Загрязнение воздуховодов систем вентиляции и способы устранения

При создании и поддержании оптимальных или допустимых параметров воздушной среды всё более строгие требования предъявляются к качеству воздуха, а именно к наличию в его составе различных примесей и атмосферной пыли [1]. Как правило, нормируемая чистота в основном достигается необходимым воздухообменом, который обеспечивает содержание на низком уровне не только вредных газовых примесей, например, углекислого газа, но и взвешенных частиц [2].

Необходимость требований предъявляемых к качеству воздуха

При этом перечисленные компоненты в помещения поступают с обработанным наружным воздухом в результате ограниченного КПД очистного оборудования приточных установок, а также через неплотности в технологических линиях при осуществлении производственных процессов и за счёт «взмучивания» дисперсных частиц с поверхностей оборудования, в том числе и вентиляционного.

Кроме того, интенсивное пылеобразование, снижающее качество воздушной среды, может происходить при экстремальных погодных явлениях, сопровождаемых усилением ветра, что является характерным для некоторых районов Российской Федерации.

Для предупреждения поступления и взмучивания мелкодисперсных частиц на предприятиях проводятся определенные мероприятия, направленные на уменьшение концентрации этих частиц в рабочей зоне. Например, герметизация участков производственных технологических линий с нарушением уплотнений, создание незначительного разряжения в обрабатывающем оборудовании посредством местной вытяжной вентиляции, выполнение достаточно частой влажной уборки и обеспечение качества воздушной среды другими возможными средствами.

Однако практика длительной эксплуатации показывает, что, несмотря на предпринимаемые решения и действия, вентиляционные системы могут стать дополнительным источником и проводником различного рода загрязняющих веществ, что недопустимо, особенно при высоких требованиях, предъявляемых к так называемым «чистым помещениям».

Данная проблема особенно актуальна, например, для зданий лечебно-профилактических учреждений. В соответствии с п. 4.5.2 действующих санитарно-эпидемиологических требований к эксплуатации помещений и зданий [3], в которых предоставляются медицинские услуги, «один раз в год должна проводиться проверка эффективности работы, а также очистка и дезинфекция систем механической приточно-вытяжной вентиляции и кондиционирования». Несмотря на чёткую и однозначную формулировку этого правила, его достаточно часто нарушают, в том числе по причине труднодоступности элементов системы и оборудования.

Основные этапы производства строительно-монтажных работ и дальнейшего функционирования вентиляционных систем

В связи с этим рассмотрим влияние основных этапов производства строительно-монтажных работ и дальнейшего функционирования вентиляционных систем на способность поддерживать необходимый уровень качества воздушной среды. Отметим, что основной акцент будет направлен на возможную запылённость воздуха, подаваемого в помещения приточными установками.

Поступление мелкодисперсных частиц, осаждение на оборудовании и распространение по сети повышают концентрацию частиц в обработанном наружном воздухе, направляемом в обслуживаемые зоны.

Для устранения последствий загрязнения систем вентиляции должны рассматриваться и приниматься решения на всех этапах жизненного цикла, начиная с изготовления воздуховодов и фасонных частей, их хранения на складах (особенно открытого типа), а также на объекте строительства или на прилегающей к нему территории (рис. 1), и заканчивая монтажом с последующей эксплуатацией.

Рис. 1. Хранение вентиляционных изделий на объекте (слева) и на прилегающей территории

Особенно сильное загрязнение наружных и внутренних поверхностей изделий происходит до начала сборки систем. Оно может быть образовано как пылью, так и другими вредными компонентами, в основном исходящими от автомобильного транспорта, при этом загрязнение усугубляется комплексным воздействием различных атмосферных факторов. Поэтому при неблагоприятных условиях загрязнения достаточно прочно «прилипают» к воздуховодам (рис. 2), что в дальнейшем существенно осложняет их устранение, особенно на внутренних поверхностях.

