МАЛОЭТАЖНОЕ И КОТТЕДЖНОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО

Нормирование естественного воздухо- и влагообмена с применением оконных конструкций


На сегодняшний день окна зданий, как вновь строящихся, так и реконструируемых, являются единственным источником притока свежего воздуха, обеспечивающим нормальную работу системы естественной вентиляции. При этом замена старых деревянных окон, имевших неплотности и щели, на новые - герметичные, с хорошо продуманной системой уплот­нений, практически в любом помещении жилых и общественных зданий неизбежно приводит к изменению микроклимата, ощущаемому человеком как негативный фактор.

Очевидно, что система естественной вентиляции будет являться эффективной только в том случае, если она отвечает целому ряду противоречащих друг другу требо­ваний, таких как:

  • обеспечение необходимого обмена наружного и внутреннего воздуха в
    помещении за счет достаточного притока и вытяжки;
  • недопустимость избыточных теплопотерь;
  • обеспечение высокой степени изоляции от уличного шума;
  • защита от проникновения насекомых, дождевой влаги, снега, пыли, а также
    обледенения в зимний период.


Для того, чтобы правильно запроектировать окна как устройства для вентиляции помещений, обеспечивающие приток свежего воздуха, необходимо выбрать критерии, которые указывали бы на качество вентилирования. При этом можно руководство­ваться следующими основными предпосылками.
Основными показателями, влияющими на условия пребывания человека в по­мещении и особенности эксплуатации конструкций, ограждающих это помещение, являются.

  • Средняя температура воздуха внутри помещения tв, измеряемая в так называемой «рабочей зоне» — в центре помещения на высоте 1,5 м от уровня пола.
  • Осредненная температура всех поверхностей, ограничивающих помещение,
    так называемая «среднерадиационная температура» — t ср рал.
  • Влажность и гигиеническое состояние воздуха в помещении (особенно с точки зрения содержания в нем двуокиси углерода — СО2).


Воздух внутри помещения отличается от наружного воздуха по трем основным параметрам:
1) по температуре;
2) по влажности;
3) по составу.


Остановимся более подробно на каждом из критериев с точки зрения естественной вентиляции.
В нормальном незагрязненном состоянии воздух состоит из 21 % кислорода, 78% азота, 0.95% аргона и 0.03% углекислого и других газов. Кроме того, в воздухе всегда содержится некоторое количество водяного пара.

Для жизнедеятельности человека, животных и растений, прежде всего, важны показатели по кислороду и углекислому газу. Количество углекислого газа СО2, в на­ружном воздухе составляет для городской среды 0.4 - 0.5 л/м3 или 0.07 - 0.1%. Допустимая концентрация СО2, в помещении составляет 1 л/ м3. Человек в результате жизнедеятельности выделяет от 25 до 45 л/час углекислого газа. Таким образом, для снижения содержания СО2 в помещении, где находятся люди, до уровня допустимого, необходимо обеспечить приток свежего воздуха порядка 25 ~ 30 л/час на одного человека.

Требования нормативных документов сводятся к обеспечению кратности воз­духообмена внутри помещения, или, иными словами, к необходимому количеству воз­духа, удаляемого из помещения за единицу времени. Так, согласно СНиП 2.08.01-89, кратность естественного воздухообмена для жилых комнат составляет 3 м3/час на 1 м2 площади комнаты и 60 м3/час на все помещение для кухни.
Таким образом, при проектировании вентиляционных устройств в окнах по крите­рию содержания в помещении углекислого газа необходимо исходить из того, что приток воздуха должен быть постоянным, независящим от времени года, погодных условий, аэродинамики здания и др. Иными словами, необходима определенная система приточных и вытяжных устройств, круглогодично поддерживающая содержание СО2 в воздухе помещений в пределах нормы.

В отличие от содержания СО2, тесно взаимосвязанные между собой критерии температуры и влажности внутреннего воздуха в значительной степени подвержены дифференцированному анализу для зимних и летних условий эксплуатации. Кроме того, необходимо учитывать специфику требований к температурно-влажностному режиму различных помещений в пределах одного здания.
С точки зрения строительного проектирования, большинство помещений жилых и общественных зданий относятся к разряду помещений с незначительными выделениями влаги - до 2 г/(м2 х ч) при температуре 15-20 °С. Для сравнения эта величина при той же температуре в помещениях бань и производственных помещениях с мокрыми процессами превышает 50 г/(м2 х ч).

