pereezdhouse.ru

Проблемы взаимодействия архитектуры и инженерных систем отопления и вентиляции

Вентиляция - это периодическая или непрерывная смена воздуха в помещении, которая обычно является обязательным условием эксплуатации помещений любого назначения, будь оно жилое или нежилое.

Проблема вентиляции жилых зданий в суровом российском климате сейчас обретает новую остроту. С одной стороны, здания становятся все более герметичными, что снижает теплопотери, с другой стороны, ухудшается микроклимат в здании, увеличиваются расходы на кондиционирование и принудительную вентиляцию. В помещениях с искусственным микроклиматом увеличивается количество респираторных заболеваний, что также имеет экономические последствия.

Периодическая вентиляция это, скорее, проветривание, она проблему не решает, и здесь ее мы рассматривать не будем. При непрерывной же вентиляции в зависимости от назначения помещения могут меняться как количественные, так и качественные характеристики процесса, например кратность обмена, температура приточного воздуха, его влажность, ионный состав, скорость движения воздуха в процессе обмена в разных зонах помещения.

Кроме того, при устройстве вентиляции приходится учитывать траекторию движения воздуха, а также путь потоков на входе и выходе из помещения и возможные контакты воздуха с окружающими предметами или пространствами при его перемещении и, соответственно, полезные или вредные взаимодействия с ними. Примером может служить регулярное насыщение воздуха различными запахами, если в результате просчета воздух из кухни, из зоны приготовления пищи активно выносится в жилую часть квартиры или здания. Другим примером может быть устранение застоя, накопления влаги и стимулирования гнилостных процессов в пространстве между чистым и черным полом путем рационального вовлечения этого пространства в непрерывный процесс воздухообмена (простейшее решение этой проблемы - устранение такого пространства вообще - представляется неприемлемым).

Круг проблем и конкретные задачи, возникающие при проектировании вентиляции, а также пути их решения достаточно полно очерчиваются лишь при своевременном всестороннем обсуждении на стадии архитектурного проектирования, а затем при проектировании совокупного инженерного оснащения здания при обязательном учете специфики каждой зоны вентиляции. Кроме того, устройство всех инженерных систем законодательно подчиняется целому комплексу норм и правил, роль которых и количественные требования здесь не обсуждаются. Достаточно лишь упомянуть обязательность встраивания в воздуховоды автоматических огнезадерживающих клапанов, которые должны полностью перекрывать в отсечном режиме воздушные потоки либо самостоятельно в одноразовом варианте при повышении температуры воздуха до критического значения, либо в многоразовом варианте с электроприводом и централизованным управлением. Следует заметить, что эти устройства, выполняемые с высокой индивидуальной огнестойкостью, являются дорогостоящими.

Известно, что в крайнем выражении различаются приточная и вытяжная системы вентиляции, когда конструктивно или принудительно обеспечивается лишь подача воздуха в первом случае или его отвод во втором, а необходимый встречный процесс - отвод или подведение замещающего воздуха - происходит самопроизвольно в результате возникновения перепада давлений (с тем или иным знаком) между помещением и окружающим пространством благодаря действию системы вентиляции. Иногда использование одного из этих крайних вариантов бывает оправданным, например только вытяжка воздуха в санузлах, но на практике, как правило, используют комбинированную приточно-вытяжную систему, причем в этом случае нужно достаточно точно реализовать баланс воздушных потоков притока и вытяжки в зависимости от назначения помещений. Рассчитывая производительность каждой из систем, следует обеспечить в зоне вентиляции либо небольшое разрежение (санузел или кухня) , благодаря чему устраняется растекание воздуха из этой зоны в соседние участки, либо, наоборот, небольшое избыточное давление, чтобы исключить проникновение воздуха из смежного помещения (например, в тамбуре между жилыми помещениями коттеджа, а также примыкающего к зданию гаража) .

Стимулировать движение воздуха в помещении и обеспечивать воздухообмен с наружным пространством можно двумя принципиально различными способами - во-первых, используя механические побудители, которые обеспечивают гарантированное активное перемещение расчетных количеств воздуха ценой больших или меньших затрат энергии, и, во-вторых, применяя естественное побуждение движения - конвекцию, основанную на целенаправленном использовании законов природы. Принудительная механическая вентиляция, как отмечено, обеспечивает надежное перемещение воздуха, ее работа практически не зависит от природных факторов, определяющих работу естественной обменной вентиляции, - таких как характер погоды в данный момент, то есть наличие ветра, солнца, дождя, тумана и т. п. В этом - безусловное достоинство принудительной вентиляции. Еще одним достоинством является возможность обеспечить обмен воздуха в помещениях, где естественное движение воздуха невозможно, например, в подвальных помещениях. Эти достоинства, однако, отягощены большой сложностью технической реализации, необходимостью установки развитой системы воздуховодов, как правило, объединяющих целый ряд помещений в единую и внутренне взаимозависимую систему.

