Автор Виктор Пырков, к.т.н., доцент, советник по научно-техническим вопросам «Данфосс ТОВ»

Украина — государство, граничащее с Евросоюзом. И волей-неволей, останавливая взгляд на происходящем у соседей, сопоставляешь с тем, на каком этапе развития находимся мы. Хочется позаимствовать лучшее, перенять позитивное и сделать нашу страну краше. Такие мысли сегодня озвучивают как на государственном уровне, так и среди специалистов. Однако одного только желания маловато. Нам необходимо пройти путь освоения и формирования определенных обязанностей, по которым договорились развиваться страны Евросоюза.

В рамках рассматриваемой тематики, таковыми обязанностями является выполнение требований Директивы Европейского Парламента и Совета 2002/ЕС «Энергетические характеристики зданий», а также разработанных на выполнение данной Директивы норм в отоплении, вентиляции, кондиционировании, горячем водоснабжении, теплоснабжении, энергоаудите… Некоторые положения этих норм у нас уже приняты, некоторые только начали осмысливать, а многие еще предстоит реализовать в самом ближайшем будущем. Приятно отметить, что уже сегодня министерства, отвечающие за инженерные системы здания, стали активнее изучать и внедрять европейский опыт. Все чаще на повестке дня рассматривают вопросы по сопоставлению европейских и отечественных нормативов. Все чаще в наших новых строительных нормах можно увидеть отражение европейских наработок. В то же время у нас еще не выработана целостная концепция перехода к европейским нормам, и порой новые положения соседствуют с несочетаемыми устаревшими.

В преддверии перерабатываемых, разрабатываемых и дорабатываемых отечественных норм «Жилые здания», «Отопление, вентиляция и кондиционирование», «Тепловые сети», а также с учетом введения с 1 янв. 2008 г. энергетической паспортизации зданий в соответствии с нормой «Тепловая изоляция зданий» компания «Данфосс ТОВ» приняла решение оказать нормативно-информационную поддержку разработчикам отечественных нормативов. Такой подход позволит нам ускорить процесс освоения и внедрения положительного мирового опыта в строительстве, приблизить нас к европейскому сообществу. Кроме того, на страницах этого журнала мы начинаем публиковать информацию об особенностях систем, оборудования, различного рода расчетов, отраженных в европейских и мировых нормах, для повышения профессионального роста всех специалистов, устранения сомнений, подкрепления собственных убеждений и главное — применения на практике, поскольку этому во многих случаях нет никаких препятствий.

Безусловно, мы не сможем опубликовать полностью нормы и представленные в них методики расчетов. Мы рассмотрим выборочно лишь наиболее существенные отличительные особенности, которые у нас пока не нашли отражения ни в нормах, ни в справочной литературе. Обратим внимание на нестыковки положений наших и зарубежных норм, сакцентируем внимание на том положительном, что у нас уже достигнуто в последнее время.

Аналогичная постановка задачи впервые нами была осуществлена еще в 2002 г. на круглом столе «Экология. Ресурсы безопасность» в Украинском институте исследований окружающей среды и ресурсов при Совете национальной безопасности и обороны Украины. Тогда было представлено сопоставление отечественных и зарубежных норм в отоплении, как первый шаг для разработки отечественного норматива «Отопление, вентиляция и кондиционирование» [1]. С тех пор многое изменилось. Особенно в Европе. В 2002 г. принята Директива 2002/ЕС. С этого момента Технические Комитеты CEN/TC 228 «Системы отопления зданий», CEN/TC 247 «Автоматика, контроль и менеджмент в строительстве», ISO/TC 205 «Проектирование в строительстве» и др. подготовили множество нормативных документов по проектированию, наладке, экспертной оценке… инженерных систем. Часть этих норм уже принята (EN — европейская норма, EN ISO — международная норма). Часть — находится в завершающей стадии и ожидании принятия (Final Draft prEN — окончательная версия европейской нормы). Нам предоставляется возможность обсудить как те, так и другие.

Рассмотрение норм предлагается осуществить в следующей последовательности: параметры микроклимата, теплопотери, тепловая мощность системы, оборудование системы, наладка, энергетическая эффективность. Конечно же, основное внимание мы сосредоточим на системе отопления во всевозможных ее проявлениях в жилых и общественных зданиях.

