Обеспечение регулируемого притока воздуха в жилых зданиях: проблемы и решения

Статья "Обеспечение регулируемого притока воздуха в жилых зданиях: проблемы и решения"

Summary:

Обеспечение регулируемого притока воздуха в жилых зданиях: проблемы и решения

Providing Regulated Airflow in Residential Buildings: Problems and Solutions

A. D. Krivoshein, Candidate of Engineering, Director of IC "Stroytest-SibADI"

Keywords: supply ventilation, fresh air valve, air exchange, air flowrate

The need to ensure controlled air exchange in buildings with modern enclosing structures and the application of appropriate technical solutions is now undoubted.Dozens of articles were written on the relation between air humidity and air exchange, designed for different levels of professional preparation. But although everything seems clear and "transparent" from the theoretical perspective, number of complains from buyers on "bad windows", condensate on glazing, interruption of room air exchange does not go down.

Описание:

Необходимость обеспечения регулируемого воздухообмена в зданиях с современными ограждающими конструкциями и применения соответствующих технических решений в настоящее время не вызывают сомнений. О взаимосвязи влажности воздуха с воздухообменом помещений написаны десятки статей, рассчитанных на самый различный уровень профессиональной подготовки. Но, несмотря на то, что с точки зрения теории вроде бы уже все ясно и «прозрачно» – количество претензий со стороны покупателей на «нехорошие окна», конденсат на остеклении, нарушение воздухообмена помещений не уменьшаются.

Обеспечение регулируемого притока воздуха в жилых зданиях: проблемы и решения

А. Д. Кривошеин, канд. техн. наук, ФГБОУ ВО «Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет (СибАДИ)», gshomsk@mail.ru

«Высокая герметичность современных окон сделала практически неработоспособными системы естественной вентиляции. В квартирах ухудшилась комфортность проживания. Наблюдаются высокая влажность и низкое качество воздуха… Попытки организовать проветривание путем открытия форточек в герметичных окнах не позволяют обеспечивать требуемый микроклимат помещений и значительно снижают эффективность использования теплоты, затраты которой на подогрев приточного воздуха в современной квартире зачастую превышают потери теплоты через наружные ограждения…» [1].

В качестве предисловия

Необходимость обеспечения регулируемого воздухообмена в зданиях с современными ограждающими конструкциями и применения соответствующих технических решений в настоящее время не вызывают сомнений. Об актуальности этой темы и ее отдельных аспектах написаны десятки научных и научно-популярных статей, некоторые положения вошли в своды правил, технические рекомендации, стандарты организаций [1–5].

Причины понятны. Если 15–20 лет тому назад – на стадии начала массового применения в строительстве светопрозрачных конструкций из ПВХ, клееной древесины, алюминия – вопросы обеспечения организованного притока воздуха либо игнорировались вообще (по инерции или вследствие непонимания), либо возлагались на оконные компании, то в настоящее время осознание взаимосвязи процессов воздухораспределения в зданиях с воздухопроницаемостью ограждающих конструкций, влажностным и температурным режимом помещений, обусловило обязательность применения специальных устройств с регулируемым притоком воздуха уже на стадии проектирования [1, 2].

Вместе с тем, при всей актуальности проблемы, состояние в области выбора приточных устройств, требований к их характеристикам и даже методы испытаний остались практически на уровне начала 2000-х годов.

Как следствие, большое количество предложений «вентиляционных» клапанов с расходом воздуха 3–7 м³/ч, «внутрипрофильной вентиляции», «самовентиляции», «микропроветривания» и т. п., вплоть до «вырезания» уплотнительных прокладок оконных блоков или применения специальных оконных ручек (с отверстиями), через которые может поступать воздух в вентилируемые помещения. Разобраться со всем этим многообразием при недостаточности критериев оценки даже специалисту зачастую непросто.

Имеют место и определенные противоречия между некоторыми нормативными документами. Например, СП 60.13330.2016 [2] оговаривает обязательность поступления наружного воздуха в жилых, общественных и других зданиях «…через специальные приточные устройства в наружных стенах или окнах...» [2]. В то время как СП 54.13330.2016 [3] допускает приток воздуха «…через регулируемые оконные створки, фрамуги, форточки, клапаны или другие устройства». Возможность притока воздуха через открывающиеся створки окон оставляет возможность для застройщиков (да и проектировщиков) «уходить» от непонятного решения проблемы. Руководствуясь этим положением, многие оконные компании продолжают выдавать своим покупателям «инструкции по эксплуатации», требующие через каждые 2–2,5 часа открывать створки окон для проветривания в течение 10–15 минут. Насколько это приемлемо и «удобно», разъяснять не нужно.

