Вентиляция и качество воздуха в зданиях городской среды

Москва

ИНФРА-М

202ВЕНТИЛЯЦИЯ 

И КАЧЕСТВО ВОЗДУХА 

В ЗДАНИЯХ ГОРОДСКОЙ СРЕДЫ

Í.À. ËÈÒÂÈÍÎÂÀ

МОНОГРАФИЯ

Литвинова Н.А.

Л64 
 
Вентиляция и качество воздуха в зданиях городской среды : 

монография / Н.А. Литвинова. — Москва : ИНФРА-М, 
2023. — 175 с. — (Научная мысль). — DOI 10.12737/monography_
5bbb658d447208.82023948.

ISBN 978-5-16-013768-1 (print)
ISBN 978-5-16-106440-5 (online)

В монографии изложена информация об уровне существующего за
грязнения наружного и внутреннего воздуха зданий городской среды. 
Отражены факторы, влияющие на качество воздушной среды помещений 
в зданиях, находящихся под воздействием стационарных и передвижных 
источников выброса, и подтвержденные натурными исследованиями. 
Предложены рекомендации по улучшению качества воздушной среды 
помещений. Полученные результаты послужат основой при проектировании вентиляции зданий в условиях загрязнения атмосферного воздуха 
наружными источниками.

Монография предназначена для преподавателей, бакалавров, маги
странтов, докторантов и научных работников направлений «Экология», 
«Промышленная экология».

УДК [504.3.054+697.9](075.4)

ББК 51.21:38.762.2

УДК [504.3.054+697.9](075.4)
ББК 51.21:38.762.2
 
Л64

©  Литвинова Н.А., 2018 

ISBN 978-5-16-013768-1 (print)
ISBN 978-5-16-106440-5 (online)

Р е ц е н з е н т ы: 

Новохатин В.В., доктор технических наук, профессор кафедры карто
графии и геоинформационных систем Института наук о Земле Тюменского государственного университета;

Воробьева С.В., доктор технических наук, профессор кафедры техно 
сферной безопасности Института сервиса и отраслевого управления Тюменского индустриального университета 

Введение 

 

Современный городской воздух сильно загрязнен различными вред
ными веществами (И.Ф. Ливчак, 1951; М.Е. Берлянд, 1975; И.Ф. Ливчак, 
2004). При этом в крупных городах сложилась устойчивая тенденция 
роста автотранспорта, а также строительства децентрализованных систем теплоснабжения. Если в 2000 г. по России коммунальных котельных (точечных источников выброса) было 68 тыс., то уже в 2010 г. их 
насчитывается около 190 тыс. (А.Л. Наумов, 2010). Факт, что за последние годы возрастает их число на жилые районы. Увеличивается количество низких и средних по высоте выбросов точечных источников загрязнения, в частности крышных котельных. Такие источники особенно 
неблагоприятны для качества внутренней воздушной среды жилых помещений многоэтажных зданий прилегающих территорий. Таким образом, одним из важнейших факторов для формирования воздушного режима зданий является степень загрязненности наружного воздуха. 

В большинстве зданий городских территорий применяется есте
ственная вытяжная вентиляция, которая не позволяет контролировать 
уровень загрязненности внутреннего воздуха (Г.В. Шелейховский, 1949; 
М.А. Шерман, 1999; Е.Г. Малявина , 2003; С.Н. Рябов, 2005; А.В. Кузьмичев, 2005). При использовании механической вентиляции приточный 
воздух в городских условиях может также привести к ухудшению качества воздушной среды (Д.Т. Гримсруд, 1999; Ю.А. Табунщиков, 2002). 
Данная система вентиляции была запроектирована во многих жилых 
зданиях крупных городов, таких как Москва, Санкт-Петербург, Екатеринбург, Новосибирск и др. Планируется проектирование приточной 
механической системы вентиляции и на территории Западной Сибири. 
Все вышеперечисленные города относятся к городам с высоким уровнем загрязнения атмосферного воздуха. 

