Приточные вентиляционные устройства – обзор некоторых решений и результаты испытаний

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

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 уменьшается. 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 центральным 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 обусловили 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-х гг. 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/(м2 ч 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 г.). 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, 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. 3а, б, в), стеновые клапаны различного конструктивного решения (рис. 4а, б, в), и их сочетания, например клапан, забор приточного воздуха в котором предусмотрен из-под коробки рольставен оконного блока  (рис. 3г). 

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. 4б), врезке клапанов в нижнюю часть балконных дверей (см. рис. 3д). А чего стоит клапан, врезанный непосредственно в остекление (см. рис. 4г). В этот же ряд можно поместить и приточно-вытяжную установку офисного помещения, воздухозаборные и воздуховыпускные отверстия которой врезаны в остекление (см. рис. 4е). 

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 сомнения по поводу возможности обеспечения требуемого воздухообмена помещений за счет оконных клапанов, и утверждалось, что подобные устройства «…если воздушный кла-пан 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°С. 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.

P зависит от этажа, температуры наружного воздуха, скорости и направления 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, перекрывающей сечение для прохода воздуха при увеличении его скорости.DА поскольку в реальных зданиях фактические перепады давлений могут изменяться в очень широких пределах (величина

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 не стоит ожидать «чудес», поскольку если нет соответствующего 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 приоконной зоне и обмерзание приточных клапанов.

На рис. 7, 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 = - 27,7 – -25,2°С. 

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, 8, наглядно это подтверждают. Но будут или не будут 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 приточного 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-этажного 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°С и на этих клапанах возможно появление изморози. В частности, при низких температурах наружного 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°С – -15°С) 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 общественных 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, Госстройиздат 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. http://www.bylki.com
  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.
Журнал Окна. Двери.
/ч, при отсутствии людей 40 мnbsp;

Новости

  • 18.03.16 Международная выставка ОКНА/ФАСАДЫ 2016 (FENSTERBAU/FRONTALE 2016) начала работу в Нюрнберге

    Ведущая мировая выставка окон, дверей и фасадов FENSTERBAU FRONTALE 2016, которая традиционно проходит в немецком городе Нюрнберге, с первого дня показала не ослабевающую мощь игроков индустрии светопрозрачных конструкций, невзирая на не самые благоприятные рыночные условия.

  • 01.07.14 «Мир стекла-2014»

    Подведены итоги международной выставки «Мир стекла-2014», которая с успехом прошла с 4 по 6 июня в ЦВК «Экспоцентр».

  • 14.11.13 fensterbau/frontale 2014

    В Москве прошла презентация оконной выставки fensterbau/frontale 2014

  • 25.07.13 АПРОК выиграл конкурс по госзакупкам
    АПРОК выиграл конкурс по госзакупкам на поставку в Минобороны анализатора газонаполнения стеклопакетов инертными газами Gasglass и детектора формулы стеклопакетов Spyglass
  • 26.09.12 "Дни окон в Розенхайме» пройдут 11 и 12 октября в Розенхайме

    К 40-й конференции «Дни окон в Розенхайме», которая пройдет под девизом «Конструкции для будущего – простые, надежные, модульные», i.f.t. Rosenheim  подготовил многообразную и интересную программу.

  • 14.09.12 Конференция «Возможности деревянных конструкций в архитектуре» состоялась в Санкт-Петербурге 12 сентября 2012 года.
    Открыл конференцию декан архитектурного факультета ВУЗа Сергей Семенцов, модератором выступил Александр Черных — декан строительного факультета. Ниже обзор наиболее интересных выступлений и докладов конференции.