Что такое математическое моделирование пространства и как оно может помочь в борьбе с COVID-19? Как расшифровать и использовать полученные данные? И можно ли оценить "комфортность" микроклимата для каждого из офисных сотрудников? Рассказали сооснователи инженерно-девелоперской группы SVM Group Валерий Кирдеев и Максим Клименко.
- Что для вас "комфортный микроклимат"? И может ли он быть единым для всех сотрудников?
Максим Клименко: Критерии и их значения для определения комфортного микроклимата условно определяются нормативными документами. Но, конечно, для всех он разный. Значения нормативных документов определялись на базе исследований, в которых принимали участие респонденты определенной выборки (белые мужчины в возрасте 20-55 лет). Но все остальные категории и типы людей имеют свои индивидуальные восприятия микроклимата в силу возрастных, гормональных и других особенностей. Опыт практической эксплуатации административных зданий и офисных пространств показывает, что в 60% случаев у пользователей есть претензии к системам вентиляции и кондиционирования, при том, что эти системы являются самыми дорогими в капитальных и в эксплуатационных затратах из всех инженерно-технических систем офисного здания.
Валерий Кирдеев: Это обусловлено тем, что системы вентиляции и кондиционирования проектируются, в основном, сугубо линейно и по нормативной базе, которая является квинтэссенцией среднестатистических наблюдений и опытов. Но, нормы и рекомендованные практики проектирования не учитывают всех факторов того или иного объекта. Это обобщенный подход.
Основная задача конкурентоспособного игрока рынка строительства и девелопмента – это создание оптимальных условий для будущих пользователей здания при сохранении рационального уровня инвестиционных затрат, а также создание базы для будущей возможности управления и модернизации систем жизнеобеспечения здания. Конечно, здесь важно сокращать эксплуатационные затраты и повышать уровень комфорта.
Одна из основных составляющих высококлассного бизнес-центра - комфортный микроклимат в помещениях. Микроклимат определяется совокупностью его характеристик: температура, влажность, влагосодержание, скорость движения воздуха, тепловое излучение поверхностей и тел, газовый состав воздуха, рассадка людей, время года и т.д. Для оценки качества микроклимата в помещениях SVM Group предлагает использовать не нормативный подход, а методику, предложенную профессором Фангером.
Профессор П. О. Фангер – основоположник современной теории микроклимата жилых и общественных зданий.
М.К.: Международные и национальные нормативные документы во многом основываются как раз на показателях профессора Фангера и предложенной им шкале комфорта. Эти критерии обоснованны с физиологической точки зрения, а также подтверждены большим числом натурных испытаний, что вызывает доверие к данному способу оценки качества микроклимата.
- В чем суть теории Фангера?
В.К.: В качестве входных параметров для определения значения критерия комфортности (PMV) используются не только значения температуры, влажности и скорости воздуха, определяемые в процессе математического моделирования, но и, например, значения термического сопротивления одежды.
Мы в SVM Group считаем, что разрабатывая системы вентиляции и кондиционирования воздуха, следует ориентироваться на уровень «немного прохладно» по шкале Фангера. Тогда владельцы получают широкий диапазон возможностей в регулировании качества внутренней среды. Комфортность – комплексная характеристика микроклимата, включающая в себя температуру воздуха, его подвижность, относительную влажность, интенсивность турбулентности и радиационную температуру ограждений. Необходимо выбрать такую комбинацию характеристик воздушной среды, чтобы ощущения прохлады не влекло за собой чрезвычайных инвестиций в инженерные системы.
- Какое отношение к этом имеет математическое моделирование пространства?
М.К.: Сам процесс математического моделирования – это математическое решение многочисленного комплекса уравнений Новье-Стокса с помощью программных обеспечений и мощных вычислительных компьютеров. Применительно к задачам микроклимата решаются уравнения к законам гидрогазодинамики и термодинамики. Грубо говоря, этот процесс – это точное прогнозирование параметров микроклимата в любой точке исследуемого пространства, например, в помещении офиса.
