Ливчак и ф вентиляция многоэтажных жилых домов
В 1934 году профессор Б. М. Аше в предисловии к курсу «Отопление и вентиляция» [1] написал: «К сознанию необходимости вентилирования своих жилищ и общественных зданий человечество пришло значительно позднее, чем это было в отношении их отопления. Поэтому первые организованные системы вентиляции связаны с воздушными системами отопления, обеспечивающими подачу наружного воздуха и осуществлявшими таким образом и вентилирование помещений».
Одним из центральных вопросов всегда было определение количества наружного воздуха, которое следует подавать для вентилирования жилых зданий.
Впервые в России на законодательном уровне этот вопрос обсуждался на созданном в 1859 году особом «Комитете по рассмотрению различных систем вентиляции с целью применения средств к их усовершенствованию…» [2]. Для климатических условий России были рекомендованы следующие значения (на 1 чел. в час):
- в казармах — днем по 20, ночью по 30 м 3 ;
в тюрьмах строгого заключения — 30, обычного заключения — 40 м 3 ;
в спальнях учебных заведений (ночью) — 30 м 3 ;
в детских яслях воспитательных домов — 20 м 3 ;
в театрах и присутственных местах — 20 м 3 ;
в ватерклозетах — 30 м 3 на каждое место.
В 1949 году в заключении к статье действительного члена АМН СССР Л. К. Хоцянова и др. [3] приводится краткая сводка гигиенических параметров микроклимата и воздухообмена, которых необходимо придерживаться при устройстве систем отопления и вентиляции жилых помещений:
- температура воздуха помещений — 18—20 °С;
относительная влажность воздуха — 35—65 %;
подвижность воздуха — 0,1—0,15 м/с;
воздухообмен на человека — 25—30 м 3 /ч;
Сравнительно долго в советское время при проектировании жилых домов удерживались нормы ОСТ/ВСКХ-8231/66, из которых следовало: кратность воздухообмена в жилых комнатах — 0,5 об/ч, кухнях — 3,0 об/ч, ванных комнатах — 1,5 об/ч и уборных — 25 м 3 /ч. Полукратный обмен воздуха в жилых комнатах наблюдался, в частности, во многих наших испытаниях [4], а также указывался в американских источниках [5]. В [5] (с. 88, табл. 6.1) для жилых помещений (с окнами или наружной дверью с одной стороны) при средних условиях инфильтрации без учета подачи воздуха системами вентиляции приводилась кратность воздухообмена, равная 0,5 об/ч.
В последующие годы определение воздухообмена производится не по кратности, а по норме на человека в жилых комнатах и отдельно в кухнях и санитарных узлах. Таким образом, можно констатировать, что средний воздухообмен в жилых комнатах городских зданий, которые в подавляющем большинстве строились у нас при жилой площади на одного человека 10 м 2 и высоте комнаты в чистоте 2,7 м, составлял всего лишь 13,5 м 3 /ч на человека.
Причем, если учесть, что сейчас в нашей стране началось массовое применение более совершенных герметически закрывающихся окон (из алюминия и ПВХ), можно ожидать еще большего сокращения воздухообмена в жилых комнатах.
В СНиП 2.04.05-91* «Отопление, вентиляция и кондиционирование» рекомендуется объем притока в жилые здания в размере 3 м 3 /ч на м 2 площади жилых комнат. В московских городских нормах МГСН 3.01-96 «Жилые здания» предлагается подавать 30 м 3 /ч наружного воздуха на человека.
В стандарте НП «АВОК» «Здания жилые и общественные. Нормы воздухообмена» (2002) приводятся минимальные значения воздухообмена в квартирах — 3 м 3 /ч на м 2 площади жилых комнат при заселенности менее 20 м 2 общей площади на человека, а при меньшей плотности заселения — рекомендуется поддерживать кратность воздухообмена в квартирах дома на уровне 0,35 об/ч, но не менее 30 м 3 /ч на одного человека.
К этому следует добавить, что в многоэтажных жилых домах работа вытяжной вентиляции с естественным побуждением весьма неравномерна и зависит от многих факторов: ветра, высоты здания, принятой его планировки (квартиры со сквозным проветриванием и без него), воздухопроницаемости ограждающих конструкций.
Наиболее полно многообразие естественного воздухообмена и вентиляции многоэтажного жилого дома под действием всех влияющих на него факторов рассмотрено в [4], в последующих работах В. Е. Константиновой, М. М. Грудзинского, В. П. Титова и других авторов. Причем показывается, что в многоэтажных жилых зданиях инфильтрация (поступление наружного воздуха) оказывается выше в нижних этажах, а в верхних, при бездействии вытяжной вентиляции (что может иметь место), полностью отсутствует. Также инфильтрация будет выше с наветренной стороны и меньше со стороны заветренной, при определенных условиях на заветренной стороне инфильтрация может даже отсутствовать.
