Опыт проектирования естественно-механической вентиляции в жилых зданиях с теплыми чердаками

М. А. Малахов, главный инженер проектов «Моспроект-2 им. М. В. Посохина»

А. Е. Савенков, главный специалист «Моспроект-2 им. М. В. Посохина»

При проектировании вентиляции жилых зданий повышенной этажности (до 22 этажей) приняты следующие принципы:

1. Вытяжка естественно-механическая:

– приток – естественный через клапаны в окнах или стенах, разгерметизация форточек или фрамуг с помощью соответствующих запорных устройств;

– на вытяжных отверстиях кухонь и санузлов установка регулируемых ручных диффузоров;

– нормативный объем вентиляции квартир в соответствии с рекомендациями ТР АВОК-4-2004.

2. Конструктивные решения систем вентиляции:

– вытяжные каналы из индустриальных вентблоков по два на квартиру: 1-й – для кухонь с общим сборным каналом и двумя спутниками для общей вытяжки из кухни и возможностью присоединения местного отсоса, 2-й – для совмещенных санузлов и дополнительных санузлов в 3-комнатных квартирах.

3. Для усиления вытяжки верхних (2–3-х) этажей и системы в целом предусмотрены естественно-механические установки эжекторного типа, состоящие из дефлектора типа «АС» (ООО «Вентстроймонтаж»), на общей вытяжной шахте в каждой секции дома и осевого вентилятора с патрубком внутри ствола дефлектора для создания эжекции.

Примеры реализованных эжекторных установок приводятся в настоящей статье.

Первые установки были запроектированы в «Моспроекте-2 им. М. В. Посохина» (мастерская № 11), они эксплуатируются с 2003 года в 6-секционном жилом доме (этажностью 13–14–15–16–20–20) по Профсоюзной улице, 91 (описание проекта см. в журнале «АВОК», № 3, 2003) и в 10-секционном доме по Мичуринскому проспекту в квартале 5-6 (этажностью 17–19–21–23–20–16–19–23–20–18), строительство которого завершается в 2008 году («АВОК», № 7, 2006). Чередование этажности секций может привести к опрокидыванию естественной вытяжки в низких секциях, примыкающих к более высоким при определенных направлениях ветра. В таких зданиях необходима вытяжная механическая система или система естественно-механическая. Последняя удовлетворительно работает в естественном режиме весь холодный период до 5 °С и может переключаться на механический режим при более высокой наружной температуре или в определенные часы при необходимости, исходя из опыта эксплуатации.

Системы естественной вентиля-ции с использованием механических средств получили название «гибридной вентиляции».

Система может быть экономичной по расходу тепла при установке саморегулирующих приточных клапанов типа «Аэрэко», «Альдес» или др.

Управление осевым вентилятором эжектора может быть осуществлено по определенной программе или графику работы дистанционно из помещения консьержа.

Электродвигатель вентилятора дол-жен быть укомплектован регулятором переключения скоростей.

На рис. 1 показана принципиальная расчетная схема эжекторной установки с одним осевым вентилятором.

Рисунок 1 (подробнее)   Расчетная схема эжекторной вытяжной установки: 1 – шумоглушитель, 2 – осевой вентилятор, 3 – выпрямитель потока, 4 – патрубок эжектора, 5 – сопло эжектора, 6 – ствол дефлектора, 7 – дефлектор «АС», 8 – переходы, D1 – диаметр патрубка, D2 – диаметр сопла, D3 – диаметр ствола (камеры смещения), D(L2) – диаметр струи на расстоянии L2

В данной установке эжектором является патрубок (4) с плавно поджатым соплом (5). Вытяжной воздух из объема теплого чердака поступает через шумо-глушители в венткамеру. В естественном режиме воздух удаляется через кольцевое сечение (F_к). При включении вентилятора воздух (рабочий L₁, м³/ч) подается через сопло и струя со значительной скоростью 15–16 м/с увлекает – эжектирует – вторичный воздух L₂ через кольцевое сечение (F_к = F₃ – F₁). Ствол дефлектора (6) служит камерой смешения, в которой происходит передача энергии от потока первичного воздуха L₁ к потоку вторичного L₂ воздуха путем их турбулентного смешения. Запас кинетической энергии в струе должен быть достаточным, чтобы преодолеть сопротивление сети как на линии всасывания, так и на линии нагнетания.

