Приточные вентиляционные устройства - обзор некоторых решений и результаты испытаний

В качестве предисловия

Обеспечение воздухообмена в зданиях с современными светопрозрачными конструкциями до сих пор остается камнем преткновения для большинства оконных компаний.

О взаимосвязи влажности воздуха с воздухообменом помещений, температурой точки росы, причинах появления конденсата на остеклении и т.п. 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. Более того, стали появляться судебные иски к строительным компаниям в связи с нарушением работы систем естественной вентиляции жилых зданий в целом («опрокидывание» вытяжных вентиляционных каналов с поступлением в квартиры наружного холодного воздуха). Основные причины - та же герметичность светопрозрачных конструкций.

К сожалению, большинство оконных компаний продолжают работать так, как будто этих проблем не существует, уповая на то, что либо жильцы сами разберутся, либо подстраховываются «инструкциями» о необходимости проветривания помещений через каждые 1,5 - 2 часа. Ни у кого не вызывает сомнений утверждение, что человеку для нормальной жизнедеятельности нужен свежий воздух. И если надеть на человека полиэтиленовый мешок, то ему неизбежно будет душно и влажно. Однако провести аналогию и перенести этот пример на здание или отдельную квартиру с герметичными окнами и входными дверями почему-то удается далеко не всегда. Сказывается как инерционность мышления - «...со старыми окнами этих проблем не было - не будет их и с новыми», так и недостаточность информации по результатам наблюдений за эксплуатационным состоянием приточных вентиляционных устройств - «. промерзают, покрываются льдом, не приспособлены для наших климатических условий.» и т.п.

В данной статье сделана попытка обратиться не столько к разъяснению физики процессов (по большому счету все уже понятно), сколько к здравому смыслу, основываясь на европейском и отечественном опыте применения приточных устройств и результатах эксплуатации некоторых из них в достаточно суровых климатических условиях Западной Сибири.

Статья не носит научного характера и предназначена для менеджеров, технического персонала и руководителей строительных и оконных компаний.

Нужна ли приточная вентиляция?

Согласно медицинской статистике большинство людей не могут прожить без дыхания более 5 минут. То есть воздух, которым все мы дышим, является одним из важнейших факторов жизнедеятельности. И, соответственно, отношение к этому фактору должно быть не менее ответственным, чем к продуктам питания или воде. Но это в теории. На практике, внимание к качеству воздуха, как правило, иное. И мысли о том, что все же необходим какой-то организованный приток воздуха появляются лишь тогда, когда в квартире с новыми окнами становится душно, на подоконниках наблюдаются лужицы конденсата, в углах наружных стен - плесень и т.п. Если обратиться к истории отопительно-вентиляционной техники, то можно отметить, что ранее (скажем сто и более лет тому назад) вопрос о приточной вентиляции в жилых зданиях не стоял в принципе, поскольку применяемые ограждающие конструкции обладали достаточно высокой воздухопроницаемостью, а печное отопление обеспечивало гарантированный воздухообмен отапливаемых помещений за счет удаления воздуха вместе с продуктами сгорания через дымовые каналы.

Однако надо отметить, что уже и в те годы для общественных зданий с большим скоплением людей (больницы, казармы, так называемые присутственные места) предлагались и применялись приточные системы естественной вентиляции. На рис.1 приведена схема приточной вентиляции, применявшаяся еще в позапрошлом столетии (!) для организованного притока воздуха в общественных зданиях [1]. Постепенная замена и переход от печного отопления к цен¬тральным системам водяного или парового отопления поставили вопрос об устройстве в жилых зданиях специальных вытяжных вентиляционных каналов - для удаления загрязненного воздуха. При этом такие каналы первоначально начинали размещать в жилых комнатах. Но перетекание загрязненного воздуха из кухонь, санузлов и соответственно ухудшение качества воздуха в жилых комнатах обусловило перемещение каналов в уборные, кухни и кладовые (как это и регламентируется строительными нормами и правилами в настоящее время). И на этом этапе необходимость применения специальных приточных устройств, вследствие высокой воздухопроницаемости окон, отсутствовала.

