О развитии отечественной вентиляции для многоэтажного жилищного строительства

Одним из центральных вопросов всегда было определение количества наружного воздуха, которое следует подавать для вентилирования жилых зданий.

Впервые в России на законодательном уровне этот вопрос обсуждался на созданном в 1859 году особом «Комитете по рассмотрению различных систем вентиляции с целью применения средств к их усовершенствованию…» [2]. Для климатических условий России были рекомендованы следующие значения (на 1 чел. в час):

- в казармах — днем по 20, ночью по 30 м³;

- в тюрьмах строгого заключения — 30, обычного заключения — 40 м³;

- в спальнях учебных заведений (ночью) — 30 м³;

- в детских яслях воспитательных домов — 20 м³;

- в театрах и присутственных местах — 20 м³;

- в ватерклозетах — 30 м³ на каждое место.

В 1949 году в заключении к статье действительного члена АМН СССР Л. К. Хоцянова и др. [3] приводится краткая сводка гигиенических параметров микроклимата и воздухообмена, которых необходимо придерживаться при устройстве систем отопления и вентиляции жилых помещений:

- температура воздуха помещений — 18—20 °С;

- относительная влажность воздуха — 35—65 %;

- подвижность воздуха — 0,1—0,15 м/с;

- воздухообмен на человека — 25—30 м³/ч;

- запахи — отсутствие.

Сравнительно долго в советское время при проектировании жилых домов удерживались нормы ОСТ/ВСКХ-8231/66, из которых следовало: кратность воздухообмена в жилых комнатах — 0,5 об/ч, кухнях — 3,0 об/ч, ванных комнатах — 1,5 об/ч и уборных — 25 м³/ч. Полукратный обмен воздуха в жилых комнатах наблюдался, в частности, во многих наших испытаниях [4], а также указывался в американских источниках [5]. В [5] (с. 88, табл. 6.1) для жилых помещений (с окнами или наружной дверью с одной стороны) при средних условиях инфильтрации без учета подачи воздуха системами вентиляции приводилась кратность воздухообмена, равная 0,5 об/ч.

В последующие годы определение воздухообмена производится не по кратности, а по норме на человека в жилых комнатах и отдельно в кухнях и санитарных узлах. Таким образом, можно констатировать, что средний воздухообмен в жилых комнатах городских зданий, которые в подавляющем большинстве строились у нас при жилой площади на одного человека 10 м² и высоте комнаты в чистоте 2,7 м, составлял всего лишь 13,5 м³/ч на человека.

Причем, если учесть, что сейчас в нашей стране началось массовое применение более совершенных герметически закрывающихся окон (из алюминия и ПВХ), можно ожидать еще большего сокращения воздухообмена в жилых комнатах.

В СНиП 2.04.05-91* «Отопление, вентиляция и кондиционирование» рекомендуется объем притока в жилые здания в размере 3 м³/ч на м² площади жилых комнат. В московских городских нормах МГСН 3.01-96 «Жилые здания» предлагается подавать 30 м³/ч наружного воздуха на человека.

В стандарте НП «АВОК» «Здания жилые и общественные. Нормы воздухообмена» (2002) приводятся минимальные значения воздухообмена в квартирах — 3 м³/ч на м² площади жилых комнат при заселенности менее 20 м² общей площади на человека, а при меньшей плотности заселения — рекомендуется поддерживать кратность воздухообмена в квартирах дома на уровне 0,35 об/ч, но не менее 30 м³/ч на одного человека.

К этому следует добавить, что в многоэтажных жилых домах работа вытяжной вентиляции с естественным побуждением весьма неравномерна и зависит от многих факторов: ветра, высоты здания, принятой его планировки (квартиры со сквозным проветриванием и без него), воздухопроницаемости ограждающих конструкций.

Наиболее полно многообразие естественного воздухообмена и вентиляции многоэтажного жилого дома под действием всех влияющих на него факторов рассмотрено в [4], в последующих работах В. Е. Константиновой, М. М. Грудзинского, В. П. Титова и других авторов. Причем показывается, что в многоэтажных жилых зданиях инфильтрация (поступление наружного воздуха) оказывается выше в нижних этажах, а в верхних, при бездействии вытяжной вентиляции (что может иметь место), полностью отсутствует. Также инфильтрация будет выше с наветренной стороны и меньше со стороны заветренной, при определенных условиях на заветренной стороне инфильтрация может даже отсутствовать.

