2.3. Оптимальный воздухообмен
Естественная вентиляция жилища нелогична, если исходить из современных представлений о комфорте и об энергетической эффективности. С одной стороны, воздухообмен, обеспечиваемый решетками в кухнях и санузлах, недостаточен, особенно для больших квартир. С другой стороны, он избыточен, если учесть, что в течение значительной части суток, когда в квартире никого нет, тепло непрерывно покидает жилище через вытяжные решетки. Новые нормы проектирования жилых домов не исключают возможности применения систем вентиляции с естественным побуждением, однако энергоэффективные технические решения вентиляции должны основываться на новой концепции, смысл которой определяется следующими положениями: 1. Не нужно требовать от естественной вентиляции полноценного воздухообмена в любое время суток. Средствами естественной вентиляции должен быть обеспечен минимальный пассивный воздухообмен, достаточный для режима вентилирования помещений, в которых временно никого нет. 2. Активный воздухообмен должен обеспечиваться средствами механической вентиляции, включаемой периодически. Санузлы должны активно вентилироваться тогда, когда ими пользуются, а кухни — тогда, когда в них готовят пищу. 3. Вентиляционные каналы из кухонь и санузлов должны выполняться из долговечных материалов. 4. В жилых комнатах с окнами, имеющими герметизированные притворы, должны проектироваться приточные устройства. Следуя положению 1, нельзя проектировать в жилом доме систему механической вентиляции с непосредственным подключением вентилятора к сборной вентиляционной шахте через обратный и огнезадерживающий клапаны, потому чтопри выключенном вентиляторе никакого воздухообмена в квартире не будет. Следуя положению 2, вытяжные вентиляторы в кухнях и санузлах необходимы, но каналы должны быть или обособленными, или присоединенными к сборной шахте через каналы-спутники высотою не менее 2 м. Тогда при выключенных вентиляторах в квартире будет обеспечен постоянный пассивный воздухообмен, а при включенных — временный активный. Следуя положению 3, нельзя проектировать в жилом доме систему вытяжной вентиляции, включающую в себя воздуховоды из оцинкованной стали, потому что долговечность этих воздуховодов несопоставимо мала по сравнению с долговечностью жилого дома. Воздушные каналы должны выполняться в строительных конструкциях, то есть, из бетона или кирпича, и только каналы-спутники длиною 2 м могут выполняться из стальных труб. Следуя положению 4, в наружных ограждающих конструкциях (обычно в окнах) должны устраиваться отверстия для приточной вентиляции, — так называемые проветриватели, но наиболее эффективным техническим решением вентиляции всех помещений квартиры является установка в них приточно-вытяжного рекуперативного аппарата ТеФо (см. раздел 2.1.4). На рис. 8 показаны расходы воздуха в двухметровых по высоте каналахспутниках трех различных диаметров при естественном побуждении. Указанные на рис. 8 зависимости, полученные аналитически*, характерны для свободного движения воздуха. При наглухо закрытых створках окон через систему вытяжной вентиляции воздух вообще не пойдет. Предполагается, что приточный воздух будет заходить в помещения через открытые проемы форточек или через проветриватели, встраиваемые в переплеты современных окон.
