Комбинированная система комфортного кондиционирования для многоквартирных жилых домов

Требования к системе ОВиК для квартир верхнего ценового сегмента

Жизнь в загородном доме сама по себе прекрасна, но в современных городах многие деловые люди с высоким уровнем дохода предпочитают проживать в многоквартирных жилых домах, расположенных в наиболее престижных районах. К таким многоквартирным домам предъявляются значительно более высокие требования, как по архитектуре, планировочным решениям и качеству внутренней отделки интерьеров, так и по уровню комфорта микроклимата.

Несмотря на разнообразие климатического оборудования для систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (ОВиК), создание действительно комфортного микроклимата в многоквартирных жилых домах является сложной и актуальной инженерно-технической задачей.

Для круглогодичного обеспечения комфортных условий в жилых помещениях система ОВиК должна обеспечивать такие функции, как: отопление в холодный и переходный период года; круглогодичную вентиляцию (воздухообмен в помещениях) с качественной очисткой свежего приточного воздуха; поддержание комфортной влажности; кондиционирование (в данном случае под этой функцией понимается удаление избытков тепла для поддержания комфортной температуры воздуха в тёплый период года).

Для выполнения этих функций необходимо применение различного климатического оборудования, которое требует места для размещения, потребляет энергию, создаёт шум и нуждается в регулярном обслуживании и квалифицированной эксплуатации.

Стандартные конструкционные решения в традиционных многоквартирных жилых домах плохо подходят к полноценному применению климатического оборудования. И даже если собственник квартиры пожелает улучшить микроклимат своими силами и самостоятельно установить дополнительное оборудование, он будет вынужден принимать компромиссные решения, чтобы реализовать перечисленные выше функции системы ОВиК, а также интегрировать оборудование в существующие помещения и не нарушить строительные нормы и требования, которые обеспечивают безопасную и надёжную эксплуатацию.

Кроме того, компромиссные решения необходимо будет искать и для выполнения требований к внутренним интерьерам. И эти требования тем сложнее, чем дороже стоимость внутренней отделки квартиры: минимальное количество воздухораспределителей, видимых в интерьере, отсутствие вентиляторов и механизмов в объёме помещения и, соответственно, лючков доступа и пространства для обслуживания, минимальное сервисное обслуживание установки и, конечно же, отсутствие шума.

Задача дополнительно усложняется отсутствием подвесных потолков, которые нужны для размещения воздуховодов и оборудования, но для которых просто не хватает высоты помещений. А также наличием большого панорамного остекления, которое зимой приводит к повышенным теплопотерям, а летом превращает квартиру в «теплицу».

Типовая планировка современной квартиры верхнего ценового сегмента, как правило, включает общие помещения, такие как кухня, кухня-гостиная, зал, комната отдыха/переговоров, подсобные помещения и жилые помещения для постоянного проживания. Жилые помещения представляют наибольшую сложность для создания комфортного микроклимата. Варианты применения сплит-системы, приточных клапанов, бризера, бытового увлажнителя — очистителя воздуха для квартир такого уровня в современных условиях уже неприемлем.

Современные жилые помещения в настоящий момент представлены мастер-спальнями — отдельными жилыми блоками, состоящими из спальной комнаты, ванной и санузла, гардеробной. Мастер-спальни, как правило, стараются отделить от общего объёма квартиры глухими герметичными дверьми, которые обладают хорошей шумоизоляцией, но полностью исключают циркуляцию воздуха и препятствуют вентиляции.

Типовые оценочные нагрузки на системы ОВиК мастер-спальни с панорамным остеклением: расчётные теплопотери для системы отопления до 60–80 Вт/м², расчётные теплопритоки для системы кондиционирования до 120 Вт/м², круглогодичный приток свежего уличного воздуха для комфортного пребывания двух человек в помещение без естественного проветривания — не менее 120 м³/ч.

Рассмотрим основные инженерные системы и оборудование, которое позволяют выполнить задачи ОВиК и наиболее близко соответствуют ожиданиям и требованиям, изложенным выше.

Только в централизованной приточной установке можно выполнить качественную и полно- ценную подготовку воздуха перед подачей его в жилые помещения

Центральные приточные вентиляционные установки (ПВУ)

Применение централизованной механической вентиляции в многоквартирных жилых домах в нашей стране только начинает входить в традиционную практику проектирования. Уже сейчас во многих новых современных домах всё чаще встречаются централизованные механические вытяжные системы. Появляются общедомовые системы и для приточно-вытяжной вентиляции коридоров и холлов. И только в единичных проектах застройщики используют централизованные приточные вентиляционные установки.

