Создание здоровой среды – новый вектор роста для строительной индустрии
Ксения АгаповаCreating a healthy environment - a new vector of growth for the construction industry.
Part 1. Air quality in the room
Ksenia Agapova
With this publication we are opening a series of overview articles on how buildings affect human health and how to improve the environment around us through design, construction and operation methods
Как с помощью методов проектирования, строительства и эксплуатации можно улучшить и оздоровить окружающую нас среду.
Потребность в воздухе является базовой. Тем не менее, мы редко обращаем внимание на качество вдыхаемого воздуха. Мы инстинктивно чувствуем, что нам дышится лучше в горах или на море, но мы редко можем обоснованно рассказать, как ощущаются изменения качества воздуха в помещении с течением времени и как они сказываются на нашем самочувствии. Мы можем отличить резкое превышение содержания вредных веществ в воздухе, таких как угарный газ или сероводород, но мы редко распознаем малые концентрации вредных веществ. Именно поэтому мы длительное время (сами того не зная) можем подвергаться воздействию загрязнителей, которые имеют накопительный эффект, и потом начинаем гадать о причинах "неожиданного" нездоровья.
От чего зависит здоровье человека? От его генетики и иммунитета, от режима жизни и употребляемых в пищу продуктов, а также от той среды в которой он находится. 80% своего времени обычный житель мегаполиса проводит в зданиях, которые и определяют среду его обитания . Воздействие зданий на здоровье человека мало изучено, тем не менее, оно представляется одним из решающих факторов нашего с Вами благополучия. Как говорил Уинстон Черчилль – «вначале мы строим наши здания, потом наши здания строят нас».
Здания воздействуют на человека на множестве уровней:
• внутренний воздух помещений, которым мы дышим, его состав, влажность и температура определяют здоровье дыхательной, кроветворной и центральной нервной систем,
• комфорт термальной среды воздействует на кожные покровы,
• визуальный комфорт, воздействие на циркадные ритмы, аккустический комфорт влияют на центральную нервную, сенсорные и имунные системы,
• создание условий для подвижного и сбалансированного образа жизни влияют на костно-мышечную и сердечно-сосудистую системы (как часто вы используете лестницу вместо лифта?),
• наличие инфраструктуры для питания и питья отражается на пищеварительной системе.
Важно также отметить психологический эффект зданий – от воздействия на наше настроение до формирования привычек.
Несмотря на важность темы здоровых зданий, она редко поднимается в строительной среде, так как индустрия сосредоточена, в основном, на экономии ресурсов и капитальных затрат. В последнее время на развитых рынках наметилась тенденция смены понятия “здание – это пассив” (расходная часть) на “здания это актив” (инструмент для зарабатывания денег). В связи с этим, актуальность концентрации на маркетинговых, пользовательских характеристиках зданий становится все более очевидной, ведь именно они способны повысить ценность производимых строительной индустрией продуктов.
Особенно важно отслеживать качество воздуха в помещениях, таких как офис или квартира, где человек находится длительное время – более 8–10 ч. Типичные загрязнители офисного воздуха – это химические вещества, микроогрганизмы и частицы, источники образования которых различны и располагаются как внутри, так и снаружи здания.
Озон, летучие органические соединения, выделаемые компонетами отделки, бактерии легионеллы, алергены и астмогены создают коктейль из полютантов, которые могут образовываться благодаря использованию ковролина, отделочных материалов, клининговых продуктов, офисного оборудования и с входящими потоками посетителей, а также некачественной организации вентиляции.
Заболевания, первопричиной которых является низкое качество воздуха, такие как распираторные болезни, вирусных инфекции и аллергии, – исследуются уже долгое время, являясь новым направлением медицины. Существенно, что понимание воздействия вдыхаемого воздуха на организм недооценено обычными пользователями зданий, что не стимулирует создание более здоровой и качественной среды.
Некоторые факты, выявленные в результате исследований в области качества внутреннего воздуха
1) В 2003 году проведено обобщающее исследование, которое выявило 15 работ, связывающих улучшение качества внутреннего воздуха (увеличение частоты воздухообмена, увеличение объемов свежего наружного воздуха к рабочим местам, сокращение концентраций загрязнителей) с 11 % повышением продуктивности деятельности сотрудников [1].
2) В 2006 году мета-анализ 24 работ выявил, что плохое качество воздуха и температурный дискомфорт снижают на 10 % продуктивность в таких видах деятельности, как скорость печати и анализ информации. Анализ показал, что оптимальные уровни воздухообмена находятся в пределах 72–108 м3/ч. При повышении уровня воздухообмена до значений 108–180 м3/ч наблюдается ощутимый «прилив сил» [2].