В данной статье, не претендуя на полноту обзора, сделана попытка рассмотреть некоторые вопросы, связанные с выбором характеристик приточных устройств, оценкой их показателей, размещением, влиянием на температурный режим прилегающих конструкций применительно к жилым многоквартирным зданиям.

Какой расход воздуха должны обеспечивать приточные устройства

Один из основных вопросов: какой воздухообмен нужен в помещениях и какой расход воздуха должны обеспечивать приточные устройства?

При всей простоте и очевидности, ответ на этот вопрос не столь однозначен. С одной стороны, есть своды правил, которые прописывают требования к воздухообмену помещений. В частности, для жилых зданий не менее 30 м³/ч на человека или (при общей площади квартиры менее 20 м² на человека) из расчета 3 м³/ч на 1 м² жилой площади [2, 3]. Не затрагивая в данной статье определенную двойственность подхода и нормативную «дискриминацию» малых квартир (в квартирах с небольшой жилой площадью воздухообмен в пересчете на человека может оказаться существенно меньше, чем в квартирах большой площади), можно считать, что приточные устройства и должны обеспечивать этот воздухообмен.

Однако не все так просто. Величина расчетного воздухообмена квартиры должна приниматься по наибольшей величине из результатов расчета нормируемого воздухообмена по потребностям проживающих людей [2, 3] или суммарного требуемого воздухообмена кухни и санузлов [1, 4]. Например, для трехкомнатной квартиры величина требуемого воздухообмена по суммарному воздухообмену кухни и санузлов может составлять ≈140 м³/ч, хотя при проектном заселении 3 человек достаточно расхода приточного воздуха 90 м³/ч. И, соответственно, расход воздуха через приточные клапаны должен обеспечивать расчетный воздухообмен 140 м³/ч.

Выполнить эти требования на стадии проектирования зачастую оказывается очень непросто. Например, для однокомнатной квартиры с электроплитой (при двух проживающих) расчетный воздухообмен по суммарному расходу удаляемого воздуха кухни и санузлов составляет 110 м³/ч [4]. Большинство известных приточных устройств такого расхода обеспечить не в состоянии. Да по большому счету это и не нужно, поскольку по потребности проживающих людей достаточно 60 м³/ч. Но в результате, при формальном подходе, в квартире, имеющей одну жилую комнату, должны устанавливаться три или даже четыре приточных клапана.

Предлагаемый выход (в порядке обсуждения) – определять требуемое количество приточных устройств по нормируемому расходу приточного воздуха исходя из потребности проживающих, предполагая, что при включении газовой или электрической плиты недостающий приток воздуха будет обеспечен через открывающиеся створки и фрамуги окон, как это допускается СП 54.13330.2016 [3].

Другая сторона вопроса – минимальный воздухообмен, который должны обеспечивать приточные устройства. Понятно, что расчетный воздухообмен не нужен в квартире постоянно. Например, при отсутствии или уменьшении количества проживающих воздухообмен может (и должен) уменьшаться. Именно на этом подходе и базируются основные положения энергосбережения в системах вентиляции «по потребности». Зачем подавать приточный воздух и, соответственно, тратить тепло на его нагрев, когда потребности в нем нет? Но подавать сколько?

В СНиП 31-01–2003 [6] в свое время был введен показатель нормативного воздухообмена в режиме обслуживания и нерабочем режиме. Именно это требование давало ориентир: какой расход воздуха должны обеспечивать приточные клапаны при отсутствии проживающих – нижнюю допустимую границу, которая при проектировании системы вентиляции должна была обеспечиваться. К сожалению, при актуализации СП 54.13330.2016 [2] этот показатель был исключен, и, соответственно, нижняя граница требуемого воздухообмена может трактоваться в настоящее время любым образом – от необходимости обеспечения расчетного воздухообмена в течение всего периода эксплуатации здания до практически полного нуля (по принципу «Сколько получится»).

В этой связи следует обратить внимание на рекомендации СТО НП АВОК [4], которые в настоящее время являются единственным документом, в котором этот вопрос, хоть как-то оговаривается: «…во время, когда помещение не используется, норму воздухообмена следует уменьшать до следующих величин: в жилой зоне – до 0,2 ч^–1, в кухне, ванной комнате, туалете, постирочной, гардеробной, кладовой – до 0,5 ч^–1». Эти значения, наверное, и нужно принимать при определении нижней границы расхода воздуха через приточные устройства.