В связи с этим на сегодняшний день возникает нерешенный вопрос о 

выборе места для притока наружного воздуха в помещения зданий городских территорий (И.Ф. Ливчак, 2004; И.Ф. Ливчак, 2005), для того 
чтобы в помещения не проникли газообразные примеси. В действующих в настоящее время нормативных документах, в частности СНиП 
31-01-2003, определяющих требования к выбору места воздухозабора, 
учитывается уровень загрязненности наружного воздуха по высоте здания только до 2 м. В случае когда на уровне 2 м нельзя осуществлять 
воздухозабор, его, как правило, размещают над верхним покрытием 
здания. Такой выбор недостаточно обоснован, так как на предпроектной 
стадии при выборе площадки для строительства невозможно предсказать уровень загрязненности по всей высоте здания, особенно от точечных источников выброса (труб различной высоты). 

Фактическое распределение концентраций, полученное эксперимен
тально по высоте жилых зданий, позволяет построить соответствующие 
математические зависимости, предложить корректировку существующих нормативов и разработать рекомендации по выбору вариантов схем 
организации воздухообмена жилых помещений в зависимости от степе

ни загрязненности наружного воздуха по высоте здания, что и предложено в данной монографии. 

В связи с этим цель проведенных исследований — разработка мето
дов оптимизации воздушного режима зданий в зависимости от качества 
наружного воздуха. Для этого необходимо решить две задачи воздушного режима: внешнюю (оценка уровня загрязнения наружного воздуха 
вблизи зданий и выбор оптимальных мест размещения воздухозаборов) 
и внутреннюю (определение требуемых воздухообменов, обеспечивающих стандарты качества воздуха).  

Для решения данных задач в качестве загрязнителя был выбран ок
сид углерода (II), как наиболее устойчивая примесь в воздушной среде. 
Оксид углерода (II) всегда образуется при сжигании углеродсодержащих видов топлива в присутствии количеств воздуха, не достаточных 
для полного образования СО2. Выброс его составляет от 70–80% от общего объема выбросов стационарных источников (Л.А. Тиунов , 1960; 
N.L. Jones, 1979; A. Briganti, 2000). Кроме того, оксид углерода (II) является консервативной примесью и может быть удален из помещения 
только с помощью вентиляции (N.L. Jones, 1979). Данных натурных 
исследований концентраций СО по всей высоте здания от котельных и 
автотранспорта представлено недостаточно, исследования были проведены лишь только в приземном слое, что требует существенной корректировки при обосновании места забора воздуха для вентиляции помещений зданий городской среды. 

Глава 1. 
СОСТОЯНИЕ ИЗУЧАЕМОГО ВОПРОСА 

 

1.1. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА КАЧЕСТВО ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ 

ЖИЛЫХ ПОМЕЩЕНИЙ 

 
Анализ литературных источников (В.Г. Куликов , 1998; В.М. Стяж
кин, 1996; Г.А. Суворов, 1999; П.В. Малахов, 2003; С.Н. Рябов, 2005; 
D.W. Dockerv, 1981; J.E. Yocum, 1982; H.B. Singh , 1981; J.D. Spengler, 
1990; P. Ole Fanger, 2000), в которых отражены исследования химического состава воздушной среды жилых помещений показал, что в ней 
содержится большое количество летучих газообразных неорганических 
и органических веществ, аэрозоли тяжелых металлов и др.  

Гигиеническими требованиями (В.В. Порецкий, 2003; В.П. Харито
нова, 2006) к воздушной среде жилых зданий установлены ограничения 
на содержание в воздухе квартир вредных и токсичных веществ. 

Одной из физических характеристик примесей воздуха является 

концентрация — масса вещества в единицу объема воздуха при нормальных условиях, мг/м3. Концентрация примесей определяет физическое, химическое и другие виды воздействия на человека и окружающую среду и является важным показателем комфортности и самочувствия людей в помещениях (A.B. Briganti, 2003).  