3) В 2011 году лабораторное тестирование в условиях иммитации офисной работы при наличии летучих органических компонентов в воздухе при увеличении подачи воздуха с 18 до 108 м3/ч повысило эффективность работы на 8 % [3].
4) Сокращение количества больничных листов также может являться ключевым показателем преимуществ хорошего качества внутреннего воздуха. Исследования показывают, что в офисных зданиях, вентилируемых на уровне 24 л/с по сравнению с 12 л/с число краткосрочных заболеваний уменьшилось на 35 % (в выборке 2 000 исследований) [4]. Данное исследование показало, что выгода от повышения воздухообмена на 1 сотрудника составляет 400 долл. США в год.
5) Высокие уровни концентрации CO2 ускоряют появление усталости и влияют на способность принятия сложных решений. Один из последних лабораторных экспериментов показал, что при концентрации CO2 равной 1000 частиц на миллион (ppm) по сравнению с 600 ppm качество принимаемых решений снижается на11–23 % [5].
6) Финские ученые провели 21 эксперимент с привлечением более 30 000 испытуемых по исследованию влияния концентрации СО2. Если уровень углекислого газа в офисном помещении превышал 800 ppm появлялись жалобы на воспаление глаз и носоглотки, головную боль, усталость и сложность с концентрацией внимания, а также на проблемы, связанные с системой дыхания.
7) В пресс-релизе ежегодной конференции Европейского респираторного общества в 2006 году были опубликованы результаты исследований, проведенных в пяти странах ЕЭС группой итальянских ученых, согласно которым 68 % детей испытывают на себе негативное влияние СО2 при превышении уровня концентрации в 1 000 ppm. У них наблюдалось затрудненное дыхание, одышка, сухой кашель и ринит чаще, чем у других детей. Были сделаны следующие выводы: у детей, находящихся в помещении с высоким уровнем СО2, в 3,5 раза выше риск возникновения сухого кашля и в 2 раза – развитие ринита. Они имеют более уязвимую носоглотку, чем их ровесники.
8) При низкой влажности в помещении защитные слизистые оболочки дыхательной системы пересыхают и приводят к повышению рисков инфицирования различными болезнями, такими как ГРИПП и ОРВИ (согласно исследованиям, проведенным Universitätsklinikum Erla) из-за снижения функции очищения носоглотки. Например, было выявлено, что вирусы гриппа выживают дольше и распространяются активнее при низких уровнях влажности. Кроме того, коньюктива глаз также может страдать от сухого воздуха, приводя к так называемому “синдрому сухого глаза”, резко снижающему эффективность работы. Как показывают исследования Гюгенблихлера оптимальный уровень влажности в помещении соответствует 45 %. При относительной влажности менее 20 % скорость очищения слизистых практически полностью тормозится, увеличивая риски распираторных инфекций.
9) Американские ученые из Маунт Синаи выявили, что риск переноса ГРИППА при относительной влажности 20–35 % в три раза выше, чем при влажности в 50 %.
10) Для тех, чья работа связана с устной речью, например учителей и сотрудников колл-центров, уровень относительной влажности воздуха имеет особенно важное значение, поскольку сухой воздух приводит к проблемам со связками, кашлю, пересыханию в горле и, в худшем случае, к потере голоса. Минимальная влажность воздуха в помещениях, где занимаются данным видом деятельности, должна составлять 40 %.
11) К болезням, провоцируемым плохим качеством воздуха, относится и легионеллёз («болезнь легионеров») – сапронозное острое инфекционное заболевание, обусловленное различными видами микроорганизмов, относящихся к роду Legionella, которое в некоторых случаях может привести к летальному исходу. Легионелла высеивается из жидкостей кондиционеров, промышленных и бытовых систем охлаждения, бойлерных и душевых установок, оборудования для респираторной терапии. На сегодняшний день большее количество случаев легионеллёза обнаруживается в США и странах Европы. По-видимому, это связано с высоким уровнем диагностики, а также с возможностью проведения ретроспективных исследований. В России в 2003 и в 2004 годах зафиксировано 18 случаев легионеллёза. В 2005 году описано всего 26 случаев легионеллёза в России, из них 4 – у детей от 6 до 14 лет.
