Существовавшие до настоящего времени деревянные окна вполне обеспечивали режим инфильтрации, близкий к нормативному уровню воздухообмена в квартирах. Правда, при низких наружных температурах возникала необходимость в уплотнении переплетов. Данное обстоятельство, учитывая малый размер щелей в окнах, их большую протяженность и что наружный инфильтрирующийся воздух быстро смешивается с конвективными потоками помещения, не создает в большинстве случаев значительных дискомфортных зон. В зданиях с современными герметичными окнами при полностью закрытых окнах инфильтрация незначительна — на порядок ниже требуемого по нормативам воздухообмена (практически отсутствует). В действительности режим эксплуатации (приготовление пищи, стирка, переменное количество людей в течение суток и др.) характеризуется широким диапазоном потребного воздухообмена, меняющегося по отдельным помещениям квартиры в течение суток. Минимальный воздухообмен — при удалении из помещений вредностей, выделяемых строительными конструкциями, отделочными материалами, мебелью и т.п. (радон, фенолформальдегиды и др.). Максимальный воздухообмен может быть принят по данным стандарта НП «АВОК» «Организация воздухообмена в квартирах многоэтажного жилого дома» (2003). Глубина регулирования воздухообмена в квартире меняется с кратностью до 10 раз. Использование регулирования объемов приточного воздуха с помощью периодического (согласно СНиП) открывания вручную фрамуг часто приводит к выхолаживанию помещений, а, следовательно, к повышению потребности в теплоте. Для обеспечения требуемого санитарно-гигиенического состояния воздушной среды рекомендуют герметичные окна со специальными заслонками, а также устройство в наружных ограждениях вентиляционных каналов с регулирующими клапанами, механической приточной вентиляции и т.д. [1] Любое конструктивное решение проблем вентиляции не должно приводить к ухудшению акустического режима и должно предусматривать меры как по защите от городского шума, так и от шума, генерируемого системами механической вентиляции. Проводится большое количество работ по расчету количества инфильтрующего воздуха, по влиянию герметичности оконных переплетов на величину инфильтрации, по необходимости создания механической вентиляцией подпора внутри помещения и т.п. [2–8].Считается, что подпор предохраняет от проникновения в здание необработанного воздуха и загрязняющих веществ. Однако, неопределенность воздействия инфильтрации воздуха изменяет результирующий воздушный баланс здания как в лучшую, так и в худшую сторону. Итоги недавних исследований инфильтрации воздуха в зданиях [8] показали, что в «…районах с преобладанием отопительного сезона подпор, создаваемый системами вентиляции, выдавливает влажный воздух через множество неустранимых неплотностей в стенах, перекрытии и полу. Зимой влага конденсируется, причиняя ущерб ограждающим конструкциям. Так, известно, что при отрицательном давлении 75 Па во время дождя влага всасывается в каждую трещину ограждающих конструкций. Здание протекает, т.к. уплотнение недостаточно. Отрицательное давление вызывается дисбалансом приточной и вытяжной вентиляции. Таким образом, с точки зрения долговечности ограждающих конструкций, давление внутри зданий должно быть слабо отрицательным в отопительный период и избыточным в период охлаждения. То есть обычная практика проектирования систем ОВК иногда не согласуется с требованиями к проектированию ограждающих конструкций здания…». В связи с изложенным, на повестку дня встает вопрос: качество строительных работ необходимо оценивать не визуально по выполнению нормативных регламентов без указаний конкретных физических величин, а по физическим показателям: например, по обеспечению герметичности сооружения строительных ограждений помещения (например, как держится избыточное давление в квартире). Такая проверка повысила бы качество строительных работ, устранила бы перетекание запахов и распространение шума, запахов и насекомых по всему зданию, уменьшила бы тепловые потери, увеличила бы долговечность конструкций, повысила бы, что особенно важно, надежность борьбы с дымом при пожаре, улучшила микроклимат и т.д. Барьер для движения воздуха — это компонент, выбираемый проектировщиком для защиты ограждающих конструкций от воздухопроницаемости. Возможные способы защиты — заклеивание стыков уплотнителями или герметизация при изготовлении. Защитный материал должен выдерживать разнонаправленный перепад давлений по сечению ограждения. Конструктивное исполнение барьера также должно быть эластичным (пленки, уплотнители и т.