Рис. 2. Загрязнения внутренних поверхностей воздуховодов

На следующем этапе на объекте могут проводиться строительно-монтажные работы одновременно бригадами различных специализаций: возведение стен и перегородок с подготовкой отверстий под коммуникации, штукатурные и плиточные работы, прокладка инженерных систем и т. д. Такая совместная и разнонаправленная производственная деятельность приводит к дальнейшему загрязнению. Например, размещение участка в отверстии строительной конструкции с сопутствующей установкой перфорированных кабельных лотков (рис. 3) способствует дополнительному осаждению дисперсных частиц, причём как на внутренних, так и на внешних поверхностях воздуховода.

Рис. 3. Прокладка инженерных коммуникаций (установка перфорированных кабельных лотков), способствующая загрязнению поверхностей воздуховодов

С учётом рассмотренных типичных условий хранения, выполнения подготовительных и проведения строительно-монтажных работ можно заключить, что вентиляционные системы до ввода в эксплуатацию проходят как минимум два основных этапа загрязнения:

на площадках, отведённых под складирование,
при сборке участков и фасонных частей в зонах с сопутствующей производственной деятельностью другого направления.

Так как для большинства общественных и промышленных зданий характерны значительные протяжённости и площади поверхностей смонтированных воздуховодов, то их очистка с требуемой дезинфекцией оказывается достаточно проблемной задачей. Несмотря на такие затруднения, при наладке и дальнейшей эксплуатации вентиляционных систем периодически выполняют удаление пыли по мере её накопления на воздухозаборных решётках форкамер, в воздушных фильтрах и других секциях приточных установок. Регулярность и частота проведения работ по очистке оборудования зависят от запылённости атмосферного воздуха, места расположения воздухозаборов, производительности вентиляционных систем и режимов эксплуатации.

Для ограничения условий взмучивания и снижения поступлений дисперсных частиц в помещения необходимо прежде всего выбирать место размещения воздухозаборных решёток, причём не только в согласовании с общей архитектурной концепцией здания, но и с учётом расположения другого оборудования, в том числе и вентиляционных выбросов [4].

Рис. 4. Фасад здания с размещением воздухозаборных и выбросных решёток в зоне дебаркадера

Так, например, достаточно сложно поддерживать высокое качество микроклимата в помещениях, если воздухозабор расположен рядом с участками вытяжных систем, организующих выпуск удаляемых потоков, и в зонах дебаркадеров (рис. 4), то есть вблизи предусмотренных элементов транспортной или складской инфраструктуры. Если рациональные планировочные решения по размещению оборудования не позволяют снизить запылённость воздуха, направляемого в приточные камеры, то эти вопросы достаточно часто решаются на месте доступными средствами.

Например, на заборе воздуха для системы вентиляции общественного здания был дополнительно установлен нетканый текстильный материал (синтепон), который, как показано на рис. 5, достаточно эффективно защищает от проникновения дисперсных частиц и их распространения по вентиляционной сети. Целесообразность применения таких пористых структур доказывается внешним видом их фронтальных поверхностей, представленных на рис. 5, после семи и 14 дней эксплуатации.

Рис. 5. Синтепон после семи (слева) и 14 дней эксплуатации системы

Несмотря на применение всесторонне обоснованных технических решений по размещению оборудования и дополнительной защите воздухозаборов, периодически требуется выполнять профилактическое удаление пыли. Необходимость регенерации или замены фильтрующих элементов, утративших сорбирующую способность, определяется по датчикам перепада давлений до и после секции очистки.

Однако службы эксплуатации не всегда должным образом следят за показаниями микроманометров, в какой-то мере отказываясь от соблюдения нормативных требований по своевременному сервисному обслуживанию [5]. Такие факты имеют многократное подтверждение, в том числе и ситуацией, представленной на рис. 6. Состояние воздушного фильтра приточной вентиляционной системы административного здания после одного года эксплуатации наглядно указывает на необходимость регулярного выполнения профилактических работ [5].

Рис. 6. Чистый (слева) и загрязнённый воздушные фильтры приточной вентиляции

Как было показано выше, для предотвращения поступления основной массы дисперсных частиц в приточные установки достаточно эффективным способом является размещение в форкамерах дополнительных фильтрующих секций непосредственно за наружными решётками. Частицы обычной атмосферной пыли, содержащейся в воздухе, направляемом на обработку, имеют размеры от 0,001 до 30 мкм [6], что позволяет задерживать такую пыль в пористых структурах фильтрующей секции при её незначительном проскоке. Однако для людей, страдающих аллергическими реакциями, наибольшую угрозу представляет пыльца.