В России достаточно жесткие нормы по воздухообмену внутри помещений с постоянным пребыванием людей, гораздо более строгие, чем в странах Европы и США. Тем не менее, и в нашей нормативной базе есть существенные пробелы, связанные с организацией здоровой и комфортной среды.
Уровень концентрации CO2 является мерой качества воздуха и может быть завышен вследствие недостаточного воздухообмена. До сих пор в отечественных нормативных документах при проектировании вентиляции в помещениях с пребыванием людей значения СО2 учитывалися только косвенно, в удельных нормах воздухообмена. В альтернативных европейских стандартах, например ГОСТ Р ЕН 13779, воздух в помещениях с пребыванием людей подразделяется в зависимости от концентрации СО2 на следующие категории качества: низкое – IDA‑4, среднее – IDA‑2 и 3, высокое до – IDA‑1 (табл. 1).
Согласно ГОСТ 30494–2011 допустимая влажность воздуха в офисных помещениях не должна превышать 60 %, рекомендуемая – 30–45 %. Нижняя граница влажности не нормируется. Кроме того влажность в помещениях редко контролируется и полностью отдается на откуп проектировщиков, которые не должны допустить избыточной увлажененности. К чему это приводит?
Очень часто в климате средней полосы России в наиболее морозные дни в помещениях влажность может снижаться до 10–20 %, если не предусмотрено искусственное увлажнение. Чтобы понять какие ощущения испытывает человек в таких условиях – вспомните ощущения боли в горле в самолете или в машине при ключенном кондиционере. Именно в этот момент в ваших дыхательных путях могут активно размножаться различные вирусы и бактерии.
На сегодняшний день в России нет строительных норм и правил, которые помогали бы профессионалам оценить возможные риски возникновения очагов легионеллы в инженерных системах. Объснить это можно низкой распростаненностью заболевания на территории нашей страны, а также санитарно-гигиеническим нормированием качества водопроводной воды, которые не допускают возникновения очагов заболевания в здания. В теории, если строить здание на 100 % соответствующее нормативам, то мы будем достаточно хорошо защищены. К сожалению, на практике часто допускаются отклонения из-за халатности или из-за отсутствия тщательной проверки на этапе пуско-наладки.
Международные экологические добровольные стандарты во всем призваны превышать нормативную базу с целью стимулирования творческого подхода в строительной индустрии. Очень часто, требования международных стандартов основываются на последних исследованиях в области городской среды и включают наиболее современные и проверенные стратегии, которые не успели стать массовыми и требуют набора критической массы. Критерии, связанные с качеством внутреннего воздуха приведены в табл. 2.
1) Увеличение притока свежего воздуха
Увеличение воздухообмена в соответствии с наилучшими практиками представляет реальный вызов для проектировщиков, а также ведет за собой существенное увеличение энергопотребления, особенно в регионах с холодным или жарким климатом, где требуется предварительная обработка наружного воздуха перед подачей в помещение. Решение об организации системы вентиляции в здании – будь то естественная вентиляция, вентиляция с механическим побуждением или смешанный режим вентиляции – является сложным и комплексным и связано с планированием условий термального комфорта.
Многие эксперты утверждают, что в определенных климатических зонах системы вентиляции со смешанным режимом позволяют найти баланс между увеличением качества среды и энергопотреблением. Например, исследование Карнеги Меллон [6] показало, что обеспечение естественной вентиляции или смешанного режима вентиляции позволяет экономить 0,8–1,3 % на медицинских затратах, повысить работоспособность сотрудников на 3–18 % и увеличить энергоэффективность систем ОВК на 47–79 %.
В связи с последними трендами глобального изменения климата, а также в ходе ускоренных темпов урбанизации, для проектировщиков и строителей становится все более актуальной задача вентиляции и климатизации в зданиях с экстремальными климатическими условиями без увеличения использования энергии. Решить данную задачу без инноваций в проектировании и без создания более эффективных систем невозможно.
Особенно полезным в этом контексте становится такой инструмент, как энергомоделирование, которое позволяет испытать различные варианты эксплуатации систем вентиляции с точки зрения энергопотребления до начала строительства здания и проведения значительных капиталовложений. При этом ученые и ведущие специалисты строительной отрасли предлагают новый подход к проектированию, центром котором является человек с его потребностями. Проектирование начинается с выбора правильной формы, ориентации здания, планировок, характеристик ограждающих конструкций и светопрозрачных конструкций – именно эти средства позволяют определить максимально эффективные решения с точки зрения баланса энергопотребления и создания здоровой среды.