Начнем с нормирования микроклимата помещений. Следует отметить, что Украина, пожалуй, единственная страна в мире, которая значительно отстала в этом направлении. Даже на постсоветском пространстве давно применяют ГОСТ 30494—96 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях», где нормирована не только температура воздуха, влажность и скорость движения, но и результирующая температура помещения, а также ее локальная асимметрия. Смягчением сложившейся ситуации у нас послужило введение в ДБН В.2.2-15-2005 «Жилые здания. Основные положения» примечания 2 к таблице 4 о допустимости снижения температуры воздуха на 1...2 °С от нормированного значения при проектировании систем отопления с греющим полом, потолком либо стенами, а также п. 2.2 ДБН В.2.5-24-2003 «Электрическая кабельная система отопления» о допустимости снижения нормированной температуры воздуха не более, чем на 3 °С. Однако, для нормирования всего многообразия систем обеспечения микроклимата этого недостаточно.

Наиболее всеобъемлющее нормирование параметров микроклимата помещений представлено в международном стандарте ISO 7730 Third edition 2005-11-15 Ergonomics of the thermal environment — Analytical determination and interpretation of thermal comfort using calculation of the PMV and PPD indices and local thermal comfort criteria [Эргономика тепловых условий — Определение и объяснение теплового комфорта с использованием PMV (прогнозируемое среднее значение теплоощущения) и PPD (прогнозируемый процент неудовлетворенных) показателей и критериев местного теплового комфорта].

Прежде всего, следует обратить внимание на то, что третья версия этой нормы отличается не только названием, но и содержанием. Она стала более детализированной и привязанной к соответствующим обогревающим/охлаждающим поверхностям (теплообменным приборам). Приведенные в стандарте положения применяют как для устойчивой, так и неустойчивой температурной обстановки в помещении. Если отклонение температуры помещения, обеспечиваемое средствами автоматического контроля, не превышает 1 °С, то удовлетворенность тепловым комфортом является установившейся и соответствует наивысшему уровню обеспеченности. При резкой смене температурной обстановки либо ее плавном изменении не более чем на 2 °С/час, показатели дискомфорта определяют аналогично стационарному процессу, но по температурным условиям, соответствующим начальным и конечном параметрам микроклимата. Ступенчатое изменение параметров микроклимата ощущается мгновенно. При этом повышение температуры помещения позволяет определить обеспеченность комфортных условий сразу, а понижение — требует определенного периода, который должен быть не менее 30 мин. и целиком зависит от исходного состояния микроклимата. Указанные характеристики соответствуют относительной влажности воздуха — 50%. При более высоких значениях применяют, как правило, зависимость: 10% увеличение влажности в равной мере влияет на теплоощущение человека, вызываемое увеличением температуры помещения на 0,3 °C.

Обеспеченность теплового комфорта различных типов помещений стали классифицировать тремя категориями — А , В и С в зависимости от процентного соотношения удовлетворенных тепловой обстановкой людей. Неудовлетворенность определяют по общему теплоощущению и по локальному дискомфорту вследствие колебания температуры помещения, ощущения сквозняка (подвижности воздуха), изменения температуры воздуха по вертикали, асимметрии радиационной температуры (аналог термина «локальная асимметрия» по ГОСТ 30494—96»). Категориям А , В и С соответствует количество удовлетворенных людей тепловым комфортом по общему теплоощущению не менее 94, 90 и 85% (по ГОСТ 30494—96 оптимальные параметры теплового комфорта удовлетворяют не менее 80% людей).

В зависимости от теплоизоляционных свойств одежды и активности человека, для каждой категории определен диапазон колебания температуры помещения, в пределах которого обеспечивается оптимальное тепловосприятие. Так, при температуре 20 °С для категории теплового комфорта А , В и С допустимое отклонение температуры воздуха в помещении (например, для офиса, аудитории, ресторана, класса) не должно превышать соответственно ±1; ±2 и ±3 °С для отопительного периода. Для периода охлаждения (термин в норме введен по аналогии с отопительным периодом) — соответственно ±1; ±1,5 и ±2,5 °С.

С практической точки зрения обеспечение температуры воздуха помещения в таком узком диапазоне отклонения можно обеспечить только терморегуляторами на отопительных/охлаждающих приборах в помещении.

Собственно, для систем отопления наличие терморегуляторов является обязательным как по украинским нормам (изм. № 2 к СНиП 2.04.05-91 «Отопление вентиляция и кондиционирование», кроме социального жилья, построенного за бюджетные средства без права приватизации, в котором по ДБН В.2.2-15-2005 «Жилые здания. Общие требования» — терморегуляторы допускается не устанавливать), так и европейским нормам для всех типов зданий и форм собственности. В то же время, применяемые терморегуляторы для соответствующих категорий микроклимата помещения, должны иметь различную зону пропорциональности. Для проектирования зданий с наивысшими требованиями обеспечения теплового комфорта и узким диапазоном отклонения температуры воздуха необходимо применять терморегуляторы с зоной пропорциональности менее 1 К. Как правило, — это терморегуляторы непрямого действия (с термоприводами либо электроприводами). В Украине сложилась практика применения терморегуляторов с зоной пропорциональности 2 К (т. е. с диапазоном отклонения температуры воздуха на 2 °С в сторону увеличения).