п.). Строительными стандартами предлагаются требования лишь к диффузионной воздухопроницаемости (а не утечки через большие трещины и дефекты ограждающих конструкций). Оценивается только плотность материалов ограждающих конструкций. С точки зрения ОВК необходимо ввести нормативы по герметичности сооружаемых строителями объемов помещений (в целом: квартир, офисов, складов и т.д.). В этом случае утечка воздуха через трещины и другие дефекты строительных конструкций станет отдельной проблемой как для архитекторов, так и для строительно-монтажных организаций. Все это приведет только к повышению качества строительства. Исторически сложилось так, что дома строились малоэтажными, отопление было печное, на воздушный режим помещений оказывало влияние преимущественно ветровое давление, а вентиляция осуществлялась в основном за счет неплотности световых проемов и естественной тяги через дымовые трубы печей. Перетекание воздуха по вертикали было незначительным. Однако, с увеличением этажности зданий существенное влияние на работу вентиляции оказывает высота здания, его планировочные и эксплуатационные особенности. К числу основных факторов, которые должны учитываться при проектировании обитаемых домов повышенной этажности относится [9]: «1. Принципиальная возможность усиленного перетекания воздуха зимой из нижних этажей в верхние вследствие большой высоты здания и влияния расположенных друг над другом зон. Это положение создает увеличенную инфильтрацию наружного воздуха в нижние этажи зоны. 2. Увеличенные скорости ветра на больших высотах от земли. Это создает увеличенную инфильтрацию наружного воздуха в наветренных помещениях верхних этажей. 3. Увеличенные гравитационные напоры в системе вентиляции вследствие большой высоты здания, доходящие в 30этажных зданиях до 20 мм вод. ст. при tн = 15 °C и падающие до 7 мм вод. ст. при tн = 5 °C против 5–2 мм вод. ст. в многоэтажных зданиях массового строительства. Величина располагаемых напоров создает принципиальную возможность использования их в качестве хорошего побудителя для тяги при низких наружных температурах. Вместе с тем значительные колебания напора могут создать существенную неравномерность в работе вентиляции…». Условно к высотным зданиям относят дома выше 15 этажей с техническими этажами, разбивающие здание по высоте на зоны высотой до 10–12 этажей. Технические этажи имеют герметические перекрытия и перегородки с герметическими дверями на лестничной клетке, препятствующие перетеканию воздуха из этажей нижележащей зоны в этажи вышерасположенной зоны. Выбор системы вентиляции 1. Санитарные узлы и кухни Невозможность проветривания санитарных узлов через окна приводят к необходимости устройства в санитарных узлах зданий вытяжной вентиляции с механическим побуждением, т.к. при наружных температурах 10–15 °C и выше эти помещения останутся без вентиляции (для Москвы — 75 суток). Нами рекомендуется все санитарные узлы оснащать индивидуальными вытяжными каналами, оборудованные вентиляторами с дроссель клапанами, включаемыми автоматически. Кухни, вентилируемые общей с санитарными узлами системой вентиляции, являются основным источником образования вредных выделений, которые при открывании окон кухни, расположенных с наветренной стороны, могут распространиться в жилые комнаты. Считаем целесообразным кухни также оборудовать индивидуальными вытяжными каналами с вентиляторами с регулируемой производительностью в зависимости от режима работы кухонных плит и дроссель-клапанами, а также с возможностью осуществления режима ручной регулировки производительности вентилятора. Вентилирование кухни и санитарных узлов при помощи индивидуальных вытяжных вентиляционных систем затрудняет устройство объединенных общих систем вентиляции здания. Особенно это относится при использовании индивидуального учета эксплуатационных расходов. 