Работа вытяжной вентиляции при повышенных скоростях ветра (порядка 4—5 м/с и более), для обеспечения одинаковой инфильтрации наружного воздуха в заветренных и наветренных помещениях, должна создавать увеличенное разрежение в первом случае (доходящее до 1 мм вод. ст.) и уменьшенное разрежение и даже подпор во втором случае. При отсутствии такой регулировки в заветренных помещениях инфильтрация, а следовательно, и поступление свежего воздуха могут уменьшиться или полностью прекратиться. Таким образом, эффект работы вытяжной системы вентиляции весьма неравномерен и зависит от действия ветра и других факторов.
Вместе с тем количество вредных веществ, поступающих в жилые комнаты, особенно начиная со второй половины ХХ века, все время продолжает расти. Существенно увеличиваются концентрации вредных веществ в атмосфере [5], особенно возросли выбросы от выхлопных труб автомашин, хотя за рубежом почти все машины выпускаются сейчас с нейтрализаторами, имеющими КПД = 90 %. Если в помещении допускается курение, то воздухообмен рекомендуется увеличивать вдвое.
Имеются случаи выделения радона, он способен диффундировать через землю, подвальные стены и покрытия, соприкасающиеся с грунтом, содержащим радиоактивные материалы, а также с водой, поступающей в кухни и ванные комнаты. Установлено, что клеевые древесно-стружчатые плиты и вспененная мочевиноформальдегидная тепловая изоляция являются источником выделения вредных веществ. Кроме этого, такими источниками могут быть текстильные изделия, мебельный клей, фанера. Еще одним источником выделения вредных веществ является деятельность людей в помещениях. При использовании приборов для сушки волос выделяется асбест. Различные предметы домашнего обихода — ароматизаторы воздуха, мебельные лаки, краски, использующиеся в виде аэрозолей, также выделяют вредные вещества. Наконец, сам человек является источником выделения различных органических и неорганических веществ.
В связи с этим уменьшение количества вентиляционного воздуха, которое имеет место в многоэтажных жилых домах при вытяжной системе вентиляции с естественным побуждением, в настоящее время является неблагоприятным для здоровья проживающих в таких зданиях людей, особенно в холодном климате наших городов.
Выходом из этого положения является устройство в многоэтажных жилых домах организованной приточно-вытяжной вентиляции. Эта идея не является новой. Она была успешно реализована в Москве — устройством централизованной системы вентиляции в одной из секций 9-этажного жилого дома с однократным воздухообменом в жилых комнатах при работе как притока, так и вытяжки как на естественном, так и механическом побуждении [4], а также установкой квартирных агрегатов воздушного отопления с механическим побуждением приточного воздуха, предварительно нагретого в калориферах, встроенных в этот агрегат и питающихся от централизованной системы теплоснабжения [6].
Однако расширить внедрение этих решений не удалось, в основном вследствие некачественного оборудования и вынужденного увеличения расхода тепла из-за создания избыточной вентиляции по сравнению с существующей естественной.
Сегодня обстоятельства изменились. За рубежом разработан и широко внедряется новый эффективный противоточный агрегат с рекуператором теплоты, в котором наружный приточный воздух подогревается за счет теплоты уходящего вентиляционного воздуха (рис. 1).
Схема противоточного агрегата с рекуператором теплоты
И. Ф. Ливчак, профессор, доктор техн. наук;
А. Л. Наумов, канд. техн. Наук
Человек значительную часть своей жизни проводит у себя дома, и от того, насколько комфортна среда обитания, зависит его здоровье, работоспособность, продолжительность жизни. К сожалению, наша страна серьезно отстает от технически развитых государств и по продолжительности жизни, и по уровню здоровья населения.
Причиной неблагоприятного воздушно-теплового микроклимата в многоэтажных жилых домах в большинстве случаев является неудовлетворительно работающая система вентиляции.
С введением новых нормативных требований к теплозащите наружных ограждающих конструкций здания доля трансмиссионных потерь теплоты в тепловом балансе значительно снизилась и, соответственно, расход теплоты на нагрев наружного воздуха для вентиляции вырос и достигает 50—60 %.
Переход в массовом жилищном строительстве на герметичные окна со стеклопакетами наряду с положительными факторами, такими как уменьшение теплопотерь и улучшение акустических характеристик жилища, привел к ухудшению воздушного режима помещений с традиционными системами естественной вентиляции.
Старые окна в деревянных переплетах обладают в несколько раз большей воздухопроницаемостью, чем современные металлопластиковые конструкции со стеклопакетами. Полностью закрытые деревянные окна обеспечивают режим инфильтрации, близкий к нормативному уровню воздухообмена в квартирах, и только при низких наружных температурах возникает необходимость в заклеивании переплетов. Учитывая малый размер щелей в окнах и их большую протяженность, наружный инфильтрирующийся воздух быстро смешивается с конвективным потоком от отопительных приборов и не создает в большинстве случаев дискомфортных зон.
