Современные системы естественной вентиляции в жилищном строительстве
В жилых зданиях массовой застройки традиционно выполняется естественная вытяжная вентиляция. Однако, устойчивость ее работы зависит от множества факторов, влияние которых часто отрицательно сказывается на качестве внутреннего воздуха. Следует отметить, что не всегда выдерживается требование наличия форточки в узкой створке, либо поворотно-откидного механизма в узкой створке, либо, при необходимости, шумозащитного клапана. Низкое качество заделки междуэтажных строительных отверстий и швов, а также неплотности входных дверей в квартирах снижают эффективность работы вентиляции на 15-30%. Неплотности в блоках вентиляционных каналов, их засоренность делают вытяжку в ряде случаев вообще неработоспособной.
Если же вытяжная вентиляция неудачно спроектирована, или засорена, или незаконно реконструирована, то ситуация с обеспечением требуемого воздухообмена становится почти безнадежной. Плесневые поражения на стенах, повышенная влажность в помещениях вызвана, кроме повышенной герметичности окон, еще и тем, что в новых условиях строительные организации строят и сдают жилые дома в сжатые сроки, и жильцы заселяют квартиры, в которых еще год-два «влажные» стены. Для создания нормального микроклимата в таких квартирах необходимо интенсивное проветривание помещений, а иногда и просушка стен. Проектные решения проветривания за счет открытых форточек, фрамуг, поворотных или откидных створок существенно снижают теплоэффективность оконных конструкций и комфортность проживания.
Применение синтетических отделочных материалов в жилых зданиях, распространение пылевых клещиков в квартирах также приводят к снижению качества внутреннего воздуха и повышают требования к вентиляции. Увеличенная запыленность наружной атмосферы вызывает необходимость очистки приточного воздуха.
К недостаткам естественной вентиляции следует отнести и то, что она плохо согласуется с современными требованиями энергосбережения. При установке терморегуляторов на отопительных приборах, появилась реальная возможность экономии теплоты в системе отопления. При этом, от 30 до 75 % установленной тепловой мощности системы составляет потребность в теплоте на нагревание вентиляционного воздуха. Энергосбережение было бы эффективнее, если бы вентиляция могла работать с переменным расходом воздуха. Организовать такое регулирование при естественной вентиляции практически невозможно.
Оборудование жилых зданий приточными системами вентиляции происходит значительно реже, чем механическими вытяжными, так как это существенно удорожает проект за счет стоимости самой системы, места для приточной установки и площадей, необходимых для прокладки воздуховодов. Преимуществом механических приточных систем является гарантированная подача расчетного расхода приточного воздуха в каждую квартиру, возможность обеспечения приточного воздуха и уменьшения аллергических заболеваний, возможность воздухораспределения, исключающего дутье вне зависимости от погодных условий на улице, возможность энергосбережения за счет утилизации теплоты удаляемого воздуха для нагрева приточного. К недостаткам, кроме дороговизны, следует отнести ухудшение ионного состава воздуха помещений, затраты электроэнергии на перемещение приточного воздуха, возможные дополнительные теплопотери в вентиляционной камере и воздуховодах.
Обычно устанавливается не менее двух приточных систем на здание. При возможности воздухозабора из зеленой зоны, приточная камера размещается в подвале. Если же в нижней части чистый воздух забрать не представляется возможным, то она устанавливается на верхнем техническом этаже.
Приточные металлические воздуховоды - стволы со «спутниками» - располагаются в технических шахтах внутри квартиры, из которых выполняется раздача приточного воздуха непосредственно в комнаты. При этом, разводка приточных воздуховодов осуществляется за подшивным потолком внутриквартирного холла. В высоких зданиях на каждую зону по высоте в 10-12 этажей проектируются самостоятельные стволы приточных воздуховодов. Зимой приточный воздух подается подогретым до температуры 20°С, летом - наружный. Кроме того, в приточной камере воздух фильтруется в сухих фильтрах типа EU 5, EU 6. Вентилятор приточной системы подбирается с учетом располагаемого давления, необходимого для присоединения внутриквартирной вентиляционной сети.
