Понимание того, как изменится микроклимат в помещениях при резком похолодании или потеплении и других чрезвычайных обстоятельствах, имеет сейчас немаловажное значение. Более 20 лет на кафедре отопления и вентиляции МГСУ разрабатывается технология прогнозирования изменения параметров микроклимата в помещениях здания.

Прогнозирование состояния микроклимата в зданиях различного назначения — важная составляющая при проектировании новых, реконструкции и эксплуатации существующих объектов. Построить здание, а потом исправлять ошибки, переделывать системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха — очень недешевая задача. До начала проектирования зданий и сооружений необходимо: задать параметры климата местности, которые необходимо применить при проектировании инженерных систем, формирующих микроклимат в помещениях; выявить инженерные системы, формирующие микроклимат в здании и оценить их эффективность; определить параметры микроклимата В помещениях; ПрОВеСТИ КОрреКГИ- ровку предполагаемых проектных решений; решить вопросы автоматизации работающего оборудования; свести к минимуму энергетические затраты.

Понимание того, как изменится микроклимат в помещениях при резком похолодании или потеплении и других чрезвычайных обстоятельствах также имеет немаловажное значение. Более 20 лет на кафедре отопления и вентиляции МГСУ разрабатывается технология прогнозирования изменения параметров микроклимата в помещениях здания. В основе прогнозирования состояния микроклимата лежит математическое моделирование, учитывающее вопросы эксплуатации инженерных систем здания, формирующих требуемые параметры микроклимата в помещениях, архитектурно-планировочное решение здания, геометрию помещений, теплотехнические данные строительных материалов, климатические характеристики местности. Разработаны математические модели воздушного, теплового, влажностного и газового режимов помещений и зданий, позволяющие прогнозировать изменение параметров микроклимата. Результаты прогнозирования параметров микроклимата приближены к реальным условиям эксплуатации помещений здания.

Полученные данные позволяют организовывать регулирование работы инженерных систем, формирующих микроклимат по-мещений здания. Математические модели для различных зданий и сооружений имеют разный уровень сложности в зависимости от требований к качеству микроклимата и требуют разное количество времени для реализации. По сложности прогнозирования тех или иных параметров микроклимата для помещений и зданий различного назначения математические модели могут быть следующие: воздушного, теплового, влажностного и газового режимов помещения; воздушно-теплового, влажностного и газового режимов здания.

Воздушный, тепловой, влажностный и газовый режимы помещений здания — это динамические тепломассообменные процес-сы, происходящие в помещении и здании и определяющие изменение во времени параметров микроклимата — температуры, относительной влажности, подвижности воздуха, концентрации вредных примесей в воздухе помещений здания. Созданы однозонная и многозонная модели вентилируемого помещения, при которых помещение рассматривается в отрыве от здания, что является одним из способов упрощения задачи. На основе одной многозонной моделей формируются соответствующие модели помещений всего здания, где рассматриваются во взаимосвязи все возможные режимы.

Однозонная модель помещения предполагает осреднение по объему помещения рассматриваемых параметров микроклимата, что применимо для невысоких и небольших по площади помещений, которые можно выделить в жилых, гражданских и производственных зданиях, где нет протяженных нагретых или охлажденных поверхностей и значительных поступлений вредных веществ, где имеется хорошее перемешивание воздуха (кратность воздухообмена больше трех), что вызывает незначительный градиент температуры воздуха по высоте помещения. Вредные вещества — это пыль, аэрозоли токсичного и нетоксичного действия, пары воды и др. веществ (газовые вредные поступления), применяемых в современных условиях жизни. Тепловые источники разного происхождения также являются вредными поступлениями, т.к. формируют рост температуры воздуха и могут создать дискомфорт для человека.

Необходимость расчета параметров микроклимата помещения на основе многозонной модели обусловлена большими размерами помещения в плане и по высоте, а также неравномерностью действия тепловых и газовых источников, наличием протяженных нагретых или охлажденных поверхностей, что вызывает стратификацию воздуха по температуре по высоте помещения. Такие помещения расположены, как правило, в общественных, административных, производственных зданиях, иногда в жилых зданиях.

Внезапность и относительно небольшая продолжительность действия источника теплового поступления или источника вредных примесей, локальность расположения по объему помещения данных источников ока зывают нестационарное влияние на воздушный, тепловой, влажностный и газовый режимы помещений и здания, изменяется во времени работа инженерных систем по обеспечению требуемых параметров микроклимата в помещениях здания. При этом имеет место неравномерность во времени процесса распространения вредной примеси по объему помещения и по зданию. Тепловая инерционность здания и инерционность работы инженерных систем формируют нестационар- ность рассматриваемых динамических режимов в помещении и здании.