Рисунок 1. Характеристики некоторых приточных вентиляционных устройств (по результатам испытаний): 1 – оконный клапан EMM 3-30; 2 – то же в закрытом состоянии; 3 – стеновой клапан СВК В-75; 4 – то же в закрытом состоянии; 5 – стеновой клапан КИВ-125; 6 – то же в закрытом состоянии

Еще один важный аспект: при каких перепадах давлений должен быть обеспечен расчетный приток воздуха? В справочной и рекламной документации, как правило, приводится информация по расходу при ΔP = 10 Па. Но в реальном здании перепад давлений между наружным и внутренним воздухом может существенно отличаться от 10 Па, причем как в большую, так и меньшую сторону. Этот перепад зависит от конструктивного решения системы вентиляции, высоты каналов, наличия вытяжных вентиляторов, кухонных вытяжек, ветровых давлений и др. Соответственно, для аэродинамического расчета при проектировании системы вентиляции нужны не дискретные значения расходов при каких-то фиксированных перепадах давлений, а зависимость «расход воздуха – перепад давлений». В качестве примера на рис. 1 представлены подобные результаты испытаний некоторых приточных клапанов. Данные получены при проведении испытаний в лабораторных условиях по методике ГОСТ 26602.2–99 [8]^*.

Из вышеизложенных рассуждений вытекают несколько простых выводов:

• приточные устройства должны быть в состоянии обеспечить приток воздуха ≈30–40 м³/ч, поэтому различного рода «самовентиляции», «внутрипрофильные вентиляции», клапаны с расходом воздуха порядка 5–10 м³/ч в качестве элементов приточной системы вентиляции рассматриваться не могут в принципе;
• конструкция приточных устройств должна иметь возможность плавного (или ступенчатого) регулирования — от минимальной величины расхода приточного воздуха, соответствующей нерабочему режиму, до расчетной — по потребностям проживающих;
• для ограничения расхода приточного воздуха при больших перепадах давлений приточное устройство должно содержать ветрозащитную планку или какой-то другой элемент ограничения расхода при сильном ветре;
• при определении требуемого количества приточных устройств следует учитывать расход воздуха, поступающего через неплотности окон и балконных дверей [5]: как показывают расчеты, величина притока через неплотности окон существенно зависит от их конструктивного решения и может быть весьма весомой;
• характеристика приточных устройств должна включать зависимость «расход воздуха – перепад давлений» как в открытом, так и закрытом состоянии, необходимую для последующего аэродинамического расчета системы вентиляции.

Что применяется: обзор некоторых технических решений приточных устройств

Если обратиться к истории отопительно-вентиляционной техники, то можно отметить, что ранее (в 19-м и большей части 20-го столетия) вопрос о приточной вентиляции в жилых зданиях не стоял в принципе, поскольку применяемые ограждающие конструкции обладали достаточно высокой воздухопроницаемостью, а печное отопление обеспечивало гарантированное удаление воздуха вместе с продуктами сгорания через дымовые каналы.

Однако уже и в те годы для общественных зданий с большим скоплением людей (больницы, казармы, так называемые присутственные места) предлагались системы вентиляции с регулируемым притоком (рис. 2).

Рисунок 2. Приточная вентиляция системы И. Флавицкого (1874 г.)

Постепенная замена печного отопления центральными системами водяного или парового отопления потребовала устройства в жилых зданиях вытяжных вентиляционных каналов – для удаления загрязненного воздуха. Первоначально такие каналы размещались в жилых комнатах, но перетекание загрязненного воздуха и, соответственно, ухудшение качества воздуха в жилых комнатах обусловили перемещение вытяжных каналов в кухни, кладовые, санузлы (как это и регламентируется СП в настоящее время). Применение приточных клапанов в зданиях этого периода связано прежде всего с использованием газового оборудования и необходимостью притока воздуха для сгорания газа. Элементы таких устройств до сих пор сохранились на фасадах некоторых старых зданий.

Попытки применения специальных вентиляционных клапанов, например, в 60-х годах прошлого столетия (рис. 3) широкого распространения не получили – опять же вследствие высокой воздухопроницаемости оконных блоков того периода. По этой же причине каждую осень окна «заклеивали» (герметизировали), чтобы при ветре в помещения не поступало слишком много воздуха.

Рисунок 3. Схема установки приточного клапана в стеновых панелях жилых зданий серии 1-335 (1964 г.)