Во время цветения ветроопыляемых растений, в том числе деревьев, происходит распространение сухой и лёгкой пыльцы размерами 15–50 мкм [7]. Диаметры обычной пыли в верхнем пределе диапазона сопоставимы с размерами пыльцы, поэтому при рассмотрении вопросов эффективной очистки, как от первого компонента, так и от второго, общую смесь можно считать гомогенной.

Рис. 7. Схема фильтрующего элемента

Рассмотрим прогнозируемое поле концентрации пыли в пористой насадке. Для этого выберем в качестве фильтрующего материала синтепон, который широко используется для массового пошива одежды и может иметь толщину от 5 до 50 мм. Безусловным преимуществом выполнения секции очистки из такой нетканой структуры является возможность стирки с использованием обычных моющих средств. При этом последующая сушка материала сопровождается равномерным восстановлением объёма без сваливания в отдельные плотные участки.

Примем, что за наружной решёткой, через которую воздух поступает в форкамеру, установлена секция очистки с предлагаемой сорбирующей структурой толщиной 50 мм. Тогда при скорости очищаемой среды 2 м/с и разной пористости синтепона, в соответствии с выражением (5), получаем распределение концентрации дисперсных частиц, представленное на рис. 8. Расчёты проведены с учётом сильной запылённости атмосферного воздуха [13, 14], соответствующей значению ПДК, равному 2 мг/м³, и при содержании 10–70% диоксида кремния SiO2.

Рис. 8. Распределение концентрации пыли в фильтрующем материале (в слое синтепона толщиной 50 мм) при разной пористости

Наряду с полученным результатом было выполнено математическое моделирование фильтрации дисперсных частиц методом конечно-элементного анализа, которое подтвердило эффективность такого защитного устройства (рис. 9, 10).

Рис. 9. Распределение концентрации дисперсных частиц в фильтрующем материале (толщиной 50 мм) при его разной пористости

Приведённые расчётные показатели полей концентрации (рис. 8–10) позволяют заключить, что основное улавливание атмосферной пыли происходит в слое не более ⅔ от принятой толщины материала.

Рис. 10. Зависимость эффективности очистки от пористости

Поэтому, предусматривая дополнительную секцию фильтра, можно установить в ней наиболее широко производимый синтепон толщиной до 30 мм с высокой пористостью, что в соответствии с рис. 11 обеспечит незначительный перепад давления до и после материала.

Рис. 11. Зависимость перепада давления на фильтре от пористости

Такое простое и эффективное решение, как предварительная очистка воздуха перед его поступлением в приточные установки, можно полностью извлечь крупную пыль из потока и существенно снизить вероятность проскока наиболее тонкодисперсных частиц. Предложенная дополнительная защита рекомендуется для применения в форкамерах не только в целях снижения концентраций примесей, но и по причинам обеспечения относительно лёгкого и необременительного сервиса, который будет характеризоваться как меньшим количеством осмотров, так и незначительной потребностью в замене материалов фильтрующих секций приточных установок.

Несмотря на используемые дополнительные технические решения, перед пуском приточных систем вентиляции в форкамерах и в установленном оборудовании следует устранить осевшую пыль. Дальнейшая эксплуатация предусматривает проведение работ по очистке и дезинфекции приточных установок, кондиционеров и воздуховодов производственных, административных и общественных зданий, а также медицинских учреждений в соответствии с рекомендациями [3, 5, 15].

Однако, вопреки действующим нормам, часто отсутствует надлежащий контроль и надзор за исполнением правил содержания оборудования.