Работа вытяжной вентиляции при повышенных скоростях ветра (порядка 4—5 м/с и более), для обеспечения одинаковой инфильтрации наружного воздуха в заветренных и наветренных помещениях, должна создавать увеличенное разрежение в первом случае (доходящее до 1 мм вод. ст.) и уменьшенное разрежение и даже подпор во втором случае. При отсутствии такой регулировки в заветренных помещениях инфильтрация, а следовательно, и поступление свежего воздуха могут уменьшиться или полностью прекратиться. Таким образом, эффект работы вытяжной системы вентиляции весьма неравномерен и зависит от действия ветра и других факторов.

Вместе с тем количество вредных веществ, поступающих в жилые комнаты, особенно начиная со второй половины ХХ века, все время продолжает расти. Существенно увеличиваются концентрации вредных веществ в атмосфере [5], особенно возросли выбросы от выхлопных труб автомашин, хотя за рубежом почти все машины выпускаются сейчас с нейтрализаторами, имеющими КПД = 90 %. Если в помещении допускается курение, то воздухообмен рекомендуется увеличивать вдвое.

Имеются случаи выделения радона, он способен диффундировать через землю, подвальные стены и покрытия, соприкасающиеся с грунтом, содержащим радиоактивные материалы, а также с водой, поступающей в кухни и ванные комнаты. Установлено, что клеевые древесно-стружчатые плиты и вспененная мочевиноформальдегидная тепловая изоляция являются источником выделения вредных веществ. Кроме этого, такими источниками могут быть текстильные изделия, мебельный клей, фанера. Еще одним источником выделения вредных веществ является деятельность людей в помещениях. При использовании приборов для сушки волос выделяется асбест. Различные предметы домашнего обихода — ароматизаторы воздуха, мебельные лаки, краски, использующиеся в виде аэрозолей, также выделяют вредные вещества. Наконец, сам человек является источником выделения различных органических и неорганических веществ.

В связи с этим уменьшение количества вентиляционного воздуха, которое имеет место в многоэтажных жилых домах при вытяжной системе вентиляции с естественным побуждением, в настоящее время является неблагоприятным для здоровья проживающих в таких зданиях людей, особенно в холодном климате наших городов.

Выходом из этого положения является устройство в многоэтажных жилых домах организованной приточно-вытяжной вентиляции. Эта идея не является новой. Она была успешно реализована в Москве — устройством централизованной системы вентиляции в одной из секций 9-этажного жилого дома с однократным воздухообменом в жилых комнатах при работе как притока, так и вытяжки как на естественном, так и механическом побуждении [4], а также установкой квартирных агрегатов воздушного отопления с механическим побуждением приточного воздуха, предварительно нагретого в калориферах, встроенных в этот агрегат и питающихся от централизованной системы теплоснабжения [6].

Однако расширить внедрение этих решений не удалось, в основном вследствие некачественного оборудования и вынужденного увеличения расхода тепла из-за создания избыточной вентиляции по сравнению с существующей естественной.

Сегодня обстоятельства изменились. За рубежом разработан и широко внедряется новый эффективный противоточный агрегат с рекуператором теплоты, в котором наружный приточный воздух подогревается за счет теплоты уходящего вентиляционного воздуха (рис. 1).

Рисунок 1 Схема противоточного агрегата с рекуператором теплоты 1 — приточный вентилятор; 2 — вытяжной вентилятор; 3 — рекуператорный блок; 4 — приточный фильтр; 5 — вытяжной фильтр; 6 — термостат размораживания; 7 — дренажный патрубок

Этот агрегат состоит из двух вентиляторов (вытяжного и приточного), рекуперативного блока и фильтров из синтетического моющегося материала, которые защищают рекуперативный блок от загрязнения. Тепловой КПД теплообменного аппарата противоточного типа по данным фирмы-производителя достигает 65—75 %. Габаритные размеры агрегата производительностью 330 м³/ч составляют 816х562х489 мм.

Наличие механического побуждения на притоке и вытяжке приводит к целесообразности совмещения вентиляции с воздушным отоплением. Это делает систему отопления и вентиляции здания более дешевой (отпадает система отопления) и вместе с тем обеспечивает работоспособность вентиляции, т. к. здание без отопления не сможет эксплуатироваться.

Для подогрева воздуха до необходимой температуры за агрегатом устанавливается калорифер, присоединенный к системе централизованного теплоснабжения (или центрального отопления), который будет догревать воздух для поддержания нужной температуры в помещениях.

Опыт показывает, что при размещении приточного устройства под потолком расчетная температура нагрева приточного воздуха для компенсации теплопотерь может достигать 70 °С и будет снижаться по мере повышения теплозащиты оболочки здания. Поэтому наружная поверхность приточных воздуховодов теплоизолируется, например, пенополиуретаном толщиной 20–25 мм. Такая же теплоизоляция предусматривается на воздухозаборном воздуховоде, проходящем через отапливаемую комнату.

