Система качественной воздушной среды «чистых помещений»
Как известно, «чистое помещение» может быть определено как замкнутое гигиеническое пространство, в котором контролируется счетная концентрация частиц загрязняющих веществ и удерживается в допустимых границах, в соответствии с требованиями стандартов при производстве продукции или услуг высокого качества.
Кроме того, в «чистом помещении» также контролируются климатические параметры его воздушной среды, такие как температура, влажность, давление и подвижность. Чистые помещения существуют в медицине, фармацевтике, электронной и пищевой промышленности и многих других областях.
В воздушной среде таких помещений также должны быть выполнены условия гигиенического состояния по критериям: обеспечения минимальной концентрации микроорганизмов в допустимых пределах; удаления из помещения загрязняющих веществ, таких как выделяющиеся газы; подачи санитарной нормы свежего, содержащего кислород наружного воздуха. Задача создания «чистого помещения» должна решаться на основе комплексного подхода, учитывающего специфическое технологическое назначение помещения, его объемно-планировочные и строительные данные, требования, предъявляемые к качеству его воздушной среды, климатическим и гигиеническим параметрам.
При создании «чистого помещения» любого назначения всегда приходится решать задачи вентиляции и кондиционирования помещения с помощью специальных климатических систем. Чистой воздушной среды в помещении можно добиться только при удалении отработанного воздуха и подачи подготовленного, отфильтрованного, кондиционированного с применением в его составе наружного воздуха в качестве свежего. Огромное значение имеют чистота оборудования и оснащения самого помещения, а также гигиена персонала. Обычно стандартные решения воздухоподготовки для таких помещений предусматривают 3-ступенчатую очистку воздуха фильтрами класса EU4,EU7, H13-H14, иногда добавляя 4-ступень U15-U17. Такие решения известны на практике и опубликованы в сборнике [1]. Для «чистых помещений», в зависимости от типа производства и класса помещения, у нас применяются стандарты ГОСТ ИСО14644-2002, в Германии стандарт VDI 2083, в США US209, во Франции AFNOR44001, в Англии BS 5295. Для отрасли производства лекарственных средств — Правила GMP, для лечебных учреждений у нас с 1.01.2007 г. действует ГОСТ Р52539-2006.
Однако приходится констатировать, что в связи с современным уровнем загрязненности (загазованности), а иногда и инфицированности наружного воздуха городов, использование его в качестве «свежего» для вентиляции помещений возможно лишь при принятии дополнительных, специальных мероприятий по его очистке от проявившихся в настоящее время молекулярных загрязнителей с помощью специальных устройств и систем, еще до того, как этот воздух попадет на обработку в кондиционер «чистого помещения». Такое положение справедливо для систем различных помещений и зданий, в том числе и для «чистых помещений». Сразу отметим, что эффективность работы систем вентиляции всегда рассматривалась не только с позиций специалистов — инженеров по системам вентиляции, но и с позиций гигиенистов, так как воздушная среда помещения — это среда обитания людей. Поэтому понятно существование набора стандартных руководящих документов и методов оценки качества воздушной среды помещений тех и других специалистов.
1. Качество воздушной среды (общая оценка)
Воздушная среда городов России загрязнена и продолжает загрязняться в результате деятельности людей, промышленности и транспорта. В городах уровень загрязненности наружной воздушной среды нередко превышает предельно допустимые концентрации (ПДК) в несколько раз по многим газовым составляющим. Эта воздушная среда используется в системах приточной вентиляции городских зданий в качестве «свежего воздуха», в том числе и для подачи в «чистые помещения». Кроме того, на повестке дня появление инфекционных вирусов, бактерий, которые также могут присутствовать в воздушной среде помещений и распространяться посредством воздушно-капельного переноса от людей с помощью систем вентиляции.
В атмосфере городов России присутствуют различные загрязняющие вещества (табл. 1 — краткие сведения по отдельным городам).
Табл. 1. Краткие сведения по загрязняющим веществам в отдельных городах
|
Город
|
Загрязняющие вещества
|
|
Москва
|
Взвешенные вещества, СО, SO2, NO2, NO, H2S, NH3, формальдегид, бензол, фенол, ксилол, толуол, бенз(а)пирены, этилбензин, озон и т. д.
