Европейские, американские и российские нормативные требования к вентиляции и кондиционированию



В современных условиях роста потребности в комфорте и экономии средств существует необходимость неуклонно совершенствовать системы жизнеобеспечения зданий. Что в первую очередь касается нормативного регулирования этой области. Цель статьи заключалась в рассмотрении и критической оценке существующих требований к вентиляции и качеству внутреннего воздуха, содержащихся в национальных и зарубежных нормативно-законодательных документах. В статье приведено краткое описание и сравнительный анализ требований США, Европы и России к минимальному объему приточного воздуха и качеству воздуха в помещении. Рассмотрены причины различий и направления развития.

Ключевые слова: вентиляция, кондиционирование, качество воздуха, ASHRAE 62.1, EN 13779, СП 60.13330

Качество воздуха (IAQ) является одной из главных экономических и санитарно-гигиенических характеристик среды обитания каждого человека. От его показателей зависит качество труда, здоровье и производительность. Поэтому любое инженерное мероприятие по обеспечению качества воздуха должно быть организовано на четкой нормативной базе, основанной на многочисленных исследованиях и накопленном опыте.

На сегодняшний день, с учетом увеличения герметичности оконных проемов в строящихся зданиях и повышения теплозащиты в них, важный акцент ставится на установление оптимального воздухообмена в жилых и производственных помещениях для: соблюдения требований по энергосбережению, создания комфортного микроклимата, обеспечения санитарно-гигиенических условий.

На международном уровне такие организации, как Международная организация по стандартизации (ISO), Американское общество инженеров в сфере отопления, охлаждения и кондиционирования воздуха (ASHRAE), Международный совет по научным исследованиям, практическому изучению и документации строительного дела (CIBC), Европейский комитет по стандартизации (CEN), Федерация европейской ассоциации в сфере отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (REHVA), Всемирная организация здравоохранения (WHO) и другие, регулярно пишут и пересматривают документы, касающиеся микроклимата помещений.

Кроме того, стоит отметить, что существуют международные и национальные стандарты, а также нормативные документы, определяющие требования к системам вентиляции и кондиционирования воздуха (EN 13779 [1], ASHRAE 62.1 [2], СП 60.13330 [3]), тепловому комфорту и микроклимату помещений (EN 15251 [4], EN ISO 7730 [5], CR 1752 [6], ASHRAE 55 [7], ГОСТ 30494 [8]) [9]. Данные документы определяют требования и методы для достижения качества внутренней среды при проектировании систем вентиляции и систем кондиционирования воздуха, после ввода в эксплуатацию систем вентиляции и систем кондиционирования воздуха, во время эксплуатации систем вентиляции и систем кондиционирования воздуха, для контроля систем вентиляции и систем кондиционирования воздуха.

Стандарты ASHRAE

Очень часто многие из существующих национальных и международных стандартов качества воздуха помещений ссылаются на нормы, опубликованные ASHRAE, хотя с юридической точки зрения они являются необязательными к исполнению. Это происходит потому, что среди зарубежных стран наибольшего успеха добились США, принимающие во внимание опыт разработки требований к качеству внутреннего воздуха помещений таких стран, как Дания, Финляндия и Германия. Проведя собственные глубокие исследования, США разработали стандарт «Вентиляция и приемлемое качество воздуха». Данный стандарт обновляется каждые три года. Последняя его редакция осуществилась в 2016 году [2].

Стандарт 62.1 претерпел некоторые ключевые изменения на протяжении многих лет, начиная с первого издания в 1973 году, что отражает постоянно расширяющийся объем знаний, опыта и исследований, связанных с вентиляцией и качеством воздуха. Стандарт оставляет неизменную цель: отмечать минимальные величины расхода воздуха и указывать меры, обеспечивающие приемлемое качество воздуха в помещениях, чтобы свести к минимуму неблагоприятное воздействие на здоровье человека [11].