При оценке влияния загрязняющих веществ на качество воздушной 

среды жилых помещений важно учитывать не только планировку зданий, качество внутренних поверхностей и вентиляцию, но и внешние 
источники загрязнения (С.Н. Рябов, 2005; А.В. Кузьмичев, 2005). 

В связи с этим фактором, определяющим уровень загрязнения внут
реннего воздуха жилых помещений, являются концентрации загрязняющих веществ в наружном воздухе (Ливчак И.Ф., 2004).  

Воздухообмен помещений эффективен, если наружная и внутренняя 

среды достаточно чисты (Ю.А. Воробьева, 2006). 

Величина потока токсичных веществ определяется инфильтрацией 

наружного воздуха, вынужденной конвекцией, рециркуляцией воздуха 
или их комбинацией (Уаддн Р.А., 1987). 

С территории жилой застройки воздух, загрязненный внешними ис
точниками, попадает в жилые помещения, где интегрируется с загрязнениями внутренних источников (Ю.Д. Губернский,1994; Ю.Д. Губернский, 1997; J.V. Berk, 1980; P.A. Brevsse, 1981). Затем отработанный 
воздух удаляется вытяжной вентиляцией и смешивается с наружным 
воздухом. 

Воздух перемещается, как правило, от участков с высоким давлени
ем на участки с низким давлением. Нежелательные поступления определенных объемов наружного воздуха могут происходить через отверстия и трещины в наружных конструкциях здания из-за разрежения, 
создаваемого работой вентиляции (Ю.А. Воробьева, 2006). Поступающий снаружи воздух оказывается неконтролируемым и может перено

сить продукты горения, выхлопные газы автотранспорта, отработанные 
выбросы, пары углеводородов и др.  

Известно, что большинство загрязняющих веществ, проникающих в 

жилые помещения, обладают высокой токсичностью и относятся к 1 и 2 
классу опасности (Э.М. Крисюк, 1980; С.Е. Лебедькова, 1991; В.Р. Кучма, 1994; В.А. Филов, 1993; Ф.Б. Агаев, 1993; В.В. Быстрых, 1995; М.В. 
Пушкарева, 1995; С.М. Новиков, 1998; А.А. Королев, 2003). Они способны накапливаться в организме человека, обладают аллергенной, 
канцерогенной активностью, стимулируют развитие патологическиx 
отклонений (К.А. Буштуева, 1979; А.А. Сычев, 1989; Л.П. Сливина, 
1994; В.И. Зайцев, 1999; Е.Л. Денисова, 2005; Г.Г. Онищенко, 2002).  

Возрастает количество промышленного производства, численность 

автомобилей в городах быстро увеличивается, а вместе с тем увеличивается валовый выброс вредных веществ, большинство из которых попадает внутрь зданий. Показатель выявления загрязняющих веществ в 
воздухе городской среды вырос в среднем с 65% в 1991 году до 75% в 
2004 году. 

Наиболее распространенным веществом в выбросах промышленных 

предприятий и коммунальных объектов является оксид углерода (II) — 
CO. В связи с этим уровень загрязнения воздуха в помещениях, характерный для различных городов развитых стран, достаточно высокий 
(W.S. Cleveland, 1977; H.B. Singh, 1981).  

Оксид углерода (II) содержится в выбросах производств нефтехими
ческих, теплоэлектроцентралей, углехимических, алюминиевых, коксохимических, аммиачной селитры, аммиака, метилового спирта, органического синтеза, синтетического бензина и др. (Я.М. Грушко, 1986). 

Оксид углерода (II) всегда образуется при сжигании углеродсодер
жащих видов топлива в присутствии количеств воздуха, не достаточных 
для полного образования СО2. Согласно подсчетам, в атмосферу выбрасывается 12,7 млн т СО в год, в связи с чем этот газ, не считая СО2, следует считать одним из самых существенных (в количественном соотношении) газообразных загрязнений воздуха (В. Лейте, 1980).  