В современных зданиях при полностью закрытых окнах инфильтрация незначительна — на порядок ниже требуемого по нормативам воздухообмена.
Распространенные в Западной Европе окна с откидной фрамугой по всей высоте окна в наших условиях мало пригодны для комфортной естественной вентиляции, т. к. поток холодного наружного воздуха поступает в помещение с уровня нижней отметки окна сосредоточенно, не успевает нагреться конвективными потоками отопительного прибора и выхолаживает нижнюю зону помещения, создавая ощущения «сквозняка». Мощность конвективных потоков от отопительных приборов в современных зданиях примерно в 1,5 раза меньше, чем в старых домах. Это еще больше дискредитирует систему естественной вентиляции в современных зданиях.
К сожалению, в целом прогрессивные новые строительные требования к ограждающим конструкциям не были своевременно поддержаны изменением требований к системам вентиляции жилых многоэтажных зданий. Правда, в редакции СНиП 2.04.05-91* под термином «вентиляция» подразумевается воздухообмен «при средней необеспеченности 400 часов в году», что, по существу, снимает в большинстве случаев ответственность проектировщиков за качество принятых решений.
Попытки на верхних этажах зданий устанавливать бытовые вентиляторы в вытяжные проемы туалетов, ванных комнат, кухонь не привели к серьезному улучшению работы вентиляции, так же, как и устройство центральных систем вытяжной механической вентиляции. Из-за несбалансированности объемов приточного и вытяжного воздуха эти системы работают неустойчиво.
Регулирование объемов приточного воздуха с помощью открывания фрамуг стабилизирует работу системы вентиляции, но часто приводит к выхолаживанию нижней зоны помещений.
Более устойчиво работают системы центральной приточной механической вентиляции с вытяжной — естественной, но и они не лишены недостатков, связанных с ограничениями индивидуального регулирования воздухообмена и перерасходом тепла.
Сформулируем основные положения, которые, по нашему мнению, должны определять подходы к системам вентиляции многоэтажных жилых зданий:
- Система вентиляции — один из основных факторов инженерного обеспечения зданий, который определяет комфортность среды обитания и здоровье жителей.
- Расход теплоты на вентиляцию современных квартир соизмерим, а в ряде случаев превышает трансмиссионные теплопотери жилых зданий.
- Потребность квартир в вентиляции, связанная с режимом их эксплуатации (приготовление пищи, стирка, переменное количество людей в течение суток и др.), характеризуется широким диапазоном необходимого воздухообмена, меняющегося по отдельным помещениям квартиры в течение суток. Минимальный воздухообмен в квартире должен обеспечить удаление из помещений вредностей, выделяемых строительными конструкциями, отделочными материалами, мебелью и т. п. (радон, фенолформальдегиды и др.). Максимальный воздухообмен может быть принят по данным стандарта НП «АВОК» «Организация воздухообмена в квартирах многоэтажного жилого дома» (М., 2003). Потребная глубина регулирования воздухообмена в квартире в большинстве случаев находится в диапазоне 10—100 %.
- Жители должны иметь возможность контролировать и регулировать воздухообмен вне зависимости от гравитационного и ветрового перепада давления в квартире и снаружи.
- Движение воздуха в квартире должно быть организовано таким образом, чтобы направление потоков приточного воздуха из жилых помещений было направлено в зоны выделения вредностей на кухню, в ванные комнаты, туалеты. Интенсивность удаления воздуха из отдельных загрязненных зон не должна «опрокидывать» вытяжку из других. Например, включение надплиточного зонта на кухне не должно существенно снижать объем удаляемого воздуха в ванной комнате и туалете.
- Организация воздухообмена не должна приводить к ухудшению акустического режима и должна предусматривать меры как по защите от «городского» шума, так и от шума, генерируемого системами механической вентиляции.
Возможно ли, основываясь на этих положениях, реализовать экономичную систему вентиляции?
Практика европейских технически развитых стран, в т. ч. «холодных» скандинавских, а также первые пилотные проекты в России показывают, что у данной задачи есть современные решения.
Рассмотрим причины неустойчивости работы системы вентиляции и способы их устранения.
Направление и скорость ветра, температура наружного воздуха могут существенно изменять режимы работы традиционной системы естественной вентиляции квартир. Эти изменения могут соответствовать очень широкому диапазону: от «опрокидывания», когда вытяжные устройства начинают работать на приток, до увеличения воздухообмена по отношению к расчетному в 2—3 раза. Неустойчивость работы систем вентиляции, с одной стороны, может привести к воздушно-тепловому дискомфорту, с другой — к перерасходу тепловой энергии.
Нарушения режима работы системы вентиляции связаны с изменениями перепада давления воздуха снаружи и внутри квартиры.
Возможно ли обеспечить стабильный воздухообмен в квартире при изменении перепада давления воздуха?
Рассмотрим зависимость, определяющую массовый расход воздуха G через отверстие площадью F при перепаде давления DР:
29 Мар 2019 admin 19