Пришедшие в строительную отрасль новые технологии, современное вентиляционное оборудование и обновлённые строительные правила слабо коснулись практики построения вентиляции многоквартирных домов. Конечно, встречаются и рекуперативные системы, и современные приточные установки, и системы их автоматизации с контролем многих параметров микроклимата, но они остаются атрибутом отдельных, чаще «элитных» квартир, а не штатным оборудованием здания. В большинстве случаев используется естественная вентиляция, которая не требует больших капитальных затрат, привычна для проектировщика, экспертизы, эксплуатирующих организаций. Несмотря на известные отрицательные стороны — отсутствие вентиляционного комфорта, жалобы потребителей и иски, — она, видимо, долго ещё будет основным техническим решением.
Устранение многих недостатков естественной вентиляции многоквартирных домов при сохранении привычных принципов и подходов, на наш взгляд, могло бы стать пусть не лучшим технически, но простейшим в практической реализации решением для российской строительной отрасли.
В настоящей статье приведены некоторые результаты работ по созданию адаптивной вентиляции обычных квартир с использованием уже существующих систем. То есть вентиляции, пригодной как для новой застройки, так и существующего жилого фонда.
Квартирная система отопления
Начнём с квартирной системы отопления. Её проектирование производится с учётом как потерь тепла через ограждающие конструкции, так и тепла, необходимого для нагрева приточного вентиляционного воздуха в количестве, определённым нормами для обслуживаемого помещения [2]. В современных домах более половины площади поверхности отопительных приборов «посвящено» именно нагреву приточного воздуха [1]. Это означает, что если поставщик тепла выполняет обязательства, предписываемые температурным графиком, то тепла для организации воздухообмена в квартире достаточно.
Система вентиляции
Несмотря на многообразие возможностей [3], естественная вытяжка является в обычной квартире, как правило, единственным побудителем воздухообмена. При низких наружных температурах, когда тяга высока, вентиляция вполне работоспособна. Создаваемый перепад давлений достаточен для перемещения заданного нормами объёма воздуха с преодолением сопротивления не только вытяжного вентиляционного канала, но и приточной части системы: клапана или щелевого канала окна [2, 3].
Однако свежий воздух поступает через приточное устройство холодным, с уличной температурой [4]. Компактная приточная струя, инициированная перепадом давлений, встречается с объёмным, но практически ламинарным восходящим от отопительного прибора потоком. Не успевая полностью смешаться, струя «прокалывает» его, «падает» в нижнюю зону и образует то, что называют сквозняком. Размещение приточного устройства вблизи отопительного прибора не решает эту проблему и к тому же создаёт предпосылки для его размораживания при аварийном отключении отопления.
Другим недостатком квартирной вентиляции является её чувствительность к изменениям внешних условий и необходимость участия потребителя в управлении. Похолодание ведёт не только к снижению температуры притока, но и к увеличению тяги, а значит — к росту количества холодного воздуха. На систему оказывают влияние изменения силы и направления ветра, изменения условий вентиляции в других квартирах, подключённых к каналу. Всё это должен отслеживать потребитель, не имея объективных данных о текущем состоянии системы.
И, наконец, ещё одна проблема, заложенная уже при проектировании. Расчёт вытяжки выполняют для наружной температуры +5 °C, а её проверку без учёта сопротивления приточной части — с открытым окном. Это гарантирует неработоспособность квартирной вентиляции при более высоких температурах. А температура выше +5 °C даже в условиях Сибири — это более пяти месяцев, почти половина года. Потребителю предлагается в этот период пользоваться проветриванием через окна, игнорируя шум, пыль, совместный воздухообмен подсобных и жилых помещений. Выручает то, что потребитель, пусть и не всегда квалифицированно, сам исправляет ситуацию, устанавливая вместо решёток в подсобных помещениях вытяжные вентиляторы, выбор которых в продаже достаточен.
Чтобы устранить упомянутые недостатки, приточное устройство должно обеспечивать эффективный подогрев приточного воздуха и адекватную реакцию квартирной вентиляции на изменения внешних условий, адаптироваться к ним. Сделать это желательно на базе имеющегося в квартире оборудования, так, чтобы не только упростить проектирование, но и дать возможность потребителю самостоятельно исправить вентиляционные проблемы. Поэтому была поставлена ещё одна задача. Разрабатываемое устройство должно быть взаимозаменяемым с уже нашедшими достаточно широкое распространение в практике приточными клапанами КИВ-125 и КВП-125.
