Вентиляция жилых домов с теплым чердаком

Е. Г. Малявина, проф., канд. техн. наук;

С. В. Бирюков, канд. техн. наук;

С. Н. Дианов, инженер, кафедра отопления и вентиляции Московского государственного строительного университета (МГСУ)

При разработке теплого чердака предполагалось, что он должен обеспечить решение следующих задач:

- резкое сокращение аэродинамического сопротивления общих участков на выходе воздуха из системы естественной вентиляции;

- поддержание достаточной температуры на потолке последнего жилого этажа;

- снижение теплопотерь через чердачное перекрытие;

- уменьшение числа выбросных шахт, пронизывающих кровлю и увеличивающих риск протечек через кровлю при дожде и таянии снега;

- снижение материалоемкости утепления перекрытий.

Теплый чердак устроен следующим образом: во-первых, чердак или полностью изолированная его часть занимает верхний этаж, как правило, над одной жилой секцией; во-вторых, в него выбрасывается весь вытяжной воздух из всех вытяжных систем этой секции; в-третьих, удаляется воздух в атмосферу через одну вытяжную шахту. Эта единственная шахта может быть значительно выше, чем несколько шахт над неотапливаемым чердаком, т. к. если прислонить ее к помещению машинного отделения лифта, можно добиться, чтобы общая высота шахты над уровнем пола теплого чердака была не менее 6 м против 3 м при обычном чердаке.

В СНиП [1] не разрешается делать шахту в теплом чердаке ниже, чем 4,5 м от уровня пола чердака. Сам чердак является как бы сборным каналом для воздуха из всех вертикальных «стволов» жилой секции, аэродинамическое сопротивление которого значительно ниже сопротивления обычных сборных каналов.

Теплый чердак отличается от неотапливаемых чердаков тем, что он должен быть герметичным и с утепленными наружными ограждениями, но так же как и в обычных вытяжных системах, утепленной должна быть и вытяжная шахта.

Утепление ограждений теплого чердака рассчитывается по следующей схеме:

1. Назначается необходимая температура теплого чердака (обычно в диапазоне 14—18 °С).

2. Конструкция наружных стен оставляется такой же, как в самом обслуживаемом здании.

3. Сопротивление теплопередаче чердачного перекрытия между жильем и чердаком принимается исходя из того, чтобы тепловой поток через него был равен потоку через бесчердачное покрытие при нормативном (по энергосбережению) сопротивлении теплопередаче.

4. Сопротивление теплопередаче покрытия над теплым чердаком определяется из теплового баланса при поддержании на чердаке заданной температуры. В балансе учитываются теплопритоки с поступающим вытяжным воздухом и за счет теплопередачи через чердачное перекрытие, а также теплопотери через наружные стены и покрытие. Если по чердаку прокладываются трубопроводы систем отопления (например, воздушная линия системы с нижней разводкой, обратная магистраль опрокинутой системы, подающая магистраль системы с верхней разводкой и т. д.), то теплопоступления от этого трубопровода с учетом его теплоизоляции также учитываются.

При этом необходима значительно меньшая суммарная толщина утеплителя чердачного перекрытия и покрытия над теплым чердаком, чем утепление обычного чердачного перекрытия под холодным чердаком.

Понятно, что во избежание опрокидывания вентиляции температура в теплом чердаке не может быть значительно ниже температуры помещений. Однако в МГСН 2.01-99 [2] в примечании к п. 3.3.3. требуется, чтобы температура теплых чердаков была не более 14 °С, что представляется недостаточным. Так как нужная температура теплого чердака поддерживается выбрасываемым в него вытяжным воздухом, устройство его оправдано в зданиях, где расход вытяжного воздуха на секцию значителен. Как правило, это здания не ниже 6 этажей. Высокая температура воздуха в теплом чердаке является залогом не только лучшей работы вентиляции, но и достаточно высокой температуры потолка на верхнем этаже. Кроме того, понижение температуры внутренних поверхностей наружных ограждений на чердаке ниже температуры точки росы для вытяжного воздуха вызовет выпадение конденсата на этих поверхностях, что может оказать губительное воздействие на сохранность ограждений и явиться причиной появления плесени, споры которой могут проникнуть в жилые помещения (например, через окна).

Таким образом, естественная вентиляция в зданиях с теплым чердаком при правильной эксплуатации, необходимом утеплении и достаточном расходе вытяжного воздуха по определению не должна работать хуже, чем естественная вентиляция в зданиях с холодным чердаком.