|
|
Ростов-на-Дону
|
Взвешенные вещества, СО, SO2, NO2, NO, H2S, NH3, HF, сульфаты растворимые, фенол, тяжелые металлы, бенз(а)пирены, озон
|
|
Красноярск
|
Взвешенные вещества, СО, SO2, NO2, NO, H2S, NH3, Cl2, HCl, сульфаты растворимые, формальдегид, тяжелые металлы, бенз(а)пирены, бензол, ксилол, толуол, этилбензин
|
|
Владивосток
|
Взвешенные вещества, СО, SO2, NO2, NO, H2S, сульфаты растворимых тяжелых металлов, бенз(а)пирены, формальдегид
|
|
Санкт-Петербург
|
Взвешенные вещества, СО, SO2, NO2, NO, H2S, бенз(а)пирены, формальдегид, озон и т. д.
|
Как видно из табл. 1, выбросы аэрозолей и различных газовых поллютантов, наблюдающиеся в атмосфере городов в настоящее время, являются тяжелой и непредвиденной нагрузкой на системы приточной вентиляции, кондиционирования воздуха, не говоря уже об организме человека. В связи с постепенно налаживающимся промышленным производством и ростом транспорта мало надежды на изменение их интенсивности и величины. Ситуация достаточно сложная. В московской газете «МК» даже появилась рубрика «Под газом», где приводятся ежедневные данные загазованности воздуха города в разных районах. Поэтому специалистам по системам вентиляции и кондиционирования воздуха следует внимательно относиться к выбору производительности приточных систем, их фильтрующих средств и способов контроля параметров наружного воздуха, используемого для подачи в вентилируемые помещения, особенно в «чистые помещения».
Загрязняющие, токсичные вещества могут поступать в помещения зданий не только с приточным вентиляционным воздухом. Основные источники загрязнения воздушной среды помещений разделяют на четыре поддающихся учету группы [2, 3]:
1. вещества, поступающие в помещения вместе с загрязненным наружным воздухом;
2. вещества, выделяемые внутри помещений строительными и отделочными материалами;
3. антропоксины (продукты жизнедеятельности присутствующих людей);
4. продукты сгорания бытового газа и деятельности человека.
Строительные оболочки современных зданий не обеспечивают полную защиту воздушной среды помещений от процессов инфильтрации наружной среды. Концентрация вредных примесей в наружном воздухе, инфильтрирующемся в помещения здания на уровнях 1–3 этажей, может в 2–3 раза превысить ПДК [2, 3]. Современные строительные оболочки зданий способны ослабить концентрации внешних загрязнителей, попадающих в помещения путем инфильтрации наружного воздуха, лишь на 30–40%. При наиболее неблагоприятных внешних метеоусловиях зафиксированы концентрации СО на уровне 1 этажа, в 10–12 раз превышающие ПДК (при работе автотранспорта на расстоянии от стены здания 8–10 м. Серьезность состояния наружной воздушной среды показывают следующие данные. Например, для некоторых районов Москвы в один из зимних дней 2006 г. содержание оксида углерода достигало значения 1,7 ПДК, оксида и диоксида азота — 1,8 ПДК. При этом концентрация взвешенных частиц размером менее 10 мкм и суммарных углеводородов превышала среднегодовые значения в 1,5–2 раза.
Люди, находящиеся длительное время в условиях «газовой атаки», подвергаются хроническому воздействию множества токсичных агентов, находящихся в основном в газообразном состоянии, что приводит к накоплению в организме вредных веществ и, как следствие, к постепенной потере здоровья.
Это очень беспокоит медицинские и санитарно-гигиенические организации страны наряду с накоплением данных о вполне возможном, определяющем влиянии процессов вентиляции в помещении на распространение микробной загрязненности воздушно-капельным путем [4, 5, 6, 7]. Следует ожидать этого и при возможности проявления пандемии птичьего гриппа [6, 9].
Отметим, что большое влияние на физические процессы, происходящие в загрязненном приточном воздухе и в воздухе помещений, и на физическое состояние людей в помещении оказывает его влагосодержание [9]. В наружном приточном воздухе всегда содержится некоторое количество влаги в газообразном состоянии. При изменении влажности воздуха и изменении его температуры (при обработке в кондиционере) в воздухе образуются мельчайшие частицы влаги (капли, аэрозоли), в которых растворяются частицы загрязняющих веществ, образуя растворы кислот и других соединений, часто достаточно высокой концентрации. Эти растворы, осаждаясь на поверхностях строительных конструкций, воздуховодов и т. д., вызывают интенсивную коррозию, ухудшающую процессы изменения качества приточного воздуха, его ионного состава и, как следствие, ионного состава воздуха помещения. Таким образом, имеем достаточно сложное комплексное воздействие внешней воздушной среды [8].