Выброс его составляет от 70–80% от общего объема выбросов ста
ционарных источников (Л.А. Тиунов,1980; N.L. Jones, 1979).  

Кроме того, оксид углерода (II) является консервативной примесью 

и может быть удален из помещения только с помощью вентиляции (N.L. 
Jones, 1979). 

Гигиеническое значение СО определяется тем, что он образует силь
ную координационную связь с атомом железа в молекуле гемоглобина с 
образованием карбоксигемоглобина (НвСО). Сродство СО к гемоглобину более чем в 200 раз сильнее, чем у кислорода. Поэтому 0,1% СО в 
воздухе связывает такое же количество гемоглобина (50%), что и кислород (Р.А. Лидин, 1987; Л.К. Исаева, 1997; О.В. Прыткова,1998). 

Значение предельно допустимой концентрации (ПДК) СО в атмо
сфере населенных мест составляет 5 мг/м3 (максимально-разовая — 
ПДКмр) и 3 мг/м3 (среднесуточная — ПДКсс). Значение ПДК согласно 

ГН 2.1.6.1338-03в жилых помещениях — 3 мг/м3 (С.М. Myравьева, 
1988). 

Распределение загрязняющих веществ по высоте жилых зданий име
ет определенный характер. Так, наблюдается увеличение содержания 
радона на нижних этажах и уменьшение на верхних в жилых зданиях с 
большим процентом износа (Ю.А. Воробьева, 2006). Аналогичная картина складывается с диоксидом азота по высоте фасада жилого здания 
от интенсивной магистрали (свыше 2500 авт./ч) в г. Волгограде на расстоянии 50 м (С.Н. Рябов, 2005). 

Сопоставление теоретических расчетов с экспериментальными дан
ными поможет разработать методику экспрессного обследования по 
одному или нескольким измерениям концентрации вредных газов, что 
особенно актуально для сдаваемых в эксплуатацию зданий. 

Интерес представляют исследования на содержание загрязняющих 

веществ между этажами в многоэтажных зданиях, находящихся под 
воздействием точечных источников выброса непрерывного действия 
(автономных котельных установок), что важно при выборе варианта 
принципиальной схемы организации воздухообмена жилых помещений.  

Таким образом, на качество воздушной среды жилых помещений 

влияют разнообразные факторы, в том числе присутствие токсичных 
веществ, выбрасываемых в наружный воздух от внешних источников (п. 
1.1.4), воздушный режим здания (п. 1.1.1), наличие вентиляции (п. 
1.1.2), а также метеорологические условия (п. 1.1.3), тип застройки (п. 
1.1.4.1) и др. (A. Szalai, 1972; D. W. Dockery, 1981; D.C. Washington, 
1981). 

В настоящее время существует дефицит знаний о взаимосвязи каче
ства наружного и внутреннего воздуха для жилых помещений, находящихся под воздействием стационарных (точечных) источников крупных 
городов России. 

 

1.1.1. 
Воздушный режим жилых зданий 

 

Процессы перемещения воздуха внутри помещения, движение его 

через ограждения и отверстия в ограждениях, обтекание здания воздушным потоком и взаимодействие здания с окружающей воздушной 
средой называется воздушным режимом. 

Концентрации вредных примесей в воздухе помещения зависят от 

воздушного режима здания. 

Воздушный режим современных зданий формируется под воздей
ствием многих факторов (Ю.Д. Губернский, 1978; Е.Г. Малявина, 2003). 

Ощущение комфорта людьми может формироваться под влиянием 

факторов, не связанных с температурной обстановкой. Одним из важнейших факторов является степень загрязненности наружного воздуха. 

Воздухообмен помещений, определяющий качество воздушной сре
ды, рассматривается как гигиенический показатель, обуславливающий 
газовый состав воздуха и обеспечивающий воздушный комфорт человека в закрытом помещении (Э.В. Сазонов, 2000; Е.Г. Малявина, 2003). 