На сегодняшний день стандарт для определения минимального показателя расхода приточного воздуха придерживается трех альтернативных процедур: методики определения кратности воздухообмена (VRP), качества воздуха в помещении (IAQP) и естественной вентиляции (NVP):

– VRP — предусматривает косвенное решение для контроля загрязнителей воздуха в помещениях. Он включает в себя: эффективное расположение устройств подачи и удаления воздуха, варьирование кратности воздухообмена, основанное на показателях потребления и изоляции компонентов системы HVAC, переохлаждение хладагентов и т. д.;

– IAQP — предусматривает прямое решение путем сокращения и регулирования концентраций загрязняющих веществ через очистку воздуха [12];

– NVP — предусматривает минимальные размеры наружных входных отверстий для естественной (пассивной) вентиляции.

В то время, как VRP сосредоточена главным образом в обеспечении приемлемого качества воздуха, IAQP призвана уменьшать эксплуатационные расходы системы вентиляции и кондиционирования, обеспечивая при этом здоровую окружающую среду. В большинстве случаев NVP должен применяться совместно либо с VRP, либо с IAQP, так как необходимо предусматривать механическую систему, когда естественная нежелательна или недостаточна [13].

Стандартом, обеспечивающим минимальные требования к микроклимату в помещении, является ASHRAE Standard 55 [3]. Он устанавливает диапазоны параметров окружающей среды, которые являются приемлемыми для достижения теплового комфорта пользователей. Был впервые опубликован в 1966 году, а с 2004 года периодически обновляется. В стандарте сказано: «Целью является определение комбинаций параметров микроклимата в помещении и личностных факторов, которые будут создавать термические условия окружающей среды, приемлемые для большинства находящихся в помещении людей». Основными параметрами микроклимата по стандарту ASHRAE являются: температура, тепловое излучение, влажность и скорость воздуха. К персональным факторам стандарта относятся: физическая активность и изоляция одежды.

В стандарте ASHRAE представлены методы прогнозирования общей тепловой чувствительности и степени дискомфорта (тепловой неудовлетворенности) людей, подвергающихся воздействию умеренной тепловой среды. Это позволяет аналитически определять и интерпретировать тепловой комфорт путем расчета прогнозируемой средней оценки (PMV), показателя прогнозируемого процента недовольных (PPD) и местных критериев теплового комфорта, давая условия окружающей среды, приемлемые как для общего теплового комфорта, так и для местного дискомфорта. Он применим к здоровым мужчинам и женщинам, находящимся в помещениях, где необходим теплый комфорт, но при умеренных отклонениях.

Преимущество стандарта ASHRAE заключается в том, что он учитывает динамическое изменение режимов работы вентиляции жилых и общественных зданий. Это реализуется системой вентиляции с переменным расходом воздуха (VAV) с помощью регулирования количества подаваемого свежего воздуха сверх минимального и путем изменения реально складывающейся обстановки, определяемой количеством людей внутри вентилируемого помещения.

Европейские стандарты

Европейские стандарты (EN) для проектирования сооружений, зданий и строительной продукции разрабатываются CEN на основе международных стандартов ISO и IEC. Они в первую очередь нацелены на выполнение требований Директивы EPBD [14]. Выполнение государствами, членами Европейского союза, требований данной Директивы — важный компонент в реализации ими обязательств Киотского протокола.

Для разработки EN в области вентиляции зданий организован специальный технический комитет по стандартизации CEN/TC 156, который разработал нормативный документ CR 1752 [6] и стандарт EN 13779 [1].

Еще одним европейским стандартом является стандарт EN 15251 [4]. В отличие от стандарта EN 13779, который регламентирует требования к системам кондиционирования воздуха и вентиляции, основным положением стандарта EN 15251 являются показатели микроклимата помещения. Упоминание микроклимата помещений несколько раз встречается в тексте директивы EPBD. Во-первых, энергосберегающие мероприятия не должны реализовываться в ущерб комфорту и здоровью людей. Во-вторых, кроме фактической величины энергопотребления и энергетического сертификата, для каждого здания рекомендуется указывать расчетные параметры микроклимата и показатели уровня климатического комфорта. В связи с этим появляется необходимость определения перечня показателей микроклимата помещений, применяемых при расчетах энергопотребления, проектирования помещений и мониторинга рабочих условий [15].