Относительный расход эжектируемого воздуха к первичному (рабочему) – коэффициент эжекции b = L₂/L₁ для эжекторов низкого давления принимается 0,7–1,0. В приводимых в статье проектах b = 0,8, и исходя из этого рациональное конструирование эжекторной вытяжной установки низкого давления сводится к выбору его геометрических размеров при определенных оптимальных значениях основных параметров:

а) коэффициент эжекции b = L₂/L₁= 0,8;

б) скорость в стволе дефлектора смешанного воздуха (L₃) V₃ = (0,5 – 0,6) x V_В (V_В – средняя скорость ветра за отопительный период); для Москвы V_В = 3,8 м/с и тогда V₃ = 2,5 м/с, что допустимо в естественном режиме вентиляции;

в) скорость эжектируемого воздуха в кольцевом сечении (F_к = F₃ – F₁) V₂ = 1,5 м/с и отношение V₂/V₃ = 0,6 – рекомендуемое для снижения потерь (на удар) при слиянии двух потоков;

г) скорость истечения первичного воздуха из сопла эжектора – до 17–18 м/с (определяется расчетом) исходя из потерь в сети на всасывании DР_вс (до вентилятора) и нагнетании DР_наг – после вентилятора;

д) при определении DР_вс в расчет вводятся потери от оголовка вентблока + глушители из чердака в венкамеру (при V_гл = 2,0 м/с) + конфузор перед вентилятором + дополнительно DР_доп = 10 Па на разрежение в теплом чердаке для увеличения вытяжки из верхних 3-х этажей;

е) при определении DР_наг после вентилятора учитываются потери в воздуховодах до сопла – при установках с двумя дефлекторами, при скорости в воздуховодах около 6,0 м/с;

ж) суммарные потери DР_вс + DР_наг не должны превышать 30–40 Па для возможности подбора низконапорных (малошумных) осевых вентиляторов до 250 Па (с учетом необходимого напора для эжекции).

Для удобства применения эжекторных установок в проектах жилых зданий до 22 этажей авторами статьи выполнены необходимые расчеты, которые приведены в табл. 2, и для первоначального выбора диаметра и количества дефлекторов можно пользоваться данными табл. 1.

Таблица 1

Диаметр патрубка (ствола) дефлектора, мм 630 800 900 1 000 1 250* Сечение, м2 0,31 0,5 0,63 0,78 1,23 L3, м3/ч, V = 2,5 м/с 2 800 4 500 5 600 7 000 11 000 Количество этажей на 1 дефлектор 6 10 12 14 22 Количество этажей на 2 дефлектора 12 20 24 -

Примечание: *D = 1 250 не рекомендуется из-за больших габаритов и сложности при транспортировке и монтаже.

Таблица 2 (подробнее) Расчет эжекторных вытяжных вентиляционных установок низкого давления с дефлекторами

За основу методики расчета эжекторных установок приняты формулы для эжекторных систем аварийной вентиляции, приведенные в справочнике С. А. Рысина [8]. Согласно табл. 1 для зданий выше 12 этажей следует применять установки с двумя дефлекторами и одним вентилятором на 1 секцию.

Рисунок 2. Схема естественно-механической вытяжной (гибридной) установки с двумя дефлекторами на секцию (до 22 этажей)

На рис. 2 приведена схема вентиляции с двумя дефлекторами. Показанные на рисунке глушители перед осевым вентилятором могут быть отменены при хорошей шумовой характеристике вентилятора. В качестве выпрямителя потока после вентилятора целесообразно устанавливать круглые шумоглушители с центральной пластиной длиной 1 000 мм (поставка «Венткомплект-Н»).

Следует отметить на рис. 1 три размера L₁, L₂ и L₃, которые следует соблюдать, а именно:

– длина L₁ принимается не менее 1,0 м для исключения обратных потоков воздуха;

– длина L₂ определяется расчетом и должна быть не менее начального участка струи первичного воздуха до полного ее распада перед срезом нижнего диска дефлектора.