В заключение

Очистка систем общей вентиляции и кондиционирования
Всё о воздушных фильтрах вентиляции
Требования к системам вентиляции и кондиционирования
Сервисное обслуживание систем вентиляции и кондиционирования воздуха

Учитывая приведённые факты и выполненные обоснования, для снижения возможного загрязнения оборудования и поверхностей воздуховодов в процессе выполнения монтажа вентиляционных систем и при их эксплуатации требуется соблюдать следующие рекомендации:

при транспортировке и перемещении вентиляционных изделий необходимо использовать различные способы защиты от загрязнений (например, стретч-плёнки), особенно внутренних поверхностей;
места хранения следует обустраивать в специально подготовленных помещениях или на площадках, исключающих возможность загрязнения;
организовать монтаж на объекте таким образом, чтобы строительные работы, сопровождаемые поступлением мелкодисперсных частиц в воздушную среду, не проводились в одном помещении одновременно с установкой участков и оборудования систем вентиляции;
при проведении пусконаладочных работ следует временно размещать легко интегрируемые мобильные секции фильтров на магистралях для предотвращения загрязнения последующих участков;
в районах с высокой запылённостью атмосферного воздуха за наружными решётками в форкамерах необходимо устанавливать дополнительные секции очистки, обеспечивающие основной отсев загрязняющих компонентов и тем самым выполняющие функцию барьерной защиты для оборудования;
организовать должный уровень надзора и контроля службой эксплуатации, в соответствии с объёмом задач, определяемым не только согласно требованиям и рекомендациям нормативно-справочных документов, но и с учётом специфики размещения вентиляционных систем на объектах.

Литература:

СП 60.13330.2020. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха. Актуализ. ред. СНиП 41-01–2003 (с Попр., с Изм. №1–5) / Дата введ.: 01.07.2021.
ГОСТ 30494–2011. Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях (с Попр., с Изм. №1) / Дата введ.: 01.01.2013.
Инструкция по проведению очистки и дезинфекции систем вентиляции и кондиционирования воздуха / Утв. Глав. гос. сан. врачом по г. Москве Н.Н. Филатовым 09.06.2003.
Лобанов Д.В., Мерщиев А.А., Звенигородский И.И. Необходимость комплексного подхода при архитектурном проектировании здания // Высокие технологии в строительном комплексе, 2022. №1. С. 27–30.
СП 336.1325800.2017. Системы вентиляции и кондиционирования воздуха. Правила эксплуатации / Дата введ.: 06.03.2018.
Уляшева В.М., Анисимов С.М., Михайлов Е.В. Совершенствование очистки воздуха в системах обеспечения микроклимата чистых помещений // Вестник БГТУ, 2019. №2. С. 81–85.
Исаков И.Ю., Мацнева М.А. Определение размеров и жизнеспособности пыльцы местных и интродуцированных видов берёз // Лесотехнический журнал, 2015. №3. С. 33–40.
Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии: учебн. для вузов. Изд. 10-е, стереот., дораб. — М.: ООО «ТИД «Альянс», 2008. 753 с.
Протодьяконов И.О., Люблинская И.Е., Рыжков А.Е. Гидродинамика и массообмен в дисперсных системах «жидкость — твёрдое тело». — Л.: Химия, 1987. 336 с.
Чупалов В.С. Воздушные фильтры: монография. — СПб.: СПГУТД, 2005. 167 с.
Караджи В.Г., Московко Ю.Г. Вентиляционное оборудование. Технические рекомендации для проектировщиков и монтажников. — М.: АВОК-Пресс, 2010. 432 с.
Тертичник Е.И. Вентиляция. Изд. 2, стереот. — М.: Изд-во АСВ, 2020. 608 с.
Стадницкий Г.В. Экология: учебник. — СПб.: Химиздат, 2024. 296 с.
ГН 2.2.5.3532–18. Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны / Утв. пост. Глав. гос. сан. врача РФ от 13.02.2018 №25. [Утр. силу]
СП 2.1.3678–20. Санитарно-эпидемиологические требования к эксплуатации помещений, зданий, сооружений, оборудования и транспорта, а также условиям деятельности хозяйствующих субъектов, осуществляющих продажу товаров, выполнение работ или оказание услуг (с изм. на 20.03.2024) / Утв. пост. Глав. гос. сан. врача РФ от 24.12.2020 №44.