Ключевые моменты стандарта EN 15251:

– установка показателей микроклимата помещений, влияющих на энергетическую эффективность зданий, и указание способа определения исходных данных для расчета энергетической эффективности инженерных систем зданий и их проектирования;

– описание методов оценки микроклимата помещений в долгосрочной перспективе расчетными методами или по результатам измерений;

– определение показателей, используемых для отображения и мониторинга показателей микроклимата помещений в существующих зданиях;

– применение преимущественно для гражданских (жилых и общественных) зданий, в которых требуемые показатели микроклимата обуславливаются присутствием в здании людей.

Российское нормирование

В течение последних десятилетий в России осуществляется разработка федеральных нормативных документов, регламентирующих требования при расчете и проектировании HVAC-систем в административно-бытовых и гражданских зданиях: СП 54.13330.2011 [16], СП 118.13330.2012 [17], СП 60.13330.2012 [3] — и стандартов, устанавливающих общие требования к допустимым и оптимальным показателям микроклимата и методы контроля: ГОСТ Р ЕН 13779–2007 [18], ГОСТ 30494–2011 [8].

Со вступлением в силу Федерального Закона «О техническом регулировании» [19] в 2003 году в России наступил переходный этап развития стандартизации, одним из принципов которой является применение международных стандартов как основы разработки национальных стандартов. Поэтому нормативная база, действующая в отрасли, представляет собой набор переработанных и актуализированных советских документов совместно с переводными документами Европейского союза и вновь разработанными стандартами.

Примером переводного документа ЕС является ГОСТ Р ЕН 13779, где впервые был введен термин «качество воздуха» взамен «чистота воздуха», используемого ранее в нормативных документах. Данное новшество стало причиной горячих споров специалистов области, так как в некоторых моментах стандарт стал противоречить СП 60.13330.2012 [20].

Стоит отметить, что последние издания нормативных документов имеют тенденцию сокращения установленной мощности HVAC-систем зданий. Это подтверждается их сугубо экономической направленностью при выборе расчетных параметров внутреннего и наружного воздуха [21].

Сравнительный анализ

Требуемые величины параметров микроклимата помещений, регламентируемые рассматриваемыми стандартами России, США и Европы, указаны в сводной Таблице 1. В тексте оригинальных документов ASHRAE и EN значения вентиляционного воздухообмена указаны в размерности л/с. Для удобства понимания в настоящей статье приведенные значения пересчитаны в м³/ч (1 л/с = 3,6 м³/ч).

Все из предложенных стандартов определения требований к вентиляции в зданиях касаются вопросов комфорта и здоровья пользователей. В новых зарубежных стандартах, включая ASHRAE и EN, для определения расхода приточного воздуха требуемая норма основывается на количестве жителей в помещении и площади его пола.

Потому как в жилых и общественных зданиях нет значительных других источников загрязнения, кроме углекислого газа, стандарты устанавливают рекомендуемый уровень вентиляции на одного человека, в соответствии с эмиссией СО². Другие вредные газовые выделения в помещениях приводят к эквивалентам углекислого газа. В связи с этим концентрация углекислого газа была принята в качестве индикатора качества воздуха.

Таблица 1

Требуемые величины параметров микроклимата помещений

Параметр	Российские стандарты	Стандарты ASHRAE	Европейские стандарты
Температура в холодный период времени	14–24 °С	20–24 °С	19–25 °С
Температура в теплый период времени	18–28 °С	23–26 °С	22–27 °С
Относительная влажность	30–60 %	30–65 %	20–70 %
Скорость воздуха	0.15–0.3 м/с	≤ 0.25 м/с	0.15–0.3 м/с
Допустимый уровень СО2	400–1000 ppm	Не более чем на 700 ppm выше уровня наружного воздуха	350–800 ppm
Расход приточного воздуха	18–72 м3/ч на человека или 1–3 м3/ч на м2 *	9–36 м3/ч на человека + 1.1–3.2 м3/ч на м2 или 2.4–37.1 м3/ч на м2 **	14.4–52.9 м3/ч на человека + 1.1–7.2 м3/ч на м2 ***
* расход наружного воздуха в помещении принимается не менее минимального значения, определенного нормой на 1 человека или на 1 м2 помещения (если в нем не предусмотрено постоянное нахождение людей) либо по формулам из условия ассимиляции тепло- и влаговыделений и по массе выделяющихся вредных или взрывоопасных веществ, принимая большую из величин; ** расход наружного воздуха в помещении принимается как сумма постоянных (из расчета расхода на 1 м2 помещения) и переменных (из расчета расхода на 1 человека) показателей либо, при фиксированном числе потребителей, как неизменную величину; *** расход наружного воздуха в помещении принимается достаточным, чтобы рассеивать биологические выделения людей и вредности, выделяемые самим зданием и его инженерными системами.