Вместе с тем, даже в пределах одной квартиры существуют хозяйственные поме­щения (такие как кухня и ванная комната), влаговыделение в которых значительно выше по сравнению с жилой зоной..
Интенсивность влаговыделений определяет содержание водяного пара в воздухе помещения при постоянно поддерживаемой в нем внутренней температуре — отно­сительную влажность φв. В соответствии с отечественными строительными нормами, комфортной относительной влажностью внутреннего воздуха считается величина φв = 55%. В реальных условиях в зимнее время эта величина колеблется в пределах φв = 35-45%. В бытовом плане всем хорошо знакомы аквариумы и всевозможные увлажнители воздуха, появляющиеся зимой в большинстве городских квартир.
Вместе с тем, избыточная относительная влажность, особенно во вновь по­строенных зданиях — с большим содержанием технологической влаги в конструк­циях, — может сказаться самым серьезным образом, как на самочувствии людей, так и на состоянии помещений. В практике установки герметичных окон нередки случаи выпадения обильного конденсата на стеклопакетах и монтажных швах, а также появ­ления плесени на оконных откосах.

Явления такого плана говорят о необходимости удаления из помещения избыточ­ной парообразной влаги, иными словами — обеспечения необходимого естественного влагообмена через оконные конструкции наряду с притоком свежего воздуха.

Основной сложностью в этом отношении является необходимость учета различ­ных исходных условий для зимнего и летнего периода. В зимнее время при темпера­туре наружного воздуха, равной - 20 0С, его абсолютная влажность может составлять 0.5 г/м3(при относительной влажности, близкой к 100%). В то же время внутренний воздух при температуре + 20 °С и относительной влажности 50% содержит 8.7 г/м3 что в 17 раз больше, чем в наружном воздухе.
При такой большой разнице парциальных давлений к интенсивному влагообмену приводит даже очень незначительная разгерметизация окон. При этом в летнее время при приблизительно равной температуре воздуха внутри помещения и снару­жи, условия влагообмена будут принципиально иными.
Критерий температуры внутреннего воздуха наиболее интересен с точки зрения замены окон в отдельных помещениях (или квартирах) существующих зданий.

Вплоть до последнего времени необходимость подогрева холодного воздуха, инфильтрующегося через окна, имеющие неплотности и щели в притворах, была заложена в отечественных нормах на проектирование систем отопления. При инфильтрации холодного воздуха в зимний период температура вблизи таких окон понижалась на несколько градусов по сравнению с температурой внутреннего воздуха помещения tB.

По данным расчетов и наблюдений, в период резкого похолодания на теплопотери через окна приходилось до 80% от общих теплопотерь помещения. Соответственно мощность системы отопления рассчитывалась, исходя из условия необходимых затрат тепла в помещении при наличии воздухопроницаемых окон. При замене старых окон на герметичные в одной из квартир многоэтажного дома происходит резкое снижение теплопотерь через окна за счет одновременного действия двух факторов, а именно:
1) фактического сведения к нулю теплопотерь за счет инфиль­трации;
2) увеличения почти вдвое термического сопротивления окон (приведенное термическое сопротивления окна со спаренным переплетом R0 = 0,4 (м2 0С/Вт), окна с двухкамерным стеклопакетом — R0 = 0,56 (м2 0С/Вт)).
Мощность системы ото­пления, спроектированной для всего дома, при этом остается прежней.

В результате в отдельно взятой квартире (или в одном из помещений квартиры) образуется избыток тепла, по сравнению с тем, к которому организм человека адапти­ровался на протяжении многих лет или, говоря иными словами, происходит «локаль­ное потепление внутреннего микроклимата».

Таким образом, необходимость естественной вентиляции помещений жилых и общественных зданий вызывается такими факторами как:
- обеспечение допустимой концентрации двуокиси углерода — СО2 в помещении (1л/м3или 1.5 г/кг (0.15%));
- обеспечение требуемой относительной влажности внутреннего воздуха помещения
- обеспечение требуемой температуры внутреннего воздуха помещении;
- обеспечение содержания количества кислорода в воздухе, необходимого для помещений с источниками открытого огня (кухонь, в которых установлены газовые плиты).


При этом все перечисленные условия должны быть соблюдены круглогодично - как в зимнее, так и в летнее время.

Основным средством для поддержания необходимых гигиенических условий в поме­щениях жилых и административных зданий является естественный воздухообмен.

В настоящее время в жилищном строительстве принимается следующая схема венти­ляции квартир. Вытяжка осуществляется естественным путем непосредственно из зоны его наибольшего загрязнения, т.е. из кухонь и санитарных помещений через вентиляционные каналы. Его замещение происходит за счет наружного воздуха, поступающего через негерметичности наружных ограждений (главным образом через окна) и посредством проветривания всех помещений квартиры. Квартира рас­сматривается, в качестве единого объема, в котором воздух перетекает из одного поме­щения в другое через межкомнатные двери, имеющие подрезку внизу, или находя­щиеся в открытом положении. При этом характер воздухообмена в квартире в зна­чительной мере определяется воздушным режимом всего здания в целом.

Естественный перенос воздуха в здании осуществляется под действием разности давлений внутреннего и наружного воздуха, возникающей вследствие перепада темпе­ратур или под действием ветра.