Следует также обратить внимание на различие диапазона колебания температуры для систем отопления и охлаждения. В системах охлаждения этот диапазон меньше, поскольку расчетная температура помещения в период охлаждения на несколько градусов выше, чем в период отопления.

При повышении температуры помещения, ее отклонение более ощутимо для человека. Из этого следует, что при выборе терморегуляторов для систем обеспечения микроклимата круглогодичного действия, зону пропорциональности терморегулятора необходимо выбирать по условиям периода охлаждения помещения. Безусловно, создание теплового комфорта на высоком уровне в кондиционируемом помещении без терморегулятора, изменяющего подачу холодоносителя в фанкойл, а лишь регулированием скорости вращения и периодичности включения вентилятора фанкойла, не является приемлемым техническим решением. Особенно, если учесть современное нормирование параметров подвижности воздуха.

Отечественное нормирование (приложение 5 к СНиП 2.04.05-91) оптимальных параметров скорости движения воздуха в обслуживаемой зоне помещений отвечает самой низкой категории С обеспечения микроклимата по рассматриваемому мировому стандарту. У нас не нормирована зависимость осредненной местной скорости воздуха v a,l от местной температуры воздуха t a,l и степени турбулентности потока воздуха Tu . В мировом стандарте эти параметры взаимоувязаны моделью сквозняка (подвижности воздуха). Результирующим показателем локального дискомфорта от ощущения подвижности воздуха для категорий А , В и С является процентное соотношение людей DR , обеспокоенных сквозняком. Их должно быть соответственно не более 10, 20 и 30% ( рис. 1 ). Технически такие высокие показатели микроклимата обеспечивают потолочными прогонами (балка, beam) охлаждения различного конструктивного исполнения, потолочными панелями охлаждения.

Особенностью рассматриваемого стандарта является нормирование допустимых перепадов температуры во всевозможных проявлениях, вызывающих локальный дискомфорт у человека. Так, на рис. 2 представлена зависимость количества неудовлетворенных ( PD ) тепловым комфортом при изменении температуры воздуха ( Ä t a,v ) от лодыжек до головы. Как видим, в идеале температурный градиент по вертикали должен быть близким к нулю. Для помещений категории А изменение температуры воздуха должно составлять не более 2 °С, В — не более 3 °С, С — не более 4 °С. А где же тогда взаимосвязь с пресловутым выражением обеспечения теплового комфорта — ноги в тепле, а голова в прохладе? Пояснение тому представлено на рис. 3 , где по температуре пола Ä t f , поддерживаемой системой напольного охлаждения (выделена синим цветом) или отопления (выделена красным цветом), представляется возможным определить процентное количество людей, ощущающих локальный дискомфорт ( PD ).

Причем эту зависимость в равной мере применяют как к стоящим, так и к сидящим либо лежащим на полу людям. Приведенные данные несколько отличаются от значений в наших нормах. Так, по СНиП 2.04.05-91 — температура пола должна быть не более 26 °С, а по ДБН В.2.5-24-2003 — не более 28 °С, в то время, как по рассматриваемому стандарту для самой высшей категории обеспечения теплового комфорта А и для средней категории В — не более 29 °С, а для низшей категории С — не более 31 °С. Для систем напольного охлаждения температура пола у нас не нормирована. По рассматриваемому стандарту для категории А и В — не менее 19 °С, С — не менее 17 °С.

С технической точки зрения создание системы отопления в полу (водяная либо электрическая) является довольно простой решаемой задачей. Для систем охлаждения — в пределах допустимых температур — также.

Несколько иные требования к тепловому комфорту помещений с системами, встроенными в потолок либо стены.

Стеновые и потолочные системы отопления и охлаждения составляют отдельную группу в обеспечении теплового комфорта. Это вызвано возникающей асимметрией радиационной температуры Ä t pr .Под этим термином подразумевают разницу между радиационной температурой с противоположных сторон тела/помещения [2]. В отечественном нормировании систем обеспечения микроклимата такого термина пока нет. По ГОСТ 30494-96 (Украина не подписала этот стандарт) локальная асимметрия результирующей температуры — разность (по сторонам человека/шарового термометра) комплексного показателя температуры воздуха и осредненной по площади температуры нагретых/охлажденных внутренних поверхностей ограждений и отопительных/охлаждающих приборов. Следовательно, для обеспечения теплового комфорта необходимо учитывать не только температуру воздуха и температуру нагретых/охлажденных поверхностей в помещении, но и разницу температур противоположно расположенных поверхностей. Рассматриваемым мировым стандартом уточнено, что люди наиболее чувствительны к асимметрии радиационной температуры, вызываемой теплым потолком, а также прохладной стеной (окном), что подтверждено значительной крутизной кривых 1 и 2 на рис. 4.