Современные системы кондиционирования воздуха способны решать задачи очистки воздуха от основных фракций аэрозолей и частично от молекулярных загрязнителей с помощью специальных фильтров, а также поддерживать оптимальные параметры микроклимата. Однако в принимаемых решениях специалистами по управлению качеством воздушной среды остаются практически невыполненными требования отечественных гигиенистов по обеспечению необходимого ионного состава воздуха помещений. Разработанные новые электронные технологии очистки и обеззараживания приточного воздуха для вентиляционных систем позволяют решать задачи комплексной очистки воздуха, включая и стандартную 3-ступенчатую очистку фильтрами EU4, EU7, H13-H14 и обеспечить подготовку воздушной среды высокого качества, отвечающего гигиеническим требованиям к ионному составу воздуха.
2. Аэроионизация — новый технологический способ обработки воздуха в технике вентиляции и кондиционирования воздуха, являющийся дополнительным к известным вариантам получения качественной воздушной среды в общественных, производственных и «чистых» помещениях и осуществляемый при помощи специальных электронных устройств, встраиваемых в системы кондиционирования воздуха и создающих необходимый ионный состав воздуха помещений.
Известно, что ионы в наружном воздухе (с положительным (+) зарядом или отрицательным (–) зарядом) образуются из нейтральных молекул под влиянием воздействия космических лучей, ультрафиолетовых солнечных лучей, электромагнитного воздействия, а также солнечной радиации. Основной причиной является существование высокого напряжения между землей и геосферой, доходящее до 7,8х106 В, которое не везде одинаково. В атмосфере часто имеют место электрические разряды-молнии, напряжение которых достигает 300 кВ.
При таком разряде происходит расщепление молекул воздуха за счет отрыва от них нескольких электронов и образование положительных ионов. Отрицательные ионы воздуха образуются при присоединении электронов к нейтральной частице. Возникающий при этом атомарный кислород обусловливает повышенный уровень О2.
Снаружи, в воздушной среде городской улицы, района образование ионов практически происходит постоянно. В таких местах концентрация ионов воздуха является индикатором загрязненности. В загрязненных районах города концентрация ионов воздуха крайне низкая (10–50 ионов/куб. см), тогда как в чистой горной или сельской местности она колеблется от несколько сотен до несколько тысяч ионов на куб. см. В чистом воздухе помещения содержание отрицательных ионов несколько выше, чем положительно заряженных. В загрязненном же воздухе доля положительных ионов увеличивается. Есть сведения, что на ионизацию внутреннего воздуха влияет работающая в помещении компьютерная техника.
Комплекс отрицательно и положительно заряженных частиц в воздухе помещения благотворно влияет на лучшее усвоение кислорода красными клетками крови, при этом улучшается легочный воздухообмен. Отсутствие надлежащего количества ионов (соответствующего природному уровню) в наружном воздухе, подаваемом в помещение, и в самом помещении не позволяет осуществляться таким благоприятным воздействиям.
Кроме того, загрязнители, содержащиеся в строительных и отделочных материалах помещения и выделяющиеся ими, взаимодействуя между собой и с загрязнителями, поступающими с наружным воздухом, рециркулируют в помещении при помощи системы вентиляции и влияют на этот процесс.
Ухудшение (уменьшение) количественного ионного состава внутреннего воздуха из-за малого ионного и плохого «газового» состава наружного воздуха, да еще в связи с различными внутренними загрязнителями приводит к еще большему эффекту негативного воздействия на людей: снижению иммунитета, появлению аллергических реакций, ухудшению самочувствия.
Приведение ионного состава к нормируемому, оптимальному по природным показателям обусловливает положительный эффект. Ю. Д. Губернский отмечает [10], что все процессы обработки воздуха в системах кондиционирования, его транспортировка и первоначальные загрязнения токсичными веществами критично влияют на этот эффект. Поэтому в настоящее время создание безопасной воздушной среды в помещениях должно происходить на основе комплексной оценки всех экологогигиенических параметров воздушной среды и принятия практических проектно-конструкторских мер по улучшению ее ионного состава.
Государственный стандарт — СанПиН 2.2.4.1294-2003 «Гигиенические требования к аэроионному составу воздуха производственных и общественных помещений» и Постановление Главного государственного санврача РФ от 22.04.2003 №64, Минюст, рег. №4511 нормируют не только поддержание в воздухе помещений определенной концентрации аэроионов, но и также определенное отношение концентрации аэро-ионов положительной полярности к концентрации аэроионов отрицательной полярности, оцениваемое как коэффициент униполярности V (табл. 2). Стандарт имеет силу на всей территории РФ для производств и зданий любого вида собственности.
