Проектирование высоких высот для оптимального качества воздуха в помещении

Растущая проблема качества воздуха в помещениях в небоскребах

Поскольку урбанизация ведет города ввысь, проектирование высотных зданий представляет собой отдельный набор проблем для поддержания здоровой внутренней среды. В отличие от малоэтажных зданий, небоскребы работают в уникальных физических условиях - эффект стека, переменное давление ветра и плотно запечатанные оболочки - которые могут либо помочь, либо помешать потоку свежего воздуха. Качество воздуха в помещении (IAQ) в этих вертикальных сообществах напрямую влияет на здоровье, когнитивную функцию и комфорт тысяч жителей. Проектирование высоких подъемов с оптимальным IAQ больше не является запоздалой мыслью; это основное требование для устойчивого и пригодного для жизни городского развития.

Плохой IAQ был связан с рядом острых и хронических проблем со здоровьем, включая респираторные инфекции, обострение астмы, головные боли, усталость и синдром больного здания. В плотных коммерческих башнях потери производительности от плохого качества воздуха были количественно оценены в миллиарды долларов в год. Для жилых высоток ставки одинаково высоки, особенно для уязвимых групп населения, таких как дети и пожилые люди. Проблема усугубляется тем фактом, что многие высотные здания почти полностью полагаются на механическую вентиляцию, что делает проектирование системы, обслуживание и фильтрацию первостепенными.

Уникальные факторы IAQ в высотных зданиях

Проектирование IAQ в небоскребе требует понимания физики, управляющей движением воздуха на высоте.Доминируют три явления: эффект стека, давление, приводимое в действие ветром, и стратификация загрязняющих веществ.

Дифференциалы стека и давления

Эффект стека возникает, когда теплый воздух в помещении поднимается и убегает через отверстия в верхней части здания, привлекая наружный воздух на более низких уровнях. В холодном климате это может создать сильные восходящие сквозняки, которые вытягивают нефильтрованный воздух с уровня земли - загрузка нижних этажей выхлопными газами, пылью и пыльцой автомобиля. В жарком климате обратный эффект стека может стягивать воздух с крыш, принося тепло и загрязняющие вещества. Архитекторы и инженеры-механики должны учитывать эти различия давления при проектировании зон вентиляции, герметизации лестницы и воздушных занавесок лобби.

Ветровая инфильтрация

На высотах выше 100 метров скорость ветра существенно возрастает. Это может создать положительное давление на наветренную сторону здания и отрицательное давление на подветренную сторону, влияя на то, как воздух поступает через окна и вентиляционные отверстия. Неправильно спроектированные жалюзи или воздухозаборники могут извлекать выхлопные газы из соседних зданий или из собственных охлаждающих башен здания. В настоящее время моделирование вычислительной динамики жидкости (CFD) является стандартным инструментом для прогнозирования ветровых моделей вокруг высот и для размещения воздухозаборников в самых чистых зонах.

Вертикальная стратификация загрязнителей

Загрязнители в помещениях — от негазированной мебели, чистящих средств и человеческой деятельности — не распространяются равномерно. В высоких зданиях воздух имеет тенденцию к стратификации, с более легкими загрязнителями, поднимающимися и оседающими более тяжелыми частицами. Без адекватного смешивания верхние этажи могут накапливать летучие органические соединения (ЛОС) и углекислый газ, что приводит к сонливости и дискомфорту. Стратегии проектирования должны способствовать тщательному смешиванию через хорошо расположенные рассеиватели питания и обратные воздушные пути.

Основные стратегии дизайна для высшего IAQ

Для преодоления этих проблем высотные дизайнеры используют комбинацию передовых механических систем, пассивных архитектурных особенностей и интеллектуальных технологий управления. Доказано, что следующие стратегии обеспечивают измеримые улучшения качества воздуха в помещении, при этом часто сокращая потребление энергии.

1. Высокопроизводительная механическая вентиляция с фильтрацией

Для большинства высотных зданий механическая вентиляция является основой IAQ. Системы должны быть спроектированы таким образом, чтобы соответствовать или превышать минимальные скорости вентиляции, указанные в стандартах, таких как ASHRAE 62.1 (для коммерческих зданий) или ASHRAE 62.2 (для жилых помещений).

Современные высотные конструкции часто используют двухступенчатый подход к фильтрации: предфильтр для захвата крупных частиц (MERV 8 или выше), за которым следует конечный фильтр, способный захватывать мелкие твердые частицы, такие как MERV 13 или выше. На многих азиатских и европейских рынках фильтры HEPA становятся стандартными, особенно в роскошных жилых башнях и офисных зданиях, расположенных вблизи автомагистралей или промышленных зон. Для зданий в районах, подверженных пожарам, углеродные фильтры могут помочь устранить запахи дыма и газов.

Вентиляция с контролем спроса (DCV) использует датчики для измерения CO2, влажности и заполняемости в режиме реального времени. Когда меньше людей присутствует, система уменьшает обмен воздуха, экономя энергию. Когда датчики обнаруживают высокий уровень CO2 или загрязняющих веществ, он нарастает. Этот балансирующий акт поддерживает IAQ последовательным, не теряя кондиционированный воздух.

2. Природная вентиляция и системы смешанного режима

Даже в герметичных высотках естественная вентиляция может играть роль, особенно в жилых башнях и отелях. Концепция смешанной вентиляции позволяет пассажирам открывать окна, когда условия на открытом воздухе благоприятны, в то время как механическая система поддерживает базовое качество воздуха, когда окна закрыты.