Попытки применения подоконных клапанов, например, в 60-х годах прошлого столетия (см. рис.2), различного типа шумозащитных оконных клапанов широкого распространения не получили. Более того, в процессе эксплуатации эти клапаны были либо демонтированы, либо заделаны (заткнуты тряпками и зашпаклеваны) самими жильцами - опять же вследствие высокой воздухопроницаемости применявшихся в то время оконных блоков. По этой же причине каждую осень окна «заклеивали» (дополнительно герметизировали), чтобы при ветре в помещения не поступало слишком много воздуха. В течение нескольких десятилетий отечественные строители и ученые боролись за повышение герметичности оконных блоков - с тем, чтобы уменьшить неконтролируемый приток воздуха и соответственно затраты на его нагрев. Прорабатывались различные решения уплотнения оконных притворов - шерстяным шнуром, полиуретановыми прокладками, установкой стекол на герметик и т.п. И сегодня можно констатировать, что наконец-то получилось (пусть и за счет заимствования западных технологий и конструктивных решений) - через окна не дует! И даже при сильном ветре! Но появились проблемы с влажностью воздуха и вентиляцией помещений.

Справедливости ради надо отметить, что ведущими специалистами в области отопления и вентиляции еще в 50-г. 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...» [2].

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.) - то есть стала еще на порядок больше. И стоит ли удивляться появлению проблем с вентиляцией? Другой вопрос в этой связи - а сколько воздуха нужно подавать в жилые помещения? И когда подавать? Если опять обратиться к истории, то еще в 70-х годах позапрошлого столетия известным ученым того времени И.Флавицким назывались цифры 25-27 м3/ч на человека. И за прошедшие годы эти цифры практически не изменились. СНиП 41-01-2003 [3] устанавливает минимальный воздухообмен 30 м3/ч на человека. Аналогичные цифры приводятся и в стандарте АВОК [4]. Необходимо обратить внимание, что в СНиП 31-01-2003 [5] и стандарте АВОК [4] величина требуемого воздухообмена увязывается с режимом эксплуатации помещений. В частности, согласно [5] кратность воздухообмена в жилых комнатах устанавливается - в режиме обслуживания не менее n = 1, в нерабочем режиме - n = 0,2.

То есть, при наличии в помещении людей система вентиляции квартиры должна обеспечивать, как минимум, требуемый воздухообмен из расчета - 30 м³/ч на человека, в нерабочем режиме - дежурный воздухообмен. Например, для трехкомнатной квартиры в которой проживают четыре человека, система вентиляции должна обеспечивать в режиме проектной эксплуатации ~120 м³/ч, при отсутствии людей ~ 40 м3/ч. Но никак не полную герметичность помещений!

В этой связи надо еще раз обратить внимание на то, что оконные блоки с различного рода системами «самовентиляции», «микропроветривания», «кондиционирования» и т.п. с расходом воздуха 2-4 м3/ч не в состоянии обеспечить даже дежурный воздухообмен.

Следует отметить и тот факт, что проблемы с повышенной влажностью воздуха и конденсатом на остеклении встречаются далеко не во всех квартирах. Связано это с режимом эксплуатации помещений, частотой проветривания, размерами квартир и их инерционностью (более детально физика этих процессов рассмотрена в СК №3, 2008). Но ухудшение качества воздуха в помещениях с герметичными окнами наблюдается практически повсеместно. И соответственно решения по организованному притоку воздуха должны предусматриваться как при новом строительстве, так и при замене окон в отдельных квартирах.

Что применяется - обзор ряда приточных устройств

На рис.3, рис.4 приведены фотографии некоторых приточных устройств (так называемых клапанов), смонтированных в ряде эксплуатируемых жилых и общественных зданий Германии, Франции, Бельгии, Италии.

Эта «коллекция» не собиралась специально и никоим образом не претендует на полноту обзора. Однако даже такой выборочный видеоряд свидетельствует о достаточно большом разнообразии применяемых устройств, понимании необходимости их применения даже в мягком европейском климате, причем иногда даже в несколько неожиданных сочетаниях. Это и оконные клапаны, врезаемые в створки или коробки оконных блоков (рис.3 а, б, в), стеновые клапаны различного конструктивного решения (рис.4 а,б,в), и их сочетания, например клапан, забор приточного воздуха в котором предусмотрен из под коробки рольставен оконного блока (рис.3 г ).

Казалось бы, зачем на юге Германии, в Париже, Ницце или Милане устанавливать какие-то клапаны, если в любое время года можно легко открыть форточку или створку окна. Климат это позволяет. Но факты свидетельствуют - устанавливают и при новом строительстве и при ремонте. В некоторых случаях «самодеятельность» буквально бросается в глаза. Например, при установке клапана в наружной стене (см. рис.4, б), врезке клапанов в нижнюю часть балконных дверей (см. рис.3 д). А чего стоит клапан, врезанный непосредственно в остекление (см. рис.4, г). В этот же ряд можно поместить и приточно-вытяжную установку офисного помещения, воздухозаборные и воздуховыпускные отверстия которой врезаны в остекление (см. рис.4 е).