Существенное влияние температуры потолка на теплоощущение человека с практической точки зрения ограничивает применение потолочного отопления низкими температурами потолка. Если принять температуру пола, например, равной температуре воздуха — 20 °С, то температура потолка не должна превышать 25 °С при обеспечении категории теплового комфорта А и В , 27 °С — для категории С (по нашему СНиП 2.04.05-91 температура потолка не должна превышать 28 °С при высоте потолка от 2,5 до 2,8 м; 30 °С — при 2,8…3,0 м; 33 °С — при 3,0…3,5 м; 36 °С — 3,5…4,0 м; 38 °С — 4,0…6,0 м).

С уменьшением дискомфорта от холодных наружных стен (окон), характеризуемого кривой 2 , мы научились в большей или меньшей степени справляться. Сложившаяся практика проектирования систем отопления с установкой отопительных приборов под окнами в полной мере оправдывает себя.

Весомым фактором в уменьшении недовольных локальным дискомфортом являются новые теплоизоляционные требования к стенам и окнам по ДБН В.2.6-31-2006 «Тепловая изоляция зданий».

Более пологий наклон кривой 3 в сравнении с кривой 2 при обеспечении теплового комфорта дает преимущество системам потолочного охлаждения и приборам охлаждения в верхней зоне помещения по отношению к приборам охлаждения у наружных стен и в нижней зоне помещения. В то же время, допускаемую возможность применения более низкой температуры потолочного охлаждения на практике зачастую не реализуют из-за образования конденсата. По кривой 4 даны дополнительные разъяснения: она соответствует боковому восприятию радиационной температуры (левому либо правому расположению человека к теплой стене); никакое другое расположение человека относительно теплой и холодной поверхностей (спереди/сзади и наоборот) не приводит к более высокому дискомфорту по асимметрии. К тому же, следует учитывать отрицательное воздействие самой низкой температуры в помещении на поверхности окон. Если рассматривать теплую внутреннюю стену, противоположную окнам (при средней температуре наружной стены 17 °С), то ее средняя по площади температура не должна превышать 40 °С для категорий комфорта А и В , либо 52 °С для категории С .

У нас температура обогревающих/охлаждающих поверхностей, расположенных сбоку либо сверху человека, рекомендована в приложении 4 к СНиП 2.0405-91. Эти данные являются более жесткими в сравнении с рассматриваемым международным стандартом. Но, поскольку они рекомендуемы и только для рабочей зоны, а не обязательны, то это приводит иногда к применению систем, встроенных во внутренние перегородки школ и других зданий, без должной оценки влияния асимметрии радиационной температуры, в особенности — на детей.

Нормированная температура поверхности наружной стены со встроенной системой отопления по нашим нормам обязательна для выполнения. В соответствии со СНиП 2.04.05-91: от уровня пола до 1 м эта температура должна быть не больше 95 °С, а от 2,5 м и выше — не больше значений, принимаемых как для потолков. При осреднении температуры по площади поверхности стены, эти данные близки к международному стандарту.

Таким образом, рассмотренные характеристики микроклимата показывают, что:

• отечественное нормирование систем обеспечения микроклимата не в полной мере отвечает современному уровню обеспечения теплового комфорта;
• на тепловой дискомфорт влияет больше значимых фактором, чем обычно мы рассматриваем в сложившейся отечественной практике проектирования, — степень турбулентности воздуха, радиационная температура нагревающих/охлаждающих поверхностей; асимметрия радиационной температуры;
• установить, пусть даже самое современное оборудование в здании, еще не означает достичь приемлемых параметров теплового комфорта;
• система изначально может быть запроектирована и эксплуатируема по высоким показателям обеспечения теплового комфорта, однако это не является гарантией полного удовлетворения микроклиматом, поскольку даже наивысшие условия допускают наличие неудовлетворенных, ощущающих дискомфорт;
• в основе современного создания теплового комфорта лежит обеспечение индивидуальных потребностей каждого человека при помощи местного (в помещении) автоматического регулирования инженерными системами обеспечения микроклимата. ■

Литература

1. Пирков В.В. Міжвідомча координація нормування систем мікроклімату будівель // Екологія і ресурси. — 2003. — № 7. — c. 125-131.

2. Коркин В.Д., Бродач М.М. Англорусский терминологический словарь ASHRAE по отоплению, вентиляции, кондиционированию и охлаждению. — М.: АВОК-ПРЕС, 2002. — 244 C.