Длина (L₂) участка смешения двух потоков воздуха в стволе дефлектора (D₃) определена по формуле для стесненной транзитной струи [7]:

L₂ = 1,785 х D₃ – 1,9 x D_{2(СОПЛА)}.

Полученные значения L₂ равны 0,8–1,0–1,1–1,2 м для соответствующих диаметров дефлекторов: Ø630–800–900–1 000.

Конструктивная высота шахт-дефлекторов превышает указанные расстояния. Важным параметром, как представляется, может быть относительный диаметр D_(L2) смешанной струи на расстоянии L₂ от среза сопла перед выходом из дефлектора. Эти величины определены также по формуле в книге В. Ф. Дроздова [7], для стесненной транзитной струи: D_(L2) =  D_{2(СОПЛА)} х (1 + 7,52 x a x L2 / D_{2(СОПЛА)}), м, где а – опытный коэффициент турбулентности, равный 0,08.

Полученные значения D_(L2) равны 0,64–0,82–0,93–1,0 м, т. е. соответствуют диаметрам ствола дефлекторов 630–800–900–1 000 мм, и, вероятно, это будет способствовать уменьшению потерь на выходе в атмосферу.

В 22-этажной секции (в доме К-4 на Мичуринском проспекте) в марте 2008 года были выполнены замеры расходов и скоростей воздуха в венткамере с целью сравнения их с проектными параметрами.

С учетом полученных результатов можно сделать выводы о том, что:

1. При наружной температуре 5 °С и температуре на чердаке 13 °С система работала удовлетворительно в естественном режиме. На рис. 3 указаны результаты замеров и проектные величины, которые практически совпадают (проектный расход на секцию L₃ = 11 000 м³/ч, по 500 м³/ч на этаж). Выявилась допустимость скоростей в стволе дефлектора V₃ = 2,7 м/с и в кольцевом сечении ствола V₂ = 3,2 м/с. Определилась часть естественной вытяжки через неработающий осевой вентилятор ~15 % от расчетной. Подтвердилась работоспособность системы в естественном режиме при расчетной t_НАР = 5 °С.

2. Замеры при включенном вентиляторе показаны на рис. 4:

– производительность вентилятора (13 300 м³/ч) превысила принятую по характеристике в 2 раза, и на 20 % увеличился расчетный расход на секцию. Можно предположить, что осевой вентилятор работал совместно с гравитационным напором, который для секции высотой 82 м до дефлектора равен около 50 Па. Следует иметь в виду эти результаты и предусматривать регуляторы скорости вентиляторов для приведения его характеристики в заданный режим;

– большие скорости на выходе из сопла (26,4 м/с) не способствовали повышению коэффициента эжекции, а наоборот, он был b = 0,28 вместо проектного b = 0,80, вероятно, из-за большой скорости на выходе из дефлектора и торможения эжекции в стволе шахты;

– однако выявилась еще одна разновидность «гибридной вентиляции» при подаче полного объема вытяжки, но с повышенным расходом электроэнергии.

Рисунок 3 (подробнее)   Результаты замеров на корпусе К-4 по Мичуринскому проспекту в естественном режиме. Вентилятор выключен

Рисунок 4 (подробнее)   Результаты замеров на корпусе К-4 по Мичуринскому проспекту в естественно-механическом режиме. Вентилятор включен

3. На рис. 5 показаны результаты замеров, которые были получены путем искусственного дросселирования входного конфузора вентилятора до 35 % его открытого сечения и при этом:

– производительность вентилятора была снижена до проектной, и все другие величины также приблизились к заданным, в том числе основной показатель – коэффициент эжекции b = 0,77–0,8.

Полученные результаты замеров подтвердили основное:

– предположение о возможности использования расчетных формул, которые приняты применительно к системам аварийной вентиляции эжекторного типа;

– возможность принятой конструкции вытяжного устройства удовлетворительно работать в двух режимах – естественном и механическом.

4. Было сделано 2 замера на вытяжных диффузорах вентблоков кухонь 22-го и 1-го этажей при открытых сечениях Ø120 мм и получены расходы воздуха:

– на 22-м этаже L = 83 м³/ч при V = 2,14 м/с;

– на 1-м этаже:

а) L = 50 м³/ч, V = 1,28 м/с при закрытых окнах и входной двери;

б) L = 94 м³/ч, V = 2,37 м/с при открытой двери в коридор.