2. Жилые комнаты В литературе отмечается, что при устройстве механического побуждения на вытяжке из санитарных узлов и кухонь можно создать разрежение в квартире и подсосать наружный воздух через щели оконных проемов, обеспечив в жилых комнатах требуемый воздухообмен. При этом неизбежно дутье от окон, особенно при низких температурах наружного воздуха. Отсутствие приточных вентиляционных устройств в жилых комнатах приводит иногда к нарушению нормальных температурных условий. В настоящее время в технике ОВК рекомендуются наиболее простые вентиляционные устройства для организованного притока воздуха в жилые комнаты: 2.1. Установка в наружных стенах под потолком помещения «хлопушек». Это не исключает сквозняка в помещении. кроме того, отверстия «хлопушек», выходящие из каждой комнаты на наружную поверхность стены, портят фасад здания. 2.2. Подоконный прибор: забор воздуха осуществляется через щель под отбойным металлическим щитком оконного проема. Воздух проходит над отопительным прибором по коробу. При выходе в помещение приточный воздух смешивается с токами восходящего теплого воздуха от нагревательного прибора. Достоинством этого подоконного прибора является возможность регулирования количества приточного воздуха. 2.3. Устройство для притока наружного воздуха в помещение с подогревом отопительным прибором. Забор воздуха осуществляется под козырьком окна. Далее воздух направляется вниз, смешивается с воздухом помещения, поднимается вверх, соприкасаясь с радиатором, нагревается и выходит в помещение. 2.4. Приточный подоконный прибор значительно проще устройства для притока воздуха с подогревом нагревательным прибором. Всем рассмотренным вариантам децентрализованного притока свойственны общие недостатки: в них приточный воздух поступает в помещения без необходимой очистки. Второй недостаток децентрализованного притока — неравномерность работы вследствие действия ветра. Избыточный напор и разрежение, возникающие под влиянием ветра у наружной поверхности здания, изменяют количество приточного воздуха. Работа децентрализованных приточных устройств большой мощности может вызвать разрежение в квартире и неорганизованный подсос воздуха через щели окон. Централизованная приточная система с механическим побуждением свободна от указанных недостатков, однако при современном стремлении к индивидуализации эксплуатационных расходов ее применение нежелательно. Одно из основных требований к приточной вентиляции — возможность быстрой адаптации к изменчивым условиям помещения. При централизованной вентиляции это весьма проблематично. Итак, как следует из всего приведенного выше, основная трудность в обеспечении нормального воздушно-теплового режима помещений заключается в том, что: ❏ внутренний технологический режим помещений, в особенности в жилых зданиях, непостоянен; ❏ существенное влияние на воздушно-тепловой режим оказывает подвижность наружного воздуха (ветер), которая с наветренной стороны здания обуславливает повышенное давление, а на заветренной стороне — отрицательное давление, за счет этого в здании происходит горизонтальное перемещение воздуха (в пределах этажа), причем это влияние по величине и направлению переменно, но всесезонно — имеет место как летом, так и зимой; ❏ гравитационное воздействие, обусловленное разностью температур воздуха в здании и вне здания — это воздействие определяет перемещение внутреннего воздуха по вертикали (по этажам), при этом влияние зависит от разности температур наружного и внутреннего воздуха, и, соответственно, от периода года, причем данное воздействие создает на нижних этажах здания разряжение, а на верхних — избыточное давление (вертикальное перемещение воздуха по этажам осуществляется в основном по лестничным клеткам и лифтовым шахтам). Если первая позиция характеризует требования, предъявляемые к воздушно-тепловому режиму, то две остальные — условия, при которых должны обеспечиваться требования первого пункта и, по возможности, уменьшено их влияние. Рассмотрим каждую из позиций. Помимо ранее указанных данных относительно вентиляции помещений отметим, что естественно проглядывается необходимость обеспечения двух режимов вентиляции: ❏ фоновой — для удаления из помещений вредностей, выделяемых строительными конструкциями, отделочными материалами, мебелью и т.