При этом только в централизованной приточной установке можно выполнить качественную и полноценную подготовку воздуха перед подачей его в жилые помещения. В составе ПВУ можно выполнить глубокую фильтрацию воздуха, причём не только от обычной пыли, но и от микроорганизмов, запахов и дыма, провести обеззараживание воздуха от бактерий и вирусов. Увлажнить воздух или выполнить его осушение, подогреть или охладить до комфортной температуры. Разумеется, ПВУ требует обслуживания и постоянной эксплуатации, которую могут выполнять лишь специалисты управляющей компании. Поэтому лучшим решением для подачи воздуха в жилые помещения многоквартирного дома будет использование централизованной приточной вентиляционной установки.

Тёплые полы

Водяные тёплые полы получили широкое признание у застройщиков и всё чаще используются в системах отопления жилых домов и квартир благодаря созданию ими максимально комфортного для человека температурного режима. «С точки зрения интерьера, отсутствие в нём таких, казалось бы, неизбежных элементов, как стояки и нагревательные приборы, позволяет в полной мере использовать площадь комнаты для размещения элементов мебели и внутреннего убранства» [1]. Таким образом, отопление тёплыми полами является комфортным и наиболее дружественным решением для интерьера, что особенно важно в жилых помещениях премиум-класса.

Системы потолочного охлаждения

Существует несколько различных систем потолочного охлаждения. Это подвесные системы, которые хорошо подходят под офисные и общественные здания. Для таких систем используется фальш-потолок, за которым располагаются трубы, по которым циркулирует холодная вода. Подвесные системы могут располагаться за гипсокартонными потолками, что делает возможным их применение в жилых помещениях. А также существуют системы, встраиваемые в штукатурку поверхностей потолка и стен («трубы в штукатурке»), — рис. 1. Такие системы требуют меньше места для монтажа и больше подходят для жилых помещений.

Рис. 1. Применение холодных потолков, встраиваемых в штукатурку

Для установки «труб в штукатурке» диаметром 9,9 мм требуется всего 24 мм дополнительной толщины потолка, что вполне приемлемо. Выпускаются и варианты холодного потолка типа «капиллярные маты» — также для встраивания в штукатурку. В капиллярных матах используются более тонкие трубки — толщиной всего 3,35 мм. Современные технологии механического нанесения штукатурки значительно упрощают монтаж встраиваемых систем и делают их более доступными. Для быстрого и сухого монтажа предлагаются готовые гипсовые панели толщиной 15 мм, в которых встраиваются трубы PE-Xa диаметром 9,9 мм.

Мощность холодного потолка зависит от температуры воздуха, которая должна поддерживаться в помещении, и температуры воды, которая будет подаваться в трубы. Температура воды не должна быть слишком низкой, чтобы не допустить выпадение конденсата на холодной поверхности потолка. Рекомендуемая расчётная температура внутреннего воздуха составляет +24°C при относительной влажности 50%. Как правило, в этом случае производители рекомендуют использовать охлаждённую воду с температурой 15–18°C. При таких параметрах для труб диаметром 9,9 мм в слое штукатурки можно получить порядка 61 Вт/м² холода. Для гипсовых панелей сухого монтажа холодильная мощность будет 43 Вт/м². Но холодные потолки не могут занимать 100% площади всего потолка, и по факту получается использовать только около 70% потолочного пространства. Соответственно, при расчётных тепловых нагрузках 100–120 Вт/м² мощность холодных потолков оказывается явно недостаточной для полноценного кондиционирования помещения.

Чтобы увеличить общую холодильную мощность, есть несколько дополнительных решений. Если в помещении предусмотрен тёплый пол, то его можно использовать в режиме охлаждения, что позволяет получить до 15–20 Вт/м² холода. Использование холодных стен, аналогично холодным потолкам, также позволяет получить некоторую дополнительную мощность охлаждения. Но использование стен со встроенными трубками — недостаточно надёжное решение для жилья, в котором возможны регулярные обновления интерьеров и перестановки мебели.

В любом случае холодные потолки решат только вопрос снятия теплоизбытков, то есть контроля температуры, но остаётся задача вентиляции помещения. Поэтому в интерьере помещения с холодными потолками в любом случае должны появиться решётки или диффузоры, а к ним необходимо проложить воздуховоды и т. д.

Холодные балки

Системы кондиционирования с холодными балками [2] достаточно распространены в различных странах мира. В России построено несколько десятков объектов с таким оборудованием. В основном это офисные центры, но есть и гостиницы, и даже частные резиденции.

Подвесная потолочная холодная балка

Холодные балки не содержат механических или электронных компонентов. В корпусе холодной балки расположен только водо-воздушный теплообменник, к которому подводится охлаждённая вода, и сопла для подачи воздуха. Чтобы исключить выпадение конденсата и обеспечить работу холодной балки в сухом режиме, температура холодной воды принимается равной 15–16°C, расчётные условия в помещениях: температура — 24°C, относительная влажность — 50%.