При установке диффузоров (типа ДПУ-М125) на место объемы вытяжки должны будут равны ≈ 60 м³/ч при DР = 3,0–4,0 Па.

Рисунок 5 (подробнее)   Результаты замеров на корпусе К-4 по Мичурин- скому проспекту в естественно-механическом режиме. Вентилятор включен, приемный конфузор открыт на 35 %

Рисунок 6 (подробнее)   Конструктивный чертеж венткамеры с одним дефлектором для зданий до 12 этажей. Пример из конкретного проекта; венткамера находится частично в объеме теплого чердака, и под ней предусмотрено пространство Н = 1 000 мм для вытяжного воздуха. Необходимость глушителя перед вентилятором – по расчету. Теплоизоляция с фольгой внутренней поверхности ствола дефлектора d = 15 мм

Рисунок 7 (подробнее)   Конструктивные чертежи венткамеры с двумя дефлекторами (корпус К-4 по Мичуринскому проспекту), на котором производились замеры

Рисунок 8 (подробнее)   Конструктивные чертежи венткамеры с двумя дефлекторами (корпус К-4 по Мичуринскому проспекту), на котором производились замеры. Разрез

Рисунок 9 (подробнее)   Предложение по реконструкции вентиляции существующих жилых зданий с теплыми чердаками (до 17 этажей) типа П-44 и др. При расположении вентилятора в объеме теплого чердака установка шумоглушителей до и после вентилятора – обязательна

Выводы

1. Предложенная естественно-механическая система вытяжной вентиляции эжекторного типа является универсальным решением для жилых зданий массового строительства, а также позволяет просто выполнить реконструкцию большого количества существующих зданий с теплыми чердаками.

2. Приведенные в настоящей статье данные по расчету и конструированию эжекторных установок проверены натурными замерами и являются достаточными для проектирования таких систем вентиляции в зданиях с теплыми чердаками.

3. Данные системы вентиляции малозатратны и экономичны в эксплуатации по расходу электроэнергии.

В разработке проектов жилых зданий с естественно-механической вентиляцией участвовали инженеры Мастерской № 11, ГУП «Моспроект-2 им. М. В. Посохина»: А. Е. Савенков, главный специалист; Н. Г. Денисова, начальник группы; А. В. Медунов, ведущий инженер.

Рисунок 10. Дефлекторы «АС» (ООО «Вентстроймонтаж») над венкамерой

Рисунок 11. Эжекторная установка в венткамере 22-этажной секции корпуса К-4, в которой производились замеры

Рисунок 12. Патрубок эжектора внутри ствола дефлектора; видна внутренняя теплоизоляция с фольгой

Литература

1. Технические рекомендации по организации воздухообмена в квартирах жилого дома. ТР АВОК-4-2004. – М., 2004.

2. Малахов М. А. Проект естественно-механической вентиляции жилого дома в Москве // АВОК. – 2003. – № 3.

3. Малахов М. А. Системы естественно-механической вентиляции в жилых зданиях с теплыми чердаками // АВОК. – 2006. – № 7.

4. Харитонов В. П. Естественная вентиляция с побуждением //АВОК. – 2006. – № 3.

5. Батурин В. В. Вентиляция. – М., 1959.

6. Справочник проектировщика. Вентиляция и кондиционирование воздуха. Изд. 3. – М., 1978.

7. Дроздов В. Ф. Вентиляция. – М., 1984.

8. Рысин С. А. Справочник. Вентиляционные установки машиностроительных заводов. – М., 1961.

9. Соколов Е. А., Зигнер Н. М. Струйные аппараты. – М., 1970.

Читать другие статьи по данной теме

- Подземные автостоянки.Вентиляция и противодымная защита при пожаре - Естественная вентиляция с побуждением - Проект естественно-механической вентиляции жилого дома в Москве - Усовершенствование вентиляции жилых зданий - Системы естественно-механической вентиляции в жилых зданиях с теплыми чердаками