Логично предположить, что в более суровых климатических условиях РФ с отопительным периодом более полугода, где и оконную створку-то далеко не всегда можно держать приоткрытой, тем более разумно и необходимо применять устройства для регулируемого притока воздуха.

Но, к сожалению, в оконных компаниях отношение к приточным устройствам очень настороженное. Основная мотивация - не адаптированы к нашим условиям, «обмерзают», «забиваются льдом» и т.п.

Обмерзают ли приточные клапаны

В одной из публикаций по данной теме [6] высказывались со¬мнения по поводу возможности обеспечения требуемого воздухообмена помещений за счет оконных клапанов, и утверждалось, что подобные устройства «...если воздушный клапан открыт, то при отсутствии подогрева воздуха клапан покрывается шапкой льда..» (при этом надо отметить, что из материалов статьи непонятно о каких клапанах идет речь). Никоим образом, не ставя под сомнение компетентность авторов [6] и полученные ими результаты, представляется необходимым привести другие результаты испытаний и наблюдений за эксплуатационным состоянием некоторых типов оконных и стеновых клапанов в условиях Западной Сибири. В том числе и при морозах ниже минус 30 оС. В частности, оконных клапанов EMM 3-30 фирмы «Aereco», стеновых клапанов «СВК В-75» и «КИВ-125». Внешний вид этих клапанов «в деле» приведен на рис.5.

Результаты определения расхода воздуха через эти клапаны представлены на рис.6. Эти данные получены при проведении испытаний в лабораторных условиях по методике ГОСТ 26602.2-99. Надо отметить, что аналогичные результаты были получены и в натурных условиях при фактических перепадах давлений и определении расходов воздуха с применением специального диффузора, анемометра АСО-3 и микроманометра ММН-240.

Как видно из результатов испытаний, при перепаде давлений 10 Па расход воздуха через все клапаны приблизительно одинаков и составляет 25 - 28 м3/ч. Естественно, что при уменьшении перепада давлений расход уменьшается, при увеличении перепада - возрастает.

А поскольку в реальных зданиях фактические перепады давлений могут изменяться в очень широких пределах (величина AP зависит от этажа, температуры наружного воздуха, скорости и на¬правления ветра и др.), соответственно в достаточно широких пределах может изменяться и расход приточного воздуха. И в этой связи очень важным представляется наличие в клапанах конструктивных элементов, обеспечивающих возможность автоматического регулирования расхода воздуха с учетом эксплуатационных условий. Например, в клапанах EMM фирмы «Aereco» это происходит автоматически по мере снижения относительной влажности воздуха и прикрытия заслонки, в стеновых клапанах «СВК В-75», оконных клапанах «VentAir» - за счет ветрозащитной планки, перекрываю¬щей сечение для прохода воздуха при увеличении его скорости.

Что касается обеспечения требуемого воздухообмена через клапаны, то в системах естественной вентиляции этот вопрос необходимо обязательно решать в увязке с вытяжной системой вентиляции. И здесь и не стоит ожидать «чудес», поскольку если нет со¬ответствующего перепада давлений, то не будет и требуемого воздухообмена. Но в любом случае, для того чтобы системы вентиляции с естественным побуждением работали, нужен приток. Другой немаловажный вопрос - температурный режим в при- оконной зоне и обмерзание приточных клапанов.

На рис.7, рис.8. представлены результаты замеров распределения температур воздуха в приоконной зоне с установленными клапанами EMM 3-30 фирмы «Aereco» и «СВК В-75», проводившихся в условиях эксплуатируемых квартир при температуре наружного воздуха text = - 27,6 + -25,4оС. Следует отметить, что и в этом плане ожидать от приточных клапанов чего-то особенного не стоит - наружный холодный воздух заходит в помещение холодным (с температурой близкой к температуре наружного воздуха, если, конечно же, в клапане не предусмотрены какие-либо нагреватели). Более того, приточный воздух понижает температуру и прилегающих ограждающих конструкций. Изотермы, представленные на рис.7, рис.8, наглядно это подтверждают. Но будет или не будет происходить выпадение конденсата и образование изморози на самом клапане и прилегающих конструкциях зависит от ряда факторов: места расположения клапана, его конструктивного решения, аэродинамики приточной струи, условий смешивания с влажным воздухом помещения, расхода при¬точного воздуха и др. О требованиях к конструктивным решениям и особенностях температурного режима приточных устройств в этом плане неоднократно писал в своих публикациях Б.И.Бутцев [7].