Для пассивного естественного воздухообмена достаточен расход воздуха, равный 75 % нормативного расхода. При нормативном [1] расходе вытяжного воздуха из объема кухни 90 м3/ч пассивный воздухообмен должен быть около 68 м3/ч, и при наружной температуре переходного периода +5 °C такой расход может быть обеспечен воздушным каналом диаметром 100 мм. Для вытяжки из санузла при нормативном расходе 50 м3/ч пассивный воздухообмен при неработающем вентиляторе составит 38 м3/ч, и воздушный канал диаметром 80 мм будет достаточен для этой цели. Вытяжной вентилятор должен устанавливаться на входе в вытяжной канал. Он должен подавать удвоенный нормативный расход воздуха и развивать давление, достаточное для преодоления гидравлического сопротивления воздушного канала от вентилятора до выхода в атмосферу. При этом гидравлическое сопротивление сборной шахты должно рассчитываться при всех работающих вентиляторах, соединенных со сборным каналом. Сечение сборной шахты должно быть таким, чтобы при работе всех, кроме одного, квартирных вентиляторов, подающих вытяжной воздух в эту шахту, в нем не создавалось давление, способное опрокинуть естественную тягу в том единственном канале, в котором вентилятор не работает. Нормами [1] установлено, что удельное сопротивление трению при движении воздуха в сборной шахте во время работы всех присоединенных к ней местных вентиляторов не должно превышать 0,65 Па/м*. С учетом этого ограничения минимальную площадь сечения сборной шахты F, м2, рекомендуется приближенно определяться по формуле
где B — коэффициент, величина которого зависит от шероховатости стенки шахты и принимается равной 0,0004 для стальной трубы, 0,0006 — для бетонной и 0,0009 — для кирпичной шахты. GК — расчетный для выбора сечения шахты расход воздуха, м3/ч, при всех работающих местных вентиляторах. Величину GК рекомендуется рассчитывать по формуле:
где -gH — сумма нормативных расходов воздуха, м3/ч, из помещений, воздух из которых собирается в сборном канале. Задача четвертая. Определить минимальную площадь сечения сборной вентиляционной шахты 16-этажного жилого дома, выполненной из железобетона, если на каждом этаже в нее подключены каналы-спутники из кухни и совмещенного санузла одной квартиры. Нормативный [1] расход вытяжного воздуха из кухни равен 90, а из санузла — 50 м3/ч. Расчетный для выбора сечения шахты расход воздуха, м3/ч, при всех работающих местных вентиляторах определяется по формуле 4: GК = 2 . 16 . (90 + 50) = 4480 м3/ч, а площадь сечения сборной шахты — по формуле 3: F = 0,0006 . (44800,75) = 0,328 м2. Как правило, вентиляционные блоки, разработанные в свое время для многоэтажных типовых жилых домов, не удовлетворяют новым требованиям, регламентирующим площадь сечения сборной шахты. Это естественно, поскольку старые каналы проектировались исключительно для небольших расходов воздуха при гравитационном побуждении. Несмотря на то, что сборная шахта в новых домах будет больше, чем она была в домах, построенных в прошлом веке, вытяжную вентиляцию рекомендуется проектировать таким образом, чтобы вытяжной канал в целом был компактнее, чем прежде. Этого удается достичь, если обособленные каналы-спутники, площадь сечения которых теперь минимальна, разместить в габаритах сборной шахты. На рис. 9, а показано техническое решение вентиляционного блока применительно к условиям четвертого примера. Обособленные каналы-спутники нормативной длиною 2 м каждый не занимают полезного сечения сборной шахты, которая остается полностью свободной выше того уровня, где эти каналы заканчиваются. Направление движения воздуха в сборной шахте совпадает с направлением входа воздуха из каналов-спутников, что создает эжектирующий эффект, способствующий дополнительной устойчивости естественной тяги в каналах-спутниках, работающих в режиме пассивной вентиляции. Таким образом, габаритные размеры вентиляционного блока совпадают с размерами сборной шахты. Уменьшенные обособленные каналы открывают возможность применения в многоэтажных домах многоканальных блоков, в которых обособленные вытяжные каналы, не объединяясь, проходят до выброса наружу. При этом могут использоваться монолитные каналы в поперечных несущих стенах, которые в этом случае не занимают полезной площади квартир. На рис. 9, б показаны размеры многоканального блока для санитарного узла 12-этажного жилого дома.
Применение 100-миллиметровых каналов для вытяжки из санузлов вместо восьмидесятимиллиметровых, как это было определено в результате анализа рис. 8, связано с большой протяженностью обособленного канала. 80-миллиметровый канал был бы достаточен для пассивной вентиляции, для которой длина канала не имеет значения, поскольку потери на трение в протяженном канале соответствуют увеличению располагаемого давления при естественном побуждении. В режиме активной вентиляции гидравлические потери могут оказаться чрезмерными по сравнению с давлением, развиваемым вентилятором. Поэтому рекомендации, касающиеся размеров вытяжных каналов, сделанные на основе анализа рис. 8, к многоканальным блокам не относятся, и диаметры каналов в них нужно выбирать для режима активной вентиляции с учетом давления, развиваемого вентилятором, при подаче удвоенного нормативного расхода воздуха.