Приточный воздух, подготовленный в централизованной приточной вентиляционной установке, подаётся непосредственно в корпус холодной балки через сопла и далее распределяется по помещению совместно рециркуляционным воздухом, который вовлекается в движение за счёт эффекта эжекции и перемешивается.

Проходя через теплообменник балки рециркуляционный воздух дополнительно охлаждается. Таким образом, решается сразу две задачи — комфортная подача и распределение приточного воздуха по помещению и снятие избытков тепла.

Существует ряд вариантов конструктивного исполнения холодных балок, но для применения в жилых домах, а тем более в квартирах наилучшим образом подходят «балки гостиничного типа» и «балки, встраиваемые в пол». Рассмотрим холодные балки, встраиваемые в пол. Такие балки устанавливаются в толщину чернового пола, обычно вдоль окон, и практически не влияют на интерьер помещений. Толщина пола при использовании холодных балок должна быть 200 мм. В таком слое чернового пола могут разместиться воздуховоды, трубопроводы холодной воды и трубки тёплого пола, а также слой утеплителя, который необходим и при использовании тёплых полов.

Мощность холодной балки определяется её размерами и количеством приточного воздуха, который будет подаваться через балку. Объём приточного воздуха, подаваемого в мастер-спальню для двух человек, составляет 120 м³/ч. В таком помещении под панорамным окном удобно располагаются две холодные балки длиной 1500–1700 мм. Однако производительность двух балок при требуемом расходе первичного воздуха составляет 900 Вт или 50–60 Вт/м², что также недостаточно для снятия всех теплоизбытков. Увеличить производительность системы можно за счёт увеличения объёма приточного воздуха, но это нецелесообразно, поскольку в жилом помещении большого количества воздуха не требуется. Увеличиваются размеры оборудования, размеры воздуховодов, вытяжных каналов, а также затраты на эксплуатацию — всё это является причиной, ограничивающей применение балок, встраиваемых в пол.

Встраиваемая в пол холодная балка

Полужёсткие воздуховоды

Развитие технологий привело к появлению и внедрению в практику строительства современных полужёстких воздуховодов для систем вентиляции. Если ранее в системах вентиляции в основном использовались стальные воздуховоды и гибкие спиральные воздуховоды диаметром от 100 мм, то полужёсткие воздуховоды выпускаются более маленьких диаметров — 60–80 мм. Такой воздуховод позволяет транспортировать порядка 30 м³/ч воздуха, а если нужно обеспечить больший расход, можно использовать несколько воздуховодов, прокладываемых параллельно. Также выпускаются плоские (овальные) полужёсткие воздуховоды, например, с наружным сечением 138×51 мм.

Но главным достоинством полужёстких воздуховодов в данном случае является их высокая прочность и герметичность, что позволяет укладывать воздуховоды в бетонную стяжку пола. Благодаря своим компактным размерам полужёсткие воздуховоды могут быть размещены совместно с трубами тёплого пола.

Совместное использование холодных потолков и холодных балок

У систем с холодными потолками и систем с холодными балками полностью совпадают температурные графики холодной воды и расчётные параметры температуры внутреннего воздуха. Использование обеих систем в большинстве климатических районов России требует дополнительного осушения приточного воздуха в тёплый период года.

Таким образом, совместное применение этих двух систем для одного объекта не вызывает никаких дополнительных сложностей, а системы могут взаимно дополнять друг друга, значительно повышая эксплуатационные характеристики и уровень комфорта. Полностью решаются вопросы ограниченной холодильной мощности, подачи и комфортного распределения приточного воздуха, обеспечения минимального уровня шума.

На рис. 2 приведена схема комбинированной системы ОВиК для типовой мастер-спальни многоквартирного жилого дома. В стяжке пола расположены трубопроводы из сшитого полиэтилена, которые образуют петли тёплого пола 1. Тёплый пол подключается к магистральным трубопроводам системы отопления здания 2 через индивидуальный поквартирный коллектор с запорно-балансировочной арматурой. В толщине потолка также располагаются трубопроводы из сшитого полипропилена или капиллярные маты и образуют холодный потолок 3.

Рис. 2. Комбинированная система ОВиК для жилого помещения

Вдоль фасадов, в основном под окнами, располагаются встраиваемые в пол холодные балки 4 (TROX DID либо аналогичные). Свежий воздух от централизованной приточной вентиляционной установки подаётся через поквартирные воздуховоды 5, располагаемые также в стяжке пола, в холодные балки. Для поквартирных воздуховодов оптимально использовать полужёсткие воздуховоды, которые хорошо подходят для замоноличивания в стяжку пола. Механический клапан-регулятор постоянного расхода 6 устанавливается на ответвлении поэтажного воздуховода. Он предназначен для стабильного и независимого поддержания расхода воздуха, поступающего в каждую квартиру.