Применение механической приточной системы предполагает, как правило, использование также механической вытяжной вентиляции с крышными вентиляторами. Наличие механической приточно-вытяжной системы делает возможным утилизацию теплоты отработанного воздуха. Применение системы вентиляции с пластинчатым рекуперативным теплообменником в условиях средней полосы России в самые пики морозов требует предварительного подогрева приточного воздуха, во избежание замерзания конденсата в тракте вытяжного воздуха. Известны схемы с поквартирными приточно-вытяжными системами и утилизацией теплоты, где предварительный подогрев притока осуществляется индивидуально, небольшими электрокалориферами. Имеется положительный опыт применения таких систем в малоэтажных зданиях.
При механической вытяжной вентиляции и, особенно, с приточными клапанами, ограничивающими пропуск воздуха, следует обратить внимание на плотность квартирных дверей. Большая воздухопроницаемость дверей порождает проблему перетекания отработанного воздуха из квартир нижних этажей по лестничной клетке в квартиры верхних этажей, в результате чего, даже при хорошо работающей вытяжной вентиляции, приток свежего воздуха значительно сокращается. В зданиях с односторонним расположением квартир эта проблема усугубляется возможностью горизонтального перетекания из квартир с наветренной стороны в квартиры подветренного фасада.
СНиП «Строительная теплотехника» предъявляет к входным дверям квартир требование высокой герметичности, обеспечивающей воздухопроницаемость не более 1,5 кг/(ч´м2), что практически должно отсечь квартиру от лестнично-лифтовой шахты. В реальных условиях это требование, как правило, не выполняется. При естественной вентиляции норму плотности дверей можно было бы даже снизить. При механической вытяжке в квартирах создаются большие разрежения, и подсос через неплотные двери не исключен.
Попытка избежать недостатков централизованной приточно-вытяжной системы вентиляции привела к разработке децентрализованной поквартирной приточно-вытяжной системы с утилизацией теплоты. Эта система обладает следующими преимуществами:
- постоянное вентилирование всего жилого пространства;
- относительная влажность воздуха в помещении не превышает 45%;
- благодаря двукратной фильтрации обеспечен подвод чистого воздуха;
- экономия теплоты за счет утилизации доходит до 20%.
Так называемая система «System Airaterm» позволяет плавно регулировать воздухообмен, учитывая также солнечное излучение и скорость ветра, достигая теплового коэффициента полезного действия 66-80%, и обеспечивая влажность в помещении на уровне 45-55%. При поступлении воздуха с расходом 34 м3/ч, уровень шума составляет 21 дБА (практически неслышен). При расходе 60 м3/ч уровень шума - 32 дБА (тихий шелест листьев), а при расходе 80 м3/ч - 39 дБА (шум вентилятора компьютера). Подобного рода системы с утилизацией уже успешно работают в Германии в пяти- и десятиэтажных зданиях.
Основной принцип состоит в том, что впервые для каждой квартиры устанавливается устройство вентиляции и удаления воздуха со встроенным теплообменником. Это означает, что каждая квартира получает свое «вентиляционное оборудование». Наряду с установкой устройств вентиляции, необходимо обеспечить быстрый подвод приточного и удаление отработанного воздуха. Этой цели служат раздельные вертикальные шахты, которые проходят через все жилые этажи. Крупноразмерные детали системы (устройства вентиляции, шахты подвода приточного воздуха и отвода отработанного воздуха) расположены в санитарной шахте, между кухней и ванной комнатой. Помимо высокоэффективного теплообменника, вентиляционное устройство снабжено так называемым вентиляторным боксом, через который в теплообменник всасывается отработанный воздух и пропускается приточный воздух под давлением по принципу противотока. При близком прохождении обратно направленных потоков воздуха, распределенных по малым каналам, приточный воздух отнимает у отработанного воздуха до 93% тепла (коэффициент полезного действия).
Составной частью вентиляционного устройства являются внутренние фильтры, которые, в целях защиты теплообменника, фильтруют как приточный, так и отработанный воздух. Отработанный воздух жилых помещений через клапаны всасывается в кухню и ванную комнату, которые, в свою очередь, оснащены дополнительными фильтрами. После прохождения через теплообменник, отработанный воздух направляется в центральную шахту, которая через крышу выводит его наружу.