Не исключена возможность использования этого калорифера (догревателя воздуха) в летнее время как воздухоохладителя путем подачи в него холодной воды из артезианской скважины или холодильной установки, если таковые имеются. При этом в жилых комнатах температура воздуха будет снижаться — возможно не до вполне комфортной, но до более приемлемой, чем без охлаждения. На рис. 2 показан пример устройства такой системы в квартире.

Рисунок 2 Пример устройства системы квартирной приточно-вытяжной вентиляции с механическим побуждением и теплорекуператором, совмещенной с воздушным отоплением 1 — водо-водяной теплообменник централизованного теплоснабжения; 2 — противоточный агрегат с рекуператором теплоты; 3 — вытяжные воздуховоды; 4 — приточные воздуховоды с наружной теплоизоляцией; 5 — утепленный воздуховод наружного воздуха с наружной теплоизоляцией; 6 — воздуховод для удаления вытяжного воздуха из квартиры. Все воздуховоды проходят под потолком и имеют воздухорегулирующие устройства

Приточный воздух заполняет жилые комнаты, ассимилируя вредные вещества, и препятствует распространению воздуха из кухонь и санитарных узлов, затем загрязненный воздух удаляется из этих помещений и через воздуховоды подается в рекуператор, где он отдает свое тепло следующей порции поступающего наружного воздуха, после чего удаляется в атмосферу.

Во всех воздуховодах принята скорость воздуха (из условий бесшумности), равная 2,5—3 м/с, при этом воздуховоды могут выполняться из тонкой листовой стали, в т. ч. круглого сечения, диаметром не более 20 см. При этом можно существенно (без дополнительного расхода тепла) увеличить количество воздуха, подаваемого в жилые комнаты.

Возникает вопрос: из какого расчета определять количество на человека приточного воздуха, подаваемого в жилые комнаты? Единого мнения в этом вопросе нет, причем можно видеть, что в некоторых случаях, например, в загородных санаториях для высокопоставленных пациентов, проектировались системы кондиционирования воздуха с нормой подачи наружного воздуха до 100 м³/ч на одного человека.

Наиболее компетентный в данном вопросе специалист — Ю. Д. Губернский, профессор, доктор медицинских наук, руководитель лаборатории гигиены жилых и общественных зданий Института им. Сысина РАН, рекомендует принимать норму свежего воздуха на одного человека в жилых комнатах порядка 60 м³/ч [7]. Причем оговаривается, что городской воздух по мере его загрязнения будет создавать отрицательный эффект.

Вместе с тем профессор Olli Seppanen, президент Финской ассоциации по отоплению, вентиляции и кондиционированию воздуха, в статье «Энергоэффективность системы вентиляции для обеспечения качественного микроклимата помещений» («АВОК», 2000, № 5) указывает, что при норме подачи наружного воздуха 36 м³/ч на человека люди дают негативную оценку качеству внутреннего воздуха.

Учитывая изложенное и принимая во внимание нежелательность увеличения расхода тепла на отопление и вентиляцию жилых домов, который в нашей стране составляет большую величину (измеряемую десятками процентов от всего добываемого топлива), мы предлагаем для сегодняшнего дня принять норму наружного воздуха, подаваемого в жилые комнаты, в размере 40 м³/ч на одного человека.

Уменьшению вредных веществ, подаваемых в квартиры с наружным воздухом, способствует установка нейтрализаторов на выхлопе автомобилей, улучшение качества топлива, выведение особо вредных предприятий за пределы города и совершенствование производственной технологии, повышение эффективности систем вентиляции с установкой очистных установок на выбросах, а также строгое соблюдение санитарно-защитных норм, в т. ч. касающихся там, где это необходимо, среднесуточных и максимально разовых концентраций вредных веществ в атмосферном воздухе.

Кроме этого, необходимо продуманно и очень тщательно выбирать места для забора наружного воздуха через приемные отверстия для приточной вентиляции, чтобы они осуществляли этот забор воздуха в местах наименьших концентраций вредных веществ в наружном воздухе.  Для этой цели оно не должно выходить на улицы с большим автомобильным движением, его следует расположить где-либо в дворовой или в садовой части территории. Еще лучше при решении этого вопроса иметь карту распределения вредных веществ в данном районе. Причем если условия для той или иной квартиры будут в этом отношении не благоприятны, то вентиляционные устройства можно вообще не реконструировать, т. к. выход в таких случаях найти трудно. Можно порекомендовать развести специальные комнатные растения для поглощения из воздуха вредных веществ — такой метод тоже существует.

Реализацию приточно-вытяжной вентиляции, совмещенной с воздушным отоплением, в многоэтажных жилых домах наиболее целесообразно начинать с квартирных систем на базе имеющихся зарубежных агрегатов с теплорекуператорами.