п. (радон, фенолформальдегиды и др.) при отсутствии людей; ❏ эксплуатационный — приготовление пищи, стирка, переменное количество людей в течение суток и др. в присутствии людей. Для вытяжной системы вентиляции эти режимы могут быть обеспечены данными нами выше рекомендациями. В этом случае дроссель клапана в закрытом положении должен обеспечить пропуск минимального количества воздуха. Например, через специально предусмотренное в клапане дросселирующее отверстие. Максимальное количество вытяжного воздуха обеспечивается включением соответствующего режима вытяжного вентилятора и открытием дроссель-клапана. Желательно для каждого вентилятора предусмотреть индивидуальный вентиляционный канал. В крайнем случае, возможно их объединение через три-четыре этажа с установкой в каждом канале обратного клапана. Что же касается обеспечения доступа приточного наружного воздуха в помещение, то его для фонового режима можно обеспечить по предусмотренным поэтажным общим каналам, соединяющим одновременно наветренную и заветренную стороны здания и каждое помещение (квартирой и т.п.). Такое соединение помещений одновременно с двумя противоположными сторонами здания позволяет во всех помещениях поддерживать примерно одинаковые давления и исключить поэтажное горизонтальное межквартирное перетекание воздуха (окна герметичны) и фоновое проветривание независимо от направления и величины скорости ветра, а при необходимости эффективно осуществлять подогрев инфильтрующего воздуха теплотой вытяжного. Исключить вертикальное перетекание воздуха возможно при: ❏ герметизации всех щелей и проемов для прохода коммуникаций через междуэтажные перекрытия и через вертикальные ограждения — трубопроводы и другие инженерные коммуникации при проходе через отверстия ограждений конструктивно должны полностью исключать возможность их перемещения при эксплуатации — например, вертикальные трубопроводы систем отопления и ГВС должны быть замоноличены в перекрытиях при помощи приваренных к трубопроводам фланцев, а для компенсации температурных удлинений между каждой парой замоноличенных фланцев предусмотреть компенсационные устройства; ❏ разделении лестничных клеток (кроме лестничных клеток первого типа) по высоте на отсеки с устройством на площадках между этажами дверных проемов (аналогично требованиям противопожарной защиты) — данное мероприятие, при современной ширине лестничных клеток, очевидно, потребует либо их увеличения, либо изменения компоновок лестничных клеток, либо применения лестничных клеток первого типа; ❏ максимальном обособлении лифтовых шахт от лестничных клеток: выносе лифтовых шахт из здания и соединении объема шахты с атмосферой; создании самостоятельных по зданию лифтовых блоков «холл + лифт» с гарантированным шлюзованием в коридоры помещений; создании новых конструкций кабины лифтов и шахт, обеспечивающих повышенную герметичность дверей шахт, соединении объема кабины лифта с поэтажными проемами и оборудовании кабин локальными системами микроклимата; создании в лифтовых шахтах избыточного давления для нейтрализации действия гравитационного давления. Реализация мероприятий по обособленности лифтовых шахт, как это следует из перечисленных рекомендаций, является наиболее трудоемкой. С учетом необходимости удовлетворения требований к лестничным клеткам, с нашей точки зрения, наиболее приемлемым и осуществимым является поиск конструктивного решения в направлении создания лестничных клеток и лифтовых шахт с холлами, сообщающимися с наружным воздухом (аналогично лестничным клеткам первого типа). Данная требование возможно удовлетворить не только в выносном из здания исполнении, но и в пределах внутренних объемов зданий. Такое решение становится особенно целесообразным при внедрении в практику строительства прогрессивных систем снабжения зданий теплотой и холодной водой под названием «Система 3Т» [10, 11, 12].Устранив данные существующие недостатки и определив основные направления по созданию требуемого движения воздушных потоков внутри зданий при воздействии естественных факторов (теплового и ветрового), рассмотрим проблемы организации приточно-вытяжной системы вентиляции. Как отмечалось выше, при осуществлении эксплуатационных режимов вентиляции возникает потребность устройства приточно-вытяжной вентиляции с механическим побуждением. Для этой цели нами рекомендуется использовать индивидуальные квартирные малогабаритные агрегаты. Размещение этих агрегатов следует производить в помещениях, в которых предусматривается монтаж термотрансформаторов «Систем 3Т» [10, 11, 12]. Такое исполнение принудительной вентиляции помещений обеспечивает ее техническое обслуживание вне квартиры, бесшумность работы, коммерческий учет потребляемой теплоты и т.