Задавая некие расчетные условия помещения можно определить, какие параметры микроклимата в нем будут при этих условиях или при их изменении.
- Можно ли применять математическое моделирование в любом помещении: дом, квартира, торговый центр, офис?
В.К.: Да. Можно и нужно. Без этого качественный и работающий, а самое главное эффективный проект систем вентиляции, отопления и кондиционирования не сделать.
- Какую информацию дает на выходе математическое моделирование? Нужны ли специальные инструменты для ее расшифровки и дальнейшего использования?
В.К.: При моделировании микроклимата Заказчик получает данные по распределению интересующих физических величин во всём исследуемом пространстве, в том числе в обслуживаемой зоне. К таким величинам относятся: температура, скорость, относительная влажность, концентрация СО2 (углекислого газа).
Для оценки комфортности условий микроклимата используется комплексный критерий: PMV (ГОСТ Р ИСО 7730-2009), который учитывает не только указанные ранее параметры микроклимата, но и иные: метаболизм человека, количество одежды и т.д.
Специальных инструментов для расшифровки не требуется. По результатам моделирования формируется письменный отчет с цветными иллюстрациями, которые очень удобны для восприятия и понимания любым человеком. Параметры микроклимата в помещении отображаются цветными полями, где каждому цвету соответствует определенное значение параметра микроклимата, указанное на шкале.
- Можно ли использовать математическое моделирование пространства в уже существующих офисах?
М.К.: Если мы имеем существующее помещение с нареканиями и плохой работой систем вентиляции, отопления и кондиционирования, то моделирование - именно тот инструмент, который поможет это исправить.
В.К.: Создается математическая модель существующего положения, туда заносятся условия эксплуатации. Результаты моделирования должны совпадать с измерениями текущих параметров. Погрешность в пределах 7-10%. Если это так, то начинаем в модели искать варианты решения и смотреть наилучший вариант. Когда его находим, на его основе делаем проект реконструкции существующих систем.
Важно, что матмодель позволяет найти причины проблематики и пути их устранения.
- Какие задачи оно может решить в сложившихся условиях пандемии?
В.К.: Правильное определение мест подачи приточного и удаления вытяжного воздуха очень важно и непосредственно влияет на рассеивание загрязнения в помещении. Воздухообмен подавляющего числа проектируемых и эксплуатируемых общественных зданий обеспечивается системами перемешивающей вентиляции, при которых чистый наружный воздух интенсивно перемешивается с загрязненным внутренним воздухом в зданиях. Генерируемые внутренними источниками загрязнения равномерно распределяются в объеме помещений. Системы перемешивающей вентиляции крайне «благоприятно» влияют на распространение вирусных инфекций, передающихся воздушно-капельным путем.
Например, в некоторых зонах существующих офисов наблюдался застой воздуха с высокой концентрацией загрязнения, переток воздуха между приточными диффузорами и вытяжными решетками. Моделирование с применением методов CFD-моделирования показало, как предотвратить распределение загрязненного воздуха.
М.К.: Если наружный воздух подается непосредственно в зону дыхания находящихся в помещении людей, а загрязненный воздух удаляется из верхней зоны (вне зоны нахождения человека), риск передачи вирусных инфекций от одного человека к другому сокращается в разы. Данное утверждение подтверждается исследованиями ученых: при применении систем персональной вентиляции вероятность заражения корью снижается до 2 %, гриппом – до 1 %; для систем вытесняющей вентиляции вероятность заражения корью 7 %, гриппом 2 %; для сравнения: при применении систем перемешивающей вентиляции вероятность заражения корью – 23 %, гриппом – 7 %.
- Какие компании на сегодня в России уже использовали данную технологию при проектировании нового офиса или про реконструкции существующего?
М.К.: В качестве Заказчика ее применяли ВТБ, Сбербанк, Mail.ru Group, Связь времен, O1 Properties, Национальный олимпийский комитет РФ, Газпром, Экспофорум, AECOM.
Валерий Кирдеев и Максим Клименко, основатели SVM Group.