Технические средства обычно отнимают заметную долю пространства помещений, чаще всего со стороны потолка, и это снижает практическую ценность таких систем, завышение же расстояния между этажными перекрытиями, конечно, дает место для размещения вентиляционных устройств, но приводит к увеличению капитальных затрат. Кроме того, приточная часть системы, являясь общей для целого ряда помещений, должна обеспечивать подготовку воздуха при помощи относительно громоздкой установки, и для ее размещения зачастую требуется специальное помещение. Для достаточно крупных зданий это, впрочем, бывает оправданно, тем более что в таких случаях обычно применяется и централизованная, агрегированная принудительная вытяжная система. В ряде случаев их связывают и в том же помещении устанавливают теплообменные устройства - рекуператоры тепла, которые в зимнее время дают существенную экономию энергии благодаря предварительному подогреву приточного уличного морозного воздуха за счет теплого удаляемого вытяжного воздуха. Эти устройства, однако, недешевы. Поэтому экономически выгодно учитывать все параметры здания - конструктивные, инженерные и эксплуатационные - и находить оптимальные комбинированные решения.

Система естественной вентиляции не имеет механических побудителей и подвержена влиянию сиюминутных условий, ее эффективность может колебаться в течение суток и тем более - сезона, однако это не означает, что она полностью уступает принудительному варианту. Безусловным достоинством является техническая простота, отсутствие существенных взаимных влияний отдельных подсистем при возможности изменять интенсивность обмена в любой зоне, где это предусмотрено конструктивно. Система практически не подвержена износу и обычно не требует обслуживания. Создание и эксплуатация системы естественной вентиляции оказываются малозатратными. Однако проектирование и изготовление таких систем зачастую сопряжено с практическими затруднениями, важнейшими из которых являются конструирование и трассировка воздуховодов с наименьшими динамическими сопротивлениями и одновременно с наибольшими тяговыми свойствами.

Для приточной части тяговые свойства не играют особой роли, и последнее касается, главным образом, вытяжки. А так как ее роль обычно является доминирующей, то здесь оба эти условия принципиально важны. Так, наименьшее сопротивление движению оказывают прямолинейные, достаточно широкие воздуховоды, а увеличению тяги способствует забор воздуха из помещения в точках с повышенной температурой и применение вертикального, по возможности, длинного воздуховода с невысоким теплообменом с окружающей средой, желательно также применение устройств типа дефлектора, повышающих тягу на выходе в атмосферу. Очень важным обстоятельством при конструировании системы естественной вентиляции является сильная зависимость ее эффективности от отопительной системы.

Но именно это обстоятельство позволяет достичь стабильной работы вентиляции, так как отопительные приборы влияют на тягу. Учитывая в целом невысокий потенциал естественных движущих сил конвекции, представляется разумным в таких случаях отдавать приоритет инженерным решениям вентиляции. Очевидна необходимость комплексного подхода. Эти естественные требования могут вступать в противоречия с эстетическими архитектурными решениями, и их взаимное согласование, по-видимому, потребует компромисса. Идеальна ситуация, когда архитектурные и инженерные решения составляют единое целое и их невозможно разделить на отдельные составляющие.

Системы естественной вентиляции, применявшиеся в России в жилых и общественных зданиях до середины XX века, оказались незаслуженно забыты. Практически все доходные дома Санкт-Петербурга и Москвы имели двухслойные деревянные перекрытия, внутреннее пространство которых использовалось для доступа наружного воздуха в помещения. Холодный воздух с улицы попадал в междуэтажные перекрытия и через решетки в полу проходил к радиаторам отопления, подогревался и, после прохождения через помещение, попадал в вытяжные вентиляционные каналы в стене дома через решетку под потолком.

Таким образом, решались три задачи:

1. Поступление свежего воздуха в помещение.

2. Сохранение баланса влажности между внутренним и наружным воздухом.

3. Проветривание деревянных конструкций перекрытий.

Нарушение системы вентиляции в старых домах в итоге вело к разрушению конструкций деревянных перекрытий. Но подобная система вентиляции не была изобретением XIX века. Ее корни уходят гораздо глубже. Русская курная изба, топившаяся по-черному, была прекрасной лабораторией для моделирования воздушных потоков. Наблюдение за потоками дыма дало возможность интуитивно почувствовать принцип распределения воздушных масс в объеме.