Поскольку приточный воздух перед прохождением через вентиляционное устройство также пропускается через внешний фильтр в центральной шахте приточного воздуха, очевидно, что и этот воздушный поток подвергается двукратной фильтрации. «Подогретый» свежий воздух по плоским (ящичным) каналам распределяется, преимущественно, в холле и, по так называемым соплам дальнего выбрасывания, вдувается в каждую комнату квартиры. В холле необходимые для распределения воздуха плоские каналы должны «кэшироваться» подвесным потолком. В зависимости от расположения теплообменника в шахте, требуется наличие смотровой двери в ванной комнате или в холле.
В связи с необходимостью размещения в санитарно-технической шахте, эта установка особенно пригодна для использования в новостройках и при полной реконструкции/модернизации с санацией трубопроводов. В первую очередь, следует назвать следующие положительные стороны используемой системы, улучшающие качество жилья:
- постоянное, соответствующее нормам, вентилирование всего жилого пространства и удаление из него воздуха;
- избежание/недопущение вредных последствий конденсации в областях тепловых мостиков, поскольку относительная влажность воздуха лежит ниже 45%;
- максимальная шумовая защита зданий благодаря герметичным конструкциям окон;
- благодаря двукратной фильтрации обеспечен подвод чистого воздуха (возможны противопыльцевые фильтры «Pollenfilter»).
Сравнение с другими технологиями, которые предусматривают меры по понижению выброса СО2, показывает, что «рекуперация теплоты» по отношению к термическим солярным установкам, фотогальваническим (фотоэлектрическим) установкам, может рассматриваться как значительно более экономичная. Соотношение между сэкономленной энергией и инвестиционными затратами при вентиляции и удалении воздуха с децентрализованной (относящейся к квартире) рекуперацией теплоты в 6-10 раз благоприятнее соответствующих показателей у вышеназванных технологий.
Проблемы удаления отходов, существующие при использовании фотогальванических установок (тяжелые металлы, такие как кадмий, свинец и др.), не возникают после истечения срока службы установок с рекуперацией теплоты. При температурах наружного воздуха от -10,5°С только благодаря эффекту регенерации этот воздух согревался отходящей теплотой до температуры 17,1°С. При этом температура отработанного воздуха составляла 19,0°С. Анализ накопленных за последнее время данных указывает на перерасход тепла порядка 25 % на объекте без установки с рекуперацией теплоты.
Сравнение наших норм воздухообмена с нормами Германии показывает, что для небольших квартир наши нормы более жесткие, так как нижнюю границу воздухообмена они не опускают ниже 110-140 м3/ч. В то же время, по немецким нормам в квартирах до 50 м2 общей площади требуется расход воздуха, равный 60 м3/ч, а в квартирах 50-80 м2 - 90 м3/ч. Некоторые специалисты предлагают считать норму притока базовой, а норму вытяжки - пиковой. Тогда российские и германские нормы будут ближе. Однако, принятие этого предложения возможно только при регулируемой вентиляции, что, как было сказано выше, легче осуществить при механической системе.
В материалах Международного семинара, организованного Правительством Москвы, Представительством программы ТАСИС и ОАО «Сантехпром», предлагалось проектировать вентиляцию, способную работать в двух режимах: в базовом и пиковом, с временно повышенным расходом над базовым. Причем, при базовом режиме воздухообмен должен составлять 0,4-0,5 кратности объема квартиры или 20-30 м3/ч на человека, а в пиковом потребительском режиме - не менее 0,8 кратности и более 30 м3/ч на человека. Такая система может обеспечить достаточную вентиляцию всех квартир с соблюдением качества воздуха. Долголетние наблюдения в Западной Европе показали, что росту грибовидной плесени способствуют не только очень низкая температура наружного воздуха, но, прежде всего, температуры воздуха между 8 и 18°С. Причиной их роста является высокое содержание влаги при одновременном уменьшении вентиляции вследствие сокращения термического перепада давлений.
Сказанное выше лишь в незначительной степени показывает необходимость корректировки действующих сегодня норм.
С. И. Прижижецкий, МНИИТЭП, Россия
журнал "Ценообразование и сметное нормирование в строительстве" № 8