Например, при подаче свежего воздуха в зоне вдыхания, на уровнях близких к полу, более эффективно используются процессы конвекции. В прогрессивных зданиях (например офисное здание Баку White City), проектируемыми ведущими международными архитектурными мастерскими, воздух поставляется в помещение и удаляется из него при помощи естественной тяги. Такая организация воздухообмена накладывает ограничения на планировку – работает только коридорная система организации офисного пространства. Это проектное решение с низким уровнем давления и специально рассчитанной высотой потолков и глубиной помещений позволяет организовать смешанный режим управления вентиляцией, тем самым снижая расходы на энергопотребление. При этом, в случае необходимости естественного проветривания помещения: открытия окна, – специальное устройство отключает механический приток в помещение.
Данный подход, выработанный в результате взаимодействия инженеров и проектировщиков, является инновационным для проектирования современных зданий.
Интегрированное проектирование, направленное на максимальное удовлетворение противоречащих друг другу свойств здания: комфорт и энергоэффективность, является новым подходом, способным максимально удовлетворять социальные и экологические цели проектирвоания.
2) Естественная вентиляция и архитектура
Естественная вентиляция считается одним из самых эффективных способов создания качественной воздушной среды. При проветривании минимизируется использование энергии и, при правильной организации данного процесса, может быть обеспечено хорошее качество воздуха. В Великобритании существуют стандарты проектирования естественной вентиляции – CIBSE Application Manual 10, так как данные системы там достаточно распространены.
Размещение здания по отношению к преобладающей розе ветров напрямую влияет на уровни воздухообмена и инфильтрации. Кроме того нужно учитывать, что скорость ветра возрастает с увеличением высотности зданий из-за аэродинамического сопротивления. С наветренной стороны здания ветром создается позитивное давление, а с подветренной стороны – негативное. Поэтому форма здания и его пространственное расположение по отношению к преобладающему ветру будут иметь критическое значение для обеспечения естественной вентиляции.
3) Сокращение потенциальных источников загрязнения воздуха
Гораздо эффективнее разбавления полютантов, с точки зрения капитальных затрат и энергозатрат, является сокращение источников загрязнения. Например в копировальных помещениях (особенно, если принтеры выделяют озон в процессе печати) можно использовать выделенные системы вытяжки и остановить свой выбор на ковролине, отделочных материалах и клеющих веществах с низким содержанием летучих органических соединений (ЛОС).
Знакомый нам запах свежепокрашенных поверхностей или нового коврового покрытия и есть признак наличия ЛОС. Однако есть ЛОС, запах которых человек не слышит. Наличие ЛОС в воздухе помещений с механической вентиляцией опасно тем, что они могут накапливаться в воздухе в зоне вдыхания и при неудовлетворительном проветривании их концентрация может превысить предельно допустимые значения и негативно повлиять на здоровье человека.
К счастью, современные строительные материалы постепенно переходят на составы, содержащие пониженные концентрации ЛОС. Этому способствовало принятие в Европе в 2004 году Директивы 2004/42/CE, которая возлагает на проиводителей ответственность за эмиссию ЛОС, а также предписывает размещать на товарах, содержащих данный компонент, специальную маркировку, определяющую уровень его эмиссии. Все продукты согласно Директиве подразделяются по количеству выделяемых ими летучих веществ на несколько классов эмиссии. Например аббревиатура M1 указывает на высший класс эмиссии для лако-красочных материалов.
Кроме того Директива ограничивает содержание ЛОС в различных материалах, являющихся их источником, и предписывает постпенный переход на использование более здоровых аналогов в перспективе. К числу таких материалов относятся «определенные лаки и краски», используемые для покрытия «зданий, их отделки и крепежа, а также сопутствующих конструкций для декоративных, функциональных и защитных целей».
В России содержание ЛОС в лакокрасочных материалах будет регламентироваться в специальном техническом регламенте таможенного союза «О безопасности лакокрасочных материалов и растворителей». Проект данного документа находится в свободном доступе в интернете. У большинства поставщиков лакокрасочных покрытий в России данные о ЛОС, как правило, отсутствуют.
4) Искусственное увлажнение воздуха
С одной стороны, наличие систем увлажнения воздуха в здании способствует повышению комфорта и созданию здоровой среды, с другой – система увлажнения сама может стать источником опасности и риска для здоровья. При использовании адиабатического увлаженения дисперсные водные частицы без специальной обработки попадают в воздух и могут повлечь за собой микробное заражение воздуха. Для минимизации риска рекомендуется применение паровых устройств увлажнения воздуха (даже при выборе увлажнителя для домашнего использования).