Охлаждённая вода подводится к холодному потолку 2 и холодным балкам 3 через подающий и обратный магистральные трубопроводы 6.

В помещении гардеробной и в помещении ванной комнаты располагаются настенные или потолочные вытяжные диффузоры (решётки) централизованных вытяжных систем 7 и 8.

В холодный период года (ХП) обогрев помещений выполняется в основном за счёт работы тёплого пола 1. Свежий уличный воздух фильтруется, подогревается и увлажняется до 40–60% относительной влажности в централизованной ПВУ. В случае недостатка мощности тёплого пола приточный воздух может нагреваться несколько выше, до 25–30°C. Тёплый приточный воздух подаётся в помещение через холодные балки вдоль окон, обеспечивая дополнительный подогрев. За счёт эффекта эжекции приточный воздух, проходя через компактные сопла напольных балок 4, вовлекает в движение воздух помещения, эффективно перемешиваясь и обеспечивая качественную вентиляцию всего объёма помещения без сквозняков и перегрева. В особенно холодных климатических районах по магистральным трубопроводам 6 можно выполнить подачу к балкам 4 подогретой воды с температурой 40–60°C, что позволяет получить надёжный обогрев, который может практически дублировать работу тёплого пола. Использованный воздух удаляется через вытяжные системы 7 и 8 из помещения ванной комнаты и гардеробной, при этом соблюдается принцип подачи чистого воздуха в жилое пространство и удаление его из грязных и влажных зон.

Таким образом выполняется поддержание комфортной температуры, очистка приточного воздуха, вентиляция (воздухообмен) и увлажнение воздуха в помещении в холодный период года.

В тёплый период года (ТП) система поддерживает температуру воздуха в помещении 24°C и относительную влажность 40–50%. Свежий уличный воздух фильтруется, охлаждается и дополнительно осушается в централизованной ПВУ. Температура приточного воздуха, подаваемого в холодные балки, может составлять +14–16°C. К теплообменникам, расположенным внутри холодных балок 4, подаётся охлаждённая вода по магистрали 6 с температурным графиком, как правило, 15/18°C. Для централизованного охлаждения воды могут использоваться отдельные холодильные машины или единый холодильный центр. Указанные параметры воды и воздуха обеспечивают стабильную работу системы без выпадения конденсата при любых погодных условиях. Как было указано выше, холодильной мощности балок недостаточно, чтобы обеспечить требуемую мощность охлаждения помещений на уровне 100–120 Вт/м², поэтому одновременно с ними работают холодные потолки 3. Поскольку температурные графики холодных балок и холодных потолков совпадают, подача охлаждённой воды к холодным потолкам выполняется по тем же трубопроводам 6. А благодаря предварительному осушению свежего воздуха в ПВУ холодные потолки так же гарантированно работают без выпадения конденсата.

В результате в тёплый период года обеспечивается комфортная вентиляция и кондиционирование воздуха.

Как показали проектные расчёты и подборы оборудования, выполненные совместно с заводами-изготовителями, предложенная комбинированная система ОВиК хорошо вписывается в объёмы и конструктив обслуживаемых помещений и позволяет обеспечить снятие избытков тепла до 100–140 Вт/м², что вполне достаточно для комфортного кондиционирования жилья, причём даже при наличии в помещениях панорамного остекления со средними светотехническими характеристиками и без наружных солнцезащитных устройств.

Заключение

Таким образом, предложенная комбинированная система отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха круглогодично обеспечивает наилучшие комфортные условия микроклимата в помещениях.

Это достигается благодаря совместному использованию холодных балок, тёплых полов, холодных потолков, полужёстких воздуховодов и полноценной подготовки приточного воздуха в централизованной вентиляционной установке.

В интерьере помещений из климатического оборудования присутствует только подающая решётка холодных балок, расположенная в полу вдоль окна. Нет необходимости в занижении потолков, сооружении выгородок, размещении приточных решёток на стенах и использовании других неэстетичных решений. В объёме квартиры нет климатического оборудования, которое нуждается в регулярном обслуживании со стороны жильцов или эксплуатирующей компании.

Система обеспечивает круглогодичный обогрев помещений, вентиляцию, охлаждение и контроль влажности. При этом полностью решаются вопросы с шумом, который обычно возникает при работе оборудования для вентиляции и кондиционирования воздуха.

Эксплуатация и обслуживание системы выполняется централизованно, силами управляющей компании, без привлечения собственников жилых помещений.

Реализация такой системы требует высокого уровня подготовки инженеров и монтажников и использования качественного оборудования и комплектующих. Соответственно, стоимость системы будет несколько выше стандартных значений. Но и уровень комфорта и удобства эксплуатации предложенной системы ОВиК будет существенно выше альтернативных или стандартных решений, используемых в настоящее время.