В своей диссертации "Проблемы аэрации деревянных церквей" Владимир Борисович Бутурлинцев детально исследовал систему аэрации и вентиляции северных деревянных церквей. Система воздушных потоков в деревянных храмах оказалась точно продуманной, и длительность сохранности древесины напрямую зависела от пространственных решений организации потоков воздуха, ориентации храма на местности и преобладающих ветров. В своих исследованиях В. Б. Бутурлинцев использовал модели храмов из оргстекла, через которые прокачивалась жидкость, меняющая цвет в зависимости от скорости. В итоге исследований стало понятно, что опытным путем строители деревянных храмов пришли к определению параметров углов наклона кровли шатра, обеспечивающих необходимую естественную тягу. Минимальная скорость потока воздуха для просыхания дерева в условиях Русского Севера составляет б м/с, а комфортная для человека - 0, 5 м/с. В деревянных храмах это противоречие решалось за счет выделения малого объема для людей внутри большого объема шатра храма. За счет инфильтрации воздуха через щели "неба" быстрый поток (6 м/с) вытягивает воздух из теплого малого объема для людей, обеспечивая необходимый воздухообмен при скорости потока в помещении не выше 0, 5 м/с, то есть работает по принципу эжекторного реактивного двигателя. Причем, в отличие от обычной системы естественной вентиляции через вертикальный канал, подобная система в меньшей степени зависит от погодных условий и может использовать дополнительно эффект от конвекции воздуха при нагреве кровли солнцем и эффект Бернулли от горизонтальных потоков ветра, при котором купол выполняет роль дефлектора.

Устройство естественной вентиляции в последние годы значительно облегчилось благодаря разработке целого ряда новых устройств, обеспечивающих гибкость настройки как приточных, так и вытяжных систем. В первую очередь следует отметить регулируемые щелевые решетки, располагаемые в оконной раме чаще всего горизонтально в верхней ее части. Решетка имеет щелевой канал шириной порядка 1 5 мм, прикрываемый со стороны помещения поворотной заслонкой с эластичным уплотнением, обычно с ручным дистанционным приводом, что позволяет устанавливать желаемый расход приточного воздуха. Снаружи щель прикрывается декоративной решеткой. Поток свежего наружного воздуха под действием восходящего конвективного потока от нагревательного прибора под окном отклоняется на потолок помещения, движется циркуляционно вдоль потолка и опускается достаточно равномерно в зону обитания в глубине помещения, имея температуру, практически равную средней комнатной температуре. В некотором смысле такая решетка подобна традиционной форточке, однако, будучи эквивалентной ей по проходному сечению, она в отопительный сезон обеспечивает несколько больший расход воздуха и осуществляет это более эффективно благодаря сильно растянутой линии подачи, а не концентрированно, а также за счет эффекта эжекции - "затягивания" воздуха из щели при обтекании последней восходящим потоком.

Кроме того, наличие регулирующего клапана, повернутого к потолку и имеющего мягкую, пористую накладку, значительно гасит уличные шумы в отличие от форточки. Другим примером относительно нового устройства может служить пассивный стабилизатор расхода воздуха, который встраивается, например, в приточный канал, выходящий заборной частью на наружную стену здания, и препятствует задуванию воздуха с улицы при набегающем ветре: пропускная способность устройства автоматически уменьшается за счет деформации внутренней эластичной упругой вставки. Устройство позволяет вручную выставить желаемый номинальный режим.

Для иллюстрирования изложенного приведем два проекта, разработанных фирмой "НПП Техно-лайн" (Москва) совместно и по заданию архитектурной мастерской "СГА Проект" , и обсудим особенности каждого из них. В каждом проекте использованы оба принципа, реализованы в достаточной мере преимущества каждого из вариантов, причем на некоторых участках приточно-вытяжная вентиляция осуществляется комбинированным методом.

Рейтинг: 
0
Оценок пока нет

Интересно

Системы отопления и вентиляции: проект с использованием естественной вентиляции
При разработке нового проекта дома для Евгения Касперского мы постарались применить вполне традиционные способы организации естественной вентиляции. Загородный коттедж располагается на двух этажах с типовым для такого рода зданий набором жилых и вспомогательных помещений, с бассейном, выделенными помещениями для котельной, прачечной и примыкающим к зданию гаражом. В принудительных приточных системах используется прямоточная схема, включающая очистку воздуха в фильтрах и при необходимости нагрев в водяном теплообменнике. В котельной применена пр...

Опрос

Есть ли у вас баня?
Да, есть
29%
Нет, но хочу построить
57%
Нет
14%
Всего голосов: 7