Сегодня мы говорим с Натальей Анатольевной о физике проветривания и раскрываем оптимальные режимы воздухообмена в жилых и офисных помещениях.

Это процесс обновления воздуха в помещении благодаря притоку свежего воздуха с улицы и удаления внутреннего, который содержит избытки влаги, теплоты, углекислый газ, вредные вещества. Воздухообмен нам просто необходим для поддержания оптимального и допустимого микроклимата.

За счет перепада давления наружного и внутреннего воздуха, происходит инфильтрация, когда снаружи воздух попадает внутрь через отверстия вентиляции или неплотности в конструкциях, и эксфильтрация – его движение в обратном направлении. Циркуляция воздуха внутри помещения происходит вследствие того, что теплый воздух поднимается к потолку, а поступающий снаружи холодный замещает его и опускается вниз.  Здесь мы наблюдаем два главных физических процесса: тепловая конвекция и разница давлений, в случае естественной вентиляции движение воздуха происходит за счёт силы тяжести. При естественной вентиляции движение воздуха может также усиливаться под влиянием ветра.

Нормы разные и зависят от назначения помещений, их площади, количества находящихся в них людей и т.д. К примеру, для кухонь с газовой плитой нормой является поступление не менее 3 кубических метров свежего воздуха в час на каждый квадратный метр площади помещения. Важно также учитывать общий объем для квартиры – не менее 30 кубометров в час, особенно если площадь на человека превышает 20 квадратных метров. В случае электрических плит требования выше – 60 кубических метров в час. Для ванных комнат и туалетов норма составляет 25 кубических метров в час, что обусловлено высокой влажностью и потребностью в удалении запахов.

Если выделить помещения с какими-то особыми условиями, то здесь тоже показатели разнятся. Жилые комнаты, оборудованные камином или печью, требуют более интенсивного воздухообмена – не менее 100 кубических метров в час, чтобы эффективно удалять продукты сгорания. Промышленные и транспортные объекты, такие как гаражи и подземные автостоянки, тоже требуют значительного воздухообмена – не менее 150 кубических метров в час на одно парковочное место, для эффективного удаления выхлопных газов. В саунах и бассейнах, где критически важна высокая влажность, применяется понятие «кратность воздухообмена» (количество полных обновлений воздуха в час), которая увеличивается до 5-10 ч⁻¹ (крат в час).

Да, между оптимальными режимами воздухообмена в жилых и офисных помещениях существуют различия, связанные с функциональным назначением, количеством людей, внутренними источниками загрязнения и другими факторами. Так, минимальная кратность воздухообмена для жилых помещений при высоте потолков от 2,5 м составляет около 0,35 ч⁻¹. Это означает, что воздух в помещении должен полностью обновляться примерно каждые три часа.

Требования к воздухообмену в офисах регулируются СП 60.13330.2020 «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха», а также СанПиН 1.2.3685-21. Оптимальные нормы: не менее 60 метров кубических в час на одного постоянно пребывающего человека и не менее 20 м³/ч на одного временного посетителя. Для разных типов помещений установлены отдельные нормы: для конференц-залов или офисов открытого типа – от 30 м³/ч, для приемных залов – от 40 м³/ч, для кабинетов руководителей – от 50 м³/ч, для кабинетов сотрудников – от 60 м³/ч, для уборных – от 75 м³/ч. В часы, когда помещение не эксплуатируется, допускается снижение воздухообмена до 0,2 ч⁻¹.

Исходя из данных собственных исследований могу сказать, что для увеличения воздухообмена помещений офисов и жилых помещений необходимо дополнительно устанавливать приточные установки, клапаны естественной вентиляции или вентиляционные приточные устройства с очисткой воздуха (если воздух загрязнен от автотранспорта и промышленных предприятий), монтируемые в наружной стене в основном над радиатором отопления. В этом случае следует помнить, что в зданиях лучше устанавливать такие приточные устройства на каждом этаже, иначе вытяжная вентиляция начинает работать неэффективно, нет баланса между притоком и вытяжкой, могут возникать проблемы на смежных этажах и вытяжка будет работать неправильно.

Загрязнённый уличный воздух может стать причиной возникновения ситуации, когда проветривание нежелательно или неэффективно. Например, если окна выходят на загруженную автомагистраль, в помещение могут попасть выхлопные газы с вредными веществами. В регионах с периодическим смогом перед проветриванием стоит учитывать качество уличного воздуха. Кроме того, влияет и сезон года: летний период – сезон повышенной пожарной опасности. При лесных пожарах в воздухе содержатся не только угарный газ, но и мелкодисперсная пыль (с дисперсностью до 2,5-5 мкм).

Согласно проведенным исследованиям, содержание в воздухе газообразных примесей по оксиду углерода (II), оксиду азота, фенолу и формальдегиду превышает норму в 2-2,5 раза, особенно в теплый период и загруженности автомагистралей свыше 1500 авт./час. Поэтому чтобы проветрить помещение, получить чистый воздух и улучшить воздухообмен недостаточно просто открыть окно, лучше все-таки использовать клапан принудительной вентиляции с очисткой воздуха. Такая конструкция, предназначенная для подачи воздуха в помещение и его эффективной очистки, разработана и запатентована нами (патент № 2744623 C1).

Клапан круглого сечения монтируется в наружной стене здания под оконным проемом над радиатором отопления, его можно использовать в многоэтажном жилищном строительстве. Внутри конструкции расположены последовательные фильтры с сорбционными загрузками на основе безопасных природных сорбентов: мелкие фракции шунгитовых пород, фракции цеолита. Есть там и тонкая пористая пластина диоксида титана и ультрафиолетовые лампы, излучающие волны определенной длины. Это позволяет очищать приточный воздух от органических загрязнителей и окислять их до безопасных соединений. Подача воздуха осуществляется расположенным внутри клапана вентилятором малого энергопотребления. К клапану разработано программное обеспечение, позволяющее спрогнозировать и понять, на каком этаже следует размещать такой клапан, а на каком достаточно естественной вентиляции, в том числе клапаны естественной вентиляции, в которых очистка воздуха не нужна.

В настоящее время идет совершенствование конструкции приточного устройства по очистке воздуха от пыли в городской среде совместно с учеными из Волгоградского государственного технического университета. Для этого в приточном устройстве предусмотрена вставка, закручивающая воздушный поток и бункер для сбора мелкодисперсной пыли под действием силы тяжести. Также нами исследованы антистатические материалы от пыли на полимерной основе, графеновый порошок, бишофит (смесь соли хлорида магния с водой) и другие для того чтобы уменьшить аэродинамическое сопротивление приточной решетки и оптимизировать работу сорбционных фильтров. Кроме того, уменьшение «засорения» приточной решетки от пыли, пуха позволит увеличить эффективность очистки от газообразных загрязнений и в разработанной конструкции приточного клапана с очисткой воздуха.

Стать инженером, чтобы заниматься сохранением здоровья человека за счет использования современных технических средств и формировать комфортную для жизни и деятельности человека техносферу, можно, поступив на направление бакалавриата 20.03.01 Техносферная безопасность.