Воздушный режим зависит от применяемой системы вентиляции в 

здании (п. 1.1.2). В условиях работы естественной вытяжной вентиляции воздушный режим становится неуправляемым. Это приводит к тому, что в жилые помещения поступают загрязнители от наружных источников.  

Механическая приточная вентиляция в городских условиях не всегда 

может создать воздушный режим, который обеспечивал бы стандарты 
качества воздуха внутри помещения (Т.А. Дацюк, 2000). На начальной 
стадии проектирования системы вентиляции невозможно предсказать 
уровень загрязненности наружного воздуха по высоте здания (выше 2 
м), что снижает эффективность аэрации. 

Внутренняя среда жилых зданий формируется в основном огражда
ющими конструкциями и инженерными устройствами. 

Рекомендуемый объем свежего воздуха, поступающего в жилое по
мещение, установлен на основании углекислого газа в помещении (Н.Ф. 
Фокин, 1973). 

Кроме этого, требуется обоснование величины воздухообмена в по
мещениях в зависимости от степени загрязненности наружного воздуха 
от внешних источников выброса. 

Интенсивность фильтрации воздуха через ограждения определяется 

разностью давлений с двух сторон конструкции, объясняется их пористостью, наличием трещин и отверстий (К.В. Афонин, 2003). 

Газообразные примеси могут поступать в помещение через систему 

вентиляции, через стыки и поры в строительных конструкциях (Э.В. 
Сазонов, 2000). 

В современном строительстве широко применяют сборные облег
ченные конструкции из новых эффективных материалов. Важнейшим 
является процесс проникновения воздуха через ограждающие конструкции (инфильтрация в стыковых соединениях) и его влияние на гигиенические свойства здания (К.В. Афонин, 2003). 

В связи с этим необходимо объединить две задачи воздушного ре
жима: внешнюю (выбор оптимальных мест размещения воздухозаборов) и внутреннюю (определение требуемых воздухообменов, обеспечивающих стандарты качества воздуха).  

 

1.1.2. 
Системы вентиляции жилых зданий 

 

Качество воздушной среды помещений неразрывно связано с венти
ляцией. В большинстве многоэтажных жилых зданиях применяется вытяжная вентиляция с естественным побуждением. На сегодняшний день 
рекомендуется устройство приточной механической вентиляции и в 
жилых зданиях (Е.Г. Малявина, 2003). 

В городских условиях механическая вентиляция может привести к 

ухудшению качества внутреннего воздуха. Действующие нормы СНиП 
41–01–2003 регламентируют соблюдение ПДК вредных веществ на воздухозаборах и в воздухе населенных пунктов, место размещения приемных устройств для забора наружного воздуха (низ отверстия для при

емного устройства следует размещать не ниже 2 м от уровня земли). 
Требования по учету величины концентрации загрязняющих веществ в 
наружном воздухе по высоте зданий на территории жилой застройки, 
находящейся под воздействием точечных источников (автономных теплогенерирующих источников), для выбора оптимального места воздухозабора в нормах отсутствуют. В связи с этим, как правило, концентрации в наружном воздухе по высоте здания, особенно газообразных загрязнителей, при проектировании системы вентиляции жилых застроек 
не определяются. Это невозможно сделать на предпроектной стадии при 
выборе площадки для строительства. 

Перечисленные факторы способны в значительной степени повлиять 

на санитарное состояние внутренней воздушной среды застроенных 
территорий. Нормативные требования к устройству места забора 
наружного воздуха требуют пересмотра.  
 

1.1.2.1. Классификация систем вентиляции 

 

В зависимости от способа побуждения воздуха к движению вентиля
ция делится на естественную, или гравитационную, и механическую.  

Под естественным воздухообменом понимается обмен воздуха в по
мещениях, происходящий через неплотности ограждений в силу действия естественных факторов. Он должен учитываться при расчете вентиляционных устройств жилых зданий. 

Естественный воздухообмен состоит из двух процессов: просачива
ния воздуха в помещение, называемого инфильтрацией, и просачивания 
воздуха из помещения, называемого эксфильтрацией. 