Такая система интересна тем, что она может применяться для всех, в т. ч. и существующих, жилых многоэтажных домов. Ведь они составляют большую часть зданий (доля новых домов — не более 2 % в год).

Однако форсировать переоборудование существующих систем отопления и вентиляции не стоит, т. к. это связано с большими затратами. Видимо, в существующих зданиях предлагаемую систему приточно-вытяжной вентиляции с рекуперацией следует устраивать по мере выхода из строя существующих систем отопления. И главное при этом — улучшение эффективности системы вентиляции.

Известно, что сейчас подобного рода система с импортными квартирными агрегатами (теплорекуператорами), но с самостоятельной системой водяного отопления (также поквартирной) сдается в эксплуатацию в 18-этажном 260-квартирном доме [8].

Учитывая этот факт, надо прежде всего заняться отработкой отечественного производства агрегатов рекуператоров и встраиваемых в них теплообменников для догрева воздуха. Подобные приборы нужны не только малой производительности, они необходимы для всего нового строительства и, в частности, для централизованных систем многоэтажных жилых домов.

Применяя в этом случае один центральный агрегат на верхней части здания (над перекрытиями верхнего жилого этажа) на высоте 10—20 этажей (40—80 м), мы можем рассчитывать забирать там значительно более чистый воздух (рис. 3).

Рисунок 3 (подробнее) Центральная система приточно-вытяжной вентиляции с механическим побуждением и теплорекуператором, совмещенная с воздушным отоплением

Всякие сомнения в отношении микроклимата в отапливаемых помещениях, скорости и температуры подаваемого воздуха снимаются, т. к. в течение 20 лет аналогичная система приточно-вытяжной вентиляции, совмещенной с воздушным отоплением, успешно эксплуатировалась и показала положительные результаты, в том числе в исследованиях Института общей и коммунальной гигиены им. Сысина АМН СССР, проводившихся в опытном доме в Ленинском районе Москвы, кубатурой 80 000 м³, в котором проживало около 1 000 человек [9].

К сожалению (после 20 лет жизни в этом доме), группа пожилых жильцов после долгих дискуссий с другой, более молодой группой жильцов, настояла на необходимости устройства в здании «привычной» для них отопительной системы. В связи с этим данное здание было оборудовано такой системой.

Консультации, проведенные по этому поводу двумя крупнейшими специалистами в области санитарии и гигиены, действительными членами Академии медицинских наук СССР Л. К. Хоцяновым и А. Н. Летаветом, привели к следующему заключению: «Старые люди не привыкли к отсутствию в отапливаемых помещениях горячей поверхности, от которой исходит тепло, им к этому придется привыкать».

Следует подчеркнуть, что применение систем приточно-вытяжной вентиляции с рекуперацией, совмещенной с воздушным отоплением, для дальнейшего развития климатизационной и вентиляционной техники необходимо не только для жилых домов, но и для общественных и промышленных зданий. Как указывалось выше, совмещение воздушного отопления с вентиляцией будет обеспечивать работу вентиляции, которая, как показывает практика, в настоящее время во многих случаях работает неудовлетворительно, а иногда, находясь в исправном состоянии, даже и не включается

Кроме того, устройство такой системы в единовременных затратах должно быть дешевле, т. к. при обязательности в обоих решениях приточно-вытяжной вентиляции в предлагаемом варианте отпадает необходимость установки отопительных приборов.

Литература

1. Аше Б. М. Отопление и вентиляция: Систематический курс для студентов специальных отделений инженерно-строительных втузов: В 2 т. Л.: Госстройиздат, 1934.

2. Флавицкий И. Результаты исследований причин вредного влияния внутреннего воздуха в зависимости от способов отопления искусственной вентиляции: Прил. к I т. «Записок Академии Наук». 1884. № 5.

3. Хоцянов Л. К. и др. К вопросу вентиляции жилых домов // Гигиена и санитария. 1949.

4. Ливчак И. Ф. Вентиляция многоэтажных жилых домов. М.: 1951.

5. Уаддн Р. А., Шефф П. А. Загрязнение воздуха в жилых и общественных зданиях. США, 1987.

6. Ливчак И. Ф. Квартирное отопление. М.: Стройиздат, 1977.

7. Требования инженеров к стандартам вентиляционных систем // АВОК. 1998. № 6.

8. Наумов А. Л., Агафонова И. А., Иванихина Л. В. Инженерные системы энергоэффективного жилого дома // АВОК. 2003. № 8.

9. Ливчак И. Ф., Иванов В. М., Грудзинский М. М. Система воздушного отопления совмещенного с приточно-вытяжной вентиляцией для жилых многоэтажных и общественных зданий // Водоснабжение и сантехника. 1958. № 8.