В частности. Если приточный воздух равномерно поступает в верхнюю часть приоконной зоны, не создавая застойных зон и не допуская подтока более влажного воздуха из помещения к охлажденным поверхностям клапана, оконным откосам или остеклению, то в приоконной зоне выпадения конденсата или наледей не происходит. И даже на оконном клапане. Этот вывод подтверждается более чем трехлетними наблюдениями за клапанами EMM 3-30, установленными в трехкомнатной квартире 9-тиэтажного жилого дома серии 90 (г.Омск). Причины простейшие - влагосодержание приточного воздуха настолько мало, что в приоконной зоне создается область с пониженной относительной влажностью (по замерам - в пределах 10¬15%, особенно при наличии штор), что практически исключает условия выпадения конденсата, как на самом клапане, так и остеклении. При этом относительная влажность воздуха в жилых помещениях составляет ~ 30 - 40%.

Иная ситуация может наблюдаться, если аэродинамика приточной струи такова, что при входе воздуха образуются застойные зоны или воздух из помещения притекает к охлажденным поверхностям. В этом случае появления изморози или сосулек практически неизбежно, что и наблюдается иногда даже на оконных блоках в местах их локального продувания. Соответственно устанавливать подобного рода клапаны необходимо в верхней зоне оконного блока, с учетом размещения отопительного прибора.

В стеновых клапанах типа «КИВ -125» создание «облака» приточного сухого воздуха вокруг оголовка, обеспечивается за счет расположения приточных отверстий по всему периметру. Эти клапаны также следует размещать в верхней зоне помещений, но уже исходя из соображений уменьшения влияния холодных ниспадающих потоков воздуха на температурный режим приоконной зоны. В клапанах типа «СВК В-75», устанавливаемых под подоконниками над отопительными приборами, подогрев приточного воздуха дополнительно осуществляется за счет его смешивания с конвективными потоками теплого воздуха от отопительных приборов.

Следует отметить, что при температурах наружного воздуха ниже минус 30 оС и на этих клапанах возможно появление изморози. В частности, при низких температурах наружно¬го воздуха узкие полоски инея отмечались на клапане «EMM 3-30» - в его нижней части в месте сопряжения с проставочным элементом, на клапане «СВК В-75» - в виде продолговатых линз на лепестках приточной решетки (в местах завихрений приточной струи), на клапане «КИВ-125» - в виде «пятна» на центральной части оголовка. При повышении температуры наружного воздуха (до - 20 оС -15 оС) эта изморозь исчезала (испарялась за счет сублимации) без образования капелек конденсата.

Заключение

Подводя итог вышеизложенному можно констатировать: - приточные клапаны в настоящее время представлены достаточно широкой линейкой и обеспечивают возможность выбора с учетом дизайна помещений, конструктивных решений оконных блоков, стадии строительства (или ремонта) и др.; - эффект от применения приточных клапанов очевиден и подтвержден их успешной эксплуатацией в жилых и общест¬венных зданиях ряда городов Западной Сибири; - эффективность применения клапанов зависит от их конструкции, места размещения и правильности установки, состояния систем вентиляции квартиры и здания в целом; клапаны не гарантируют решения всех проблем, но являются необходимым элементом, без которого выполнение требований действующих строительных норм и правил по обеспечению требуемого воздухообмена практически невозможно.

Литература

1. Щекин Р. В. и др. Справочник по теплоснабжению и вентиляции в гражданском строительстве. - Киев, Гос- стройиздат УССР, 1962. - 1020 с.
2. Ливчак И.Ф. Вентиляция многоэтажных жилых домов. - М., Государственное издательство архитектуры и градостроительства, 1951. - 172 с.
3. СНиП 41-01-2003. Отопление, вентиляция и кондиционирование.
4. Стандарт АВОК. Здания жилые и общественные. Нормы воздухообмена. - М. : АВОК-ПРЕСС, 2002. - 16 с.
5. СНиП 31-01-2003. Здания жилые многоквартирные.
6. Рымаров А.Г., Смирнов В.В., Зинченко Д.Н. Особенности работы воздушных клапанов в окнах в квартире жилого здания в холодный период года //Сантехника, отопление, кондиционирование. - №8, 2008. - С.86- 87.
7. Бутцев Б. И. Приточные устройства - достойное дополнение к герметичным окнам// СК. - №3, 2000. - С.34 - 36.

Вклад участников

Кривошеин А. Д., к.т.н., руководитель ИЦ «Стройтест-СибАДИ», Нагорный В.С., директор АНО «Омскстройсертификация», г.Омск