Причинами естественного воздухообмена является разность темпе
ратур наружного и внутреннего воздуха, создающие тепловой и ветровой напоры — разность давлений между наружной и внутренней сторонами ограждений. 

В системах механической вентиляции движение воздуха осуществ
ляется с помощью вентиляторов (В.А. Кострюков, 1965). 

Существенное значение для совершенствования вентиляционных 

устройств в многоэтажных жилых зданиях имеют «Технические рекомендации по организации воздухообмена в квартирах многоэтажного 
жилого здания» (ТР АВОК-4-2004). Этот документ рекомендует различные вентиляционные системы. 

1. При естественном притоке: вытяжная с естественным побуждени
ем; вытяжная с механическим побуждением, централизованная; вытяжная с механическим побуждением, индивидуальная. 

2. При механическом централизованном притоке: вытяжная с есте
ственным побуждением; вытяжная с механическим побуждением, централизованная. 

3. С механическим централизованным притоком и вытяжкой.  
4. С механическим индивидуальным притоком и вытяжкой.  
5. С механическим индивидуальным притоком и централизованной 

вытяжкой. 

При применении приточно-вытяжной вентиляции в жилых много
этажных зданиях рекомендуется установка теплоутилизаторов удаляемого воздуха (при технико-экономическом обосновании), которые могут дооборудоваться установками для охлаждения и увлажнения воздуха. 

При вытяжной системе вентиляции с естественным побуждением 

воздух поступает в помещение через неплотности или специальные отверстия в наружных ограждениях. Однако в ряде случаев вследствие 
воздействия ветра и других факторов, влияющих на воздухообмен, эти 
неплотности или отверстия могут оказаться бездействующими, а иногда 
и работать на вытяжку. Поэтому указанную в рекомендациях ТР АВОК4-2004 приточную систему вентиляции с естественным побуждением 
надо рассматривать условно. Документ рекомендует квартиры верхних 
этажей при данной системе вентиляции оборудовать вытяжными вентиляторами. 

При устройстве вытяжной вентиляции в комнатах квартиры прини
мается следующий воздухообмен согласно стандарту АВОК-1-2004: 
жилые комнаты — 0,5 1/ч; кухни — 3,0 1/ч; ванные комнаты — 1,5 1/ч; 
туалеты — 25 м3/ч. 

Воздух поступает через неплотности в ограждающих конструкциях и 

уходит через вытяжные отверстия в атмосферу. Средний воздухообмен 
в квартире определяется как частное от деления общего количества удаляемого воздуха на объем квартиры. 

Различают также приточно-вытяжную систему вентиляции квартир, 

совмещенную с воздушным отоплением (А.Н. Марзаев, 1951). 

В 1958 году в Москве в восьмиэтажном здании объемом 80 тыс. м3 

была впервые организована система воздушного отопления, совмещенного с приточно-вытяжной вентиляцией (авторы проекта В.М. Иванов, 
М.М. Грудзинский). 

Длительная многолетняя эксплуатация большого опытного здания и 

выполненные экономические расчеты показали целесообразность совмещения системы приточной вентиляции с отоплением. Однако в этой 
системе по гигиеническим соображениям не допускается рециркуляция 
воздуха между квартирами. 

 

1.1.2.2. Основные недостатки 

 

В большинстве многоэтажных жилых зданий применяется вытяжная 

вентиляция с естественным побуждением. 

Учитывая данные литературных источников (Р.Е. Бриллинг, 1948; 

Л.К. Хацянов, 1949; О. Сеппанен, 2000; И.В. Мастеров; 2005), можно 
констатировать, что зачастую в квартирах не обеспечивается требуемый 
воздухообмен. Установлено, что он во многом зависит от изменения 
наружной температуры, действия ветра, планировки квартир. Возможно 
частичное перетекание воздуха из одной квартиры в другую. Кроме того, естественная вентиляция не может контролировать уровень загрязненности внутреннего воздуха.