Многозонная модель помещения предполагает разбивку объема помещения на элементарные объемы — зоны, что позволяет проводить моделирование изменения параметров микроклимата рассредоточенно по объему помещения, получая количественные и качественные характеристики работающих инженерных систем, формирующих требуемые параметры микроклимата. Исходная информация, используемая при моделировании параметров микроклимата на основе многозонной моделей вентилируемого помещения, дополняется характеристиками и месторасположением приточных и вытяжных отверстий системы вентиляции или кондиционирования воздуха, характеристиками и месторасположением приточных и вытяжных струй, формированием конвективных струи от нагретых и охлажденных поверхностей. Расчет расхода воздуха, проходящего через границы элементарных объемов основан на использовании коэффициента турбулентного обмена и коэф-фициентов диффузии. Представление здания как единой системы, в которой объединены все факторы, определяющие параметры микроклимата в помещениях, лежит в основе технологии прогнозирования изменения параметров микроклимата здания [1,2].

На рис. 1 показана схема связей по формированию микроклимата в помещении в единой технологической системе здания. Вентиляция современных помещений с естественной системой вентиляции при ПВХ окнах недостаточна для обеспечения норм по качеству химического состава воздуха, так данные окна имеют повышенную герметичность и в помещении отсутствует или сильно сокращен приток свежего воздуха. Главная вредная примесь, поступающая в воздух помещений жилых зданий — это углекислый газ, который при увеличении концентрации вытесняет кислород из воздуха, формируя неблагоприятный химический состав воздуха. Углекислый газ поступает в воздух помещений при дыхании людей, животных, растений, при работе газовой плиты, при курении и пр. Новые ПВХ-окна вытесняют разработанные и применяемые в советское время деревянные окна в спаренных переплетах, которые пропускали больше свежего воздуха, что соответствовало существующим нормам для вентиляции жилых квартир. Деревянные окна имеют большие щели, и сквозняки от них связаны с низким качеством столярных работ, а также с редкими ремонтами в квартирах, когда стыки окон и стеновой панели с течением време-ни увеличиваются, т.к. здание оседает и деформируется. Однако, новые окна имеют стыки, герметизированные специальной монтажной пеной, которая недолговечна и при наших холодных климатических условиях разрушится через 5-8 лет, т.е. со временем пластиковые окна тоже станут пропускать воздух, выхолаживая помещения, и будет необходим их ремонт, который всегда недешев.

Результаты прогнозирования изменения концентрации углекислого газа в двух смежных помещениях с перетеканием воздуха между ними с количеством поступающего свежего воздуха, равному 0 и 1 ч-1 показаны на рис. 2 и 3, соответственно. На рисунках показана нестационарностъ изменения вредной примеси СОг, из которой можно определить превышение концентрации над величиной ПДК — предельно допустимой концентрацией, г/м . На рис. 2 показано изменение концентрации углекислого газа при отсутствии вентиляции, т.е. при применении пластиковых герметичных окон при условии, что они закрыты, на рис. 3 видно, как меняется концентрация углекислого газа при окнах в старых деревянных переплетах, где концентрация вредной примеси растет достаточно сильно, но при этом работают слишком мощный источник углекислого газа — газовая плита. Из графиков очевидно, что в помещениях кухонь с газовыми плитами для приготовления пищи нельзя устанавливать герметичные новые окна. Установка таких окон приведет к росту концентрации углекислого газа, а при утечках метана к росту взрывопожаро- опасности, т.к. проветривание помещения затруднено. Прогнозирование параметров мик-роклимата позволяет на предпроектном уровне или на стадии ТЭО проектирования здания получить представление о будущей фактической работе инженерных систем, формирующих микроклимат в помещении и здании.

Наиболее современным и перспективным направлением получения достоверных данных о параметрах микроклимата в помещениях является мониторинг — систематические наблюдения, измерения, контроль и оценка состояния одного или нескольких элементов микроклимата по заранее подготовленной программе. Цель мониторинга — прогнозирование изменений состояния микроклимата помещений здания, происходящих под влиянием действия климата местности и внутрен-них источников тепловых, влажностных и газовых выделений. Составные части мониторинга таковы: наблюдение за факторами микроклимата помещений, оценка фактического микроклимата помещений и прогноз состояния микроклимата помещений.

