Рис. 1. Значение запаса располагаемого давления для кухонь трехкомнатных квартир
Рис. 2. Зависимость запаса располагаемого давления от высоты вытяжной шахты
Рис. 3. Расчетный воздухообмен для кухни (до и после модернизации шахты)
В массовом жилищном строительстве городов России широкое применение находят крупнопанельные дома с теплым чердаком. Мониторинг эксплуатируемых зданий такого типа показал снижение нормативных объемов вытяжки из квартир и даже опрокидывание циркуляции. Тем не менее, расчет вентиляции по общепринятой методике позволяет прогнозировать ее устойчивую работу. Предложенная в работе методика расчета в первом приближении объясняет это несоответствие.
Проведенные исследования позволят установить причины неэффективности вентиляции жилых зданий с теплым чердаком и предложить мероприятия по нормализации ее работы. Предлагаемые мероприятия применимы как на стадии проектирования, так и в ходе реконструкции эксплуатируемых зданий. В настоящее время проблема естественной вентиляции жилых зданий массовой серии с теплым чердаком очень актуальна. Это связано с переходом в жилищном строительстве на герметичные стеклопакеты, увеличение этажности и возведение зданий из разновысотных секций.
От качественного воздухообмена зависит не только самочувствие людей, но и сохранность строительных конструкций. В качестве примера рассмотрена работа вентиляции жилого здания, расположенного в городе Тольятти. Дом имеет сложную G-образную форму и состоит из восемнадцати типовых разновысотных секций. Высота секций меняется от шести до десяти этажей. В процессе эксплуатации жилого дома выявились существенные недостатки в работе вентиляции.
Объем удаляемого воздуха из квартир верхних этажей недостаточен даже в холодный период года, в результате чего происходит повышение относительной влажности внутри помещения до 72 %. В ряде случаев отмечено понижение температуры перекрытий верхних этажей и даже выпадение на них конденсата. Была проанализирована работа восьмиэтажной секции типовой планировки с одно-, двухи трехкомнатными квартирами. Система вентиляции смонтирована согласно проекту и в соответствии с требованиями СНиП 2.08.01–89* [1].
Вентиляционные каналы выполнены из типовых блоков различной конструкции. Однако размеры сечений сборного канала и боковых ответвлений в независимости от типа блока одинаковы. Присоединение ответвлений к сборному каналу осуществляется через один этаж для санузлов, через два этажа для кухонь. В кухнях однокомнатных и двухкомнатных квартир верхнего этажа предусмотрено по две вытяжные решетки.
С целью выявления возможных причин неэффективной работы вентиляционной системы была изучена проектная документация и выполнен аэродинамический расчет системы по методике, приведенной в работе [2], на удаление нормативных объемов воздуха [1]. При параметрах внутреннего микроклимата в соответствии с ГОСТ 30494–96 [3]. В данной работе рассмотрены только системы, удаляющие воздух из кухонь трехкомнатных квартир, как наиболее проблематичные.
Расчетом установлено, что при оговоренных условиях вентиляция должна работать эффективно. Запас располагаемого давления в большинстве случаев значительно превышает расчетные потери давления (рис. 1). Однако подобные положительные результаты противоречат фактическим данным. В работе предпринята попытка раздельного аэродинамического расчета системы вентиляции отдельно для вентиляционных стояков и общей вытяжной шахты.
При этом учитывается изменение температуры воздуха в пределах чердака [4]. Расчет по данной схеме показывает, что существует дефицит располагаемого давления по всем этажам здания (рис. 1). Разрежение создаваемое вытяжной шахтой недостаточно для покрытия данного дефицита. Увеличение разрежения в пределах чердака можно достичь путем наращивания высоты вытяжной шахты. На рис. 2 приведена зависимость запаса располагаемого давления от ее высоты.
Анализ результатов, приведенных на рис. 2, показывает, что достаточный запас располагаемого давления в размере 6,2 % достигается при увеличении высоты шахты до 11 м. Однако, такая шахта нарушает архитектуру здания и, кроме того, является аварийно опасной в связи с повышенным воздействием на нее ветра. Одним из возможных вариантов повышения эффективности вентиляции является незначительное увеличение высоты вентиляционной шахты в комплексе со снижением ее аэродинамического сопротивления.
Это увеличит разрежение в объеме чердака и, соответственно, располагаемое давление для вентиляционных систем. Уменьшение сопротивления шахты может быть достигнуто, например, за счет установки у входного сечения шахты кольцевого ребра [5]. При острой кромке ребра у входа в шахту формируется тороидальный вихрь, способствующий значительному снижению сопротивления шахты на вход.
Оптимальные размеры участка, в котором образуется вихревой «коллектор», должны соответствовать размерам вихревой области до наиболее сжатого сечения струи при входе в прямую трубу с острыми кромками и, соответственно, в трубу, заделанную заподлицо со стенкой. Как показывают опыты В.И. Ханжонкова [6], минимальный коэффициент сопротивления z = 0,1–0,12 при применении ребра получается для L/D0 ≈ 0,25 и D1/D0 ≈ 1,2.
Дополнительно к кольцевому ребру уменьшение потерь давления в вытяжной шахте и одновременное увеличение располагаемого давления может быть достигнуто за счет увеличения высоты вытяжной шахты, с помощью насадка в виде безотрывного диффузора с небольшим углом раскрытия (6–10°). Для примера в качестве насадки принят диффузор с углом раскрытия α = 7 ° и степенью расширения n = 2.
Высота насадки при этом составит 2 м для проектных размеров сечения вытяжной шахты. Коэффициент местного сопротивления (КМС) на выхлоп для диффузора составит z = 0,58. При этом КМС шахты в целом не превысит значения Σz = 0,7, что более чем в два раза ниже КМС обычной шахтой. Высота шахты при этом возрастает всего на 2 м. При подобной модернизации шахты наблюдается значительное увеличение объемов удаляемого воздуха (рис. 3).
Тем не менее, для некоторых этажей имеет место недостаток вытяжки из помещений кухонь по сравнению с нормируемой величиной (60 м3/ч). С учетом перераспределения вытяжки между кухнями и санузлами можно ожидать, что в целом по проблемным квартирам нормативный воздухообмен будет обеспечен. В случае превышения нормативного воздухообмена, например для верхних этажей (рис. 3), возможна корректировка воздухообмена за счет применения регулируемых вытяжных решеток.
Проведенные исследования позволили приблизиться к уяснению возможных причин недостаточной эффективности естественной вентиляции жилых зданий с теплым чердаком и предложить некоторые мероприятия по ее повышению. При этом разрабатываемые технические решения применимы как на стадии проектирования систем вентиляции, так и при реконструкции уже эксплуатируемых зданий.