Одной из главных причин различия стандартов ASHRAE и EN является тот факт, что требования ASHRAE основаны на адаптировавшихся пользователях (люди привыкают к качеству воздуха на протяжении, как минимум, 15 минут), а европейские рекомендации — на неадаптировавшихся людях [22–24]. Увеличение воздухообмена повышает комфортность, однако вместе с этим: увеличиваются энергетические затраты на обработку и транспортировку наружного приточного воздуха, усложняются системы вентиляции и воздухораспределения [25]. EN 15251 не заостряет внимания на очистке воздуха, в отличие от ASHRAE 62.1. Хотя на сегодняшний день все больше интереса проявляется к разработке оборудования для очистки воздуха. Это может стать приемлемым способом уменьшения расхода наружного воздуха и позволит сэкономить энергию, обеспечивая должное качество внутреннего воздуха. CEN-ISO и ASHRAE разрабатывают стандартные методы испытаний, которые будут измерять эффективность очистки воздуха или эквивалентное количество наружного воздуха, называемое скоростью подачи чистого воздуха [26].

В обоих стандартах методика определения расхода приточного воздуха базируется на следующей формуле:

(1)

где R_p — требуемый расход приточного воздуха на человека, м³/ч;

P_z — количество людей на единицу площади;

R_a — требуемый расход приточного воздуха на единицу площади помещения, м³/ч;

A_z — площадь помещения, м².

Тогда как в российском стандарте расчет ведется по семи формулам: по избыткам влаги, по избыткам полной теплоты, по избыткам явной теплоты, по нормируемой кратности воздухообмена, по нормируемому удельному расходу приточного воздуха на единицу площади или количество потребителей.

Из полученных величин выбирается самый высокий показатель. Данный подход у специалистов и инженеров вызывает множество вопросов. В связи с этим на практике при проектировании систем, разработке отдельных элементов и выборе методов и средств автоматизации встречаются случаи односторонней оценки тех или иных решений без должного обоснования их оптимальности для заданных конкретных условий.

Несмотря на то, что сегодня в Российской базе нормативных документов имеются руководства и стандарты для расчета минимальных расходов воздуха, они являются далеко не исчерпывающими. Целью этих стандартов является прямолинейный расчет необходимой вентиляции, как это применяется для расчета нагрузок по охлаждению. Однако в эпоху стремления повысить уровень жизни стало необходимым знать требования к приемлемому качеству внутреннего воздуха, которые основаны на комфорте, здоровье и эффективности.

Выводы

Проанализировав действующие в разных странах технические регламенты в области вентиляционных систем можно сделать следующие выводы:

1. Значения показателей, приведенных в используемых на практике российских нормативах и стандартах, существенно расходятся, что объясняется трудностью понимания некоторых требований.
2. Величины расхода приточного воздуха, указанные в нормативных документах, ниже, чем рекомендуемые значения, опубликованные в американских и европейских стандартах и рекомендациях WHO [27–29]. В результате в помещении обеспечиваются более высокие концентрации загрязнений и более низкий уровень вентиляционного воздухообмена.
3. Существует необходимость согласования требований к вентиляции и качеству внутреннего воздуха международного уровня.