Несмотря на то что в Москве построены сотни домов с теплыми чердаками, где система естественной вентиляции приемлемо работает (в меру возможностей самой естественной вентиляции), от специалистов можно зачастую услышать резко отрицательные отзывы о теплых чердаках. Представляется, что это неприятие связано с ошибками при проектировании или эксплуатации. К сожалению, на практике встречаются здания с неутепленным теплым чердаком, с негерметизированными стыками стеновых панелей, с открывающимися окнами и даже балконами на чердаке. В этих случаях хорошей работы системы вентиляции, естественно, ожидать трудно.

В литературе не встречается оценок влияния изменения температуры теплого чердака и некоторых неправильных эксплуатационных режимов на работу системы вентиляции, поэтому целью данной статьи является анализ работы системы естественной вентиляции с теплым чердаком по данным компьютерных расчетов воздушного режима здания в течение отопительного периода. Расчет выполнялся по программе, разработанной на кафедре отопления и вентиляции МГСУ [3].

Для анализа работы системы вентиляции в течение отопительного периода выбран 17-этажный жилой дом серии П-44. План типового этажа представлен на рис. 1.

Рисунок 1. (подробнее) План типового этажа 17-этажного жилого здания

В расчете принято, что здание оснащено плотными окнами и балконными дверями с сопротивлением воздухопроницанию 1 м²•ч/кг. Для обеспечения притока воздуха в стенах комнат и на кухне однокомнатной квартиры установлены приточные клапаны фирмы «АЭРЭКО», которые во всех расчетах рассматривались в полностью открытом состоянии. Входные двери в квартиры приняты также довольно плотными: с сопротивлением воздухопроницанию 0,7 м²•ч/кг. Вход в здание предусмотрен через двойные двери с тамбуром, каждая из которых имеет сопротивление воздухопроницанию 0,16 м²•ч/кг, так же как и двери обоих лифтов. Сопротивление воздухопроницанию дверей приквартирных холлов и входа на чердак принято 0,3 м²•ч/кг. Все сопротивления воздухопроницанию относятся к разности давлений DP₀ = 10 Па.

Рисунок 2. (подробнее) Расходы через вытяжные решетки и приточные клапаны при разных температурах наружного воздуха и на чердаке, двери закрыты

Жилой дом обслуживается системами естественной вентиляции с двухсторонним присоединением спутников к стволу и нерегулируемыми вытяжными решетками. Во всех квартирах, вне зависимости от величины, установлены одинаковые системы вентиляции, т. к. в рассматриваемом здании, даже в трехкомнатных квартирах, воздухообмен определяется не нормой притока (3 м³/ч на м² жилой площади), а нормой вытяжки из кухни, ванной комнаты и туалета (в сумме 110 м³/ч). Высота выбросной шахты над полом теплого чердака — 6 м.

Расчеты воздушного режима здания были выполнены для следующих температур наружного воздуха: 5 °С (расчетная для вентиляции); –3,1 °С (средняя отопительного периода в Москве); –28 °С (расчетная для отопления) при ветре со скоростью 0 м/с; 3,8 м/с (средняя за отопительный период); 4,9 м/с (расчетная для выбора плотности окон).

Температуру воздуха внутри теплого чердака в расчетный зимний период (при t_н = –28 °С) изменяли от 18 до 5 °С (вопросы конденсации водяных паров не рассматривались), в середине отопительного периода при температуре наружного воздуха –3,1 °С температуру на чердаке приравнивали 19 и 10 °С, а при расчетной температуре для вентиляции 5 °С соответственно 20 и 12 °С.

Результаты расчетов показали, что при температуре чердака, равной 20 °С, в расчетный период для вентиляции (t_н = 5 °С и безветренная погода) принятая система вентиляции с вентблоками и приточными клапанами на верхних этажах не обеспечивает нормативного воздухообмена 110 м³/ч (из-за зауженных сечений ствола вентиляционной сети и из-за установки приточных клапанов вместо открытых форточек, предусмотренных расчетом вентиляции [4]). На рис. 2 показано изменение расходов воздуха через вентиляционные решетки и приточные клапаны по высоте здания в различных погодных условиях при различной температуре воздуха в теплом чердаке. Эти результаты относятся к двухкомнатной квартире двухсторонней ориентации.