Микроклимат помещений определяет безопасность человека, влияет на технологические и производственные процессы, определяет долговечность ограждающих конструкций здания, при этом микроклимат помещений определяется состоянием следующих параметров: температуры воздуха, температуры поверхностей ограждающих конструкций, относительной влажности воздуха, вла- госодержания воздуха, подвижности воздуха, концентрации различных примесей. Климат территории изменяется в течение года, формируя переменные во времени температурные, влажностные и газовые воздействия на помещение. Мониторинг микроклимата помещения невозможен без применения современных измерительных приборов, способных фиксировать данные с заданной периодичностью в течение недели, месяца, квартала, года, накапливать в памяти результаты измерений, которые впоследствии можно изучать и анализировать. Мониторинг микроклимата используется для контроля температурно-влажностного состояния воздуха в музеях, картинных галереях, в помещениях, где параметры микроклимата влияют на производственные или технологические процессы.

В административных, общественных и жилых зданиях измерения температуры при местном регулировании теплоотдачи отопительных приборов с применением современных терморегуляторов проводятся последние 20-25 лет, что позволило, в частности, экономить тепловую энергию в системе отопления зданий. Однако, это стало возможным после реконструкции зданий и инженерных систем. В большинстве существующих зданий различного назначения применяют узлы учета потребления тепловой энергии, с помощью которых в режиме мониторинга фиксируется фактическое тепл о потребление помещением, группой помещений или зданием. Температурный, влажностный и газовый режимы помещения влияют, в первую очередь, на здоровье людей, на долговечность ограждающих конструкций здания, мебели, отделочных материалов, различного оборудования. В частности, сохранность антикварной мебель и старинных или высокохудожественных элементов интерьера — картин, икон, скульптур очень сильно зависит от температурно-влажностного, а иногда и газового режимов помещения, т.к. при неправильном сочетании параметров микроклимата они разрушаются и могут быть утрачены.

В последнее время в отделке помещений стали применятся изделия из редких тропических пород дерева, нуждающихся в специальном температурно-влажностном режиме для длительной эксплуатации. Создать требуемый температурный режим в помещении, пригодный одновременно для человека и для сохранности предметов искусства, дорогостоящих и редких элементов интерьера и отделки помещений — сложная инженерная задача. Проведены исследования тем пературн о-влажности о го режима помещения бассейна в спортивном центре в Москве. Определялось соответствие параметров микроклимата требуемым значениям. Мониторинг проводился в холодный период года (в ноябре) в течение 37 дней, результаты регистрировались через каждые полчаса. Использовались регистраторы фирмы 1ез1о 175-Н1 для фиксации температуры и относительной влажности внутреннего воздуха.

Результаты измерений приведены на рис.4 и 5. На рис. 4 видно, как происходит колебание температуры в суточном режиме в помещении бассейна, среднее значение показывает сложное нестационарное изменение данного параметра во времени. Диапазон изменения температуры в помещении бассейна не выходит за пределы требуемых значений [1,2]. На рис 5 показана нестационарность изменения относительной влажности воздуха в помещении бассейна. В рабочее время относительная влажность воздуха не превышает 65%, а в отдельные периоды наблюдаются скачки относительной влажности до 90%.

На основании мониторинга бассейна можно сделать вывод, что инженерные системы обеспечивают заданный микроклимат в помещении бассейна в рабочее время. В то же время наблюдается превышение относительной влажности при выключенной системе вентиляции. Повышенная относительная влажность воздуха в помещении бассейна формирует неблагоприятный влажностный режим наружных и внутренних ограждающих конструкций, при котором увеличивается поток водяного пара через материалы ограждений, увеличивается влажность материалов, растут тепло- потери помещения, снижается долговечность ограждений помещения и здания. Требуется дополнительная оценка влияния влажности на ограждающие конструкции с целью определения их долговечности.

1. СНиП 2.04.05—91*. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха. Госстрой РФ. — М.: АПП ЦИТП, 1998.
2. Внутренние санитарно-технические устройства. Ч. 3. Вентиляция и кондиционирование воздуха. Кн. 2 / Б.В. Баркалов, H.H. Павлов, С.С. Амирджанов и др. Под ред. H.H. Павлова и Ю.И. Шиллера. — Изд. 4-е, перераб. и доп. — М.: Стройиздат, 1992.

Автор: А.Г. РЫМАРОВ, к.т.н., доцент кафедры отопления и вентиляции МГСУ; В.В. СМИРНОВ, В.В. САВИЧЕВ, главные специалисты ООО «ПСО инжиниринг»