Проектирование эффективной естественной вентиляции высотного здания требует тщательного размещения работоспособных окон и внутренних путей воздушного потока.

• Перекрестная вентиляция: Установки с окнами на противоположных сторонах здания позволяют преобладающим ветрам пропускать несвежий воздух. Глубокие напольные плиты затрудняют это, поэтому архитекторы часто используют ветровые совки или атрии для направления воздуха через интерьер.
• Вентиляция с помощью стека : В зданиях с атриумами или фасадами с двойной кожей солнечное отопление создает естественный восходящий поток воздуха, который может использоваться для выхлопа теплого, загрязненного воздуха с верхних этажей.
• Ночная продувка вентиляции : В климате с прохладными ночами автоматические системы в стиле «Лувер» открыты для промывки здания прохладным наружным воздухом, уменьшая нагрузку на охлаждение и удаляя накопленные загрязнители.

В городах с частыми эпизодами смога, дизайнеры включают загрязняющие амортизаторы, которые автоматически закрывают окна, когда уровни PM2.5 на открытом воздухе превышают порог.

3. Отбор материалов и интерьеры с низким уровнем выбросов

Материалы для помещений являются значительным источником ЛОС, формальдегида и других раздражителей. Всеобъемлющая стратегия IAQ начинается с определения продуктов с низким уровнем выбросов для напольных покрытий, красок, клеев, герметиков и мебели. Такие программы, как GREENGUARD Gold и Объявить от Международного института живого будущего помогают спецификаторам выбирать более безопасные продукты.

Ключевые материалы для приоритетов:

• Локк-низкое содержание ЛОС краски и покрытия (≤ 50 г/л для плоских красок)
• Твердая древесина или сертифицированный композитный напольный покрытия без добавления мочевины-формальдегида
• Клей и герметики на водной основе
• Ковровая плитка с сертификацией CRI Green Label Plus
• Металлическая или стеклянная мебель вместо ДСП

Кроме того, проектировщики должны планировать периоды газирования до заселения. Промывка новых зданий на открытом воздухе в течение нескольких недель до вхождения в атмосферу может значительно снизить пиковые концентрации ЛОС.

4.Технологии активной очистки воздуха

Хотя фильтрация остается основной защитой, дополнительная очистка воздуха может обеспечить дополнительный уровень защиты, особенно в районах с постоянным загрязнением на открытом воздухе или там, где рециркулированный воздух не может быть полностью фильтрован.

Технологии, набирающие обороты в высотках, включают:

• Фотокаталитическое окисление (PCO): Использует ультрафиолетовый свет и катализатор (диоксид титана) для разрушения ЛОС и уничтожения микробов. Системы PCO должны быть тщательно разработаны, чтобы избежать производства вредных побочных продуктов, таких как озон.
• Активированная угольная фильтрация: Отлично подходит для удаления газов, запахов и химических паров, которые фильтры HEPA не могут улавливать. Углеродные фильтры часто помещаются в пути рециркуляции или выделенные системы наружного воздуха (DOAS).
• Биполярная ионизация: Выбросы заряженных ионов, которые прикрепляются к частицам и патогенам, заставляя их сжиматься и выпадать из зоны дыхания.Хотя спорные из-за проблем с озоном, более новые системы сертифицированы для низкого выхода озона и широко используются в коммерческих зданиях.
• UV-C бактерицидное облучение: Установленные внутри воздухопроводных установок или воздуховодов, лампы UV-C могут инактивировать вирусы, бактерии и споры плесени. Это особенно ценно в башнях, ориентированных на здравоохранение, или во время пандемий.

5. Биофильные и растительные растворы

Включение живых растений в высотные интерьеры не только эстетично - растения могут активно фильтровать определенные ЛОС и улучшать психологическое благополучие. Было показано, что такие виды, как лилии мира, змеиные растения и бостонские папоротники, снижают уровень формальдегида, бензола и других загрязнителей в помещении.

Для крупномасштабного воздействия некоторые высотные здания теперь имеют живые зеленые стены в лобби и предсердиях, орошаемые и интегрированные с системой HVAC. Корни растений и растущая среда обеспечивают субстрат для микробной биофильтрации. Однако одни растения не могут заменить механическую фильтрацию; их польза является дополнительной. Они также требуют надлежащего освещения и орошения, чтобы избежать роста плесени в почве, что может ухудшить IAQ.

Умный мониторинг и контроль

Проектирование для IAQ не является одноразовым усилием. Условия меняются - пики загрязнения на открытом воздухе, заполняемость варьируется, оборудование ухудшается. Постоянный мониторинг необходим для поддержания оптимального качества воздуха.

Сенсорные сети и панели управления в реальном времени

Современные высотные здания развертывают плотные сети датчиков IAQ, которые отслеживают температуру, влажность, CO2, PM2.5, PM10, ТВОК, а иногда и окись углерода. Эти датчики подают данные в систему управления зданием (СУБД), которая может автоматически регулировать скорость вентиляции, открывать или закрывать окна и предупреждать менеджеров объектов, когда фильтры нуждаются в замене.

Прозрачность также позволяет видеть данные IAQ в режиме реального времени через панели мониторинга в лобби или приложениях на своих телефонах. Прозрачность создает доверие и поощряет поведение, которое улучшает качество воздуха, например, сообщая о запахах или корректируя личные модели заполнения.

Ввод в эксплуатацию и текущее обслуживание

Высокопроизводительный дизайн IAQ так же хорош, как и его реализация. Строгий ввод в эксплуатацию , включая тестирование и балансировку потоков воздуха, проверку установки фильтра и проверку воздуховодов, имеет решающее значение перед загрузкой.