Рисунок 3. Расходы воздуха через вытяжные решетки в здании с холодным чердаком при разных температурах наружного воздуха 1 – при отсутствии ветра, температуре наружного воздуха –28 °С 2 – при скорости ветра 4,9 м/с, температуре наружного воздуха –28 °С 3 – при скорости ветра 3,8 м/с, температуре наружного воздуха –3,1 °С 4 – при отсутствии ветра, температуре наружного воздуха –3,1 °С 5 – при скорости ветра 3,8 м/с, температуре наружного воздуха 5 °С 6 – при отсутствии ветра, температуре наружного воздуха 5 °С

Из рис. 2 видно, что умеренное падение температуры воздуха в теплом чердаке (до указанных выше температур) практически никак не сказывается на воздухообмене квартир нижних этажей и немного (на 10—15 % при t_н = –28 °С и на 20—25 % при t_н = 5 °С) снижает воздухообмен верхних этажей. Понятно, что при незначительном располагаемом давлении для верхних этажей в расчетный для вентиляции период при безветренной погоде сокращение располагаемого давления еще и за счет понижения температуры на теплом чердаке нежелательно, но не фатально. При ветре воздухообмен квартир верхних этажей, расположенных на наветренном фасаде, и двухсторонних квартир увеличивается, понижение температуры теплого чердака сказывается значительно меньше даже для верхних этажей.

В здании без теплого чердака, с выбросными шахтами, возвышающимися над полом холодного чердака на 3 м, воздухообмены незначительно ниже, чем в здании с теплым чердаком, что видно из рис. 3.

Несанкционированное открывание дверей из лестничной клетки в теплый чердак при t_н = –28 °С мало сказывается на работе системы вентиляции, что следует из рис. 4. Дополнительное открывание дверей в квартиру верхнего этажа, в приквартирный холл, на лестницу, улицу также не приводит к значительным переменам. При расчетной для вентиляции t_н = 5 °С и безветрии влияние открывания дверей также мало. Однако при появлении ветра и открывании двери на чердак весьма вероятны случаи опрокидывания вентиляции на верхних пяти этажах.

Рисунок 4. Расходы воздуха через вытяжные решетки при разных вариантах открытия дверей на чердак при температуре наружного воздуха 5 °С 1 – при отсутствии ветра, закрытых дверях на чердак 2 – при скорости ветра 3,8 м/с, закрытых дверях на чердак 3 – при отсутствии ветра и открытой двери на чердаке 4 – при отсутствии ветра, открытой двери на чердак, в квартире и в холле 5 – при отсутствии ветра, открытой двери на чердак, на лестничную клетку и на входе в здание

Указанные результаты не отменяют общепризнанных для всех видов систем естественной вентиляции пожеланий грамотно проектировать саму систему вентиляции и иметь индивидуальные вентиляторы в индивидуальные каналы для последних этажей. При этом желательно иметь в виду, что при установке приточных клапанов сопротивление вентиляционного тракта увеличивается и число верхних этажей, где нужны вентиляторы, может возрасти до четырех.

Выводы

1. Система естественной вентиляции в жилых домах с теплым чердаком может работать без опрокидывания даже при снижении температуры воздуха на чердаке в расчетный зимний период (при t_н = –28 °С) до 5 °С и в расчетный период для вентиляции при температуре наружного воздуха 5 °С до 12 °С.

2. Открывание дверей на чердак мало сказывается на вентиляции квартир весь отопительный период при безветренной погоде. При наличии ветра опрокидывание вентиляции на верхних пяти этажах может наблюдаться при температурах наружного воздуха выше 0 °С.

Литература

1. СНиП 2.08.01-89*.  Жилые здания. 1999.

2. МГСН 2.01-99. Энергосбережение в зданиях. Нормативы по теплозащите и тепловодоэлектроснабжению.

3. Бирюков С. В., Дианов С. Н. Расширение возможностей программы «AIR» для расчета воздушного режима здания // Современные системы теплогазоснабжения и вентиляции. Сб. тр. МГСУ. М.: МГСУ, 2003.

4. Малявина Е. Г., Бирюков С. В., Дианов С. Н. Воздушный режим жилых зданий. Учет влияния воздушного режима на работу системы вентиляции жилых зданий // АВОК. 2003. № 6.

Читать другие статьи по данной теме

- Системы естественно-механической вентиляции в жилых зданиях с теплыми чердаками - Проект естественно-механической вентиляции жилого дома в Москве - Решения по вентиляции многоэтажных жилых зданий - Вентиляция для многоэтажных жилых зданий - Опыт проектирования естественно-механической вентиляции в жилых зданиях с теплыми чердаками - Усовершенствование вентиляции жилых зданий - Вентиляция чердаков для ликвидации сосулек на карнизах кровли