5) Борьба с легионеллезом
В британском стандарте L8 (Ligionnaires` disease.The control of legionella bacteria in water systems. Approved code of Practice and guidance – Болезнь легионеров. Контроль бактерий легионеллеза в водных системах. Подтвержденные нормы и правила) выделяются четыре фактора, повышающих риск возникновения легионеллеза:
6) Автоматизация
Эффективным методом улучшения качества внутренней среды согласно стандарту ANSI/ASHRAE Standard 62.1–2010 является динамическое изменение режимов работы вентиляции общественных зданий. Это реализуется средствами DCV (Demand-Controlled Ventilation, DCV) путем регулирования количества подаваемого свежего воздуха сверх минимально необходимого в зависимости от реальной обстановки, определяемой количеством людей, присутствующих внутри вентилируемого помещения. Объективной предпосылкой к использованию данного метода в России является значительное удешевление за последние годы схем управления скоростью вентилятора благодаря применению доступных частотно-регулируемых приводов.
Кроме того, многие исследователи призывают нас, пользователей, быть активнее в вопросах контроля окружающей среды и применять портативные приборы измерения качества воздуха.
Выводы. Прислушивайтесь к собственным ощущениям в помещении
В вопросе создания здоровой воздушной среды в зданиях самым серьезными пробелами можно назвать, во‑первых, недостаточную степень изученности проблемы, во‑вторых, плохую осведомленность со стороны обычных пользователей о последствиях их нахождения в помещениях с некачественным воздухом.
В вопросе организации качественного внутреннего воздуха одним из самых важных пробелов является не достаточная изученность проблемы, а также отсутствие осведомленности о последствиях нахождения в некачественной среде со стороны обычных пользователей зданий. Так, очевидно, что строительные нормативы уровня СО2 отстают от современных физиологических исследований. Чем ниже норма СО2, на которую ориентируются строители, тем дешевле обходится устройство вентиляции. Очевидно, что индустрия не может сразу и повеместно обеспечить более качественную, мощную вентиляцию по экономическим причинам и по причине не готовности технологий. И данная проблема не будет решена в ближайшей перспективе из-за отсутствия общественного давления. Мы с вами, как пользователи, не интересуемся и не стремимся улучшить среду своего обитания, что демотивирует всех участников строительного процесса.
Создание качественной воздушной среды, оптимально подходящей нам физиологически, в эксплуатируемых зданиях без увеличения капитальных и энергетических затрат на сегодняшний день находится за гранью доступности технологий. Конечно, инновации, решающие данную проблему, могут появиться, но только после ее актуализации – значит, формирование четкой обоснованной позиции по данному вопросу со стороны пользователей зданий играет решающую роль.
1. Loftness V. Hartkopf V. and Gurtekin B. (2003) “Linking Energy to Health and Productivity in the Built Environment: Evaluating the Cost-Benefits of High Performance Building and Community Design for Sustainability, Health and Productivity,” USGBC Green Build Conference, 2003. Available: http:cbpd.arc.cmu.edu/ebids Last accessed 5 August 2014.
2. Wargorcki P. (ed.) Seppänen O. (ed.) Andersson J. Boerstra A. Clements-Croome D. Fitzner K. Hanssen SO. (2006) REHVA Guidebook: Indoor Climate and Productivity In Offices.
3. Park JS. and Yoon CH. (2011) The effects of outdoor air supply rate on work performance during 8-h work period. Indoor Air 21:4, pp 284–2905.
4. Milton DK. Glencross PM. and Walters MD. (2000) Risk of Sick Leave Associated with Outdoor Air Supply Rate, Humidification, and Occupant Complaints. Indoor Air 10, pp 212-221. Available: http:// www.e-co.uk.com/Recirc-Milton2000.pdf Last accessed 5 August 2014.
5. Satish U. Mendell MJ. Shekhar K. Hotchi T. Sullivan D. Streufert S. Fisk WJ. (2012) Is CO2 an Indoor Pollutant? Direct Effects of Low to Moderate CO2 Concentrations on Human Decision Making Performance. Environ Health Perspect 120:12, pp1671-7.
6. Carnegie Mellon (2004) Guidelines for High Performance Buildings – Ventilation and Productivity. Available: http://cbpd.arc.cmu.edu/ebids/images/group/cases/mixed.pdf Last accessed 5 August 2014.
