты в климатической зоне 3 оценивается в 40 289,33 кВт·ч/год. При стоимости электроэнергии в Сиэтле 0,108 долл. США за 1 кВт экономия на охлаждении оценивается в 4 351,24 долл. США в год.

Если предположить, что средний расход через приточный вентилятор с переменным расходом составляет 50 % от полного расхода для всех условий окружающей среды в климатических зонах 1, 2 и 3, и использовать коэффициент потерь в котле и трубопроводах 0,8, экономия на энергопотреблении бойлера за счет использования рекуперации теплоты составит 71 263 терм. Приблизительная сумма годовой экономии на энергопотреблении при стоимости энергии в Сиэтле 1,127 долл. США/терм составит 80 313,40 долл. США. Если увеличить заводскую стоимость компонентов для рекуперации теплоты и адиабатического увлажнения на 25 %, чтобы учесть надбавку торгового представителя и монтажной организации, простой срок окупаемости поставленного вращающегося теплообменника и АУ составит 1,06 года. Окупаемость за счет экономии энергии на увлажнении в других городах Западного побережья, таких как Ванкувер, Портленд и Сан-Франциско, будет похожей.

В климатической зоне 3 сложнее оценить, какую выгоду принесет владельцу здания увеличение расхода наружного вентиляционного воздуха сверх минимального нормативного требования 7 л/с на человека, предусмотренного стандартом ASHRAE 62.1–2019. Исследования попытались оценить увеличение производительности сотрудников и сокращение числа краткосрочных больничных за счет улучшения вентиляции наружным воздухом.

Для проверки методики часового анализа из таблицы на психометрическую диаграмму можно наложить почасовые точки для стандартного метрологического года в Сиэтле (рис. 7). Получается в климатической зоне 1 – 0 ч, в зоне 2 – 3 836 ч и в зоне 3 – 3 231 ч, или в общей сложности 80,7 % часов в год в Сиэтле. Увлажнение и охлаждение отводом явного тепла 100 % наружного воздуха в климатических зонах 2 и 3 производится с очень низкими затратами на энергопотребление. Центральную холодильную установку можно отключать при климатических условиях, соответствующих климатическим зонам 2 и 3, которые наблюдаются преимущественно весной, зимой и осенью.

Весной и осенью наружный воздух часто содержит большое количество пыльцы, которая может вызывать аллергию у чувствительных людей. Размер частиц пыльцы составляет 10–100 мкм, и ее необходимо удалять из наружного воздуха до подачи в здание.

В смоченном состоянии листы жесткой испарительной среды глубиной 305 мм удаляют споры диаметром больше 10 мкм с эффективность не менее 90 %. АУ часто называют «мокрые пылеуловители». Использование воздухо-воздушных теплообменников (энтальпийные роторные рекуператоры) и АУ с жесткой средой – ключ к успеху системы, включая легкость в управлении, здоровый микроклимат, экономию энергии и низкие требования к техническому обслуживанию. Хладагент 718, более известный по своей химической формуле – Н2О, то есть обычная вода, обладает нулевым потенциалом глобального потепления (ПГП), недорог, негорюч, нетоксичен и экологически устойчив. Водяные пары, выпускаемые в атмосферу, возвращаются на землю в виде дождя, снежной крупы или снега.

Выводы

На протяжении 50-летней истории существования системы с переменным расходом воздуха применялись в отрасли ОВК для создания систем кондиционирования воздуха коммерческих зданий. Использование воздушных экономайзеров для экономии энергии на отоплении и охлаждении часто приводит к уменьшению доли подаваемого свежего воздуха, предусмотренной нормативными требованиями или стандартом ASHRAE 62.1, и напрасной трате энергии. Сухой микроклимат в помещении в зимнее время увеличивает распространение воздушных патогенных микроорганизмов, включая вирус гриппа. Качество внутреннего воздуха и переменный расход воздуха стали взаимоисключающими понятиями.

Система с переменным расходом воздуха предлагает увлажнение всего объема наружного воздуха в холодных климатических регионах и обеспечивает устойчивость в условиях меняющегося климата. Ожидается, что в будущем все больше часов будут переходить из зоны 1 в зоны 2 и 3 (рис. 3). Если интенсивность эксплуатации анализируемого здания ниже 24/7/365, дневные условия окружающей среды в холодных климатических регионах будут включать в себя все больше часов из зон 2 и 3.

Выявлена прямая связь между низкой относительной влажностью внутреннего воздуха и искусственно завышенной кратностью воздухообмена с распространением воздушных патогенных микроорганизмов в зимнее время. Если мы можем экономически эффективно поддерживать уровень относительной влажности внутреннего воздуха в зимнее время в диапазоне 40–60 % при одновременном снижении энергопотребления приточного и обратного/вытяжного вентиляторов с переменным расходом воздуха, то почему бы нет? По мнению одного из авторов журнала ASHRAE, «…для большинства типов здания мы пока не можем найти ничего, что работало бы лучше с точки зрения стоимости жизненного цикла, чем эффективно спроектированная система с переменным расходом воздуха».

Рекомендации по противодействию COVID-19

Недавно была создана Эпидемиологическая рабочая группа ASHRAE под председательством Уильяма Банфлеса (William P. Bahnfleth), доктора наук, члена президиума/почетного члена ASHRAE, которая рекомендовала для снижения распространения COVID-19 в помещениях следующие меры:

  • Установка систем подготовки воздуха, допускающих рециркуляцию воздуха в здании, которые должны увеличивать приток наружного воздуха сверх минимальных нормативных требований. Также следует рассмотреть возможность их оснащения фильтрами класса MERV 13, если они еще не установлены.
  • Поддержание относительной влажности в помещения в диапазоне 40–60 %.
  • Проведение перед прибытием людей «промывки» здания полностью наружным воздухом для удаления возможных остаточных инфекционных аэрозолей.

Все эти три меры рассмотрены в данной статье. В процедуре, описанной в разделе «Стратегия управления утренним предварительным увлажнением и подогревом здания», вместо рециркуляционного воздуха необходимо использовать только наружный воздух.

Статья публикуется с разрешения редакции ASHRAE Journal. Оригинал статьи «Improving IEQ To Reduce Transmission Of Airborne Pathogens In Cold Climates» опубликован в ASHRAE Journal, сентябрь 2020 г. ASHRAE не несет ответственность за точность перевода. Для того чтобы приобрести издание на английском языке, обратитесь в ASHRAE: 1791 Tullie Circle, NE, Atlanta, GA 30329–2305 USA, www.ashrae.org

1 Подробнее см. статью Бродач М. М., Шилкин Н. В. Создание безопасной среды обитания человека. Здания больные и здания здоровые // Энергосбережение. 2021. № 1.

купить online журнал подписаться на журнал
Поделиться статьей в социальных сетях:

Все иллюстрации приобретены на фотобанке Depositphotos или предоставлены авторами публикаций.

Статья опубликована в журнале “Энергосбережение” за №5'2022



Реклама на нашем сайте
Яндекс цитирования

Подписка на журналы

АВОК
АВОК
Энергосбережение
Энергосбережение
Сантехника
Сантехника
Реклама на нашем сайте
Онлайн-словарь АВОК!