Введение
Использование воздушных клапанов для естественной системы вентиляции предполагает наличие притока наружного воздуха через них в жилые помещения квартиры. Приточный воздух имеет температуру, скорость, расход, что хорошо изучено и решено для механической системы вентиляции, где, в частности, имеет место подогрев воздуха до требуемой температуры. Такой же подход по подогреву приточного воздуха для естественной системы вентиляции не подходит или же должен быть заново сформирован и продуман. Замена мелких микроструй по большому периметру окна плоской активной струёй приведёт к выхолаживанию помещения с ухудшением качества параметров микроклимата.
В качестве приточного элемента для естественной системы вентиляции за последние 25 лет проводился поиск воздушных клапанов, пропускающих в помещения квартиры свежий воздух в требуемом объёме. Воздушный клапан для притока воздуха в помещения при естественной системе вентиляции является элементом аэродинамической системы от наружного воздуха, поступающего в помещения до устья вентиляционного канала, выходящего на кровлю здания. Изучение работы воздушного клапана в помещении здания невозможно без учёта аэродинамики помещения [1] и влияния воздушно-теплового режима помещения и здания [2]. Воздушный и тепловлажностный режимы помещения [3], определяющие качество микроклимата в помещениях, зависят от количества приточного воздуха и параметров его при поступлении в помещение. Количество и качество поступающего в помещение приточного воздуха определяют параметры газового режима помещений [4], что связано с постоянно действующей системой вентиляции, нарушение работы которой связано с нарушением санитарногигиенических требований к параметрам микроклимата помещений, влияющих на безопасность человека.
Движение холодного воздуха через наружную ограждающую конструкцию приводит температурно-влажностный режим в ней в сложное состояние [5], связанное с конденсацией, замораживанием и оттаиванием водяного пара, что в ряде случаев преодолевается формированием тепловой защиты на основе современных фасадных конструкций [6].
Для обеспечения работы естественной вентиляции применяются воздушные клапана, которые врезаются в верхнюю часть оконного профиля в центре выше стеклопакета. При данном подходе образуется струя холодного воздуха, поступающего в помещение, которая с помощью конструкции воздушного клапана поднимается вверх помещения и в зависимости от скорости и температуры в струе развивается в помещении, затухая и приобретая температуру, равную температуре внутреннего воздуха.
Вопрос заключается в том, какова будет скорость воздуха и его температура в расчётном режиме холодного периода года и не приведёт ли данная технология к увеличению теплопотерь и к дискомфорту в помещениях квартиры?
Экспериментальные исследования
Проведены исследования работы воздушных клапанов, установленных в переплёт ПВХ-окон в квартире на десятом этаже 16-этажного жилого типового дома в городе Москве. Производительность по расходу приточного воздуха таких клапанов регулируется рычажком, который в ручном управлении можно перемещать вверх-вниз. Исследования проводились при температуре наружного воздуха 0 °C и при скорости ветра 3 м/с. Измерения проводились в помещениях квартиры, где были установлены воздушные клапана (кухня и две комнаты площадью 17,8 и 13,2 м2), газоизмерительным прибором testo 435-4.
Измерения показали, что расходы приточного воздуха через открытые воздушные клапана в три помещения квартиры близки, что говорит о равенстве значений ветрового и гравитационного давлений для каждого из помещений, находящихся на одном уровне по высоте здания. Суммарный расход воздуха равен 63,4 м3/ч — это меньше требуемого минимального воздухообмена (110 м3/ч) для квартиры с электрической плитой и раздельным санузлом, что составляет около 58 %, следовательно, систему естественной вентиляции можно считать работающей неудовлетворительно.
Перепад давлений между наружным и внутренним воздухом составил 29 Па. Определены характеристика сопротивления воздушного клапана и расходы воздуха при разных температурах наружного воздуха, результаты расчётов показаны на рис. 1 и 2, где давление воздуха — это сумма ветрового и гравитационного давлений на уровне десятого этажа здания.
Выводы
Проведённые исследования показали, что требуемый воздухообмен при различных температурах наружного воздуха не достигается. Для достижения требуемого воздухообмена необходимо большее значение площади живого сечения воздушного клапана. Температура приточного воздуха находится в диапазоне 1,2-1,5 °C, что слишком мало для удержания данной струи от падения под действием гравитационных сил в рабочую зону помещений, а возможность для быстрого нагрева данного количества воздуха системой отопления отсутствует. Поступление приточного воздуха в рабочую зону помещений ограничено для подвижности воздуха величиной не более 0,2 м/с и разностью температуры между воздухом помещения и струи не более 0,5 °C.
Замеренные скорости приточного воздуха слишком велики, что приведёт к выхолаживанию квартиры и неблагоприятному сочетанию параметров микроклимата в помещениях.
Работа по повышению энергетической эффективности инженерных систем [7], формирующих микроклимат в помещениях, имеет важное значение для жилых зданий, так как влияет на экономику жилищно-коммунального хозяйства, а режимы работы естественной системы вентиляции многоквартирных зданий требуют дополнительного изучения [8].
Рассмотренная конструкция воздушного клапана не подходит для применения в климатических условиях Российской Федерации, возможно, за исключением южных регионов.