Стоит заметить, что в обеспечении человека определенным количеством свежего воздуха для дыхания не может быть «национальных особенностей», поэтому стоит ориентироваться на физиологически обоснованные нормы [30]. Однако при адаптации зарубежных нормативных документов в отрасли, необходимо учесть важное условие: площадь помещения, которая приходится на одного человека, согласно стандартам ASHRAE и EN, составляет 10 м², тогда как в России — 5–6 м². Данная особенность вызывает необходимость пропорционально увеличить величину воздухообмена на 1 м² помещения.

Литература:

1. EN 13779:2007 Ventilation for non-residential buildings — Performance requirements for ventilation and room-conditioning systems.

2. ASHRAE/ANSI Standard 62.1–2016 Ventilation for acceptable indoor air quality.

3. СП 60.13330.2012 Отопление вентиляция и кондиционирование воздуха.

4. EN 15251:2007 Indoor environmental input parameters for design and assessment of energy performance of buildings.

5. EN ISO 7730:2005 Ergonomics of the thermal environment — Analytical determination and interpretation of thermal comfort.

6. CR 1752:1998 Ventilation for buildings — design criteria for the indoor environment.

7. ANSI/ASHRAE Standard 55–2013 Thermal environmental conditions for human occupancy.

8. ГОСТ 30494–2011 Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях.

9. Olesen B. W. International standards for the indoor environment // Indoor Air. — 2004. — № 14(s7). — С. 18–26.

10. Ливчак В. И. О нормах воздухообмена общественных зданий и последствиях их завышения // ABOK. — 2007. — № 6. — С. 4–9.

11. ANSI/ASHRAE/АССА Standard 180–2012 Standard practice for inspection and maintenance of commercial building HVAC systems.

12. Muller C. Achieving IAQ & energy conservation goals with ASHRAE 62.1–2004 requirements, applications and case studies // ASHRAE Journal. — 2006. — № 2007.

13. Stanke D. Minimum outdoor airflow using the IAQ procedure // Trane Engineers Newsletter. — 2011. — Vol. 40. — № 3. — С. 1–6.

14. 2010/31/EC Energy Performance of Buildings Directive.

15. Olesen B. W. Indoor environmental criteria for design and calculation of energy performance of buildings — EN15251 // 6th International Conference on Indoor Air Quality. — Ventialtion & Energy Conservation in Buildings, 2007.

16. СП 54.13330.2011 Здания жилые многоквартирные.

17. СП 118.13330.2012* Общественные здания и сооружения.

18. ГОСТ Р ЕН 13779–2007 Вентиляция в нежилых зданиях. Технические требования к системам вентиляции и кондиционирования.

19. Федеральный закон 184-ФЗ О техническом регулировании. 2012.

20. Устинов В. В. Определение минимального расхода наружного воздуха при проектировании систем вентиляции. ABOK. — 2016. — № 6. — С. 36–43.

21. Алейников А. Е., Федоров А. Б. Современные требования к расчетным параметрам внутреннего и наружного воздуха для проектирования зданий // Стройпрофиль. — 2005. — № 2–05.

22. Gunnarsen L., Fanger P. O. Adaptation to indoor air pollution // Environment International. — 1992. — Vol. 18. — С. 43–54.

23. USA — Europe: disagreements remain // Results of REHVA forum. — 2009. — № 5.

24. Проблемы сравнения энергетических характеристик зданий // ABOK. — 2010. — № 2. — С. 4–6.

25. Olesen B. W. Revision of EN 15251. Indoor environmental criteria // REHVA Journal. — 2012. — № 49(4). — С. 6–12.

26. Olesen B. W. Standards for ventilation and indoor air quality in relation to the EPBD // REHVA Journal. — 2011. — № 1. — С. 28–32.

27. WHO guidelines for indoor air quality. selected pollutants. — Copenhagen: WHO, 2014. — 454 с.

28. WHO guidelines for indoor air quality. dampness and mould. — Copenhagen: WHO, 2014. — 228 с.

29. WHO guidelines for indoor air quality. household fuel combustion. — Geneva: WHO, 2014. — 152 с.

30. Наумов А. Л., Капко Д. В. Локальные системы кондиционирования воздуха в офисных зданиях // ABOK. — 2012. — № 2. — С. 14–22.