Табл. 2
|
Нормируемые показатели
|
Концентрация аэроионов Р, ион/куб. см
|
Коэффициент униполярности V
|
|
|
положительной полярности (+)
|
отрицательной полярности (–)
|
||
|
Максимально допустимые
|
Р > 400
|
Р > 600
|
0,4 < V < 1,0
|
|
Минимально допустимые
|
Р < 50000
|
Р < 50000
|
0,4 < V < 1,0
|
Согласно этим требованиям, должен осуществляться обязательный контроль аэро-ионного состава воздуха производственного и общественного помещения:
- не реже одного раза в год;
- при вводе в эксплуатацию рабочих мест в помещении;
- при вводе в эксплуатацию оборудования, способного создавать или накапливать электростатический заряд;
- при необходимости осуществления нормализации аэроионного состава воздуха, т. е. приведение его в соответствие с установленными нормами.
Принятые к исполнению Санитарные правила СанПиН 2.2.4.1294-2003 и утвержденные Постановлением Правительства РФ от 24.07.2000 г. № 554 (Собрание Законодательства РФ, 2000 г., № 31, статья 3295), а также СанПиН 2.2.2/2.4 1340-03 «Гигиенические требования к персональным ЭВМ и организации работы» действуют на всей территории РФ и устанавливают санитарные нормы и правила к аэроионному составу воздушной среды производственных и общественных помещений, где может иметь место аэроионная недостаточность или избыток ионов, включая:
- помещения, оснащенные системами принудительной вентиляции (включая централизованные), очистки и кондиционирования воздуха;
- помещения, в отделке и (или) меблировке которых используются синтетические материалы или покрытия, способные накапливать электростатический заряд (к этому типу помещений относятся практически все помещения с искусственным напольным покрытием, за исключением спецслучаев, когда покрытия имеют специальные антистатические свойства);
- помещения, где эксплуатируется оборудование, способное создавать электростатические поля, включая видеотерминалы, персональные ЭВМ, оргтехника, аппаратура связи и т. д.;
- помещения, в которых осуществляются технологические процессы;
- гермозамкнутые помещения с искусственной средой обитания.
Таким образом, проектируемые и принимаемые к установке и эксплуатации в зданиях и помещениях системы вентиляции (кондиционирования), призванные обеспечивать качественную воздушную среду по своему предназначению, должны обеспечивать эту воздушную среду с определенным составом аэроионов.
3. Новые технологии высокоэффективной очистки и подготовки воздушной среды
Применение разработанных систем электронной очистки и обеззараживания воздушной среды для «чистых помещений» базируется на нескольких принципиальных решениях.
а) Воздух для помещений подготавливается в центральных кондиционерах еще на стадии обработки и подготовки наружного воздуха не только на основе трех-(четырех-)ступенчатого способа очистки по контрольной счетной операции частиц загрязнения для заданного класса и технологии помещения, но и с учетом обеспечения необходимого ионного состава приточного воздуха, с тем, чтобы создать в объеме помещения воздушную среду, отвечающую всем требованиям российских и международных стандартов.
б) Принимается прямоточная схема распределения воздуха в помещении.
в) В связи с достаточно серьезным состоянием воздушной среды городов, объясняемым повышенным загрязнением наружного воздуха, его газовым многокомпонентным составом и его возможной инфицированностью, предлагается выполнять в составе центральных кондиционеров дополнительное конструкторское решение — «гигиенический модуль», встраиваемый в центральный кондиционер в виде отдельной секции и обеспечивающий цикл практически полной многоступенчатой очистки от всевозможных молекулярных газовых загрязнителей и обеззараживания от микроорганизмов и вирусов.
Выполнение «гигиенического модуля» осуществлено по bioclimatic технологии (Германия). Модуль имеет четыре ступени очистки и обеззараживания воздуха: 1-я ступень — предварительная очистка: фильтр тонкой очистки на всасывающей стороне устройства эффективно отделяет частицы пыли из потока приточного воздуха; 2-я ступень — процесс активного окисления. Фотохимическая очистка (стерилизация) воздуха за счет окислительных процессов, приводящих к распаду органических растворителей и запахов и превращения их в воду и О2. Происходит ионизация атомов и молекул под воздействием электромагнитного и ультрафиолетового коротковолнового излучения (UVC) с последующей комбинацией фотоокислительного и каталитического процессов одновременно, что обусловливает дезактивацию (стерилизацию) органических веществ, вирусов и их химическое превращение. В качестве ламп УФО используются безозонные амальгамные бактерицидные лампы высокой интенсивности; 3-я ступень — последующее каталитическое окисление. Устанавливается фотокаталитический фильтр, служащий катализатором для ускорения процессов каталитического окисления; 4-я ступень — биполярная ионизация. Последняя ступень очистки, дезинфекции и ионизации обеспечивает обогащение воздуха активированным кислородом и создание в воздухе естественных оздоровительных ионов необходимой концентрации, продолжительную стерилизацию воздуха и эффективную нейтрализацию запахов.