В вентиляции сложно придумать что-то принципиально новое, но от электроподогрева приточного воздуха, используемого в децентрализированных приточных установках полной заводской готовности (Tion О2, Air Master и др.), решено было отказаться. Для большинства потребителей, не имеющих приборов учёта тепла, электроподогрев означал бы, что за тепло надо платить дважды, причём второй раз — уже по более высоким ценам электропотребления. А использование такого оборудования для многоквартирного дома и вовсе означает, что согласно [1] более 50 % отопительной мощности будет покрываться электричеством. Поэтому для подогрева приточного воздуха был использован иной принцип: передача тепла отопительного прибора путём принудительного смешения притока с большим количеством тёплого комнатного воздуха. Такой принцип используется, в частности, в комнатных приточных приборах Sonair и Mobair.
В нашем случае побуждающее приток устройство в квартире уже есть, поэтому для рециркуляции и смешения достаточно низконапорного малошумного вентилятора. Он размещён в мягком ложементе (рис. 1), исключающем передачу вибрации на корпус прибора. Вторая часть — клапан, пропускающий свежий воздух, выполнен регулируемым. Из нескольких проверенных вариантов была выбрана конструкция с электроприводом и винтовой передачей, перемещающей тарелку клапана в осевом направлении.
На рис. 1 показана схема работы данного устройства.
Через приоткрытый клапан за счёт перепада давлений, созданного главным образом вытяжной вентиляцией, поступает свежий холодный воздух. Вентилятор всасывает тёплый комнатный воздух и смешивает его с воздухом из клапана. Температура смешения контролируется на выходе из вентилятора, а её значение определяет положение клапана и количество приточного воздуха. То есть величина притока не постоянна, как в обычных приточных установках, — она адаптируется, приспосабливается к изменяющимся условиям.
Данный алгоритм — практически «человеческий». Если на улице тепло — откроем форточку, похолодало — прикроем, включили отопление — снова откроем, подул ветер — прикроем.
Приток зависит от выбранной потребителем производительности вентилятора и заданной допустимой температуры смешения. Чем выше обороты вентилятора, тем больше комнатного воздуха вовлекается в процесс смешения — тем больше будет и приток. Чем ниже заданная температура, тем при прочих равных условиях больше поступит свежего воздуха. Диапазон задаваемых температур лежит ниже комнатной — это температуры тёплого осеннего дня, когда мы не боимся держать форточку открытой.
Отметим также, что задаваемая температура смеси является по сути внутренним, технологическим параметром. Вентилятор формирует «воздушный факел», который вовлекает в смешение дополнительные массы комнатного воздуха за пределами прибора. Поэтому уже на расстоянии 0,5 м от прибора, в начале зоны обслуживания, температура потока незначительно отличается от комнатной.
Если температура смеси остаётся выше заданной, то клапан, открываясь, уже не увеличивает своё проходное сечение, а постепенно перекрывает канал всасывания комнатного воздуха (рис. 2). При этом приточный клапан становится механической приточкой, компенсирующей, по крайней мере частично, летнее отсутствие тяги вытяжной вентиляции.
Внешний вид вентиляционного прибора приведён на рис. 3. Все его элементы прикрыты декоративной лицевой панелью. Потребителю предоставлена возможность выбора скорости вращения вентилятора и температуры смешения либо на панели встроенного контроллера, либо дистанционно, с помощью пульта ДУ или мобильного приложения для операционной системы Android.
Появление вентилятора в составе комнатного устройства заставляет считаться с его шумом. На рис. 4 приведены достигнутые шумовые характеристики, замеренные на расстоянии 1 м от прибора. Они позволяют, пользуясь балансовыми соотношениями, рассчитать объём притока (рис. 5) при переменной наружной температуре для характерных режимов работы: ночном — 30 дБ(А), дневном — 40 дБ(А) и форсированном — 47 дБ(А).
При экстремально низких температурах объём притока может стать ниже санитарной нормы. Но, во-первых, длительность действия таких температур, как правило, мала. А во-вторых, преодолеть недостаток притока при необходимости можно, настроив прибор на большие обороты вентилятора или задав более низкую допустимую температуру воздушной смеси.
В приборе сохранена также возможность естественного притока без включения вентилятора, но с возможностью выбора проходного сечения клапана.
Экспериментальные образцы успешно прошли лабораторные проверки и двухгодичные натурные испытания в условиях Сибири. Основные достигнутые характеристики приведены в табл. 1. Любые изменения тяги вытяжной системы, связанные с изменением температуры, силы и направления ветра, приводят к изменениям притока, а, следовательно, температуры смешения.
Это сразу «парируется» автоматикой, изменяющей положение клапана. Точно так же парируются изменения наружной или комнатной температуры.
То есть простейшее устройство, потребляя всего 5 Вт и используя имеющиеся в квартире системы отопления и вытяжной вентиляции, позволяет устранить их недостатки, адаптируя режим вентиляции к любым внешним воздействиям. Оно даст возможность проектирующим и эксплуатирующим организациям избавится от вопросов, на которые сегодня у них нет ответов, а потребителю добавит уют в квартире.