Справедливости ради надо отметить, что ведущими специалистами в области отопления и вентиляции еще в 50-годах прошлого столетия отмечались возможные негативные последствия высокой герметичности окон. В частности, «…в зданиях <…> с вентиляцией при естественном побуждении герметизация окон с доведением их воздухопроницаемости до 6,5 м3/(м²×ч×мм вод. ст.) является вредной, ибо она исключает потребный вентиляционный воздухообмен в квартирах…» [7]. И это написано 60 лет тому назад, когда об окнах из ПВХ еще и речи не было! В настоящее время герметизация современных оконных конструкций доведена до 0,3–0,6 м³/(ч × м² × мм вод. ст.), т. е. стала еще на порядок больше, чем об этом писал И. Ф. Ливчак в 1951 г. [7].

В настоящее время можно выделить несколько направлений решения задачи обеспечения регулируемого притока воздуха в жилых зданиях:

• применение различного рода проветривателей с периодическим открыванием створок оконных блоков – от простейших с ручным регулированием до автоматизированных с управлением процессами «открывания–закрывания» по таймерам или датчикам;
• применение приточных устройств с регулируемым (ручным или автоматическим) открыванием для децентрализованного притока в системах вентиляции с естественным или механическим удалением воздуха (в том числе гибридных систем вентиляции);
• применение механических систем вентиляции с децентрализованным или централизованным механическим притоком воздуха, рекуперацией тепла удаляемого воздуха и т. п.

В свою очередь, приточные устройства могут подразделяться:

• по месту расположения (оконные, стеновые),
• по способу установки (врезаемые в строительные конструкции или использующие межпрофильное пространство оконных блоков),
• по регулированию (с ручным или автоматическим регулированием),
• по способности гасить ветровые воздействия (с ветрозащитной планкой и без нее) и др.

Рисунок 4. Внешний вид некоторых оконных клапанов: а–в – оконные клапаны, врезаемые в створки или коробки оконных блоков; г – клапан, забор приточного воздуха в котором предусмотрен из-под коробки рольставен оконного блока; д – клапан в нижней части балконных дверей; е – клапан, врезанный непосредственно в остекление

На рис. 4, 5 приведены фотографии некоторых приточных устройств (так называемых клапанов), смонтированных в эксплуатируемых жилых и общественных зданиях ряда европейских стран (Германия, Франция, Италия, Швейцария и др.). Этот выборочный видеоряд свидетельствует о достаточно большом разнообразии применяемых устройств и понимании необходимости их применения даже в относительно мягком европейском климате. Это и оконные клапаны, врезаемые в створки или коробки оконных блоков (рис. 4, а–в), стеновые клапаны различного конструктивного решения (рис. 5, а–г) и их сочетания, например: клапан, забор приточного воздуха в котором предусмотрен из-под коробки рольставен оконного блока (рис. 4, г), и другие. Иногда встречаются несколько неожиданные варианты. Например, установка клапана в оконном откосе (рис. 5, д), врезка клапанов в нижнюю часть балконных дверей (рис. 4 д) или непосредственно в остекление (рис. 4, е, рис. 5, е).

Рисунок 5. Внешний вид некоторых стеновых клапанов: а–г – стеновые клапаны различного конструктивного решения; д – клапан, установленный в оконном откосе; е – клапан, врезанный непосредственно в остекление

Логично предположить, что в суровых климатических условиях РФ требования к конструктивным решениям и характеристикам приточных устройств, их размещению должны быть более обоснованными и продуманными.

Окончание статьи читайте в следующем номере.

Литература

1. Р НП АВОК 5.2–2012. Технические рекомендации по организации воздухообмена в квартирах жилых зданий. М.: АВОК-ПРЕСС, 2012.
2. СП 54.13330.2016. Здания жилые многоквартирные. Актуализированная редакция СНиП 31–01–2003. М., 2016.
3. СП 60.13330.2016. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха. Актуализированная редакция СНиП 41–01–2003. М., 2016.
4. СТО НП АВОК 2.1–2017. Здания жилые и общественные. Нормы воздухообмена. М.: ООО ИИП «АВОК-ПРЕСС», 2017.
5. СТО СРО НП СПАС 05–2013. Стандарт организации. Энергосбережение в зданиях. Расчет и проектирование систем вентиляции жилых многоквартирных зданий. Омск, 2014.
6. Ливчак И. Ф. Вентиляция многоэтажных жилых домов. М.: Госуд. изд-во архитектуры и градостроительства, 1951.
7. ГОСТ 30494–2011. Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях. М., 2011.
8. ГОСТ 26602.2–99. Блоки оконные и дверные. Методы определения воздухо- и водопроницаемости. М., 1999.
9. СП 50.13330.2012. Тепловая защита зданий. Актуализированная редакция СНиП 23–02–2003. М., 2012.