п. Работу индивидуальных вентиляционных устройств возможно осуществлять как вручную, так и автоматически. Основное условие работы принудительной вентиляции — закрытые окна. В случае открытия окон при работе принудительной вентиляции последняя должна отключаться. Однако потребителю необходимо иметь возможность включать принудительную вентиляцию и при открытых окнах, но вручную, и работа вентиляции при этом должна сопровождаться сигнализацией (световой, звуковой и т.п.). Автоматическое включение принудительной вентиляции можно осуществлять по величине концентрации СО2, относительной влажности, величине избыточного давления и т.п. Работу приточно-вытяжной установки возможно согласовать с работой индивидуальных вентиляторов вытяжных систем кухни, санузлов и ванн. Например, при определенном режиме работы кухонных плит может быть задействован не только индивидуальный вытяжной кухонный вентилятор, но и система принудительной вентиляции квартиры. Заключение Для обеспечения нормального воздушного режима в помещениях здания, сведения до минимума неорганизованного перемещения воздуха и запахов по вертикали и горизонтали здания, а также сокращения инфильтрации необработанного воздуха, уменьшения тепловой нагрузки на системы отопления и кондиционирования воздуха необходимо обеспечить герметичность, воздухонепроницаемость ограждений световых проемов каждого помещения здания и исключить возможность перемещения инженерных коммуникаций в отверстиях строительных конструкций. Каждое помещение необходимо одновременно соединить воздушными каналами с наветренной и заветренной сторонами здания. Вентиляцию санузлов и кухонь следует осуществлять по самостоятельным каналам, оборудованным дроссель-клапанами, и индивидуальными вытяжными вентиляторами. Вентиляторы санузлов работают по эффекту пользования, а вентиляторы кухонь — по эффекту загруженности кухонных плит. Лестничные клетки должны либо иметь исполнение первого типа, либо разделяться отсеками с дверьми. Лифтовые шахты с холлами должны либо иметь связь с наружным воздухом, аналогично лестничным клеткам первого типа, либо быть сконструированы по ранее освещенным вариантам. Причем конструктивные решения лестничных клеток и лифтовых шахт желательно сочетать с конструктивным выполнением помещений для размещения термотрансформаторов «Систем 3Т», оснащенных индивидуальными приточно-вытяжными вентиляционными установками. Установки должны работать по алгоритму:автоматическое включение при условии закрытых окон, а при открытых окнах установка включается вручную, и ее работа сопровождается зуммером. Производительность вентиляционных агрегатов установки регулируется по оговоренным заказчиком параметрам (СО2, давлению в помещении, ручной запуск, температуре, влажности и т.д.). 1. Ливчак И.Ф., Наумов А.Л. Регулируемая вентиляция жилых многоэтажных зданий // AВОК, № 5/2004. 2. Малявина Е.Г., Бирюков С.В., Дианов С.Н. Воздушный режим высотного жилого здания в течение года. Воздушный режим при естественной вытяжной вентиляции // АВОК, № 8/2004. 3. Константинова В.Е. Воздушно-тепловой режим в зданиях повышенной этажности. — М.: Стройиздат, 1969. 4. Титов В.П. Расчет вентиляционных систем с естественным побуждением для многоэтажных зданий // Вопросы тепловлажностного и воздушного режимов кондиционирования микроклимата: Сб. трудов МИСИ № 52. — М.: МИСИ,1970. 5. Китайцева Е.X. Алгоритм решения задач воздушного режима многоэтажных зданий // Проблемы математики и прикладной геометрии в строительстве: Сб. трудов МИСИ № 72. — М.: МИСИ, 1982. 6. Китайцева Е.X., Малявина Е.Г. Естественная вентиляция жилых зданий // АВОК, № 3/1999. 7. Бирюков С.В., Дианов С.Н. Расширение возможностей программы «AIR» для расчета воздушного режима здания: Сб. трудов ТГВ75. — М.: МГСУ, 2003. 8. W.A. Anis, технический директор фирмы Shepley Bulfi nch Richardson & Abbott (Бостон, США). Влияние воздухопроницаемости на проектирование систем климатизации // АВОК, № 2/2003. 9. Ливчак И.Ф. Вентиляция многоэтажных жилых зданий — М.: Гос. издво архры и градострва, 1951. 10. Аничхин А.Г. «Система 3Т» — система теплоснабжения отопления, вентиляции и горячего водоснабжения жилых и многофункциональных зданий ХХI в. // Журнал «С.О.К.», № 4/2006. 11. Аничхин А.Г. Термотрансформаторы для «Системы 3Т» // Журнал «С.О.К.», № 11/2007. 12. Аничхин А.Г. Дитинич И. «Система 3Тм» — модернизированная система теплоснабжения, отопления, вентиляции и горячего водоснабжения жилых и многофункциональных зданий ХХI в. // Журнал «С.О.К.», № 6/2008.