В результате осуществляемые процессы: уменьшают запахи более чем на 90%, эффективно уничтожают органические летучие вещества; осуществляют аэроионную обработку воздуха, оптимизированного по своему составу согласно СанПиН 2.2.4 1294-03; уничтожают более чем 90% содержащихся в воздухе ядер пылеобразования; улучшают и поддерживают состояние свежести воздушной среды в течение сроков эксплуатации систем вентиляции, кондиционирования. Получаются безвредные, газообразные продукты реакции, не влияющие на качество воздушной среды помещения, а улучшающие ее свойства. Подобные технологии устройств системы очистки и дезинфекции воздуха проверены и имеют сертификат Европейского Института вирусологии.
Комплексные средства и системы молекулярной очистки и ионизации воздуха для современных систем вентиляции и кондиционирования воздуха включают в себя: 1) гигиенический модуль с 4-ступенчатой обработкой приточного воздуха, дополнительный к стандартным средствам очистки, и включающий устройство двухполярной ионизации воздуха; 2) датчики (сенсоры) качества приточного воздуха для помещений, датчик относительной влажности, датчик озона на входе и выходе из помещения, датчик качества воздуха по ионному составу на входе и выходе из помещения и в рециркуляционном канале; 3) устройство автоматического управления и контроля за состоянием воздушной среды всей системы. Интенсивность ионизации автоматически настраивается и программно поддерживается для создания оптимального режима в зависимости от ситуации и параметров загрязнителей для создания оптимального воздушного режима; 4) устройство передачи данных в центр обработки данных локальной сети объекта.
Комплексный подход к интегрированному комплексированию систем кондиционирования с включением в их состав «гигиенических модулей» и средств их автоматического управления и регулирования ионного состава воздушной среды помещений позволяет обеспечивать одновременный учет разнообразных требований по созданию воздушной среды высокого качества и, как следствие, — созданию оптимальных условий не только для технологических процессов в «чистом помещении», но и работы и жизнедеятельности людей.
Литература
1. «Чистые помещения». Монография под редакцией А. Е. Федотова. — М.: АСИНКОМ, 2003, 576 с.
2. «Качество воздуха в крупных городах России за 10 лет». — СПб.: Гидрометеоиздат, 1999, 120 с.
3. Денисов В. Н., Половцев И. Н. «Благо-устройство жилых территорий». — СПб.: МАИЭБ, 2004, 95 с.
4. Румянцева Е. Е., Губернский Ю. Д., Кулакова Т. Ю. «Экологическая безопасность строительных материалов конструкций и изделий». — М.: Логос, 2005, 200 с.
5. Волкова В. Н., Горячева Л. В. «Система мер гигиенической безопасности: аналитическая оценка состояния воздушной среды». — М.: ФГУН «Федеральный центр гигиены им. Ф.Ф. Эрисмана» Роспотребнадзора, 2007.
6. Рудницкий Л. В. «Птичий грипп». СПб.: Питер, 2006.
7. «Гигиенические аспекты качества воздуха внутри помещений». — Копенгаген: ВОЗ, 1981.
8. Губернский Ю. Д., Дмитриев М. Т. «Комплексная характеристика качества воздуха жилых и общественных зданий». // Гигиена и санитария. № 1, 1983, с. 10.
9. А. А. Дударев, С. И. Бурцев и др. //Инженерные системы. № 1 (21), 2006, с. 56–59.
10. Губернский Ю. Д. «Экологические аспекты кондиционирования воздуха». Журнал СОК, № 7, 2003, с. 64–65.
11. «Обеспечение санитарно-эпидемиологического благополучия воздушной среды». // Журнал СОК, № 7, 2003, с. 46–47.
12. «Аэронотерапия». Научно-методические материалы. Лазерная академия наук РФ. Калуга, 1996, стр. 11. Режимы аэронотерапии.
13. Grundlagen der Luftbefenchtung. СF. Мller. 2005, ISBN3-978-7880-7760-0 Iselt/Arndt/Wilcke.
14. МУК.4.3.1675-03. «Общие требования к проведению контроля аэрационного состава воздуха».
| Автор: Г. В. Резников, К. Г. Резников Дата: 16.04.2007 Журнал Стройпрофиль 2-1-07 Рубрика: вентиляция и кондиционирование Внимание: Публикация является архивной и на текущий момент может быть не достоверной. |