Под влиянием внешних воздействий в здании создается распределение давле­ний, зависящее от геометрической формы здания и его аэродинамической характе­ристики, высоты помещений и разницы температур внутри и снаружи, степени изо­ляции отдельных этажей или групп помещений друг от друга, а также защищенности здания от воздействия ветра.

В холодный период года, при безветрии, в нижней зоне здания или помещения через любые неплотности и отверстия в ограждающих конструкциях происходит при­ток холодного наружного воздуха внутрь помещений (инфильтрация), а в верхней зоне, где создается избыточное давление по сравнению с атмосферным — удаление теплого воздуха наружу (эксфильтрация).

Эти явления, вызывающие естественный воздухообмен в помещении или в зда­нии, в особенности заметны при сильных морозах, когда разность температур наруж­ного и внутреннего воздуха отапливаемых помещений наиболее велика.

За счет действия ветра на наветренной стороне здания создается подпор, а избы­точное статическое давление возникает на наружных поверхностях ограждений. На заветренной стороне образуется разрежение, и статическое давление оказывается пониженным. Таким образом, с наветренной стороны действие ветра усиливает ин­фильтрацию, а с заветренной — уменьшает ее.

С другой стороны, наряду с инфильтрацией холодного воздуха, имеет место об­ратный процесс — эксфильтрация водяного пара изнутри помещения наружу, вызван­ная разницей парциальных давлений.  Большая разница парци­альных давлений вызывает интенсивный влагоперенос через наружные ограждающие конструкции, в первую очередь — через окна. При этом условия влагообмена не зави­сят от аэродинамики здания, а определяются исключительно температурно-влажностным режимом помещения.

Вентиляционные устройства, применяемые с оконными конструкциями

Выше были описаны основные физические закономерности, определяющие процесс естественного воздухообмена в зданиях, а также требования к режиму естест­венной вентиляции помещений.

Поскольку на сегодняшний день определяющая роль в этом отношении отводит­ся окнам, все крупные системы ПВХ-профилей, как правило, включают в себя допол­нительные вентиляционные устройства.

Кроме того, существует ряд фирм, непосред­ственно специализирующихся на их выпуске.

По своему конструктивному решению дополнительные вентиляционные устрой­ства, применяемые с оконными системами, можно условно разделить на четыре основные группы:

  • разнообразные ограничители открывания (или так называемые устройства
    для микропроветривания), входящие в комплект оконной фурнитуры;
  • открывающиеся заслонки и планки, а также специальные вентиляционные
    каналы, устанавливаемые на ПВХ-профмлях;
  • проветривающие устройства, устанавливаемые в нижней или верхней части
    оконной рамы;
  • частично воздухопроницаемые уплотнители.



Кроме того, вентиляционные устройства могут быть также классифицированы по фактору, активизирующему их действие. Работа вентиляционных устройств может регулироваться:

  • вручную в зависимости от субъективных ощущений человека, находящегося
    в помещении (путем механического открывания соответствующих заслонок
    и клапанов или включения вентилятора с электроприводом);
  • автоматически в зависимости от изменения статического давления на
    наружной поверхности оконной рамы (ветрового, а также возникающего
    вследствие разности температур изнутри и снаружи здания);
  • автоматически в зависимости от изменения влажности внутреннего воздуха
    помещения.


Более гибкой идеей в этом отношении являются устройства, встраиваемые в оконный профиль и реагирующие па изменение статического давления на наружной стороне оконной рамы. В нормальном по­ложении заслонка открыта, и поток воздуха из фальца окна через отверстия в стенках профиля и далее через прорези уплотнения попадает в помещение. В случае усиления воздушного потока, он поворачивает заслонку и перекрывает себе путь. По мере уменьшения скорости ветра заслонка снова открывается, и свободная циркуляция воздуха восстанавливается.

 

Устройство, реагирующее на изменение влажности в помещении, представляет собой короб, внутри которо­го установлен механический датчик влаж­ности, состоящий из полосок полиа­мида. Эта ткань имеет свойство удлиняться или сокращаться в зависимости от изме­нения относительной влажности воздуха. Чем выше влажность, тем больше откры­вается заслонка, пропускающая воздух.

Все описанные выше устройства ориентированы на использование в помеще­ниях, не подверженных воздействию интенсивной шумовой нагрузки от транспорт­ного шума, железных дорог и других источников. Наиболее сложной задачей с точки зрения вентиляции является совмещение приточных устройств со звукопоглощающими клапанами.

 

Рис. 1 Гидрорегулируемый приточный клапан. Контролирует расход воздуха в зависимости от относительной влажности внутри помещения (фирма "АЭРЕКО")

Рис.2 Оконный проветриватель AEROMAT 80. Окно остается закрытым, а свежий воздух поступает в помещение, тем смым окно сохраняет свойства защиты от взлома.  (фирма "Зигениа-Ауби")
 

Рис. 3 Оконный фальцевый проветриватель AEROMAT Mini можно монтировать в большинстве пластиковых профилей (фирма "Зигениа-Ауби")

 

Нормативные документы: